V8 Ч.24: Поршни с вытеснителями, часть первая.
Мысль с повышением степени сжатия витала давно, для реализации есть несколько выходов:
1. Самый простой, это фрезеровка ГБЦ на 2,2мм на гбц старого образца от изначальной СЖ 6,7, много не выжмешь, в лучшем случае получим СЖ 7,9. (Маловато будет, маловато.)
2. Поршни с вытеснителями, тут две ветви:
— Поршни под заказ.
— Использование поршней 53х (402х) с последующей фрезеровкой плоскости. ( годно только на 4,7л так как 523й поршень ниже на 4мм)
3. Сочетание первого и второго методов, в итоге на выходе получаем СЖ порядка 9,5-10едениц + — это мой выбор.
Поршни под заказ, были отклонены, так как найти кто изготовит подобные не вышло, а ковка сильно бьет по карману. (дополнение, есть контора в РФ, которая готова изготовить подобные литые поршни, цена вопроса 24000руб+, Ковка порядка 35000руб)
В итоге взор пал на поршни ЗМЗ 53
Сами поршни бывают нескольких видов, нового и старого образца, у старого жаровой пояс 6мм, у нового 8-10мм, нам нужны последние.
Были приобретены поршни КМЗ и отправлены на доработку.
С днища поршня по бокам снимается 3,5мм середина остается как есть и служит вытеснителем с приданием формы под камеру сгорания. Чертежик прилагается.
Все бы нечего, но меня терзали сомнения по поводу противовесов и длинной юбки поршня 53го.
И как оказалось не зря.
Был взят для наглядности коленвал с 88м ходом 523й и поршень 53й с 66м шатуном.
Вставляем и смотрим.
Противовес коленвала упирается в поршень и не дает шатуну дальше залезть.
Это не удивительно когда есть возможность сравнить 53й и 532й поршни, можно наглядно увидеть разницу.
От бобышка поршневого пальца до края юбки аж 13мм на 53м поршне. 
А у 523го 8мм и имеет проточку до 6,5мм под противовес и длинная часть юбки короче на 7мм. 
Болгарку в руки и вперед, безжалостно кромсать поршень. (все равно на выброс)
Итог, нужно сфрезеровать энную часть юбки и сделать проточку по краю по 10мм с боков (дабы не кромсать усилители сильно) на 53м поршне, по подобию 523го полностью укоротить юбку. Теоретически прочность не должна сильно пострадать в таком случае.
жаровой пояс 8мм и 10мм, хотя номера идентичные выбиты, исключение размерность 92 и 92,5мм 
сама длина различная, возможно из за того, что разный производитель поршней
Вытеснитель на поршне что это
Мысль с повышением степени сжатия витала давно, для реализации есть несколько выходов:
1. Самый простой, это фрезеровка ГБЦ на 2,2мм на гбц старого образца от изначальной СЖ 6,7, много не выжмешь, в лучшем случае получим СЖ 7,9. (Маловато будет, маловато.)
2. Поршни с вытеснителями, тут две ветви:
— Поршни под заказ.
— Использование поршней 53х (402х) с последующей фрезеровкой плоскости. ( годно только на 4,7л так как 523й поршень ниже на 4мм)
3. Сочетание первого и второго методов, в итоге на выходе получаем СЖ порядка 9,5-10едениц + — это мой выбор.
Поршни под заказ, были отклонены, так как найти кто изготовит подобные не вышло, а ковка сильно бьет по карману. (дополнение, есть контора в РФ, которая готова изготовить подобные литые поршни, цена вопроса 24000руб+, Ковка порядка 35000руб)
В итоге взор пал на поршни ЗМЗ 53
Сами поршни бывают нескольких видов, нового и старого образца, у старого жаровой пояс 6мм, у нового 8-10мм, нам нужны последние.
Были приобретены поршни КМЗ и отправлены на доработку.
С днища поршня по бокам снимается 3,5мм середина остается как есть и служит вытеснителем с приданием формы под камеру сгорания. Чертежик прилагается.
Все бы нечего, но меня терзали сомнения по поводу противовесов и длинной юбки поршня 53го.
И как оказалось не зря.
Был взят для наглядности коленвал с 88м ходом 523й и поршень 53й с 66м шатуном.
Вставляем и смотрим.
Противовес коленвала упирается в поршень и не дает шатуну дальше залезть.
Это не удивительно когда есть возможность сравнить 53й и 532й поршни, можно наглядно увидеть разницу.
Болгарку в руки и вперед, безжалостно кромсать поршень. (все равно на выброс)
Итог, нужно сфрезеровать энную часть юбки и сделать проточку по краю по 10мм с боков (дабы не кромсать усилители сильно) на 53м поршне, по подобию 523го полностью укоротить юбку. Теоретически прочность не должна сильно пострадать в таком случае.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего нижнего положения в верхнее, что сопровождается вытеснением газа из полости А в полость В через регенератор, без изменения давления в системе. Газ, направляющийся в полость В цилиндра, охлаждается на насадке регенератора. [16]
Поршень-вытеснитель находится в крайнем верхнем положении. При расширении газа его температура падает. [17]
Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего верхнего положения в нижнее, что сопровождается вытеснением газа из полости В в полость А через регенератор. Выходящий из полости В холодный газ на пути в регенератор воспринимает тепло от охлаждаемой среды и сам при этом нагревается. Дальнейшее нагревание газа происходит в регенераторе, после чего газ при давлении р, вновь засасывается компрессором. [18]
Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего нижнего положения в верхнее, что сопровождается вытеснением газа из полости А в полость В через регенератор, без изменения давления в системе. Газ, направляющийся в полость В цилиндра, охлаждается на насадке регенератора. [19]
Поршень-вытеснитель находится в крайнем верхнем положении. При расширении газа его температура падает. [20]
Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего верхнего положения в нижнее, что сопровождается вытеснением газа из полости В в полость А через регенератор. Выходящий из полости В холодный газ на пути в регенератор воспринимает тепло от охлаждаемой среды и сам при этом нагревается. Дальнейшее нагревание газа происходит в регенераторе, после чего газ при давлении pi вновь засасывается компрессором. [21]
Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего нижнего положения в верхнее, что сопровождается вытеснением газа из полости А в полость В через регенератор, без изменения давления в системе. Газ, направляющийся в полость В цилиндра, охлаждается на насадке регенератора. [22]
Работа микроохладителя ловушки происходит следующим образом. В тот момент, когда поршень-вытеснитель 1 находится в крайнем нижнем положении, воздух с давлением ( 3 — 6) — 105 Па поступает через впускной клапан 2 в цилиндр 3 и заполняет объем Утепл над поршнем-вытеснителем. При движении поршня-вытеснителя 1 вверх воздух через регенератор-теплообменник 4 перемещается. [23]
Для получения сжиженных газов ( гелия, водорода и др.) применяются также холодильные машины, работающие по принципу низкотемпературного теплового насоса. В машине этого типа ( рис. XVII-21) в цилиндре / перемещается поршень-вытеснитель 2, длина которого составляет 6 / в длины цилиндра. Давление в обоих полостях цилиндра практически всегда одинаково, поэтому перемещение поршня-вытеснителя в цилиндре не связано с совершением работы; естественно, что при этом и сам газ работы не совершает. [24]
Для получения сжиженных газов ( гелия, водорода и др.) применяются также холодильные машины, работающие по принципу низкотемпературного теплового насоса. В машине этого типа ( рис. XVII-21) в цилиндре 1 перемещается поршень-вытеснитель 2, длина которого составляет 6 / в длины цилиндра. Давление в обоих полостях цилиндра практически всегда одинаково, поэтому перемещение поршня-вытеснителя в цилиндре не связано с совершением работы; естественно, что при этом и сам газ работы не совершает. [25]
Для получения сжиженных газов ( гелия, водорода и др.) применяются также холодильные машины, работающие по принципу низкотемпературного теплового насоса. В машине этого типа ( рис. XVII-21) в цилиндре / перемещается поршень-вытеснитель 2, длина которого составляет 6 / в длины цилиндра. [26]
Для получения сжиженных газов ( гелия, водорода и др.) применяются также холодильные машины, работающие по принципу низкотемпературного теплового насоса. В машине этого типа ( рис. XVI1 — 21) в цилиндре J перемещается поршень-вытеснитель 2, длина которого составляет 5 / в длины цилиндра. [27]
Насадка регенератора выполнена из тонкой медной проволоки диаметром 0 02 мм, а теплообменник съема полезной нагрузки — в виде медной массивной головки с внешними и внутренним ребрами. Газ, проходя между внутренними ребрами, охлаждает головку и конденсирует воздух на внешних ребрах теплообменника. При этом создается небольшое разрежение, благодаря чему происходит всасывание новых порций воздуха. Сконденсированный воздух собирается в камере и затем сливается в сосуд Дьюара. Поступающий в машину воздух проходит через пластины вымораживателя 9, на которых оседают влага и двуокись углерода. Головка, на поверхности которой проходит охлаждение, закрыта колпаком 8 с теплоизоляцией. Поршень-вытеснитель представляет собой тонкостенный цилиндр, заполненный теплоизолирующим материалом. На вытеснителе в качестве уплотнений служат поршневые кольца. Картер машины заполнен гелием. [28]
Насадка регенератора выполнена из топкой медной проволоки диаметром 0 02 мм, а теплообменник съема полезной нагрузки — в виде медной массивной головки с внешними и внутренним ребрами. Газ, проходя между внутренними ребрами, охлаждает головку и конденсирует воздух на внешних ребрах теплообменника. При этом создается небольшое разрежение, благодаря чему происходит всасывание новых порций воздуха. Сконденсированный воздух собирается в камере и затем сливается в сосуд Дьюара. Поступающий в машину воздух проходит через пластины выморажпвателя 9, на которых оседают влага и двуокись углерода. Головка, на поверхности которой проходит охлаждение, закрыта колпаком 8 с теплоизоляцией. Поршень-вытеснитель представляет собой тонкостенный цилиндр, заполненный теплоизолирующим материалом. Па вытеснителе в качестве уплотнений служат поршневые кольца. Картер машины заполнен гелием. [29]
КПД цикла Карно для тех же температур. Естественно, чтобы-получить такое значение КПД в реальном двигателе, необходимо разработать агрегат, рабочий цикл которого был бы близок к циклу Стирлинга. Такие двигатели уже создаются. На рис. 4.25 условно показана конструкция двигателя внешнего сгорания. Силовой поршень связан механически с поршнем-вытеснителем так, что при движении силового поршня вниз последний движется вверх. При этом он выталкивает газ из горячей зоны через регенератор, в котором газ охлаждается, нагревая керамическую засыпку регенератора. При этом поршень-вытеснитель достигает крайнего нижнего положения. В горячей зоне газ вновь разогревается и выполняется новый цикл. [30]
Форма камеры сгорания нижнеклапанного двигателя и влияние на ее конструкцию степени сжатия
Увеличение степени сжатия двигателей позволяет несколько поднять его мощность и уменьшить расход топлива. Однако в литературе указывается предельное значение степени сжатия для нижнеклапанного двигателя 6,0 ед., выше которого подниматься не рекомендуется. Я попытался разобраться, какими процессами это определяется.
Рисунок 1. Теоретическая наибольшая мощность двигателя Форд Т от степени сжатия (без учета влияния газодинамических потерь, усиливающихся при высокой степени сжатия)
Рисунок 2. Сравнение кривых мощности и момента для двигателей Форд Т со степенями сжатия 4,0 (stock) и 6.0
Для начала о видах камер сгорания по фотографиям.
Первое известная конструкция камер сгорания образца 1914 года – плоская, равномерно растянутая над поверхностью поршня и тарелками клапанов (рис. 3) Характеризуется малой турбулентностью и большой длиной пути фронта пламени. Свеча обычно располагается над впускным клапаном (?).
Вторая конструкция – вихревая камера, или камера Рикардо (рис. 3) имеет увеличенный объем в зоне клапанов (сравнение поперечных сечений камер на рис. 4), и соединяется с цилиндром слегка зауженной щелью. Турбулизация достигается вытеснением смеси из цилиндра в камеру сгорания в конце такта сжатия через суженную щель. Рикардо отмечает, что степень турбулизации можно регулировать изменением степени сужения этой щели.
Размеры камеры сгорания уменьшены за счет приближения поверхности головки к наиболее удаленной от свечи части поршня (около ½ площади поршня). Свеча расположена примерно в центре камеры сгорания, немного ближе к выпускному клапану, так как вероятность возникновения детонации над ним наибольшая.
Турбулизация смеси в первую очередь снижает влияние перегретых участков смеси около самых горячих частей камеры сгорания, интенсивно перераспределяя отобранное тепло по всему объему.
Укорачивание пути фронта пламени снижает время воздействия на смесь высокой темепературы и давления, снижая опасность того, что детонация начнется в удаленных от свечи местах уже после начала процесса горения.
Рисунок 3. Камера образца 1914 года (stock, ст. сж. 4,0) и вихревая (Waukesha-Ricardo, ст. сж. 5,0) камеры сгорания двигателя Ford T
Рис. 4. Сравнение поперечных сечений камер сгорания обр. 1914 г. (пунктиром) и вихревой (сплошная линия)
Рис. 5. Характер движения смеси в конце такта сжатия. Турбулизация. Рекламный буклет
Рис. 6. Вихревая камера сгорания, модель 1918 – 1919 годов
Приблизительно к 1935 году антидетонационные свойства бензинов позволили поднять степень сжатия до 6,0 единиц. Требования к камере сгорания при этом изменились. Рикардо утверждает, что для сгорания смеси в новых условиях требовалась значительно меньшая турбулизация. При использовании вихревой камеры в двигателе с такой степенью сжатия скорость нарастания давления была чрезмерной, что ухудшало тепловые характеристики (и приводило к жесткой работе двигателя).
Для снижения турбулизации размеры щели, соединяющей цилиндр с камерой сгорания, увеличивали. При общем уменьшении объема камеры сгорания это привело сначала к отказу от полусферической формы, и далее к превращению камеры сгорания в канал, соединяющий клапаны с цилиндром таким образом, чтобы сопротивление прохождению смеси во всех его частях было наименьшим. Примерами таких головок являются головки двигателей Harley-Davidson KR и КМЗ К750.
Рис. 7. Разрез по оси цилиндра двигателя К750, видны очертания камеры сгорания
Рис. 8. Головки цилиндров двигателя К750
Рис. 9. Головки цилиндров Harley-Davidson KR
Таблица. Параметры различных нижнеклапанных двигателей 
Рикардо формулирует следующие требования к конструкции камеры сгорания для степени сжатия, превышающей 6,0:
1. Впускной клапан достаточно большого диаметра и с достаточными зазорами вокруг его тарелки для обеспечения возможно лучшего наполнения цилиндра;
2. Наименьший путь фронта пламени (компактная камера сгорания, свеча в ее центре или немного смещена к выпускному клапану);
3. Выпускной клапан с возможно меньшим диаметром тарелки, снижение пропускной способности компенсировать увеличением его подъема;
4. Наилучшее охлаждение седла выпускного клапана и свечи зажигания;
5. Для стабильной работы на обедненной смеси расположить свечу в месте, хорошо продуваемом свежим зарядом;
6. При необходимости использовать турбулизацию смеси, как в вихревой камере (?)
Далее в книге «Быстроходные двигатели» Рикардо рассматривает только верхнеклапанные конструкции.
Рис. 10. Камеры сгорания двигателя ГАЗ-69. Свеча зажигания расположена над выпускным клапаном, нижняя граница камеры сгорания представляет из себя дугу с центром на свече зажигания (принцип наименьшего пути фронта пламени)
Рис. 11. Выступание поршня над поверхностью разъема блока цилиндров в ВМТ, модель двигателя неизвестна
Рис. 12. Вариант конструкции соединения камеры сгорания с цилиндром с минимальным сопротивлением перетеканию газов (предположительно). Двигатель Форд V8.
Рис. 13. Тюнинговый комплект цилиндра и головки Harley-Davidson model K, видны две свечи, камера сгорания растянута
Выводы. Как можно модифицировать головку блока и камеру сгорания К750.
1. Заварить заводское отверстие для свечи (там довольно большая воронка), расположенное в неоптимальном месте и плохо продуваемое, и изготовить новое примерно в середине камеры сгорания или ближе к выпускному клапану;
2. Поработать с формой вытеснителя, в частности с его кромкой, обращенной к камере сгорания. При этом стараться не уменьшить сечение щели между камерой сгорания и цилиндром, так как смесь проходит там четырежды – на впуске, сжатии, рабочем ходе и при выпуске. Любые заужения скажутся в четыре раза сильнее, чем во впускном канале, например. Пример формы перехода на рис. 12. В целом решения не очевидны, этот путь требует проведения расчетов газодинамики.
2а. Отполировать камеру сгорания.
3. Сгладить и закруглить кромку цилиндра, выступающую в камеру сгорания.
4. Возможно, полезно будет увеличить рабочий объем за счет диаметра цилиндра или хода поршня. Но для большего хода поршня потребуется увеличивать сечение щели и пропускную способность клапанов. По крайней мере, на Харлее пошли таким путем – ход там больше диаметра цилиндра в 97/70 = 1,39 раза.
5. Устанавливать две свечи вряд ли целесообразно, так как размеры камеры сгорания невелики;
6. Возможно, удалить вытеснитель на головке цилиндра и подобрать поршень, доходящий до привалочной плоскости головки или даже выступающий за нее. Такие конструкции есть (рис. 11, схема рис. 15). Это увеличит степень сжатия при неизменных проходных сечениях для впуска и выпуска газов. Будет работать или нет пока неясно, по негативным отзывам на такую схему подтверждения не нашел.
7. Учитывать влияние высокой температуры головки и цилиндра на антидетонационные свойства топливной смеси и не требовать от двигателя нормальной работы на Аи92 при степени сжатия 9-9,5 (рис. 14).
Рис. 14. Зависимость потребного ОЧ топлива от температуры охлаждающей жидкости двигателя.
Рис. 15. Увеличение степени сжатия за счет выступания поршня выше привалочной плоскости головки цилиндра. Схематично.
Дополнение. Тема про доработку головок цилиндров оппозитчика Скунса
Когда изучал материалы, мне показалось, что при такой доработке излишне заужается переход из камеры сгорания в цилиндр. Сейчас так уже не кажется )
Описание доработок нижнеклапанного оппозитного двигателя на сайте Скунса https://skuns99.blogspot.com/2016/09/750-7503-8253.html
Рис. Фотография доработанных головок К750 с сайта Скунса.
Смущает упоминание автора о том, что двигатель после доработок стал работать без глушителей заметно тише. Это косвенно может говорить о большем сопротивлении на выпуске.
Источники:
В основном материалы взяты на форуме OPPOZIT.RU, все ссылки привести не представляется возможным. Идеи все тоже с сайта, я только систематизировал их и попытался объяснить.
Статья A170478, послужившая катализатром «Двигатель К750 на 824 см. куб. Результат.»
Участники, ссылками и идеями которых я пользовался (кроме автора статьи)
MAD DOCTOR
ARTEGRO
BUFFOG
Книга Г. Р. Рикардо. «Быстроходные двигатели внутренного сгорания», Москва 1960 г.
Что такое поршневая группа: общая теория и поршни СТК
20.09.2020 
Поршневая группа СТК
Поршневая группа двигателя включает в себя: поршень, поршневые кольца и поршневой палец.
Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.
Именно на эту деталь, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно совместимы и технически тяжело реализуются.
Требования, которым должна соответствовать эта деталь:
- температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С.
- после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя.
- зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.
- изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.
Очертания поршня за более сто пятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.
Устройство поршня
Устройство поршня на примере СТК 21126
В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.
Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой. Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец. На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -«213», на модели ВАЗ 2123 — «23».
На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — «08»,»083″, «10». Поршень 2108 имеет диаметр 76 мм , модели 21083 и 2110 — 82 мм.
Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — «12»и «24» и отличаются глубиной выборки под клапана. Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.
Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.
«Жаровым поясом» (огневым) называют расстояние от днища до канавки первого поршневого кольца. Чем ближе располагаются поршневые кольца к днищу, тем более высокой тепловой нагрузке они подвергаются, тем больше сокращается их ресурс.
Уплотняющий участок — это участок канавок, расположенных на боковой цилиндрической поверхности поршня. Канавки предназначены для установки поршневых колец. Поршневые кольца обеспечивают подвижное уплотнение. На всех моделях для двигателей ВАЗ, выполнены две канавки под компрессионные кольца и одна канавка под маслосъемное кольцо.
В канавке под маслосъемное кольцо есть отверстия, через которые отводится излишек масла во внутреннюю полость поршня. Уплотняющий участок выполняет еще одну очень важную функцию — через установленные поршневые кольца, осуществляется отвод значительной части тепла от поршня к цилиндру.
Если конструкция изделия не будет предусматривать эффективный отвод тепла от днища, то это приведёт к его прогоранию.
По расчетам, через компрессионные кольца, передается до 60-70% выделенного тепла. Однако это требует плотного прилегания поршневых колец к цилиндру и к поверхностям канавок.
Для обеспечения работоспособности, торцевой зазор первого компрессионного кольца в канавке должен составлять 0,045-0,070 мм. Для второго компрессионного кольца зазор — 0,035-0,060 мм, для маслосъемного – 0,025-0,050 мм. Между внутренней поверхностью кольца и канавки должен быть радиальный зазор — 0,2-0,3 мм.
Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.
Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.
«Юбкой», называют нижнюю часть поршня. На этом участке находятся бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность юбки, исполняет роль опорной и направляющей поверхности.
Юбка обеспечивает соосность положения детали к оси цилиндра блока. Кроме того, боковая поверхность юбки участвует в передаче к цилиндру возникающих поперечных усилий.
На поверхность юбки (или на все изделие) могут наноситься защитные покрытия улучающие прирабатываемость и снижающих трение.
Покрытие слоем олова позволяет сгладить неточности профиля и предотвратить наволакивание алюминия на поверхности цилиндра. Могут применяться покрытия созданные на основе графита и дисульфида молибдена.
Другой способ, снижающий потери на трение – нанесение на юбке канавок специального профиля. Глубина канавок составляет 0,01-0,015 мм. При движении, канавки не только удерживают масло, но и создают гидродинамическую силу, которая препятствует контакту со стенками цилиндра.
Одним из факторов, определяющих геометрию поршня, является необходимость снижения сил трения.
Для этого требуется обеспечение определенной толщины масляного слоя в зазоре между поршнем и стенками цилиндра. Причем маленький зазор повлечет за собой увеличение сил трения и как следствие повышение нагрева деталей и их ускоренный износ а возможно и заклинивание.
Слишком большой зазор, увеличит шумность двигателя, приведет к росту динамических нагрузок на сопрягаемые детали и будет способствовать их ускоренному износу. Поэтому величина зазора подбирается в соответствии с рекомендациями для конкретного типа двигателя.
В истории применения конструкций поршней для двигателей ВАЗ, просматриваются этапы влияния нескольких европейских конструкторских школ.
На первых моделях двигателей ВАЗ применяется «итальянская» конструкция. Поршни отличаются большой компрессионной высотой, широкой опорной поверхностью юбки. Поверхность изделия покрыта слоем олова.
В разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании. У поршней уменьшается компрессионная высота. На юбке применяется микропрофиль – специальный профиль канавок, для удержания смазки в зоне трения. Поршни моделей ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 получают Т-образный профиль и рассчитаны на установку «тонких» поршневых колец. Так внешне сравнивая модели от 2101 до 21126, можно получить представление об общих тенденциях совершенствования конструкции, основанных на новых научных разработках.
Когда речь заходит об отечественных машинах (ВАЗ, Приора и пр.) приходиться всерьёз рассматривать компанию СТК и её продукцию. Самара Трейдинг Компани (сокращённо – «СТК») не случайно стала одним из самых популярных производителей поршневых групп. Всё дело исключительно в производстве, ведь оно уникально в своём роде.
Самым сложным и, в то же время, важным технологическим процессом при изготовлении поршневых систем является литьё. Однородность и прочность материалов, жаростойкость и твёрдость – всё это играет важнейшую роль. Стоит какому-то коэффициенту отклонится на 1% и поршень застрянет в цилиндре, шатун может легко искривиться и даже заклинить, нарушив целостность и исправность всего силового агрегата.
Полуавтоматические устройства и специальные высокотехнологические станки позволяют компании СТК осуществлять литьё поршней на высочайшем уровне. Данной технологии нет равных, на протяжении долгих десятилетий и благодаря кропотливой работе инженеров фабрика создаёт самые качественные поршневые кольца и поршни. Несмотря на автоматизацию всех процессов, процедура изготовления каждого поршня контролируется людьми. Каждый продукт проходит целую линейку тестов.
Стоит лишь посетить любую станцию техобслуживания и задать вопрос автомеханику «Какой поршень идеально подойдёт отечественному автомобилю?», и вы услышите ответ: «СТК». Всё дело в том, что каждый механик желает выполнить работу так, чтобы клиент не возвращался к нему и не приходилось нарушать гарантийные обязательства.
Несмотря на лидирование компании СТК существуют и другие неплохие аналоги, например, Кострома-мотордеталь. В сравнении с китайскими и европейскими поршнями, Кострома хорошо показала себя в отечественных машинах, однако сама конструкция этого поршня не способна уберечь водителя от самой зловещей неисправности – столкновения поршня и клапанов.
Безвытковые Поршни СТК, содержащие специальные проточки, не влияют пагубно на клапана головки блока цилиндров. Поэтому в случае гидравлического удара, даже при срыве цепи газораспределительного механизма, когда поршни «летят» вверх, а клапана – вниз, исход их столкновения невозможен, если в двигатель установлены поршни СТК. Всё благодаря специальным канавкам, проточенным в головке каждого поршня – новшеству инженеров самарской компании.
Если ваш автомобиль уже давно б/у, его компрессия вас вовсе не радует и вы отлично понимаете, что настало время менять поршневую, помните: оптимальными для двигателя будут поршневые группы Самара Трейдинг Компани (СТК).
Вытеснитель на поршне что это
Мысль с повышением степени сжатия витала давно, для реализации есть несколько выходов:
1. Самый простой, это фрезеровка ГБЦ на 2,2мм на гбц старого образца от изначальной СЖ 6,7, много не выжмешь, в лучшем случае получим СЖ 7,9. (Маловато будет, маловато.)
2. Поршни с вытеснителями, тут две ветви:
— Поршни под заказ.
— Использование поршней 53х (402х) с последующей фрезеровкой плоскости. ( годно только на 4,7л так как 523й поршень ниже на 4мм)
3. Сочетание первого и второго методов, в итоге на выходе получаем СЖ порядка 9,5-10едениц + — это мой выбор.
Поршни под заказ, были отклонены, так как найти кто изготовит подобные не вышло, а ковка сильно бьет по карману. (дополнение, есть контора в РФ, которая готова изготовить подобные литые поршни, цена вопроса 24000руб+, Ковка порядка 35000руб)
В итоге взор пал на поршни ЗМЗ 53
Сами поршни бывают нескольких видов, нового и старого образца, у старого жаровой пояс 6мм, у нового 8-10мм, нам нужны последние.
Были приобретены поршни КМЗ и отправлены на доработку.
С днища поршня по бокам снимается 3,5мм середина остается как есть и служит вытеснителем с приданием формы под камеру сгорания. Чертежик прилагается.
Все бы нечего, но меня терзали сомнения по поводу противовесов и длинной юбки поршня 53го.
И как оказалось не зря.
Был взят для наглядности коленвал с 88м ходом 523й и поршень 53й с 66м шатуном.
Вставляем и смотрим.
Противовес коленвала упирается в поршень и не дает шатуну дальше залезть.
Это не удивительно когда есть возможность сравнить 53й и 532й поршни, можно наглядно увидеть разницу.
От бобышка поршневого пальца до края юбки аж 13мм на 53м поршне. А у 523го 8мм и имеет проточку до 6,5мм под противовес и длинная часть юбки короче на 7мм.
Болгарку в руки и вперед, безжалостно кромсать поршень. (все равно на выброс)
Итог, нужно сфрезеровать энную часть юбки и сделать проточку по краю по 10мм с боков (дабы не кромсать усилители сильно) на 53м поршне, по подобию 523го полностью укоротить юбку. Теоретически прочность не должна сильно пострадать в таком случае.
жаровой пояс 8мм и 10мм, хотя номера идентичные выбиты, исключение размерность 92 и 92,5мм сама длина различная, возможно из за того, что разный производитель поршней
Что такое поршневая группа: общая теория и поршни СТК
20.09.2020 Поршневая группа СТК
Поршневая группа двигателя включает в себя: поршень, поршневые кольца и поршневой палец.
Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.
Именно на эту деталь, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно совместимы и технически тяжело реализуются.
Требования, которым должна соответствовать эта деталь:
- температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С.
- после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя.
- зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.
- изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.
Очертания поршня за более сто пятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.
Устройство поршня
Устройство поршня на примере СТК 21126
В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.
Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой. Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец. На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -«213», на модели ВАЗ 2123 — «23».
На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — «08»,»083″, «10». Поршень 2108 имеет диаметр 76 мм , модели 21083 и 2110 — 82 мм.
Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — «12»и «24» и отличаются глубиной выборки под клапана. Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.
Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.
«Жаровым поясом» (огневым) называют расстояние от днища до канавки первого поршневого кольца. Чем ближе располагаются поршневые кольца к днищу, тем более высокой тепловой нагрузке они подвергаются, тем больше сокращается их ресурс.
Уплотняющий участок — это участок канавок, расположенных на боковой цилиндрической поверхности поршня. Канавки предназначены для установки поршневых колец. Поршневые кольца обеспечивают подвижное уплотнение. На всех моделях для двигателей ВАЗ, выполнены две канавки под компрессионные кольца и одна канавка под маслосъемное кольцо.
В канавке под маслосъемное кольцо есть отверстия, через которые отводится излишек масла во внутреннюю полость поршня. Уплотняющий участок выполняет еще одну очень важную функцию — через установленные поршневые кольца, осуществляется отвод значительной части тепла от поршня к цилиндру.
Если конструкция изделия не будет предусматривать эффективный отвод тепла от днища, то это приведёт к его прогоранию.
По расчетам, через компрессионные кольца, передается до 60-70% выделенного тепла. Однако это требует плотного прилегания поршневых колец к цилиндру и к поверхностям канавок.
Для обеспечения работоспособности, торцевой зазор первого компрессионного кольца в канавке должен составлять 0,045-0,070 мм. Для второго компрессионного кольца зазор — 0,035-0,060 мм, для маслосъемного – 0,025-0,050 мм. Между внутренней поверхностью кольца и канавки должен быть радиальный зазор — 0,2-0,3 мм.
Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.
Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.
«Юбкой», называют нижнюю часть поршня. На этом участке находятся бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность юбки, исполняет роль опорной и направляющей поверхности.
Юбка обеспечивает соосность положения детали к оси цилиндра блока. Кроме того, боковая поверхность юбки участвует в передаче к цилиндру возникающих поперечных усилий.
На поверхность юбки (или на все изделие) могут наноситься защитные покрытия улучающие прирабатываемость и снижающих трение.
Покрытие слоем олова позволяет сгладить неточности профиля и предотвратить наволакивание алюминия на поверхности цилиндра. Могут применяться покрытия созданные на основе графита и дисульфида молибдена.
Другой способ, снижающий потери на трение – нанесение на юбке канавок специального профиля. Глубина канавок составляет 0,01-0,015 мм. При движении, канавки не только удерживают масло, но и создают гидродинамическую силу, которая препятствует контакту со стенками цилиндра.
Одним из факторов, определяющих геометрию поршня, является необходимость снижения сил трения.
Для этого требуется обеспечение определенной толщины масляного слоя в зазоре между поршнем и стенками цилиндра. Причем маленький зазор повлечет за собой увеличение сил трения и как следствие повышение нагрева деталей и их ускоренный износ а возможно и заклинивание.
Слишком большой зазор, увеличит шумность двигателя, приведет к росту динамических нагрузок на сопрягаемые детали и будет способствовать их ускоренному износу. Поэтому величина зазора подбирается в соответствии с рекомендациями для конкретного типа двигателя.
В истории применения конструкций поршней для двигателей ВАЗ, просматриваются этапы влияния нескольких европейских конструкторских школ.
На первых моделях двигателей ВАЗ применяется «итальянская» конструкция. Поршни отличаются большой компрессионной высотой, широкой опорной поверхностью юбки. Поверхность изделия покрыта слоем олова.
В разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании. У поршней уменьшается компрессионная высота. На юбке применяется микропрофиль – специальный профиль канавок, для удержания смазки в зоне трения. Поршни моделей ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 получают Т-образный профиль и рассчитаны на установку «тонких» поршневых колец. Так внешне сравнивая модели от 2101 до 21126, можно получить представление об общих тенденциях совершенствования конструкции, основанных на новых научных разработках.
Когда речь заходит об отечественных машинах (ВАЗ, Приора и пр.) приходиться всерьёз рассматривать компанию СТК и её продукцию. Самара Трейдинг Компани (сокращённо – «СТК») не случайно стала одним из самых популярных производителей поршневых групп. Всё дело исключительно в производстве, ведь оно уникально в своём роде.
Самым сложным и, в то же время, важным технологическим процессом при изготовлении поршневых систем является литьё. Однородность и прочность материалов, жаростойкость и твёрдость – всё это играет важнейшую роль. Стоит какому-то коэффициенту отклонится на 1% и поршень застрянет в цилиндре, шатун может легко искривиться и даже заклинить, нарушив целостность и исправность всего силового агрегата.
Полуавтоматические устройства и специальные высокотехнологические станки позволяют компании СТК осуществлять литьё поршней на высочайшем уровне. Данной технологии нет равных, на протяжении долгих десятилетий и благодаря кропотливой работе инженеров фабрика создаёт самые качественные поршневые кольца и поршни. Несмотря на автоматизацию всех процессов, процедура изготовления каждого поршня контролируется людьми. Каждый продукт проходит целую линейку тестов.
Стоит лишь посетить любую станцию техобслуживания и задать вопрос автомеханику «Какой поршень идеально подойдёт отечественному автомобилю?», и вы услышите ответ: «СТК». Всё дело в том, что каждый механик желает выполнить работу так, чтобы клиент не возвращался к нему и не приходилось нарушать гарантийные обязательства.
Несмотря на лидирование компании СТК существуют и другие неплохие аналоги, например, Кострома-мотордеталь. В сравнении с китайскими и европейскими поршнями, Кострома хорошо показала себя в отечественных машинах, однако сама конструкция этого поршня не способна уберечь водителя от самой зловещей неисправности – столкновения поршня и клапанов.
Безвытковые Поршни СТК, содержащие специальные проточки, не влияют пагубно на клапана головки блока цилиндров. Поэтому в случае гидравлического удара, даже при срыве цепи газораспределительного механизма, когда поршни «летят» вверх, а клапана – вниз, исход их столкновения невозможен, если в двигатель установлены поршни СТК. Всё благодаря специальным канавкам, проточенным в головке каждого поршня – новшеству инженеров самарской компании.
Если ваш автомобиль уже давно б/у, его компрессия вас вовсе не радует и вы отлично понимаете, что настало время менять поршневую, помните: оптимальными для двигателя будут поршневые группы Самара Трейдинг Компани (СТК).
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Затем поршень-вытеснитель , перемещаясь в обратном направлении, выталкивает рабочее тело из горячей полости в холодную при объеме v4 vt const. Особенностью двигателя Стирлинга являются перемещения рабочего тела из холодной полости в горячую и обратно через регенератор, который, осуществляя полную регенерацию, периодически то нагревается, воспринимая теплоту от рабочего тела, то охлаждается, отдавая теплоту рабочему телу. [8]
Основным элементом машины является закрытый с обоих концов цилиндр 3, внутри которого перемещается поршень-вытеснитель 4, занимающий около 5 / 6 длины цилиндра. Объемы, ограниченные крышками цилиндра и торцовыми поверхностями поршня-вытеснителя, изменяются от нуля до максимального значения по мере перемещения вытеснителя, причем суммарный объем обеих полостей остается постоянным. Обе полости цилиндра соединены через регенератор 2, поэтому газ, находящийся в системе, одновременно заполняет обе полости цилиндра и регенератор. Сжатый рабочий газ ( гелий) из компрессора / поступает в цилиндр и регенератор. [10]
Поршень-вытеснитель находится в крайнем верхнем положении. При расширении газа его температура падает. [11]
Переход газа из полости В в поло с т ь А. Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего верхнего положения в нижнее, что сопровождается вытеснением газа из полости В в полость А через регенератор. Выходящий из полости В холодный газ на пути в регенератор воспринимает тепло от охлаждаемой среды и сам при этом нагревается. Дальнейшее нагревание газа происходит в регенераторе, после чего газ при давлении pi вновь засасывается компрессором. [12]
Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего нижнего положения в верхнее, что сопровождается вытеснением газа из полости А в полость В через регенератор, без изменения давления в системе. Газ, направляющийся в полость В цилиндра, охлаждается на насадке регенератора. [13]
Поршень-вытеснитель находится в крайнем верхнем положении. При расширении газа его температура падает. [14]
Поршень-вытеснитель перемещается из крайнего верхнего положения в нижнее, что сопровождается вытеснением газа из полости В в полость А через регенератор. Выходящий из полости В холодный газ на пути в регенератор воспринимает тепло от охлаждаемой среды и сам при этом нагревается. Дальнейшее нагревание газа происходит в регенераторе, после чего газ при давлении р, вновь засасывается компрессором. [15]
Вытеснитель на поршне что это
Сообщение Mortis » Вс апр 20, 2014 21:19 pm
Канавки Сингха на 402-м движке, опыт применения.
Краткое вступление для тех, кто не знает о чем речь.
Описываемый мод для камеры сгорания был придуман некоторое время назад никому не известным индийским мотористом-энтузиастом по имени Сомендер Сингх (http://www.somender-singh.com) и суть его вот в чем. В большинстве двигателей камеры сгорания имеют такой необходимый элемент как вытеснители, то есть полки по краям «ванночки», в которые поршень в ВМТ практически упирается, оставляя совсем небольшую щель. Их функция, как следует из названия — выдувать смесь с периферии цилиндра в камеру, попутно активно ее (смесь) перемешивая. Так достигается наиболее равномерное распределение частичек бензина по объему камеры и, соответственно, наиболее быстрое и качественное сгорание. Но у этой медали есть и другая сторона: фронт пламени от свечи не может сразу пройти в щель между поршнем и вытеснителем, условия для горения там создадутся только когда поршень отойдет на некоторе расстояние. А вот условия для детонации там создаются несколько раньше: смесь в щели поджимается давлением из камеры сгорания, где уже вовсю идет рабочий процесс. И как только щель становится достаточно большой, в глубине вытеснителя у стенки цилиндра происходит оно самое — самовоспламенение от сжатия. Это одна из причин, по которым ни на одном движке нельзя увеличивать степень сжатия до бесконечности. И бороться с этим сложно: очевидное вроде бы решение — уменьшить площадь вытеснителей — на самом деле ведет в тупик т.к. смесь в таком случае будет хуже перемешиваться, а следовательно медленнее гореть, требовать большего опережения зажигания, выделять больше вредных продуктов сгорания. То есть, говоря по-русски, движок получится тупым и прожорливым. В современных движках площадь вытеснителей заметно меньше, чем в моторах прежних лет, но это компенсировано более активной закруткой смеси во впускных каналах, более удачным расположением свечи и применением инжекторных форсунок, впрыскивающих уже исходно сильно измельченный бензин.
Сингх же придумал очень простое и изящное решение: проточить в вытеснителе канавку, по которой фронт пламени сможет забраться в щель, не дожидаясь пока поршень уйдет вниз.
Клиновидное сечение выбрано только из за удобства выпиливания, реально оно может быть любым при условии сохранения достаточной глубины. К примеру на роверовских движках серий К и KV (единственный случай когда это решение было применено производителем) канавки выглядят так:
При вытеснении смеси на такте сжатия канавка играет дополнительную роль: фокусированно выдувает смесь в область свечи. Очевидно что в таких условиях сгорание в области вытеснителя начнется (и, соответственно, закончится) намного раньше, особенно если канавок будет несколько. А условий для детонации может и вообще не возникнуть, даже при очень высокой степени сжатия (разумеется, этому есть предел, после которого они создаются уже в самой камере сгорания или в щели по периметру огневого пояса поршня). Если наглядно, то так выглядит обычное сгорание:
А вот так выглядит сгорание с канавками:
Что мы в теории от этого выигрываем?
— Расширяющиеся газы начинают раньше давить на всю площадь поршня, это увеличивает момент на низах.
— Можно ездить на низкооктановом бензине с высокой CCж, что дает экономию как по расходу (по словам Сингха — до 30%!), так и по стоимости.
— Можно использовать более позднее зажигание, то есть уменьшить паразитное давление на поршень до ВМТ. Еще больше момента.
— Ускорение сгорания позволит раньше открывать выпускной клапан, без потерь улучшая очистку цилиндра.
— Уменьшение выбросов CO и остаточных углеводородов.
— Снижение тепловой нагрузки на двигатель и уменьшение нагарообразования в КС.
— Улучшается холодный пуск и работа на холостых оборотах.
В общем, на первый взгляд — просто праздник какой-то! Но все мы прекрасно знаем присказку про «гладко было на бумаге»: в реальном движке что-то из этого списка просто обязано не сработать. И, как мы скоро убедимся, в таком движке как ЗМЗ-402 не работает очень многое.
Эксперимент.
Согласно рекомендации Сингха, чтобы получить максимальный эффект, перед выпиливанием канавок степень сжатия двигателя надлежит довести до 10:1 (при этом заявляется возможность ездить на 92-м бензине). Чтобы получить такую на 402-м движке, пришлось бы фрезеровать блок и заглублять гильзы, дабы обеспечить выступание поршней из блока в ВМТ. Сия операция облегчила бы мой кошелек минимум на 10 т.р. и понятно, что тратить такую сумму на эксперимент с непонятными перспективами мне не хотелось. Поэтому я ограничился фрезеровкой ГБЦ до высоты 92мм, что дало мне 9.2:1. После заваривания открывшейся дырки в свечной колодец и замера остаточной толщины вытеснителей до рубашки охлаждения, на голове были запилены канавки глубиной около 5мм и такой же ширины. Инструмент простейший: ножовочное полотно и трехгранный надфиль. Собранный движок откатал 5000км после чего был разобран для осмотра.
Прежде всего должен заметить что результаты по детонационной стойкости получились не совсем чистыми т.к. на машине стоял трамблер АТЭ-2 с датчиком Холла, чья зубильная кривая зажигания ограничивает максимальную степень сжатия на уровне голого стока. И канавки тут ничего поделать не смогли: собранный движок детонировал даже при прогазовке на нейтральной передаче (настройку трамблера я не менял, как снял, так и поставил обратно). Поворот трамблера в сторону запаздывания, кроме уменьшения детонации, дал, к моему удивлению, и рост мощности — впрочем, в теорию это вполне укладывается. Тем не менее в целом мощность не выросла, просто прежние показатели теперь достигались при более позднем зажигании. Окончательно от детонации за весь последующий пробег избавиться так и не удалось, не помогла даже заправка 98-м бензином: на полностью прогретом движке все равно в каких-то режимах стук да прослушивался. А потом проблема решилась просто и разом: заменой трамблера на обычный волговский. Но в камерах сгорания к этому моменту уже были проведены другие доработки, так что эффект от одних только канавок на стоковом зажигании остается невыясненным.
Как бы то ни было, думаю можно сказать достаточно уверенно: если они и увеличивают на нашем движке детонационную стойкость, то незначительно. В конце концов я даже не довел CCж до рекомендованной. И ничего удивительного в общем-то тут нет, ибо основной источник детонации у нас — сама камера сгорания. А именно — окруженный острыми углами карман возле горячего выпускного клапана. Как показывает опыт (весьма дорогостоящий, к слову :)), начинается она в этой точке (сперва в четвертом цилиндре, как самом обедненном и горячем):
Причиной тому неудачная конфигурация КС и впускных каналов, которая препятствует закрутке смеси на входе в цилиндр и, соответственно, равномерному распределению ее по камере сгорания в конце сжатия. Для получения максимальной детонационной стойкости (также как и экономичности) смесь должна путешествовать примерно по такому маршруту:
Для этого впускному каналу придают небольшой эксцентриситет относительно седла (в гипертрофированном виде это можно увидеть на вихревых головках ЗМЗшных V8), а с противоположной стороны КС заваливают стенку, чтобы не блокировать зародившийся спиральный вихрь. Вот так это выглядит на головке американского «родственника» — одной из модификаций GM Iron Duke:
У нас же картина выглядит так:
Разогнавшийся в прямом канале поток, обтекая направляющую втулку, фокусируется в конус и сразу после выхода из канала врубается в поршень. Часть бензина выпадает из взвеси прямо тут и оседает в виде лужи на поршне (о чем свидетельствует жирный слой нагара, первого признака неполного сгорания), что происходит дальше можно отследить опять же по распределению нагара:
Для наглядности взял фото «газовой» головы, на них легче разглядеть искомое. Смесь, которая по идее должна быть гомогенной, и, в общем-то, такой и выходит из карбюратора, в цилиндре разделяется: бензин относит к выпускному клапану (весь нагар там), а воздух остается у впускного, о чем свидетельствует девственно чистый алюминий стенок КС. То есть состав смеси в цилиндре к моменту воспламенения представляет собой градиент от переобедненной до переобогащенной. Не могу сказать точно какие именно нездоровые пертурбации происходят с фронтом пламени в таких условиях, но очевидно что скорость его распространения будет неравномерной. Возможно даже настолько, что первый контакт с вытеснителем произойдет совсем не в той точке, где пропилена канавка. Не исключено, что именно с учетом подобных обстоятельств Сингх в последнее время рекомендует запиливать по три канавки, равномерно распределяя их по поверхности полки.
Надо скзаать, что не все головки\коллектора такие, есть и более удачные экземпляры, на которых нагар распределен равномерно — то есть впускные каналы случайно (?) оказались более удачной формы. Детонационная стойкость таких головок не проверялась, но скорее всего она будет выше.
Возвращаясь к канавкам — очевидно, что как бы мы ни влияли на детонационные свойства большого вытеснителя, проблемы распределения смеси по КС это не решит, что и показало контрольное вскрытие: все то же отсутствие нагара у впускного клапана.
Можно сделать еще один побочный вывод: как бы тщательно мы не гомогенизировали смесь в карбюраторе (или даже впрыскивали инжекторными форсунками), с такой конфигурацией впускного тракта она все равно в цилиндре разделится на составляющие, так что любые модификации карба в этом направлении повлияют на экономичность намного меньше, чем можно было бы ожидать. Также как и инжектирование движка. Пилить надо в других местах.
Тем не менее ряд положительных моментов все же налицо. Первое, что обращает на себя внимание — существенное уменьшение количества нагара на большом вытеснителе. Как выглядит типичная для 402-го картина, можно посмотреть выше — на тех фотографиях, где я рисовал желтыми стрелками направление воздушных потоков. После модификации вытеснитель выглядит так:
Видны просветы чистого алюминия. Опасения что канавки сразу же забьются отложениями, соответственно, тоже не оправдались. Обратите внимание, что на малом вытеснителе все осталось по-прежнему: жирный нагар. То есть сгорание там началось позже, чем на большом, несмотря на близость к свече. На ходу машина на первый взгляд ведет себя без изменений, но со временем понимаешь, что они есть — хоть и малозаметные на первый взгляд, но существенные. Во-первых, ощутимо ускорился процесс сгорания и из за этого упала температура выхлопных газов: в прохладные дни выхлоп постоянно парит, как будто движок не прогрет. Опыт показал что движок лучше всего себя чувствует со свечами А-11, впрочем и с 14-ми не жалуется. Во-вторых, момент на низах действительно вырос и очень даже. Можно на четвертой передаче замедлиться почти до холостых оборотов и без дерготни разогнаться снова, причем чем позже зажигание, тем лучше это получается. В целом в городе заметно сокращается количество переключений. При проезде ходом горок, в том числе довольно крутых, замечаешь, что тебе больше не нужно добавлять газ — обороты не проседают. Ползущую на холостых машину сложно заглушить даже придавив тормоз — рычит, дергается, но едет. Холодный пуск тоже стал приятнее (но тут компромисс, на позднем зажигании заводится плохо).
В то же время в повседневных городских режимах динамика никак не изменилась: для этого нужно модифицировать фазы ГРМ и кривую зажигания, до чего руки у меня еще не дошли. Теоретически первое сделать проще: у нас есть распредвал УМЗ 417 СО, который имеет прямо таки идеальную характеристику — всё как у всех, но фаза выпускного клапана растянута в сторону более раннего открытия. Симулятор показывает что относительно стокового 4022-го такой вал даст прибавку в 2-3 л.с. Также, при наличии разрезной шестерни, можно попробовать и со стоковым поиграться. Сдвинуть его градусов на пять в сторону опережения, чтобы выпускной клапан открывался раньше, а потом компенсировать паразитное сужение эффективной впускной фазы путем уменьшения зазоров на впуске до 0.15. Правда зимой надо будет внимательнее, на морозе может клапана зажать и мотор хрен заведешь.
Последний важный критерий — расход бензина. При моем активном стиле езды не изменился ни на грамм.
Теперь о негативных моментах. Собственно говоря, он один и является обратной стороной ускоренного сгорания. Я упоминал о том, что температура выхлопных газов существенно упала — так вот, на движках нашего типа она этого делать не имеет права т.к. выхлопные газы подогревают впускной коллектор и напрямую влияют на смесеобразование. Таким образом в довесок к положительным эффектам от канавок мы получаем невозможность нормально отстроить карбюратор т.к. испарительные свойства коллектора в режиме трассы и после часа стояния в пробке это две большие разницы. Приходится выбирать: или ставить жиклеры под городскую езду и на трассе получать затыки\провалы, или отстраиваться на трассе и жечь лишний бензин в пробках. Возможный обходной вариант — приладить тросик к заслонке «зима — лето» но у кого она работает. Также у меня есть подозрение что более «холодный» заканавленный движок имеет склонность к закоксовыванию поршневых колец, но пока это не более чем подозрение.
Итого: канавки Сингха, применительно к нашим нижневальникам — штука неоднозначная. Однозначно рекомендуются джиперам и всем, у кого инжекторные движки: для первых достоинства скорее всего перевесят недостатки, а у вторых это решение вообще не будет их иметь. Недостатков, в смысле. Запилить же — десять минут и простейший инструмент. Подчеркну что степень сжатия предварительно увеличивать НЕ надо, раз уж экономии мы все равно не получим. Что надо, так это поиграть с зажиганием и заново определить при каком опережении машина лучше всего едет. А еще полезно будет попробовать выставить уменьшенные на 5-10(-20?) соток клапанные зазоры: скорее всего снижение термонагруженности движка позволит ему нормально работать и с такими, а мы получим пару лишних лошадей за счет увеличения подъема клапана
Также, теоретически, от канавок должны выиграть газовые движки: не исключено что таким образом время сгорания газа в цилиндре удастся приблизить к бензиновым показателям и тогда проблема аномального износа выпускных седел перестанет существовать.
Тем же, кто искал экономии и обломался, посвящена вторая часть статьи — а именно, где надо пилить чтобы не жрало.
Через тернии к экономии.
Не обольщайтесь, никаких 30 процентов экономии мы не получим, но литр-два на сотню все же на дороге не валяются.
С чем нам предстоит бороться я уже описал выше: со всем, что заставляет бензин выпадать из взвешенного состояния. Жидкий бензин не горит, а значит бесполезно вылетает в трубу, не делая никакой полезной работы. Если мы сможем заставить его работать, то при той же динамике можно будет меньше давить тапку. То есть меньше вливать бензина. Сразу скажу что для новичка в головопильном деле модификация получится весьма дорогостоящей (основная статья расходов — инструмент, а именно: дремель, прямая шлифмашинка под 6мм цангу и набор борфрез для обоих), так что подумайте, стоит ли оно того :).
Ключевое слово предстоящего процесса — турбулентность. Именно она помогает поддерживать бензин в воздухе и именно ее очень не хватает 402-му движку. При имеющемся конструктиве головы и коллектора мы не так уж и много можем сделать, но что-то все же можем. Первое — придать потоку на входе в цилиндр закрутку в сторону центра камеры сгорания. Для этого впускные каналы надо расширить с одной стороны от направляющей втулки:
Толщина стенки миллиметров пять, так что можете особо не стесняться. Не возбраняется даже немного забуриться под седло. Обращаю ваше внимание, что каналы внешних и внутренних цилиндров должны подкручивать поток в разные стороны, не перепутайте в запарке. После данной модификации большая часть потока будет уходить по спирали в сторону центра КС и бензин, в ней содержащийся, избежит контакта с поршнем. Впрочем, это все же не полноценный вихревой канал: меньшая часть смеси (с необработанной стороны) будет следовать прежним маршрутом, вдобавок конструкция штатного впускного коллектора такова, что нормально подкручиваться будет только смесь во внутренних цилиндрах. Во внешних инерция прижимает поток к необработанной стенке — кстати, не последнюю роль в этом играют шпилечные бобышки, поэтому крайне желательно сделать их как можно тоньше и придать веретенообразную форму. Но и то хлеб, любая более комплексная модификация потребует наварки материала в каналы, что будет за пределами любого разумного бюджета.
Следующий мод поможет нам «подобрать» весь тот бензин, что мы упустили на первом этапе. Подсмотрел я его, как обычно, у штатников . Почему бензин вообще выпадает из взвеси? Потому что воздух и частички бензина имеют разные массу и инерцию и, соответственно, ведут себя во впускном трубопроводе по-разному. Воздух идет по кратчайшей траектории, «срезая углы», и легко поворачивает вместе с каналом. В то время как более тяжелый бензин «заносит на поворотах»: он пытается следовать вместе с воздухом по кратчайшему маршруту, но на любом перегибе пролетает по прямой и поворачивает с заметной задержкой. И чем крупнее капли, тем сильнее это выражено. Если поворот слишком крутой (например, на переходе от карбюратора к коллектору), то пройти его вообще могут только самые мелкие капли, все остальное по инерции врубается в стенку и остается на ней в виде лужи [поэтому, кстати, улучшение атомизации бензина в карбюраторе все же до определенной степени помогает в деле экономии]. Не дошедший до цилиндра бензин — это затык при резком нажатии на газ [с горячей стенки коллектора он испарится конечно, но с определенной задержкой — поэтому на корявых коллекторах так важен качественный подогрев, эту задержку уменьшающий] и повод поставить жиклеры пожирнее — с чем мы, собственно говоря, и боремся. Теперь если вы внимательно осмотрите каналы в голове и коллекторе, что увидите что они равномерно покрыты черным налетом — кроме тех мест, где бензин не может вписаться в поворот или обойти внезапно возникшее препятствие. В этих местах налет смыт выпавшим бензином до чистого металла:
Вот с этими местами нам и предстоит поработать. Берем дремель с шариковой борфрезой размером со спичечную головку и наносим на стенки текстуру из лунок, как на шарике для гольфа. Лунки создают приповерхностную турбулентность, которая отражает и попутно измельчает частички бензина, не давая им осесть.
Кстати обратите внимание что эти светлые пятна в каждой трубе и каждом канале расположены по своему, более того — в разных головах они тоже скорее всего тоже окажутся в разных местах. Поэтому не пытайтесь копировать мои варианты, делайте по месту. И еще отсюда следует побочная мысль, относящася к головопильным делам в целом: если нужно получить максимум эффективности, пилить все каналы по одному образцу не есть правильно, для каждого будет свой рецепт. Который еще предстоит найти с помощью продувочного стенда и пульверизатора с чернилами.
Дальше переходим к пространству по другую сторону седла. Здесь уже ориентируемся наоборот по самому жирному слою нагара. У меня получилось так:
По моему опыту самый заметный эффект для экономичности дало лункование поршней и это вполне логично: если позволить бензину осесть на поршне, вся предыдущая работа по донесению его до цилиндра окажется бессмысленной. Так что если кого-то технические возможности ставят перед выбором, какие работы делать — начинайте с поршней. Опять же, у вас эти лунки могут оказаться в другом месте и занять другую площадь, смотрите по месту. Хотя тут, подозреваю, работает принцип «кашу маслом не испортишь», так что можете попробовать равномерно залунковать весь поршень, кроме той области, что противостоит большому вытеснителю. Где-то видел патент, в котором как раз такой вариант и был описан.
Если после некоторого пробега снимете голову, то увидите что залункованные области в каналах потихоньку покрываются темным налетом, в цилиндрах же наоборот остаются чистыми — что и требовалось получить. Реакция со стороны стрелки бензомера, думаю, тоже не заставит себя ждать.