Изгиб витков клапанных пружин
Когда устанавливается распредвал с увеличенным по сравнению со стандартным подъемом клапанов, нужно проверить клапанные пружины на наличие изгиба витков. Из-за увеличенного хода витки клапанных пружин могут столкнуться друг с другом, что может стать причиной серьезных повреждений.
Проведи те эту проверку, когда установлен новый распредвал и толкатели, а клапанные крышки сняты. Головки блока цилиндров, коромысла и штанги должны быть на месте и правильно отрегулированы. Надев накидную головку с'воротком на передний болт коленвала внутри его шкива, проверните коленвал на два полных оборота. Когда клапан полностью открыт (клапанная пружина сжата), попробуйте вдвинуть плоский щуп толщиной 0,25 мм между соседними витками пружины. Он должен проходить через каждые 2-3 витка. Если какая-либо пружина изогнута, сразу же остановитесь и проверните коленвал в обратном направлении. Затем определите причину неисправности. Обычно клапанные пружины нужно заменять специально рассчитанными пружинами для конкретного распредвала.

Для проверки деформации витков клапанных пружин воспользуйтесь плоскими щупами.

Зазор между креплением пружины и направляющей втулкой клапана
Иногда распредвалы с большим значением подъема клапанов становятся причиной того, что крепления клапанной пружины могут столкнуться с направляющей втулкой клапана. Для проверки этого проверните коленвал, как описано выше и проверьте, не мешают ли направляющая втулка клапана и крепление пружины друг другу. Зазор между ними — 1,6мм и более.

Бронзовые направляющие втулки, изготовленные фирмой А. Р. Т., снабжены тефлоновыми уплотнениями. В большинстве случаев уплотнении могут потребоваться только на впускных клапанах, так как высокое в выпускной системе удерживает масло от попадания в каналы. Однако некоторые представители двигателей используют уплотнения зонтичного типа для уменьшения вероятности попадания масла в выпускные каналы.

Зазор от поршня до клапана
Снимите головку блока цилиндров и прилепите слой пластилина к головке поршня. Временно установите головку блока цилиндров со старой прокладкой и затяните болты. Установите и отрегулируйте коромысла и штанги на проверяемый цилиндр. Проверните коленвал на два полных
оборота. Снимите головку блока цилиндров и, проткнув слой пластилина в самом тонком месте, измерьте толщину этого слоя. Она должна быть не менее 2 мм для впускного клапана и не менее 2,5 мм для выпускного клапана. Если зазор близок к минимально допустимому значению, то проверьте каждый цилиндр, чтобы быть уверенным в том, что разброс в параметрах деталей не приведет к контакту поршня и клапана

Проверьте, не мешают ли друг другу направляющая втулка клапана и крепление пружины. 1 — зазор должен составлять от 1,6 до 3,2 мм.

Прилепите слой пластилина к головке поршня в том .месте, где клапаны подходят к поршню ближе всего.
После сжатия пластилина проткните его слой в самом топком месте и измерьте его толщину.

Советы по работе
Если у вас нет доступа к стенду для измерения характеристик потока, то модификация запутанных форм в каналах головки блока превратится в слепой поиск. Если вы располагаете средствами, то возьмите головку блока, четко представляя себе свои конкретные планы, и обратитесь в мастерскую по ремонту и доводке головок. С другой стороны, если у вас нет денег для обращения в мастерскую, то следуйте приведенным ниже правилам. Они не являются непогрешимыми, но их надо иметь в виду и придерживаться в работе:
• Удалить металл с верхней части канала и вокруг выступа направляющей втулки клапана. Они часто являются областями с наивысшей скоростью потока, и уменьшение препятствий здесь может заметно улучшить мощность лишь с небольшим ухудшением крутящего момента на низких оборотах и топливной экономичности.
• Сглаживайте все изгибы и особенное внимание уделяйте наиболее важным областям, в частности, переходу канала к седлу клапана. Тщательно сглаживайте эти поверхности по плавному радиусу, не удаляя избыточный металл.
• Не удаляйте металл с нижней части канала. Нижняя часть «пол» канала является областью замедленного потока, и удаление металла оттуда увеличит площадь поперечного сечения канала. Это уменьшит крутящий момент на низких оборотах с очень небольшим (в лучшем случае) улучшением характеристик потока и максимальной мощности.
• Производите зачистку шершавой поверхности на стенках канала. Проверки на стендах показали, что это применимо во всех случаях.
• Обработайте клапаны как можно лучше, т. к. это очень критично. Седла клапанов должны быть правильной ширины, с правильными углами и практически идеально круглыми. Убедитесь, что используется 30-градусная фаска сверху для 'помощи' потоку при его попадании в камеру сгорания.
• Как правило, не устанавливайте клапаны в форме 'тюльпана' в двигатель с клинообразными камерами сгорания; они дают улучшение потока только в двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр или со сферическими камерами сгорания. Оставьте клапаны, близкие по форме к исходным; обычно они имеют, плоскую нижнюю сторону с малым радиусом в месте перехода к стержню клапана.
• Удалите острые углы с нижней стороны клапана и сделайте там фаску в 30°.
• Установите бронзовые направляющие втулки клапанов и рассмотрите вариант использования клапанов со стержнями из твердого хрома. Это обеспечит минимальный износ направляющих втулок и стержней клапанов и продлит срок службы клапанов и седел.

Основные правила при работе с каналами и клапанами
• Удаляйте металл с верхней части канала и вокруг выступов направляющих втулок, но не 'опускайте' пол канала и не увеличивайте другие области с низкой скоростью потока.

1 - впускной канал; 2 - область замедления потока; 3 - выпускной канал.

• Сглаживайте все изгибы, особенно в месте перехода канала в седло клапана. Типичный радиус на короткой стороне в 0,13 - 0,38 мм (обрыв края на прямом участке) и на длинной стороне в 1,5-5,1 мм обеспечивают наилучшие характеристики потока.

1 - нижняя фаска; 2 - седло клапана; 3' верхняя фаска; 4 • радиус на длинной стороне; 5 - выступ направляющей втулка клапана; •6 - радиус короткой стороны; 7-радиус тыльной стороны; 8 - задняя фаска; 9 - фаска; 10 - кромка.

• Поддерживайте контуры и изгибы канала для оптимизации движения части потока по направлению к центру цилиндра. Это обычно требует таких несимметричных выступов направляющих втулок клапанов и такой формы верхней части канала, как показано здесь на примере выпускных клапанов головки двигателя MOPAR рабочим объемом 5572 см3.

• Обработка (зачистка) грубой поверхности поможет предотвратить конденсацию топлива на стенках канала, не ухудшая поток, и для нее требуется намного меньше времени, чем на полировку.

• Сделайте как можно лучшую обработку клапанов и добавьте 30° фаску на верхней части седла и на задней части клапана. 45°-ные седла должны иметь ширину примерно 1,65 мм для впускных клапанов и примерно 1,91 мм для выпускных клапанов.

1 — 14-30" фаска шириной 0,76 мм; 2 — 15-45° седло шириной 1,65 мм для впускного и 1,91 мм для выпускного канала; 3 — 16-60° верхняя фаска шириной 2,5 мм.

• Хотя поток часто улучшается при использовании клапанов в форме тюльпана па головках со сферическими камерами сгорания и каналами в ряд, на двигателях с клинообразными камерами сгорания используйте только клапаны с плоской обычной стороной.

• Удаляйте все острые края с нижней стороны клапанов, добавив нижнюю фаску с углом от 30° до 35°.

Направляющие втулки и седла клапанов
Увеличенный износ направляющих втулок клапанов может быть проблемой для распределительных валов с большим подъемом клапанов. Даже если двигатель оснащается более "спокойным" распределительным валом, износ направляющих втулок может по-прежнему оставаться проблемой. Когда зазор в направляющей втулке увеличивается, клапаны могут располагаться на седле неравномерно и могут образоваться утечки, что приведет к "утечкам" мощности из камеры сгорания. Изношенные втулки могут также привести к попаданию масла в цилиндры. Когда масло смешивается с рабочей смесью, оно снижает октановое число топлива и находящееся в камере сгорания топливо будет уже ниже по октановому числу, загрязнение маслом увеличит шанс возникновения детонации, особенно при высоких степенях сжатия. Лучшей профилактикой износа направляющих втулок будет установка бронзовых направляющих втулок или бронзовых вставок. Если это сделано правильно, то они надолго "переживут" втулки из чугуна. Тогда как бронзовые втулки лишь не намного дороже, их установка является разумным вложением средств, т. к. в дополнение к уменьшению зазоров клапан - втулка, они выдерживают недостаток смазки. И если вы хотите достичь высоких характеристик двигателя, то используйте бронзовые втулки.
Когда установлены бронзовые направляющие втулки и стабилизирован зазор в них, внимание нужно переключить на сальники (маслоотражательные колпачки) клапанов. Многие промышленные головки блока цилиндров не используют положительные качества сальников стержней клапанов; вместо этого они могут использовать уплотнения зонтичного типа, которые препятствуют попаданию избыточного масла на стержни клапанов или же они могут не использовать сальники вообще. Отсутствие сальников — это более чем смелый шаг фирмы-производителя. Чугунные направляющие втулки нуждаются в обильной смазке, фактически они требуют намного больше, чем обычно получают. Если они смазываются достаточно для уменьшения износа, избыточное масло будет попадать в камеры сгорания. Однако, бронзовые направляющие втулки требуют намного меньше смазки и из-за этого можно использовать эффективные сальники (как минимум, на впускных клапанах) и добиваться малых зазоров в направляющих втулках — все это улучшит уплотнение клапанов, работу двигателя и даже увеличит срок службы втулок.
Если вы используете бронзовые направляющие втулки, то приобретите лучшие сальники клапанов, которые можно приобрести. Установка таких сальников часто требует обработки, но в большинстве случаев сальники могут потребоваться только на впускных клапанах. Масло не стремится попасть в направляющие втулки выпускных клапанов из-за высокого давления в выпускной системе. Но даже в этом случае некоторые копст-•рукторы двигателей используют принудительное уплотнение (сальники) на впускных клапанах, и в качестве дополнительной меры, — сальники зонтичного типа на выпускных клапанах для уменьшения попадания масла в каналы.

При использовании неэтилированного топлива не обеспечивается достаточная "смазка " клапанов и седел. что часто становится причиной эрозии седла под действием клапана. Головка блока цилиндров двигателя "Крайслер"объемом 7210см', показанная здесь, иллюстрирует экстремальный случай выемки (эрозии) седла. Седло клапана ииюшеио более чем ни 25 мм внутрь головки блока и в таких случаях единственно возможным решением будет установка твердых седел клапанов.

Если клапаны изношены и нуждаются в замене, рассмотрите использование для замены клапанов, которыеимеют хромированные стержни — вы существенно увеличите срок службы направляющей втулки и клапана. Хромированные стержни клапанов работают особенно хорошо с бронзовыми втулками и могут быть использованы с зазором, близким к нулю, т. к. хром и бронза имеют очень мало шансов быть "прихваченными" друг к другу. Хромированные стержни клапанов и бронзовые направляющие втулки часто работа ют на протяжении более 150 000 км без заметного износа.
В заключение, если вы не используете бронзовые направляющие втулки, обратите внимание пп марки сталей, используемых для производства клапанов, особенно нержавеющие стали, т. к. они не очень сочетаются с чугунными втулками. Бронзовые направляющие втулки, однако, совместимы практически со «семи широко используемыми материалами для стержней клапанов и проявляют' хорошие характеристики по сопротивляемости износу, работая совместно с такими материалами.

Выемки у седел — другая причина для использования бронзы
Одной из неисправностей головки блока, о которой почти только и слышали несколько лет, являются выемки у седел выпускных клапанов. В прошлом свинцовые соединения, добавляемые в бензин, обеспечивали качественную "смазку", которая эффективно противостояла эрозии седел выпускных клапанов. В наши дни состав бензина не обеспечивает необходимую смазку клапанов и седел. Выемки, образующиеся у седел, являются вполне реальной проблемой. Эрозия возникает не только из-за использования неэтилированного бензина, но и из-за высоких рабочих температур выпускных клапанов и зазоров в направляющих втулках. Если температуры клапанов являются высокими, то температуры седел клапанов также будут высокими, (из-за того, что большая часть тепла, поглощенного выпускными клапанами, передается седлам), а при высоких температурах чугун становится менее устойчивым к постоянным ударам от работающих клапанов. Эта проблема усиливается из-за ослабления клапанов в направляющих втулках, так как контакт стержня клапана с втулкой происходит по-другому и клапан рассеивает тепло иначе. Более того, ослабленные втулки приводят к тому, что клапан садится в седло в неправильном положении, что ускоряет эрозию.
Становится очевидным, что имеется другая важная причина для использования бронзовых направляющих втулок. Бронза имеет отличные характеристики противостояния износу и допускает работу с малыми зазорами. В дополнение к этому, сама бронза имеет улучшенные характеристики теплопередачи по сравнению с чугуном. Таким образом, когда используются бронзовые направляющие втулки, от клапанов отводится больше тепла в систему охлаждения.

Размер впускных клапанов
Установка увеличенных впускных клапанов часто может быть другим путем для увеличения потока в канале и мощности двигателя. Однако, кроме недостаточного зазора между клапанами имеется несколько дополнительных "ловушек" для работы двигателей автомобилей "хот-род" при попытке осуществления этой кажущейся очевидной модификации.
Наиболее серьезной непредвиденной проблемой является то, что большой впускной клапан может находиться очень близко к краю стенки цилиндра или к камере сгорания. Близость этих поверхностей к головке клапана увеличивает помехи потоку и обычно уменьшает поток. Однако это не является уникальной проблемой. Практически все двигатели с вертикальным расположением в некоторой степени подвержены этой проблеме и это всегда имеет отрицательное действие на поток при среднем и большом подъеме клапана. При очень высоком подъеме, однако, головка клапана движется достаточно далеко от потока, т. е. не оказывает потоку сильного сопротивления.
Когда устанавливаются клапаны большего размера, то выступание клапана часто может быть уменьшено путем обработки камеры сгорания или верхней части отверстия цилиндра. Если выступание не уменьшается до уровня, который имеется у клапана оригинального размера, то увеличения потока может не быть или оно будет малым, а в некоторых случаях большие клапаны могут даже уменьшить поток при низком и среднем подъеме клапанов.
Улучшение характеристик потока при использовании клапанов большого размера возможны, если уменьшить выступание клапанов и добиться правильной геометрии седла клапана. Улучшения часто будут небольшими при низком подъеме клапанов, но в некоторых случаях (когда выступание не является проблемой) поток также улучшается при средних и высоких
значениях подъема клапанов. Когда поток при низком подъеме увеличивается, это имеет тот же эффект, как и при использовании распределительного вала, который открывает клапан быстрее, таким образом, крутящий момент двигателя улучшается, особенно у двигателей, использующих распределительные валы с малой продолжительностью такта впуска. Однако основное преимущество здесь состоит в том, что клапан большего размера не увеличивает нагрузки на механизм привода клапанов (так как работают валы с высокими скоростями срабатывания толкателей клапанов).

Если выступание клапана не уменьшается, когда устанавливаются большие клапаны, то увеличение потока будет малым или его вообще может не быть, а в некоторых случаях (например, как показано здесь), клапаны большего размера могут действительно уменьшить поток при низком и среднем подъеме клапанов.

Другой причиной для использования впускных клапанов большего размера является то, что любые улучшения мощности не обязательно сопровождаются заметными потерями в других областях. Однако получение таких преимуществ на некоторых головках блока требует большего, чем простое уменьшение выступания клапанов. Эти случаи влекут за собой потери большого количества времени, затрачиваемого на модификацию. Первым примером этого являются ранние головки для форсированных двигателей "Шевроле", которые используют впускные клапаны диаметром 49,1 мм. Установка увеличенных клапанов "Шевроле" диаметром 51,3 мм без каких-либо других изменений уменьшит поток. Потребуется значительное число небольших модификаций в камере сгорания и во впускных каналах для получения требуемого увеличения потока; и это не просто вопрос обработки (сошлнфовки), а определения того, где и сколько чего снять.
К сожалению, мы не можем дать вам в этом случае несколько общих указаний. "Выглаживание" канала и обработка окружающих деталей срабатывает довольно редко. Даже опытный специалист по головкам блока затрачивает много времени на измерения и o6pa6otKV, чтобы добиться потока, который "прячется" в изгибах головки. Конечно, чем больше стендовых испытаний проводится в процессе работы, тем лучше будет результат, но при окончательном анализе использование испытательного стенда определит эффективность обработки.

Хороший поток при низком подъеме клапанов обеспечивает интенсивный разгон и хорошую приемистость в движении. Впускные клапаны увеличенного размера являются одним из путей получения этих преимуществ. Эти головки блока двигатели "Крайслер " имеют камеры сгорания, в которые установлены впускные клапаны диаметром, близким к 55,9 мм.

При окончательном анализе, хороший поток при низком подъеме клапанов необходим для двигателя, чтобы обеспечить интенсивный разгон и хорошую приемистость. Так как впускные клапаны большего размера могут улучшить поток при низком подъеме клапанов и работают надежно, хотя часто и недешевы, в большинстве случаев они предлагают привлекательный и практический путь для повышения мощности.

Выпускной канал и размер клапанов

Одним из самых легких путей потери мощности форсированного или гоночного двигателя является использование выпускной системы с ограниченной пропускной способностью. Слово "система" в данном случае относится ко всей длине выпускного тракта, от выпускного клапана до конца выхлопной трубы. Любое сопротивление па этом пути уменьшает мощность и экономичность двигателя. Любое обратное давление в системе надавливает на поршень, когда он идет вверх при такте выпуска. Это давление вниз на поршень делает отрицательную работу. Она вычитается из рабочего хода. С любой точки зрения, поток выхлопных газов из двигателя должен выходить как можно легче.
Может казаться очевидным, что система с ограничениями ухудшит работу двигателя, но менее очевидно то, что плохо изготовленная система без глушителя для грузового автомобиля может также ухудшить мощность и топливную эффективность. Во многих случаях гонки на длинные дистанции могут быть выиграны благодаря меньшему количеству остановок для заправок и весу имеющегося в автомобиле топлива. В таких ситуациях максимальная экономия топлива непосредственно связана с эффективностью выпускной системы.

Аналогично впускному каналу, модификации выпускного канала должны обеспечить высокую скорость потока и оптимизацию удаления отработанных газов из камеры сгорания при перекрытии клапанов. Удаление металла из областей максимальной скорости, не опускание пола канала, удаление препятствий около седел клапанов и уменьшение размера выступов направляющих втулок — все это является необходимыми факторами.

Конструкция выпускной системы также играет заметную роль при получении оптимальной мощности, и следующая далее глава будет посвящена этому важному предмету. Однако, поток выхлопных газов начинается у выпускного клапана и канала, и конструкция выпускного канала должна обеспечивать минимальное сопротивление и соответствующую скорое и,, необходимые для удаления отработанных газов в период перекрытия клапанов. Практически все модификации впускного канала, обсуждаемые в предыдущих разделах, относятся и к выпускному каналу. Удаление металла из областей максимальной скорости, не опускание "пола" канала, удаление выступов около седел клапанов, уменьшение размеров направляющих втулок клапанов, установка бронзовых направляющих втулок и обеспечение точной работы клапанов — все эти меры являются необходимыми.
Вдобавок к этому, установка выпускных клапанов большего размера может улучшить мощность двигателя. Но это может быть напрасной мерой, если размер клапана больше, чем в определенной пропорции от диаметра впускного канала. Звучит странно? Это фактор смещения потока, который является важным при конструировании и форсирования двигателя.

Смещение потока: размеры впускных и выпускных клапанов
Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; после всего отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое "железное" правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.
Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т. е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.
Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска окиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.
Хорошим примером того, что может быть сделано с выпускными клапанами, иллюстрирует головка блока двигателя CHVY 186 ("Шевроле"). Обычно эти головки оснащены выпускными клапанами диаметром 38,1 мм. Испытания на стенде показали, что увеличение диаметра выпускных клапанов до 42,7 мм и неизменность размера впускного клапана поможет увеличению мощности и топливной эффективности.
К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет "ловушку", которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.
Замечание. Когда главной целью конструктора, является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении дна-метра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90-95% от размера впускного клапана, даюг очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.