+7(980)249-22-27
Кузовной ремонт автомобиля
Покраска в камере, полировка
Автозапчасти на заказЧто такое гбц в двигателе
расшифровка и устройство ГБЦ в автомобиле
Головка блока цилиндров является основным конструктивным узлом автомобильного двигателя. Неполадки в ее работе могут привести к серьезным последствиям, вплоть до капитального ремонта мотора. Подробнее об этом устройстве вы сможете узнать из данной статьи.
Содержание
Открытьполное содержание
[ Скрыть]
Понятие ГБЦ
Что такое ГБЦ в машине, что являет собой расшифровка данного устройства? ГБЦ или головка блока цилиндров является неотъемлемой частью силового агрегата. Это устройство предназначено для контроля процесса сгорания топливовоздушной смеси в силовом агрегате, а также выводе отработавших газов. ГБЦ — это крышка силового агрегата, которая монтируется сверху непосредственно блока. Этот узел может быть выполнен из сплава алюминия либо легированного чугуна.
После процедуры завершения литья при производстве автомобилей ГБЦ проходит процесс искусственного старения, это происходит для удаления остаточного напряжения из устройства. Если автомобильный мотор однорядный, то в нем применяется одна ГБЦ. Если речь идет о W-образных агрегатах, в этом случае для каждого ряда цилиндров будет применяться отдельная ГБЦ. Нижняя часть конструкции более широкая, это нужно для надежной фиксации узла на агрегате. С целью уплотнения блока с ГБЦ в автомобиле применяется уплотнительный компонент — прокладка (видео снято и опубликовано каналом Теория ДВС).
Установка и крепление устройства на моторе осуществляется благодаря направляющим штифтам, которые фиксируют ГБЦ на двигателе. Штифты на головке закручиваются в определенном порядке, который определяется для каждой марки авто, причем особо важным является и момент затяжки устройства. Для затяжки применяется динамометрический ключ, который определяет этот момент — если вы будете закручивать штифты силой, не соблюдая момент, есть вероятность повреждения устройства. Деформация данной конструкции станет причиной необходимости ее замены.
Конструктивные особенности ГБЦ
Ранее ГБЦ изготовлялись из чугуна, но сегодня этот материал не используется для производства. Чугунные головки до сих пор установлены на многих автомобилях. Использование этого материала обусловлено тем, что чугунные ГБЦ лучше работают в условиях жестких температур. Чугунные головки лучше справляются с сильной жарой и пониженными температурами, а алюминиевые устройства больше подвержены усадке и деформации при работе в таких условиях (Александр Скрипченко).
Одним из важных элементов ГБЦ авто считается прокладка, которая выполняется из армированного асбеста. Благодаря использованию этого материала прокладка позволяет справляться со своими задачами при повышенных температурах, а также выдерживает высокое давление. Прокладки, выполненные из асбеста, позволяют обеспечить хорошую герметичность магистралей системы охлаждения, камеры сгорания и масляного провода.
Ниже приведены основные составляющие ГБЦ автомобильного двигателя:
- Прокладка.
- Газораспределительный механизм.
- Картер двигателя. На картере находятся все элементы и узлы устройства, в том числе каналы системы охлаждения и маслопривода. Здесь находится и камера сгорания.
- Технологические разъемы для установки форсунок либо свечей.
- Сама камера сгорания. Этот узел используется для обеспечения процедуры возгорания топливовоздушной смеси двигателя.
- Привод газораспределительного механизма.
- Посадочные места резьбовыми отверстиями. В них устанавливаются коллекторы — впускной и выпускной.
Клапаны, имеющиеся на ГБЦ, устанавливаются в одном ряду на конструкции. Клапаны устанавливаются под углом, составляющим 20 градусов. Конструктивные особенности в различных авто, особенно современного производства, могут отличаться, однако обычно клапаны находятся в одном ряду.
В передней части головки блока цилиндров находится технологическая поверхность для монтажа цепного привода ГРМ, а также натяжителя ремня или цепи ГРМ. Камеры сгорания автомобильного мотора монтируются плотно к самому блоку цилиндров, для обеспечения надежного прилегания они механически обрабатываются. Что касается габаритов, то площадь камер сжатия будет более низкой, чем габариты днища у поршней. Это позволяет в конечном итоге улучшить процесс сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.
На левой стороне головки блока располагаются 4 технологических отверстия, в которые устанавливаются свечи либо форсунки двигателя. С другой стороны находится фланец, на него монтируются коллекторы. В непосредственной близости с фланцем располагаются магистрали системы охлаждения, по ним циркулирует хладагент. Сверху головки блока располагаются технологические отверстия, в них монтируются направляющие элементы, опоры шайб, подшипниковые устройства распредвала. Также на верхней части монтируется крышка, фиксирующаяся с помощью штифтов.
На ГБЦ устанавливаются и несъемные элементы:
- седла клапанов, использующиеся для обеспечения герметичности ГРМ;
- направляющие элементы клапанов.
Несъемные элементы монтируются путем прессовки в структуру головки блока. Процесс демонтажа и замены этих устройств выполняется с применением термического оборудования и инструментов, которые можно найти на специализированных станциях ТО. В домашних условиях их замена будет невозможной.
Загрузка ...Видео «Процесс удаления трещины на конструкции ГБЦ»
Подробно процедура удаления трещин на конструкции головки блока цилиндров представлена в ролике ниже (видео снято и опубликовано каналом CarRepairVideos).
Головка блока цилиндров - Википедия
Компонент цилиндра двигателя внутреннего сгорания
Головка блока цилиндров двигателя CaterpillarВ двигателе внутреннего сгорания головка цилиндра (часто неофициально сокращенно называемая только головкой ) расположена над цилиндрами в верхней части блока цилиндров. Он закрывается в верхней части цилиндра, образуя камеру сгорания. Это соединение закрыто прокладкой головки. В большинстве двигателей головка также обеспечивает пространство для проходов, которые подают воздух и топливо в цилиндр и позволяют выходу выхлопных газов.Головка также может быть местом для установки клапанов, свечей зажигания и топливных форсунок.
Двигатели с боковым клапаном [править]
В двигателе с плоской головкой или боковым клапаном все механические части клапанной системы находятся внутри блока, и может использоваться «головка компрессора», которая, по существу, представляет собой простую металлическую пластину, прикрепленную болтами к верхней части блока.
Хранение всех движущихся частей внутри блока имеет преимущество для физически больших двигателей в том, что шестерня привода распределительного вала мала и поэтому меньше страдает от воздействия теплового расширения в блоке цилиндров.С цепным приводом к верхнему распределительному валу дополнительная длина цепи, необходимая для конструкции верхних кулачков, может создать проблемы из-за износа и провисания цепи без частого технического обслуживания.
Ранние двигатели с боковым клапаном использовались во времена простого химического состава топлива, низких значений октанового числа и, следовательно, требующих низких коэффициентов сжатия. Это сделало их конструкцию камеры сгорания менее критичной, и было меньше необходимости тщательно проектировать их отверстия и воздушный поток.
В это время возникла одна трудность: низкая степень сжатия также подразумевала низкую степень расширения во время рабочего такта. [a] Выхлопные газы, таким образом, были все еще горячими, более горячими, чем современный двигатель, и это приводило к частым проблемам с сожженными выпускными клапанами.
Основным усовершенствованием двигателя с боковым клапаном стало появление турбулентной конструкции головки Рикардо. Это уменьшило пространство внутри камеры сгорания и отверстий, но благодаря тщательному размышлению о путях воздушных потоков внутри них позволило более эффективно проходить внутрь и наружу камеры. Что наиболее важно, он использовал турбулентность внутри камеры, чтобы тщательно перемешать смесь топлива и воздуха.Это само по себе позволило использовать более высокие степени сжатия и более эффективную работу двигателя.
Ограничение производительности бокового клапана составляет , а не потока газа через клапаны, а скорее форма камеры сгорания. С высокоскоростными двигателями и высокой степенью сжатия возникает ограниченная трудность при достижении полного и эффективного сгорания, в то же время избегая проблем нежелательной предварительной детонации. Форма камеры сгорания с боковым клапаном, которая неизбежно шире цилиндра для достижения отверстий клапана, противоречит достижению как идеальной формы для сгорания [b] , так и небольшого объема (и небольшой высоты), необходимого для высокого сжатия.Современные, эффективные двигатели, таким образом, стремятся к конструкции с коленчатой крышей или полусфере, где клапаны располагаются близко к центру пространства.
Если качество топлива низкое и октановое число низкое, коэффициенты сжатия будут ограничены. В этих случаях двигатель бокового клапана все еще может многое предложить. В частности, в случае разработанного двигателя IOE для рынка с плохим топливом, двигатели, такие как Rolls-Royce серии B или Land-Rover, используют сложное расположение наклонных клапанов, линию головки цилиндров под углом к отверстию и соответствующий наклон. поршни для создания компактной камеры сгорания, приближающейся к почти полусферическому идеалу.Такие двигатели оставались в производстве в 1990-х годах, и их окончательно заменили, когда доступное топливо «в полевых условиях» стало с большей вероятностью дизельным, чем бензиновым.
Внутри головки блока цилиндров имеются проходы, называемые портами или трактами, чтобы топливно-воздушная смесь проходила к впускным клапанам от впускного коллектора, а выхлопные газы проходили от выпускных клапанов к выпускному коллектору. В двигателе с водяным охлаждением головка цилиндра также содержит встроенные каналы и каналы для охлаждающей жидкости двигателя - обычно это смесь воды и антифриза - для облегчения передачи избыточного тепла от головки и, следовательно, двигателя в целом.
В конструкции верхних клапанов (OHV) головка цилиндра содержит тарельчатые клапаны и свечи зажигания, а также тракты или «отверстия» для впускных и выхлопных газов. Работа клапанов инициируется распределительным валом двигателя, который расположен в блоке цилиндров, и его момент срабатывания передается на толкатели клапанов, а затем коромыслами, установленными на коромысла, - также коромыслами и валом. находится внутри головки цилиндров.
В конструкции верхнего распределительного вала (OHC) головка цилиндра содержит клапаны, свечи зажигания и впускные / выпускные тракты точно так же, как двигатель OHV, но распределительный вал теперь также находится внутри головки цилиндров.Распределительный вал может быть установлен в центре между каждым смещенным рядом впускных и выпускных клапанов, и при этом также могут использоваться коромысла (но без каких-либо толкателей), или распределительный вал может быть установлен непосредственно над клапанами, исключая коромысла и используя толкатели ковша.
Реализация[править]
Число головок цилиндров в двигателе является функцией конфигурации двигателя. Почти все линейные (прямые) двигатели сегодня используют одну головку цилиндров, которая обслуживает все цилиндры.Двигатель V (или Vee) имеет две головки цилиндров, по одной на каждый блок цилиндров буквы «V». Для нескольких компактных V-образных двигателей с узким углом, таких как Volkswagen VR6, угол между рядами цилиндров настолько узок, что в нем используется одна головка, охватывающая два ряда. У плоского двигателя (в основном V-образного двигателя, где угол между рядами цилиндров теперь составляет 180 °) есть две головки. Большинство радиальных двигателей имеют одну головку для каждого цилиндра, хотя обычно это моноблочная форма, в которой головка выполнена как неотъемлемая часть цилиндра.Это также распространено для мотоциклов, и такие компоненты головки / цилиндра упоминаются как баррелей .
Некоторые двигатели, особенно дизельные двигатели средней и большой мощности, предназначенные для промышленного, морского, энергетического и тягового назначения (большие грузовики, локомотивы, тяжелое оборудование и т. Д.), Имеют отдельные головки цилиндров для каждого цилиндра. Это снижает затраты на ремонт, так как одна неисправная головка на одном цилиндре может быть заменена вместо более крупной, более дорогой установки, подходящей для всех цилиндров.Такая конструкция также позволяет производителям двигателей легко производить «семейство» двигателей с разной компоновкой и / или количеством цилиндров, не требуя новых конструкций головок цилиндров.
Конструкция головки цилиндров является ключом к производительности и эффективности двигателя внутреннего сгорания, так как форма камеры сгорания, впускных каналов и отверстий (и в меньшей степени выхлопных газов) определяет основную часть объемного КПД. и степень сжатия двигателя.
| Общие имена | Распредвал | Впускные клапаны | Выпускные клапаны | заметки |
|---|---|---|---|---|
| Распределительный вал с двойным верхним расположением DOHC, Twin-Cam, Cammer | Голова | Голова | Голова | Позволяет оптимальное расположение клапанов для поперечной головки цилиндра. Двойные распределительные валы используются для обеспечения прямого приведения в действие правильно расположенных клапанов без кулис. Широкое распространение в современном автомобильном дизайне |
| Распределительный вал с одним верхним расположением OHC, SOHC, Single-Cam, "Single-Jingle", Cammer | Голова | Голова | Голова | Широко используется для автомобилей в последние десятилетия, но все чаще заменяется DOHC. Иногда использует коромысла для приведения в действие некоторых клапанов, в других случаях нет |
| Верхний клапан OHV, I-Head, Pushrod, Cam-In-Block | Блок | Голова | Голова | До сих пор используется в некоторых двигателях V8 большого объема, обычно американского или британского происхождения. Требуются толкатели и коромысла для приведения в действие клапанов. |
| Sidevalve Плоская головка, L-образная головка, T-образная головка | Блок | Блок | Блок | Когда-то универсальный, теперь устаревший Самая простая конфигурация Кулачки работают непосредственно на клапанах |
| Впускной-выпускной IOE, F-головка, Впускной-выпускной | Блок | Голова | Блок | Всегда необычен, устарел на десятилетия |
Галерея [редактировать]
-
Головка блока цилиндров разрезана пополам с указанием впускного и выпускного клапанов, впускного и выпускного отверстий, каналов охлаждающей жидкости, кулачков, толкателей и пружин клапанов.
-
Нижняя (левая) и верхняя (правая) головки цилиндров Malossi для одноцилиндровых двухтактных скутеров. Отверстие посередине для свечи зажигания, четыре отверстия для болтовых опор цилиндров.
-
Вид сверху на головку цилиндров с воздушным охлаждением от Suzuki GS550, на которой показаны двойные распределительные валы, ведущие звездочки и ребра охлаждения.
См. Также [править]
- ^ Работа, проделанная с поршнем во время такта расширения, ограничена тем, как много тактов требуется для его достижения. На простейшем уровне сфера приближается к идеальной форме для сгорания, поскольку имеет кратчайшие пути распространения фронта пламени. Поскольку одна из стен этого движущегося поршня, полусферы выбираются чаще.
Список литературы [править]
Внешние ссылки [редактировать]
,Цилиндр (двигатель) - Википедия
В поршневом двигателе цилиндр - это пространство, в котором движется поршень. [1]
Внутренняя поверхность цилиндра образована либо из тонкой металлической гильзы (также называемой «гильзой»), либо из поверхностного покрытия, нанесенного на блок двигателя. Поршень установлен внутри каждого цилиндра с помощью нескольких металлических поршневых колец [1] , которые также обеспечивают уплотнения для сжатия и смазочного масла. Поршневые кольца на самом деле не касаются стенок цилиндра, а движутся на тонком слое смазочного масла.
Паровые двигатели [править]
Цилиндр (и поршень) в паровом двигателе двойного действияЦилиндр в паровом двигателе выполнен герметичным с торцевыми крышками и поршнем; клапан распределяет пар по концам цилиндра. Цилиндры были отлиты из чугуна, а затем из стали. Отливка цилиндра может включать в себя другие функции, такие как отверстия для клапанов и монтажные ножки.
Двигатели внутреннего сгорания [править]
Поперечное сечение цилиндра вместе с клапанами, свечой зажигания, поршнем и шатуномЦилиндр - это пространство, через которое движется поршень, движимый энергией, генерируемой при сгорании воздушно-топливной смеси в камере сгорания. [2]
В двигателе с воздушным охлаждением стенки цилиндров подвергаются воздействию воздушного потока, что обеспечивает основной способ охлаждения двигателя. Большинство двигателей с воздушным охлаждением имеют охлаждающие ребра на цилиндрах, и каждый цилиндр имеет отдельный корпус для максимизации площади поверхности, доступной для охлаждения.
Для мотоциклетных двигателей «двигатель с обратным цилиндром» - это место, где впускные отверстия находятся на передней стороне каждого цилиндра, а выпускные отверстия - на задней стороне каждого цилиндра. [3]
Гильзы / гильзы цилиндров [править]
Гильзы цилиндров (также известные как гильзы) представляют собой тонкие металлические цилиндрические детали, которые вставляются в блок цилиндров двигателя для формирования внутренней стенки цилиндра. [4] [5] В качестве альтернативы двигатель может быть безрукавным, где стенки цилиндра образованы блоком цилиндров с износостойким покрытием, таким как Nikasil или отверстия с плазменным напылением.
Во время использования гильза цилиндра подвержена износу в результате трения поршневых колец и юбки поршня.Этот износ сводится к минимуму благодаря тонкой масляной пленке, которая покрывает стенки цилиндра, а также благодаря слою глазури, который естественным образом образуется при запуске двигателя.
На некоторых двигателях гильза цилиндра может быть заменена в случае его износа или повреждения. На двигателях без сменных гильз цилиндр иногда можно отремонтировать, расточив имеющуюся гильзу, чтобы получить новую гладкую и круглую поверхность (хотя диаметр цилиндра немного увеличен). Еще одна техника ремонта - «гильза» цилиндра - расточка, а затем установка гильзы в дополнительное пространство, создаваемое расточкой.
Большинство двигателей используют «сухие вкладыши», где вкладыш окружен блоком цилиндров и не соприкасается с охлаждающей жидкостью. [6] Однако в некоторых двигателях с водяным охлаждением, особенно французских, цилиндры с «мокрыми гильзами» используются. Влажные вкладыши формируются отдельно от основной отливки, так что жидкий хладагент может свободно обтекать их наружу. Преимущество мокрых гильз - лучшее охлаждение и более равномерное распределение температуры, однако такая конструкция снижает жесткость двигателя.
См. Также [править]
Список литературы [править]
,Портирование головки блока цилиндров - Википедия
Портирование головки блока цилиндров относится к процессу изменения впускного и выпускного отверстий двигателя внутреннего сгорания для улучшения количества воздушного потока. Изготовленные головки цилиндров, как правило, неоптимальны для гоночных применений из-за дизайна и изготовлены для максимальной прочности, а следовательно, и толщины стенок. Головка может быть спроектирована для максимальной мощности или для минимального потребления топлива и всего, что между ними. Портирование головки дает возможность реорганизовать поток воздуха в головке в соответствии с новыми требованиями.Воздушный поток двигателя является одним из факторов, ответственных за характер любого двигателя. Этот процесс может быть применен к любому двигателю для оптимизации его мощности и мощности. Он может превратить серийный двигатель в гоночный, увеличить выходную мощность для ежедневного использования или изменить характеристики выходной мощности в соответствии с конкретным применением.
Работа с воздухом [править]
Ежедневное впечатление человека от воздуха создает впечатление, что воздух легкий и почти не существует, когда мы медленно движемся по нему.Однако двигатель, работающий на высокой скорости, испытывает совершенно другое вещество. В этом контексте воздух можно рассматривать как перенос толстой, липкой, эластичной, липкой и тяжелой (см. Вязкость) головки, что помогает облегчить это.
Модификации порта [править]
Если решение о модификации принято путем тщательного тестирования потока на стенде с воздушным потоком, исходный материал стенок порта может быть аккуратно изменен вручную с помощью шлифовальных машин или станков с числовым программным управлением. Для крупных модификаций порты должны быть сварены или подобным образом добавлены, чтобы добавить материал там, где его не было.
На этом рисунке показана разница между плохо работающим портом и модификацией после переноса. Разница между ними показывает общую идею улучшения потока портов. Чем выше и прямее, тем лучше для максимальной мощности.
Показанная модификация обычно относится к «увеличению угла нисходящего потока» и ограничивается механическими ограничениями, такими как высота отсека двигателя, количество материала в исходной отливке или перемещение редуктора клапана для размещения более длинного штока клапана.Модификации этого экстрима делаются редко.
Примечание: Это ошибка из-за того, что система охлаждения двигателя не учитывается, тогда как для расчета скорости пара в трубе требуется числовой температурный коэффициент в формуле.
Пример плохо работающего порта, форма портов двухлитровой головки Ford, предназначенная для использования в гонках Формулы 2000. Он показан как изготовленный с впускным отверстием справа.Двухлитровый Ford, показанный выше в серийной комплектации, был способен развить 115 лошадиных сил при 5500 оборотах в минуту для BMEP 136 фунтов на квадратный дюйм.Сравните это с портами Pro Stock, показанными ниже.
Примечание. Это плохой пример, который путает конструкцию головки блока цилиндров с методами переноса головки блока цилиндров: проектирование и последующая модификация порта блока цилиндров - две разные области знаний.
Эта гоночная головка GM Pro Stock, предназначенная для вторичного рынка, была способна развивать 1300 лошадиных сил при 9500 об / мин при BMEP 238 фунтов на квадратный дюйм. Поскольку BMEP является отличным показателем эффективности и тесно связан с объемной эффективностью, то послепродажный Pro Pro значительно лучше, чем стандартный Ford.На самом деле BMEP из 238 ставит его на вершину мира гоночных двигателей. Это близко к пределу для безнаддувного газового двигателя. Четырехклапанные / цилиндровые двигатели формулы 1 обычно достигают значений BMEP 220 фунтов на квадратный дюйм.
Примечание. Предыдущее утверждение является ошибочным из-за предполагаемой рабочей среды двигателей: пример порта Pro-Stock не будет «значительно лучше» в уличном приложении из-за отсутствия оптимизированной водяной рубашки для контроля его температуры.
Конечно, профили кулачка, обороты двигателя, ограничения высоты двигателя и другие ограничения также играют роль в этой разнице, но разница в конструкции порта является основным фактором.
На этой фотографии изображены портовые формы высокоразвитой гоночной головки GM Pro Stock объемом 500 кубических дюймов. Обратите внимание на высоту и прямолинейность отверстий, особенно на выпускном отверстии слева. - (Эта конструкция основана на отливке головки цилиндра, специально разработанной для гонок Pro Stock. Головка снабжена небольшими портами с достаточным количеством материала везде, чтобы отдельные специалисты по портированию могли приспосабливаться к их требованиям без сварки на дополнительном металле. ,)
Портовые компоненты [править]
Части порта и их терминология
Волновая динамика [править]
Эта очень упрощенная анимация показывает, как воздух проходит в виде волн в системе впуска. Обратите внимание на зеленый «клапан» открытия и закрытия.
Когда клапан открывается, воздух не поступает, он распаковывается в область низкого давления под ним. Весь воздух на входной стороне границы движущихся помех полностью изолирован и не подвержен влиянию того, что происходит на выходной стороне.Воздух на входе бегуна не движется, пока волна не дойдет до конца. Только тогда весь бегун может начать течь. До этого момента все, что может произойти, - это газ под более высоким давлением, заполняющий объем бегуна, распаковывается или расширяется в область низкого давления, продвигаясь вверх по бегуну. (Как только волна низкого давления достигает открытого конца направляющей, она меняет знак, поток воздуха направляет волну высокого давления вниз по направляющей. Не показано в этой анимации.)
И наоборот, закрытие клапана не приводит к немедленной остановке потока на входе в бегунок, который остается полностью незатронутым до тех пор, пока сигнал о закрытии клапана не достигнет его. Закрывающий клапан вызывает повышение давления, которое поднимается вверх по направляющей в виде положительной волны. Вход бегуна продолжает течь на полной скорости, заставляя давление повышаться, пока сигнал не достигнет входа. Это очень значительное повышение давления можно увидеть на графике ниже, оно значительно выше атмосферного давления.
Именно это явление позволяет осуществить так называемую «настройку поршня», и это то, что «настраивается» настроенными системами впуска и выпуска. Принцип тот же, что и в эффекте гидравлического удара, который хорошо известен сантехникам. Скорость, с которой может распространяться сигнал, - это скорость звука внутри бегуна.
Вот почему так важны тома портов / бегунков; Объемы последовательных частей порта / бегуна контролируют поток в течение всех переходных периодов. То есть каждый раз, когда в цилиндре происходит изменение - положительное или отрицательное - например, когда поршень достигает максимальной скорости.Эта точка возникает в разных точках в зависимости от длины шатуна и хода кривошипа и изменяется в зависимости от отношения шатуна (шток / ход). Для нормального автомобильного дизайна эта точка почти всегда находится между 69 и 79 градусами ATDC, с более высокими отношениями прута, благоприятствующими более позднему положению. Это происходит только при 1/2 хода (90 градусов) с шатуном бесконечной длины.
Волновая / потоковая активность в реальном двигателе намного сложнее, чем этот, но принцип тот же.
На первый взгляд это волновое движение может показаться невероятно быстрым и не очень значительным, но несколько расчетов показывают, что все наоборот. Во впускном канале при комнатной температуре скорость звука составляет около 1100 футов в секунду (340 м / с) и проходит через 12-дюймовый (300 мм) порт / бегун за 0,9 миллисекунды. Двигатель, использующий эту систему, работает на скорости 8500 об / мин., Он требует очень значительных 46 градусов поворота коленчатого вала , прежде чем какой-либо сигнал от цилиндра сможет достичь конца направляющей (при условии отсутствия движения воздуха в направляющей).46 градусов, в течение которых только объем порта / бегуна удовлетворяет требованиям цилиндра. Это относится не только к исходному сигналу, но и к любым изменениям давления или вакуума в цилиндре.
Использование более короткого бегуна, чтобы задержка была не такой большой, неосуществимо, потому что в конце цикла этот большой длинный бегун теперь продолжает течь на полной скорости, не обращая внимания на повышение давления в цилиндре и обеспечение давления в цилиндре, когда это нужно больше всего.Длина бегуна также контролирует синхронизацию возвращающихся волн и не может быть изменена. Более короткий бегун будет течь раньше, но также умрет раньше, возвращая положительные волны слишком быстро, и эти волны будут слабее. Ключ должен найти оптимальный баланс всех факторов для требований к двигателю.
Еще более усложняет систему тот факт, что купол поршня, источник сигнала, постоянно движется. Сначала двигайтесь вниз по цилиндру, увеличивая расстояние, которое должен пройти сигнал.Затем вернитесь вверх в конце цикла впуска, когда клапан все еще открыт после BDC. Сигналы, поступающие от поршневого купола, после того, как начальный поток бегуна был установлен, должны идти вверх по течению против любой скорости, которая была развита в этот момент, задерживая ее дальше. Сигналы, создаваемые поршнем, также не имеют чистого пути вверх по направляющей. Большие его части отскакивают от остальной части камеры сгорания и резонируют внутри цилиндра, пока не будет достигнуто среднее давление.Кроме того, колебания температуры из-за изменения давления и поглощения горячими частями двигателя вызывают изменения локальной скорости звука.
Когда клапан закрывается, это вызывает накопление газа, вызывающее сильную положительную волну, которая должна подниматься вверх по направляющей. Волновая активность в порту / бегуне не прекращается, но продолжает отражаться в течение некоторого времени. Когда следующий клапан открывается, оставшиеся волны влияют на следующий цикл.
На этом графике показано давление, измеренное на конце клапана (синяя линия) и на входе в бегун (красная линия) двигателя с 7-дюймовым (180 мм) отверстием / бегунком и работающим при 4500 об / мин.Выделены две волны: волна всасывания и волна закрытия клапана, а также конец клапана и входной канал, показывающий задержку сигнала. Задержка около 85 градусов для пиковой волны всасывания против около 32 градусов для пиковой волны давления. Разница около 53 град из-за движения газа и положения поршня.
На приведенном выше графике показано давление во впускном канале свыше 720 градусов вращения двигателя с 7-дюймовым (180 мм) впускным отверстием / бегунком, работающим при 4500 об / мин, что является его максимальным крутящим моментом (близким к максимальному наполнению цилиндра и BMEP для этого двигателя). ).Две кривые давления взяты с конца клапана (синий) и входа в бегунок (красный). Синяя линия резко увеличивается, когда впускной клапан закрывается. Это вызывает нагромождение воздуха, которое становится положительной волной, отраженной назад от бегуна, а красная линия показывает, что волна прибывает к входу бегуна позже. Обратите внимание, что волна всасывания во время наполнения цилиндра задерживается еще больше из-за необходимости бороться вверх по потоку с входящим воздухом и тем фактом, что поршень идет дальше по каналу, увеличивая расстояние.
Целью настройки является расположение направляющих и фаз газораспределения таким образом, чтобы во время открытия впускного клапана в отверстии входила волна высокого давления, чтобы обеспечить быстрое прохождение потока, а затем получить вторую волну высокого давления непосредственно перед клапан закрывается, поэтому цилиндр заполняется как можно больше. Первая волна - это то, что осталось в направляющей от предыдущего цикла, в то время как вторая в основном создается в текущем цикле знаком изменения волны всасывания на входе направляющей и возвращается к клапану вовремя для закрытия клапана.Вовлеченные факторы часто противоречивы и требуют тщательного действия баланса. Когда он работает, можно увидеть объемную эффективность 140%, аналогичную эффективности приличного нагнетателя, но это происходит только в ограниченном диапазоне оборотов.
Портирование и полировка [править]
Широко распространено мнение, что портирование позволяет увеличить порты до максимально возможного размера и применить зеркальное покрытие. Однако это не так. Некоторые порты могут быть увеличены до максимально возможного размера (в соответствии с наивысшим уровнем аэродинамической эффективности), но эти двигатели являются высокоразвитыми, очень высокоскоростными устройствами, в которых фактический размер портов стал ограничением.Большие порты пропускают больше топлива / воздуха при более высоких оборотах, но жертвуют крутящим моментом при более низких оборотах из-за более низкой скорости топлива / воздуха. Зеркальная отделка порта не обеспечивает увеличения, на которое указывает интуиция. Фактически, внутри систем впуска, поверхность обычно преднамеренно текстурирована до степени равномерной шероховатости, чтобы обеспечить быстрое испарение отложившегося на стенках порта топлива. Шероховатая поверхность на выбранных участках порта также может изменять поток путем подачи питания на пограничный слой, что может заметно изменить путь потока, возможно увеличивая поток.Это похоже на то, что делают ямочки на мяче для гольфа. Стендовые испытания показывают, что разница между зеркальным впускным отверстием и отверстием с шероховатой текстурой обычно составляет менее 1%. Разница между гладким на ощупь портом и оптически зеркальной поверхностью не поддается обычным измерениям. Выхлопные отверстия могут быть гладкими из-за потока сухого газа и в целях минимизации накопления побочных продуктов отработавших газов. Обычно считается, что обработка с зернистостью от 300 до 400 с последующим легким отливом является репрезентативной для почти оптимальной обработки отверстий для выхлопных газов.
Причина, по которой полированные порты не имеют преимуществ с точки зрения расхода, заключается в том, что на границе раздела между металлической стенкой и воздухом скорость воздуха составляет , а не (см. Пограничный слой и ламинарный поток). Это связано с смачивающим действием воздуха и всех жидкостей. Первый слой молекул прилипает к стене и существенно не двигается. Остальная часть поля потока должна сдвинуться в прошлое, что создает профиль скорости (или градиент) по воздуховоду. Чтобы шероховатость поверхности заметно влияла на поток, высокие пятна должны быть достаточно высокими, чтобы выступать в быстро движущийся воздух к центру.Только очень грубая поверхность делает это.
Развитый профиль скорости в канале, который показывает, почему полированные поверхности мало влияют на поток. Скорость воздуха на стенке равна нулю, независимо от того, насколько он гладкий.
Двухтактный перенос [править]
В дополнение ко всем соображениям, предъявляемым к порту четырехтактного двигателя, порты двухтактного двигателя имеют дополнительные:
- Качество / чистота продувки. Отверстия отвечают за удаление как можно большего количества выхлопных газов из цилиндра и заправку в него как можно большего количества свежей смеси, при этом большое количество свежей смеси также не выходит из выхлопных газов.Это требует тщательного и тонкого выбора времени и направления всех портов передачи.
- Ширина полосы питания: поскольку двухтактные сигналы сильно зависят от динамики волны, их полосы мощности имеют тенденцию быть узкими. В то время как изо всех сил пытаются получить максимальную мощность, необходимо всегда следить за тем, чтобы профиль мощности не становился слишком резким и не поддающимся контролю.
- Временная зона: продолжительность двухтактного порта часто выражается как функция времени / площади. Это объединяет постоянно меняющуюся область открытого порта с продолжительностью.Более широкие порты увеличивают время / площадь без увеличения продолжительности, в то время как более высокие порты увеличивают оба.
- Синхронизация: В дополнение к временной области, взаимосвязь между всеми временными интервалами портов сильно определяет энергетические характеристики двигателя.
- Волновые динамические соображения: хотя четырехтактные имеют эту проблему, двухтактные значительно зависят от воздействия волн во впускной и выпускной системах. Двухтактный дизайн порта оказывает сильное влияние на синхронизацию и силу волны.
- Поток тепла: Поток тепла в двигателе сильно зависит от схемы размещения.Проходы охлаждения должны быть проложены вокруг портов. Необходимо приложить все усилия, чтобы предотвратить нагрев входящего заряда, но в то же время многие детали охлаждаются, главным образом, этой поступающей топливно-воздушной смесью. Когда отверстия занимают слишком много места на стенке цилиндра, способность поршня передавать тепло через стенки к охлаждающей жидкости ограничена. По мере того как порты становятся более радикальными, некоторые участки цилиндра становятся тоньше, что может привести к перегреву.
- Долговечность поршневого кольца: поршневое кольцо должно плавно скользить по стенке цилиндра с хорошим контактом, чтобы избежать механического напряжения и способствовать охлаждению поршня.В радикальных конструкциях отверстий кольцо имеет минимальный контакт в нижней области хода, что может привести к дополнительному износу. Механические удары, возникающие при переходе от частичного к полному контакту цилиндра, могут значительно сократить срок службы кольца. Очень широкие порты позволяют кольцу выпячиваться в порт, усугубляя проблему.
- Долговечность юбки поршня: поршень также должен соприкасаться со стенкой в целях охлаждения, но также должен передавать боковое усилие рабочего хода. Порты должны быть спроектированы таким образом, чтобы поршень мог передавать эти силы и тепло на стенку цилиндра, сводя к минимуму изгиб и удары по поршню.
- Конфигурация двигателя: Конфигурация двигателя может зависеть от конструкции порта. Это в первую очередь фактор для многоцилиндровых двигателей. Ширина двигателя может быть чрезмерной даже для двухцилиндровых двигателей определенных конструкций. Двигатели с вращающимся дисковым клапаном с широкими поворотными передачами могут быть настолько широкими, что нецелесообразны, как параллельные двойники Конструкции V-образных и передних двигателей используются для контроля общей ширины.
- Искажение цилиндра: Герметичность двигателя, срок службы цилиндра, поршня и поршневого кольца зависят от надежного контакта между цилиндром и поршнем / поршневым кольцом, поэтому любое искажение цилиндра снижает мощность и срок службы двигателя.Это искажение может быть вызвано неравномерным нагревом, локальной слабостью цилиндра или механическими нагрузками. Выхлопные отверстия, которые имеют длинные проходы в отливке цилиндра, отводят большое количество тепла на одну сторону цилиндра, в то время как на другой стороне холодный воздухозаборник может охлаждать противоположную сторону. Тепловые искажения, вызванные неравномерным расширением, снижают как мощность, так и долговечность, хотя тщательный дизайн может минимизировать проблему.
- Турбулентность горения: турбулентность, остающаяся в цилиндре после переноса, сохраняется в фазе сгорания, что способствует скорости горения.К сожалению, хороший поток утилизации медленнее и менее турбулентен.
Методы [править]
Шлифовальный станок - это товар для торговли головным портером, который используется с различными твердосплавными резцами, шлифовальными кругами и абразивными картриджами. Сложные и чувствительные формы, необходимые при портировании, требуют высокого уровня художественного мастерства с помощью ручного инструмента.
До недавнего времени механическая обработка с ЧПУ использовалась только для обеспечения базовой формы порта, но ручная обработка обычно все еще требовалась, поскольку некоторые области порта были недоступны для инструмента с ЧПУ.Новые разработки в области обработки с ЧПУ позволяют полностью автоматизировать этот процесс с помощью программного обеспечения CAD / CAM. 5-осевое управление ЧПУ с использованием специальных приспособлений, таких как поворотные поворотные столы, обеспечивает режущему инструменту полный доступ ко всему порту. Комбинация программного обеспечения с ЧПУ и CAM дает портеру полный контроль над формой порта и обработкой поверхности.
Измерение внутренней части портов сложно, но должно быть сделано точно. Шаблоны из листового металла изготавливаются, принимая форму из экспериментального порта, как для поперечного, так и для продольного профиля.Вставленные в порт, эти шаблоны затем используются в качестве руководства для формирования конечного порта. Даже небольшая ошибка может привести к потере потока, поэтому измерения должны быть максимально точными. Подтверждение окончательной формы порта и автоматическая репликация порта теперь выполняются с использованием оцифровки. Оцифровка - это когда зонд сканирует всю форму порта, собирая данные, которые затем могут использоваться станками с ЧПУ и программами CAD / CAM для моделирования и вырезания желаемой формы порта. Этот процесс репликации обычно создает порты, которые проходят в пределах 1% друг от друга.Такая точность, повторяемость, время никогда еще не были возможны. То, что раньше занимало восемнадцать часов или больше, теперь занимает меньше трех.
Клапаны и седла клапанов заземляются специальным оборудованием, разработанным для этой цели.
Резюме [редактировать]
Внутренняя аэродинамика, связанная с портированием, нелогична и сложна. Для успешной оптимизации портов требуются стенд с воздушным потоком, глубокие знания задействованных принципов и программное обеспечение для моделирования двигателя.
Несмотря на то, что значительная часть знаний о переносе была накоплена людьми, использующими методы «пробуй и пробуй» с течением времени, в настоящее время существуют инструменты и знания для разработки схемы переноса с определенной степенью уверенности.
