ДВИГАТЕЛЬ М20 КАПРЕМОНТ ФОРСИРОВКА МОДЕРНИЗАЦИЯ
Mankus
Пользователь
ДВИГАТЕЛЬ М20 КАПРЕМОНТ ФОРСИРОВКА МОДЕРНИЗАЦИЯ
Ну вот, и наступил тот момент, когда я наконец могу поделиться своими достижениями в области двигателестроения 
Свой проект я начал подготавливать ещё в феврале 2011 года, а закончил в июле. Много это или мало для создания чего-то стоящего судите сами, но нервов помотать пришлось порядком.
За время проведения работ, а так же время эксплуатации автомобиля, накопилось много теоретического материала и опытных данных. Так же, в тексте далее, будут использованы компилированные тематические материалы из интернет ресурсов, ссылки, фотоматериалы, и сведения полученный от соплеменников на этом форуме.
Сразу хочу всех предупредить, как бы я не старался максимально точно собрать всю имеющуюся информацию, касающуюся двигателя М20, я не претендую на звание «Последней инстанции». Если заметите какие-то ошибки в изложенном материале или в моих выводах по тем или иным фактам, или просто есть дополнения, пишите личные сообщения, будем исправлять и дополнять! А исправляющих и дополняющих отмечать доской почёта 😉
Производитель: ГАЗ
Марка: М-20
Тип: карбюраторный
Объём: 2112 см3
Максимальная мощность: 52 л.с., при 3600 об/мин
Максимальный крутящий момент: 125 Н•м
Конфигурация: рядный, четырёхцилиндровый
Цилиндров: 4
Клапанов: 8
Макс. скорость: 105 км/час
Разгон до 100 км/ч: 46 с
Ход поршня: 100 мм
Диаметр цилиндра: 82 мм
Степень сжатия: 6,2
Система питания: карбюратор К-22Е (до середины 1955 года — К22А)
Охлаждение: жидкостное
Клапанный механизм: SV (нижнеклапанный)
Материал блока цилиндров: чугун
Материал ГБЦ (англ.)русск.: алюминий
Тактность (число тактов): 4
Порядок работы цилиндров: 1-2-4-3
Двигатель в сборе без навесного и коробки передач весит 195 кг.
Расширенные данные по двигателю на сайте gaz20.spb : http://gaz20.spb.ru/tech_pobedology1.htm
История двигателя, опять же с питерского сайта, исчерпывающе и очень интересно, всем рекомендую к прочтению http://gaz20.spb.ru/tech_devices_engine.htm
Mankus
Пользователь
Цели и задачи.
Когда запахло «жареным» после появления в СМИ информации о том, что принято решение об отмене «восьмидесятого» бензина, в жутких муках и истерике было принято решение переводить двигатель на 92й бензин, а заодно и добиться улучшения его характеристик. Мыслей о смене двигателя на двигатель ГАЗ-21 не было даже и в помине.
Топливо
Изначально двигатель победы был рассчитан на 66й бензин, но думаю, мог работать и на бензине низшего качества, а 72й это для того времени как сейчас 98й. Далее был 76й. Логично предположить, что 92й бензин для двигателя М20 это всё-таки слишком. Сейчас не будем акцентироваться на тонкостях перевода, сравнивая разницы между бензинами типов А и АИ, примем как данность что АИ-92 в любом случае более «октановый» (октановое число около 83). На многих заправках встречается такие обозначение как А-92 и А-95, думаю, что это просто неграмотность владельцев заправки, в противном случае эти бензины имели бы октановое число соответственно 92 и 95. На многих вообще не пишут буквенного обозначения бензина.
Если кому интересно вот ГОСТы на современные бензины типа «премиум», «супер» и «нормаль» http://www.rgost.ru/index.php?option=co . &Itemid=57
Для тех кто не в теме поясню, бензины октановое число которых рассчитывается моторным методом обозначаются буквой А, а по исследовательскому заглавными буквами АИ.
Кто-то говорит, что достаточно сделать модернизацию головки сточив с неё 1,5-2 миллиметра, и можно ездить на 92м. Если не считать того, что из-за увеличившейся теплонапряжонности процесса появляется опасность прогорания выпускных клапанов, можно. Однако кто знает, сколько в таком случае калорий, за которых мы платим, покупая дорогостоящий 92й бензин, улетят в выхлопную трубу, даже не помахав ручкой.
Кстати говоря, немного забегая, вперёд, скажу, разобрав двигатель, который как, оказалось был номинальный и прошёл 70 000 на 80м бензине оказалось, что фаска выпускных клапанов испещрена язвами, кто знает, что тому виной, но явной детонации не прослушивалось, двигатель, хорошо, тянул и аномально не грелся.
Точка отсчёта
За основу моего проекта был взят двигатель М20 с маркировкой 69, снятый с моей Победы. Двигатель, как упоминалось выше. Прошёл 70 000 километров. Хорошо работал, тянул и не собирался умирать. Единственное что настораживало это давление масло, оно падало, и в последнее время на «горячую» не поднималось выше двух атмосфер. Так же сразу была куплена новая головка блока цилиндров.
I. Степень сжатия
Вот тут небольшой списочек со степенями сжатия и марками применяемых бензинов ГАЗовской линейки, не лишним будет упомянуть об этом в этой теме. Материал с ВИКИПЕДИИ.
М20 степень сжатия 6,2, и типы применяемого бензина А-66 и А-72.
ЗМЗ-21А степень сжатия 6,7 и применяемые бензины А-72 и А-76.
ГАЗ-21Б степень сжатия 7 и применяемый бензин А-72.
ЗМЗ-21Е,-21Д (экспорт) степень сжатия 7,5 и бензин АИ-80, АИ-92
ЗМЗ-2401 степень сжатия 6,7 и бензин А-76, АИ-80 (к слову сказать, А-76 и АИ-80 имеют одинаковое октановое число).
ЗМЗ-24Д степень сжатия 8,2 и бензин АИ-93 (октановое число 85).
Собственно и так понятно, что между степенью сжатия, мощностью двигателя, крутящим моментом, и октановым числом применяемого топлива есть зависимость. Больше степень сжатия — больше крутящий момент, больше крутящий момент — больше мощность. Соответственно и топливо должно быть под определённую этими параметрами степень сжатия. А вот что нам по этому поводу говорит интернет, цетата с driverim.ru :
«Очевидно, что чем больше давление поршня на шатун, тем больший крутящий момент будет образовываться на валу. Так же очевидно, что чем быстрее кривошипно-шатунный механизм двигателя крутит вал, тем больший крутящий момент создается на валу. Эти факторы создают тяговое усилие, обеспечивают нужную интенсивность разгона, способность преодолевать подъемы и перевозить больше людей и груза.
Крутящий момент – единственная величина, которую водитель чувствует в процессе вождения, а мощность – это неосязаемая условная характеристика. Автомобиль будет ускоряться лучше всего на пике крутящего момента (точка максимального крутящего момента), и перестанет «тянуть» в точке, намного меньше или больше этого пика. С точки зрения ощущений водителя, мощность не в полной мере описывает поведение машины.»
Ссылка на полную версию, всем рекомендую ознакомиться http://driverim.ru/blog/?page_id=4
Более подробно об этом можно узнать в учебнике по теории двигателя
Сразу постараюсь сделать так, чтобы не было путаницы: степень сжатия и компрессия это не одно и то же!
Компрессия — это максимальное давление, создаваемое в цилиндре двигателя в такт сжатия, а степень сжатия — это отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия.
Вот подробный ликбез (для тех кто не в теме) http://diagnostika-dv.narod.ru/kompresia.html
Безусловно, между этими величинами есть связь, так как в верхней мертвой точки в начале такта впуска в камере сжатия условно давление атмосферное, при этом только объём цилиндра заполняется рабочей смесью. Следовательно, избыточное давление в конце такта сжатия должно быть равно отношению полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия. Однако это не всегда так, так как при сжатии происходит нагрев, а следовательно и расширение смеси. Так же следует учитывать потери компрессии через неплотности. На изношенном двигателе при степени сжатия 9 компрессия может быт 5, а на новом, при той же степени сжатия, компрессия может быть 12. Поэтому не стоит путать эти понятия.
Вот интересная статья по теории увеличения степени сжатия в современном тюнинге http://autogear.ru/tuning/1417/
Многим известна вот эта статья http://gaz20.spb.ru/img/download/72to76.pdf , кому не известна, ознакомьтесь, будет полезно.
Точно посчитать не получится, но руководствуясь опытом на основе проделанной работы могу сказать, это этим способом можно поднять степень сжатия примерно до 6,5-6,6 как того и требует бензин А-76. Такая степень сжатия была на двигателях ГАЗ-69 (мощностью 55 л.с.). Если бы я не нашёл способа поднять степень сжатия до приемлемой для бензина АИ-92, думаю, не стал бы затевать такой громоздкий и дорогостоящий проект, а ограничился тем, что предлагает нам эта статья, но обо всём по порядку.
Первоочередная задача была, увеличить степень сжатия как минимум до 8,2 в идеале до 8,5
Победовская головка, вид со стороны камеры сгорания.
Некоторое уменьшение объёма мы получим при торцевании привалочной поверхности головки. Кстати говоря, в статье, инженер Горьковского автозавода предлагает снимать 2 миллиметра, после чего восстанавливать антидетонационный вытеснитель и стачивать поверхность над клапанами, чтобы они не задевали за головку. Уменьшение объёма камеры сгорания в таком случае составит не более 8 сантиметров кубических.Если снять 1,5 миллиметра с привалочной поверхности и ничего более не трогать, то уменьшение объёма головки получится на 6 кубических сантиметров. Есть автолюбители, которые снимали с головки 2 м и не делали дополнительных обработок внутри камеры. По отзывам после длительной эксплуатации двигателя с такой головкой, ни каких аномалий не обнаруживается.
При обработке, не лишним будет знать вот эти цифры:
высота штатного подъёма клапана 9,2 мм
глубина камеры сжатия 12 мм
толщина прокладки в сжатом состоянии 1,5 мм.
При этом излишняя обработка привалочной поверхности может обнажить водяные каналы головки блока. К тому же слишком сильное уменьшение надклепанного пространства ухудшает процесс наполнения цилиндров.
За счёт более полного профиля кулачка фазы сместились в стороны расширения, а так же увеличилось общее время открытия и высота подъёма клапана. Высоту подъёма увеличивать, в общем, не планировал, но так получилось, что при перешлифовке сделали не много меньше припуска, и высота подъёма увеличилась на 1 мм. Ещё раз напомню, что высота штатного подъёма клапана 9,2 мм, глубина камеры сжатия 12 мм, а толщина прокладки в сжатом состоянии 1,5 мм. Так как важно не забывать об этом, не только при подрезании головки блока, но и при увеличении подъёма кулачков. Между открытым клапаном и поверхностью днища камеры сгорания должно оставаться не менее 1,5 мм.
Итак, небольшой прирост получен, что дальше? Нужно ещё 1,3 единицы.
Найденный мною способ был очевиден, и как оказалось в последствии найденный не мной одним.
Ямки в камере сгорания было решено заплавлять аргоновой сваркой. Предполагалось, что в купе с уменьшением высоты головки это должно было дать необходимый результат.
Вырисовалась примерно вот такая схема:
Каюсь, делал это всё эмпирическим путём без предварительных расчётов, руководствуясь здравым смыслом.
Обзвонив несколько контор, оказалось, нигде не хотят браться за такую работу, мотивируя, что головку поведёт до состояния пропеллера.
Выручили в «МАДИ-МОТОР» что недалеко от Сходни.
Так же было решено не вытачивать заново антидетанационный вытеснитель, так как при использовании высокооктанового топлива как мне показалось, смысла в нём нет, а объём он заберёт.
Предполагалось, что заливаться углубление будет в уровень, но там где я заказывал эту работу решили, что мои слова «Чем больше, тем лучше» это прямое руководство к действию и залили ступенькой. Теперь там где была впадинка, имеется миллиметровое возвышение, благо все стыки по контуру возвышения тщательно запилены бором и имеют плавные обводы.
За заливку и доробку головки пришлось выложить 12 000 рублей.
После заливки я попросил пролить камеры, чтобы узнать их объём. Оказалось, что две камеры имеют объём 68, а две 71. Видимо это косяк при литье, две опоки утонули чуть ниже. Я попросил выровнять все камеры с максимальной точностью по большей, то есть все камеры сделали по 71. После фрезеровки по плоскости, объём камер составил 65 см кубических.
А дальше, зная объём камеры сжатия, можно провести расчёты уже по формуле:
b = диаметр цилиндра;
s = ход поршня;
Vs = объём камеры сгорания, то есть, объём, занимаемый бензовоздушной смесью в конце такта сжатия
п = 3,14
Размеры цилиндра 82X100
Немного потерявшись в этой формуле, я пересчитал всё немного по своему, получается что объём одного цилиндра:
(82*82*3,14)/4*100 = 527834 = 528 см кубических, если помножить на 4 цилиндра, то, как раз будет искомый литраж 2,12 литра.
а дальше так:
(528+65)/65 = 9,1
Но к сожалению, такая огромная степень сжатия не получается, так как есть ещё и прокладка, которая добавляет примерно 10 сантиметров кубических объёма. А это значит, что степень сжатия получается:
(528+65+10)/65+10 = 8,04
В процессе переборки самого двигателя оказалось, что надо растачивать под третий ремонт, а это ещё немного объёма в плюс:
(83*83*3,14)/4*100 = 540786 = 541см кубический
(541+65+10)/65+10 = 8,21
В конечном итоге (теоретически) получается почти задуманная степень сжатия 8,2.
Зависимость усилия затяжки головки блока цилиндров, от степени сжатия, для меня кажется очевидной. При увеличении сжатия увеличивается ударная нагрузка на головку, и давлении которое норовит прорваться на стыке разъёма. Поэтому я сначала затянул головку как нужно с усилием около 6,5-6,7кг., а через некоторое время когда прокладка осела перетянул её с усилим 7,5-8 кг. Не уверен что сделал правильно, но думаю вредя от этого не будет. Хотя перетягивать более чем на 8 кг чревато обрывом шпилек.
Теоретически, можно ещё увеличить степень сжатия, но степень сжатия 8,5 . 8,6 является пределом для этих двигателей. При большей степени, сильно ухудшается заполнение цилиндров, в том числе и из-за нижнего расположения клапанов и малых максимальных оборотов. К тому же, как показала практика, двигатель при использовании высокооктанового топлива сильно греется.
Далее прирост мощности представляется возможным только за счёт увеличения литрового объёма.
Mankus
Пользователь
Вот, кстати, фото головки блока от ГАЗ-52, под 76й бензин, отчётливо видны изменения внутренней поверхности, ямка более мелкая и покатая
В книге «Скоростные автомобили» ( А.А. Саблин, издательство «Физкультура и спорт», 1953 год), есть интересные сведения о спортивных Победах того времени, в том числе и с форсированными двигателями.
Вот графики из этой книги:
Вторая кривая относится к двигателю с увеличенной степенью сжатия, и только, ни каких дополнительных мероприятий, ну кроме мелочей типа совмещение окон коллектора или полировка головки до зеркального блеска. Третья кривая это двигатель с блоком от ГАЗ21Б расточенным под ремонтный размер и головкой с одним верхним клапаном.
Из графика видно, что при степени сжатия 8,2 мощность возрастает до 70 л.с. и пик максимальной мощности смещается к 4200 оборотов.
Напомню, что у родного двигателя 52л.с. при 3600 об/мин.
II. Калильное число
Начать хочется сразу с исчерпывающей информации об устройстве и работе свечи зажигания (для тех кто не в теме), поэтому всем желающим освежить или познать впервые — сюда:
http://autogear.ru/toyota_repair/el_equipment/4049/
Очевидно, что родные свечи слишком горячие для бензина с октановым числом 92 (85).
Поэтому предлагаю, немного поговорить о свечах.
Вот ксерокопия из книги «Автомобиль победа» (Липгарт и Вассерман) страница 133, раздел «Система зажигания»:
Нас всех учили понемногу чему-нибудь и как-нибудь. Поэтому все мы привыкли, что в обозначении свечи присутствует калильное число. Однако, как оказалось в название свечей госта 54го года, присутствует всё что угодно кроме калильного числа.
Вот это выдержка из книги «Электрооборудование автомобилей» (издательство ТРАНСПОРТ, Москва, 1978г.):
«По ГОСТ 2043—54 свечи маркировали буквами и цифрами. Первая буква
обозначает диаметр резьбы в миллиметрах ввертной части корпуса (М — 18 мм,
А — 14 мм); число указывает длину нижней части изолятора в миллиметрах;
последние буквы указывают материал изолятора: У — уралит; Б — боркорунд; С
— синоксаль; X — хилу-мин; вторая буква С обозначает герметизацию
центрального электрода из токопроводящего стеклогерметика»
Можно предположить, что эти свечи имели одинаковую длину изолятора, но разную длину юбки, что собственно и влияло на калильное число свечи. Причём что указывает вторая цифра в маркировке через дробь, например «НМ12/12АУ». Если учитывать что М12/8 более холодные, а М12/15 более горячая, а такие свечи как М15/15 и М20/20 рекомендовались в той же книжке на странице 134 только для двигателей ГАЗ-АА и ГАЗ-ММ, можно предположить что именно второе число обозначает калильное число, причём в порядке обратном тому, что мы привыкли в современном обозначении. Немного путано, но можно не разбираться, всё равно эти обозначения остались только на стрых свечах, а старые свечи только на победах.
Свечу НМ12/12АУ, имели калильное число там под 66й и 72й бензины, сложно сказать какое именно, но можно предположить, что в районе 6,5-7.
Для 80го бензина эти свечи ещё как то подходят, но не вполне, вот так выглядит такая свеча 50 000 проехавшая на 80м бензине:
На фото чётко видно, что свечи чистые и белые, но центральный и в большей степени боковой электрод покрыты белоснежным керамическим налётом.
Так же свечи, применяемые на двигателях М-20 это свеча «автотракторная» с маркировкой М8. У неё Калильное число под 76 бензин, и соответственно 8 единиц.
В рамках ликбеза (тем, кто не в теме):
«По ГОСТ 2043—74 установлен определенный ряд калильных чисел: 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26 условных единиц. По этому ГОСТ свечи маркируются буквами и цифрами.Первая буква обозначает данные резьбы ввертной части корпуса: А — резьба М14 X 1,25; М — резьба 18 х 1,5; цифры указывают калильное число 8 или 11 и т. д.; буква, следующая за цифрой, определяет длину ввертной части корпуса: Н — 11 мм, Д — 19 мм (длина 12 мм- не обозначается); буква В указывает, что конус нижней части изолятора выступает за торец корпуса; буква Т указывает на герметизацию соединения изолятора с центральным электродом — термоцементом. Герметизацию другими гермети-ками не обозначают.
Например. Свеча А11 — резьба М14Х 1,25,. калильное число 11 длина ввертной части корпуса 12 мм, тепловой конус не выступает, герметизация нетермоцементная. В свече А11НТ применена герметизация термоцементом (Т). Свеча А17ДВ — резьба М14Х1.25, калильное число 17, длина ввертной части 19 мм, тепловой конус изолятора выступает за торец корпуса.»
Вот таблица совместимости гостов:
Эти свечи можно встретить в свободной продаже, более того, они не дефицит, так как наши Китайские друзья заполонили этими свечами всё. Но в этом есть и недостаток — наших свечей такой марки практически не встретить, а китайские работают в соотношении: одна из десяти.
Свечи с резьбой на 18 выпускают ещё и заграничные компании типа NGK, Bosch и Finwhale, может и ещё какие-то.
Вот расшифровки маркировки свечей NGK и Bosch:
http://e-giper.ru/article/rasshifrovkamarkirov и http://www.uazbuka.ru/candle.htm
http://www.smatnn.ru/index.php?option=c . &Itemid=71
Я, наткнувшись на хорошие отзывы, приобрёл комплект свечей NGK APR6FS не обратив внимание что там коническое уплотнение, что, в общем, не очень хорошо. Разворачивать под этот угол посадочное место я поленился, и пока свеча набивала себе место, потянул резьбу на одном и свечных отверстий. Не повторяйте моих ошибок ( ! ). Рекомендую найти свечу с плоским седлом, или подготавливать посадочное место в свечном отверстии.
По маркировке получается, что калильное чисто этих свечей 6 (!), что странно, по логике эти свечи должны быть рассчитаны на бензин с октановым числом в районе 85 (судя по тому, насколько выступает изолятор центрального электрода). Странно это только на первый взгляд, так как на западе другая шкала калильности. И на родном, не модернизированном двигателе при работе на 80м бензине эти свечи отказываются нормально работать, загрязняются через 15-20 минут работы. А на моём двигателе, с повышенной степенью сжатия, при работе на 92м бензине, работают нормально, самоочищаются и не вызывают нареканий. Единственное, что немного смущает, это то что пока двигатель не прогреется хорошенько, при резком нажатии на педаль газа двигатель резко теряет мощность, но пара перегазовок всё исправляют.
Эти свечи можно купить поштучно, так как они не идут комплектами. Только, на больших авторынках или в профильных свечных отделах, свеча довольно редка и дорогая (кажется по 70 рублей за штуку или около того). Про другие импортные аналоги мне ничего не известно.
Mankus
Пользователь
III. Система газораспределния
Тут я буду описывать как известные так и не очень известные вещи.
Во-первых клапана.
Клапана
На этом и на других форумах есть люди, которые давно и успешно применяют, в качестве топлива, 92й бензин не опасаясь того, что прогорят выпускные клапана. Секрет заключается в том, что в качестве выпускных клапанов применяются клапана от ГАЗ-53 с натриевым наполнителем.
Собственно таких изобретателей немного, поэтому как мне кажется этот способ модернизации системы впуска, овеян налётом таинственности.
Действенности этого способа в полной мере мне оценить не удалось, так как пробег пока не большой, но в теории клапана с натрием практически не убиваемые.
Небольшой ликбез (для тех, кто не в курсе): дело в том, что внутри таких клапанов находится натрий, который при высокой температуре переходит в жидкую фазу и во время движения клапана переносил теплоту от головки клапана к стержню, откуда она передаётся блоку через направляющую втулку.
Эти самые клапана от ГАЗ-53 отличаются от родных, диаметром и длинной стержня. Диаметр стержня Победовского клапана 9 мм, диаметр стержня клапана ГАЗ-53 — 11мм. Длину клапана точно не помню, разница между ними примерно 6 мм.
Тарелки клапана по посадочному месту у них одинаковы. Посадочные места под нижнюю тарелку клапана и сухари тоже идентичны, с этим проблем не было.
Приблизительная технология установки таких клапанов следующая:
1. Взять 4 новых направляющих втулки и на токарном станке рассверлить их до диаметра 10,5мм и обрезать на 10 мм с нижней стороны. Причём желательно именно новые втулки а не снятые с двигателя, так как сверло может увести в направлении износа втулки.
2. Вынуть старые втулки и забить новые.
3. Развернуть новые втулки развёрткой (количество развёрток, проходов, способ обработки и шероховатость поверхности определяете сами в зависимости от возможности и желания)
4. По установленной втулке правится седло клапана.
Так же для этих клапанов необходимо подобрать более короткие пружины, так как родные пружины будут слишком длинные и сложатся при открытии. Причём желательно именно подобрать, а не отрезать старые. От чего подходят пружины сказать сложно, все их подбирают от чего-то, и не знают от чего, и я в этом плане, к сожалению не исключение.
На недостающую длину клапана просто выворачивается регулировочный болт.
Кстати говоря, если есть возможность можно выточить направляющие втулки из цветного металла, например из бронзы или БрАжи или латуни твёрдых сортов. Так как нагрузка на втулку сугубо условная — боковое прижатие стержнем клапана, можно предположить, что в виду антифрикционных свойств цветного металла, износ, как клапана, так и втулки будет меньше чем в случае с однородными материалами. К тому же будет лучший отвод тепла. На некоторых иномарках применяются направляющие втулки из цветного металла. Там вообще давно уже ружья кирпичом не чистят.
Некоторые ставят маслосъемные колпачки, так вот: МАСЛОСЪЁМНЫЕ КОЛПАЧКИ НА КЛАПАНАХ ДВИГАТЕЛЯ М-20 ЭТО НЕНУЖНАЯ И БЕСПОЛЕЗНАЯ ВЕЩЬ
Маслосъёмных колпачков на победе никогда не было, и быть не могло. Так как клапана нижнее масло не может протекать по направляющей в камеру сгорания, оно может только увлекаться разряжением, но в небольших количествах, что только на пользу, так как это масло будет смазывать стержни клапанов. Если же всё-таки есть желание их поставить, то это можно сделать, обточив конец направляющей втулки под посадочный размер маслосъёмного колпачка.
Когда клапана сняты, можно не полениться и на гнёздах впускных клапанов сбить острую кромку:
Не думаю, что это оторвёт машину от земли, но как учит нас физика, чем плавне повороты, тем лучше. Я кстати сбил острую кромку и на передней части цилиндра. Главное делать это без фанатизма.
Ну и собственно притирка, главное не усердствовать, ибо можно сильно нарушить фаски. Неплохо если есть возможность сделать все правки сёдел и развёртку направляющих втулок машинным способом на координатном станке, это даст большую точность, что сведёт притирку к минимуму. Во время притирки не стоит увлекаться (как это сделал я), можно испортить геометрию прилегающей поверхности, особенно это опасно на впускных клапанах, ибо они очень мягкие. При особом усердии получается примерно такая картина:
Для тех, кто не в теме: после притирки на фаске клапана должна оставаться светлая матовая полоска (поясок) шириной около 1,5мм. Примерно по центру или чуть ниже фаски. Хорошее прилегание клапана, широкая площадь контакта необходима не только для надёжного уплотнения (для уплотнения наоборот желательнее площадь поменьше, чтобы опорная нагрузка была больше) но и для хорошего отвода тепла от головки клапанов к блоку.
Вот пара ссылок на описание процеса притирки, вот это с хорошими фотками http://autorambler.ru/bz/remont/LANCER_eng_25/ а эта до кучи http://www.redmotor.ru/uaz3163/140.html
При сборке обратите внимание, чтобы правильно были установлены те пружины — что родные, они с переменным шагом, узкими витками к блоку, по крайней мере, так написано в умной книжке. С другой стороны раз уж 4 пружины всё равно будут с постоянным шагом, то можно и остальные. Подходят от ГАЗ-21 они точно такие же только постоянной толщины витка и постоянного шага.
Даже если вы ничего не собираетесь делать из того что я тут описываю, повышать степень сжатия, переделывать распредвал или ещё что-то, а просто перебираете двигатель, не поленитесь, поставьте эти клапана, особенно если собираетесь время от времени или постоянно заливать 92й бензин.
Ещё кое-что. Рассухаривать клапана победы не сложно, для этого нужен ключ и молоток. Нажимая ключом снизу, упирая его в толкатель, сверху ударяем молотком, не сильно, клапан мгновенно рассухаривается. Гораздо осложнение засухаривать это безумие. Для этого можно изготовить оригинальный съёмник, или съёмник собственной конструкции, или вооружится множеством «рычагов» и деревянных брусочков. В общем, я засухаривал клапана в одиночку при помощи, рук, ключей, брусков и какой-то матери. Главное положить на дно клапанной коробки тряпочку, закрывающую дренажные отверстия, чтобы ненароком выпавшие сухари не провалились туда и не потерялись.
Зазор в клапанах регулируется крайне долго и не весело, для этого надо быть осьминогом или человеком пауком. По книжке на холодном двигателе зазор на выпускном — 28 на впускном — 23, но так как таких щупов нет, я выставляю 30 и25, это не критично.
По поводу крышек клапанной коробки: они зачастую прогибаются и деформируются от перетяжки, поэтому даже с новой прокладкой может быть подсекание масла. Для того чтобы это устранить надо вырезать новую прокладку и взять много-много герметика. Толстый слой герметика кардинально решит проблему. Герметик лучше серый.
Mankus
Пользователь
Распределительный вал
Так как двигатель становится более оборотистым, появился вполне логичный вопрос: а нет ли необходимости в изменении фаз газораспределения?
Собственно изначально смещение фаз предполагалось делать таким образом, чтобы увеличить время перекрытия клапанов момент впуска-выпуска, с целью лучшего охлаждения клапанов. Но как выяснилось, потом увеличение перекрытия на больших оборотах улучшает очищение и наполнение цилиндров, которое однозначно ухудшится при таком сильном увеличении степени сжатия.
Немного полистав первоисточники, оказалось, что чем более архаичный двигатель и чем менее он оборотистый тем перекрытие меньше. На двигателе ЗиС-5 перекрытие составляет около полу градуса, при том, что на ГАЗ-21 уже 46 градусов. Это и понятно, ведь на малых скоростях перекрытие работает во вред.
Вот диаграмма фаз ГРМ двигателя М20
А вот диаграмма фаз двигателя S21, польской Варшавы с верхнеклапанным механизмом ГРМ (спасибо -=bolt=- за исправленную схему):
А это диаграмма фаз ГАЗ-21:
Первый способ изменить фазы был таков: изготовить новый полностью самобытный вал. Однако это оказалось не возможным, так как все нестандартные валы делаются из стандартных заготовок. А у современных верхневаловых двигателей на валу кроме кулачков нет ничего более, то бишь, ни шестерни маслонасоса, ни эксцентрика. Второй способ оказался неотвратимым и единственным: наплавить на вал лишний метла и за счёт изменения профиля кулачков изменить параметры вала.
Вал был тюнингован (простите за слово) в конторе под названием «ОКБ Динамика».
За счёт более полного профиля кулачка фазы сместились в стороны расширения, а так же увеличилось общее время открытия и высота подъёма клапана. Высоту подъёма увеличивать в общем не планировал, но так получилось ,что при перешлифовке сделали немного меньше припуска и высота подъёма увеличилась на 1 мм. Ещё раз напомню, что высота штатного подъёма клапана 9,2 мм, глубина камеры сжатия 12 мм, а толщина прокладки в сжатом состоянии 1,5 мм. Так как важно не забывать об этом, не только при подрезании головки блока, но и при увеличении подъёма кулачков. Между открытым клапаном и поверхностью днища камеры сгорания должно оставаться не менее 1,5 мм.
Изменение фаз производилось по ремонтной технологии, когда на кулачки наносится автоматом проволокой из твёрдого металла, а потом шлифуется под новый профиль.
После перешлифовки к сожалению немного отпустились шейки. Замеры показали, что твёрдость упала с 55 роквелл до 45, что по большому счёту не критично.
К сожалению градусов открытия и закрытия мне не предоставили, а я забыл попросить.
Но имеется схема изменения профиля и фазировка, кто в теме разберётся:
Фотографии вала:
Дороботка кулачков распределительного вала обошлась в 7 000 рублей.
Кулачки в оригинале имеют некоторый наклон в сторону шестерни, для того чтобы толкатели вращались в блоке в сторону затяжки регулировочного болта. Так как станок придаёт профиль, кулачкам шлифуя их под углом 90*, наклон пришлось делать вручную, шлифмашинкой и шкуркой с зерном разного размера с последующей полировкой. Собственно в идеале наклон придаётся всему кулачку, но я делал только на гребне. После сборки оказалось, что всё сделано, верно, все толкатели вращаются куда надо, только один вращается очень медленно, видимо очень маленький наклон и пятно контакта с тарелкой толкателя не в том месте.
Если кто решится на подобное, то делайте в этой же конторе, там уже имеют опыт. Если нет, имейте в виду вал очень мягкий и его ведёт на раз. Мой вал тоже повело, и его потом пришлось ровнять, натягивая точечной сваркой, в той же мастерской.
Степень целесообразности этой манипуляции на практике не установлена, так как, для этого надо было бы сделать ещё один двигатель с обычным валом и провести испытания на стенде, или парные ходовые испытания, что крайне затруднительно. Но предположительно, как мне сказали в конторе, где делали наплавку, такие манипуляции с валом не дадут ощутимого прироста мощности (чай не Жигули), однако динамически показатели должны улучшиться. Двигатель действительно стал «шустрее», есть ли в этом прямая заслуга вала, мне не известно. Известно лишь, что моя победа теперь загоняется до 100 км/ч за 27 секунд, с родным ведущим мостом.
Можно ещё попробовать распределительный вал от двигателя S-21 (польская Варшава), который имеет очень широкие фазы. Но есть и недостаток более короткие кулачки, так как там верхнеклапанный механизм и стоят коромысла с разноплечим рычагом. Кулачки такого вала можно наплавить до нужной высоты и шлифовать.
Если у кого-то есть живой вал от S-21 приму в дар или приобрету за вменяемые деньги.
Mankus
Пользователь
Mankus
Пользователь
Немного про шестерню
Вот так выгладит стандартная шестерня ГРМ всех нижневаловых двигателей семейства ГАЗ как грузовых, так и легковых двигателей.
Фото разрезной ниже, имеет смысл промотать псравнить и читать дальше 😉
В данный момент, протестировав двигатель, пришёл к выводу что есть смысл попробовать манипуляции с разрезной шестерней ГРМ.
Суть разрезной шестерни в том, что с её помощью можно найти необходимый (именно необходимый, потому что это не обязательно оптимальный) режим работы двигателя, за счёт смещения кривой мощности в зону верхних или нижних оборотов. Но это не, то же самое, что изменение расположения кулачков друг относительно друга, это изменение момента открытия относительно верхней мёртвой точки.
Вот что нам говорит интернет:
«Разрезная шестерня позволяет изменять фазы газо-распределительного механизма (далее ГРМ) в двигателе. Если в автомобиле предполагается установка тюнингованного рас-предвала, то установка разрезной шестерни желательна. Разрезная шестерня необходима для более точной настройки фазы ГРМ, который заложил производитель при создании распредвала. В случае установки разрезной шестерни на серийный автомобиль можно более точно настроить заводские параметры ГРМ, устанавливая требуемые значения перекрытия впускных и выпускных клапанов относительно верхней мертвой точки (далее ВМТ) поршня двигателя. Также, с помощью разрезных шестерней можно немного смещать крутящий момент двигателя, сдвигая его на низкие и средние обороты, либо сдвигая на верхние обороты. Настройка крутящего момента на более низкие обороты дают возможность ездить часто, не переключая передачи, уменьшает расход топлива (при спокойной езде) и даёт улучшение динамики разгона автомобиля. При такой настройке немного страдает динамика автомобиля на верхних оборотах (более 5000). Этот вид настройки шестерни рекомендован для повседневной езды по городу и трассе. Также, можно настроить разрезные шестерни на увеличение крутящего момента на более высоких оборотах.»
Форумы по теме:
http://forum.gaz21.org.ua/lofiversion/i . ?t250.html
http://www.azimut4x4.ru/forum/viewtopic . start=2850
И не форумы:
http://www.sctuning.ru/index.php/tuning . r-camshaft
Как это работает.
Если в момент ВМТ в такте выпуск-впуск выпускной клапан открыт сильнее чем впускной (следовательно, момент в который клапана встанут на один уровень наступит после ВМТ) называется «запаздыванием» перекрытия, в противоположном случае «Опережением».
Вот интересная статья по теме http://www.auto99.ru/index.php?page=178
А вот цитата из этой статьи:
«Может оказаться, что при одинаковом подъеме обоих клапанов в момент перекрытия, модифицированный распредвал, не дает максимальной эффективности. С помощью специального регулировочного шкива (его часто называют шкивом Верньера) можно выставить распредвал на «опережение», тогда в верхней мертвой точке впускной клапан будет подниматься больше, чем выпускной. Установка распредвала на «запаздывание» даст нам больший подъем выпускного клапана, чем впускного. Именно соотношение между подъемом двух клапанов в верхней мертвой точке и определяет эффективность работы распредвала. Теоретически, опережение распредвала будет смещать пик мощности вниз по диапазону оборотов, а отставание будет давать противоположный эффект. У некоторых двигателей, например Rover Мini и Ford, наилучшие результаты достигаются с опережающим распредвалом. Степень опережения выражается в градусах поворота коленвала, которое необходимо для полного открытия впускного клапана».
На двигателе М20 запаздывание 3*, то есть на 3 градусах после ВМТ клапана находятся на одном уровне.
При этом не стоит забывать, что текстолитовые шестерни с завода идут с несколькими степенями погрешностями, до 1 градуса в стороне запаздывания, стандартные, и до 4х градусов в сторону опережения. Поэтому используя шестерню, поставленную не на заводе, а купленную в магазине запчастей, большая вероятность получить двигатель, более тяговый, чем скоростной. На форуме волгарей Волгарей (http://gazclub59.ru/index.php?showtopic . 0&start=20), посвящённый этой теме, там как раз это явление крайней степени всех не устраивает. Видимо потому, что мощный волговский двигатель в любом случае не будет так сильно тупить на малых скоростях, тем паче с более оборотистым, задним мостом. Там даже предлагался вариант подбора шестерни с опережением 4*и перекидыванием её на один зуб (один зуб 6,3*) тогда можно получить запаздывание 2*.На победе же запаздывающий распредвал мне кажется вредоносным в плане динамики разгона на прямой передаче.
В книге «Автомобиль ПОБЕДА» (А.А.липгарт, Г.М.Вассерман, МАШГИЗ, Москва 1955г.) на стр.5 пункт 17й предупреждения: «Во время движения необходимо учитывать, что двигатель М-20 тянет и автомобиль лучше разгоняется при повышенных оборотах коленчатого вала. « .
Видимо, это сделано специально, чтобы автомобиль развивал максимальную скорость с таким слабым двигателем, а чтобы нормально ездить на малых скоростях сделали очень большое отношение главной передачи. В победе это, кстати говоря, очень заметно, на второй больше 50 разогнаться сложно, а пока переключишься на третью, скорость ещё немного успевает упасть. И вот пока стрелка не доходит до 60 км/ч динамика вообще отсутствует, машина никак не откликается на акселератор, нажатый до упора, зато после 65 уже можно почувствовать зачатки приёмистости.
Хотя это, вообще, довольно странная тенденция делать двигатели с несколько смещённым вверх пиком мощности.
Вот собственно фото разрезной шестерни:
Первая самодельная, сделанная чуткими руками одного из украинских волгарей. А вот вторая. Вторая тоже самодельная, но в заводских условия отечественного производителя. Вторую как раз предпринимал попытки приобрести, но человек на том конце провода несколько раз кормил меня обещаниями посмотреть на складе, после мой интерес угас. Видимо шестерни не пользуются большим спросом и некогда сделанная пробная партия либо просто раскатилась по цеху либо была вяло распродана.
Эта шестерня открывает некоторый простор для экспирементаторства. А если в крышке шестерён ГРМ проделать лючок чтобы не снимать всякий раз храповик, то можно обходиться, лишь снятием радиатора для настройки на автомобиле, а на стенде так вообще нет ни каких препятствий.
Прочее
В этой теме так же хочется вспомнить о таких избитых вещах как полировка коллектора, полировка головки цилиндров, совмещение прокладок и окон коллекторов, и прочая ерунда. Всё это в сумме дает, какой-то прирост в общей сложности дай бог на 1-2%, что это значит?
Это значит, что машина разгонится на 0,5 секунду быстрее и приедет к финишу на 1 секунду раньше. На соревнованиях в классе однотипных автомобилей это имеет смысл, но не думаю, что это будет хоть, сколько, заметно при обычной городской эксплуатации. Но это мнение не авторитетно.
Mankus
Пользователь
IV. Цилиндро-поршневая группа и КШМ
Тут рассказывать особо нечего, всё уже рассказано не раз и не два поэтому галопам по Европам, акценты будут только на самый интересных и полезных, на мой взгляд, моментах.
Поршни.
Поршни производятся и поныне. Только имеют некоторые отличия от тех поршней, которые когда-то ставились на двигатель победы. Во-первых, они не покрываются слоем олова. Во вторых в них нет приливах на бобышках, которые позволяют подгонять поршни по весу, но зато все поршни довольно точно отлиты по 470 грамм, с разницей +-2 грамма. Продаются поштучно (по крайней мере, в Лорде) если купить комплект из 6 штук есть вероятность выбрать 4 абсолютно одинаковых по весу. Ещё одно отличие это одна канавка под маслосъемное кольцо, а не две.
Единственный косяк в том, что продаются эти поршни без пальцев, пальцы продаются отдельно, но скомпоновать их поршнями не просто в виду маркировки, цвет которой не возможно точно идентифицировать (толи желтовато белый, толи бледно жёлтый).
Цена за поршень что-то около 150 рублей.
Поршневые пальцы
Поршневых пальцев насобирал по сусекам около десятка, с разной цветовой маркировкой. По всякому их примерял, пока не понял, что это в определённо степени условность, ибо пальцы даже одного цвета могут как пролетать со свистом так и не влезать в одну и ту же верхнюю головку шатуна.
Прочитал, на каком-то сайте по УАЗам, что можно применять пальцы соседних цветов с маркировкой поршня.
Пальцы, кстати говоря, подходят от ГАЗ-51 (это само собой) а так же от Москвича. Причём пальцы от москвича мне нравятся больше, они как-то более, гладко обработаны, а внутри имеют ребро жёсткости посередине. И он короче на 0,5 мм, есть ли в этом криминал, не знаю, но думаю, что нет.
В общем, я в конечном итоге купил штук 6 пальцев от москвича. С запасом взял для более точной развесовки.
Покупал в южном порту, цена вопроса 50р. за палец.
Для тех, кто не в теме напоминаю, пальцы вставляются только в нагретый поршень .
Мне пришлось помогать пальцам деревянной киянкой, но без большого усилия.
Кстати пальцы тоже поразили точностью веса с погрешностью до 2х грамм.
Шатуны
В домашних условиях довольно трудно диагностировать шатуны на кривизну, элептичность нижней шейки и удлинение. Какой-то конкретно информации по шатунам в интернет ресурсах я не нашёл, но считается если не было стуков, детонации, проворотов вкладышей и прочих серьезных поломок то шатуны должны быть в порядке. Шатуны мне показались вменяемыми для вторичного использования, и я ограничился сменой втулок в верхней головке шатуна.
Я взял пальцы и шатуны, и отнёс их в контору под названием «МЕХАНИКА», там мне настоятельно рекомендовали поставить втулки от Мерседеса, и подогнали каждую втулку под палец так, что он не вытрясался из головки, если трясти шатуном.
Вот как это выглядит:
Работа по замене и сами втулки обошлись мне в 3500 рублей, но я остался доволен, уверен оно того стоит.
Втулки из чего-то типа бериллиевой бронзы, светлые, не то, что наши, от 406 мотора. На внутренней поверхности втулки имеется канавка для масла и огромное отверстие для смазки. правда они немного уже, но опять таки мне кажется это критичным, ведь в Мерседесе и скорость движения и нагрузка на втулки явно, куда больше.
Небольшой технический ликбез (только для тех кто не в теме).
Кое-какая теоретическая информация по шатунам, думаю, это может быть интересно.
Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленчатого вала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора. В англоязычной литературе это соотношение именуется R/S – rod to stroke ratio, и ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R/S, равная 1,75. Естественно, чтобы поменять это отношение, нужен другой коленчатый вал и другие шатуны. Это, кстати говоря, с успехом применяется в двигателях ВАЗ, когда любой желающий может купить более длинноходный коленвал и более короткий шатун или поршень и поставить в свой мотор.
Мне стало интересно, какой же R/S у двигателя М20. Длина шатуна от центров головок — 200 мм, ход поршня — 100мм, итого 200/100 = 2.
А теперь посмотрим, о чём это говорит, начнем рассмотрение плюсов и минусов эффекта большого R\S.
Плюсы:
1. Эффект большого R\S позволяет поршню большее время находиться в верхней мертвой точки (ВМТ), что обеспечивает более полное сгорание топливовоздушной смеси
2. Также создается более высокая температура в камере сгорания и более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, что обеспечивает хороший крутящийся момент, как на средних, так и на высоких оборотах работы двигателя.
3. И еще один плюс – за счет более длинного шатуна уменьшается трение поршня о стенки цилиндра (пара «поршень — цилиндр»), что немаловажно при рабочем ходе поршня.
Минусы:
1. При большом значении R\S на низких и средних оборотах двигателя у мотора не «получается» хорошо наполнить цилиндры горючей смесью, из–за уменьшения скорости воздушного потока, что в свою очередь происходит из–за снижения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана.
2. Из–за длительного времени нахождения поршня в ВМТ и высокой температуры в камере сгорания, появляется большая вероятность детонации.
Рассмотрев эффект большого R\S переходим к рассмотрению эффекта малого R\S:
Плюсы:
1. Малое значение R\S обеспечивает очень хорошую скорость наполнения камеры сгорания в цилиндрах, при вращении коленчатого вала на низких и средних оборотах.
2. Т.к. скорость движения поршня от ВМТ больше, то и соответственно разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение камеры сгорания смесью.
3. При более высокой скорости движения топливовоздушной смеси, смесь лучше перемешивается, что в свою очередь способствует лучшему сгоранию.
Минусы:
1. Из–за малого значения R\S получается большой угол наклона шатуна, что в свою очередь для мотора не совсем хорошо, т.к. большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости, а для двигателя это означает:
a. большую нагрузку на шатун (особенно на центр шатуна), что увеличивает вероятность разрушения шатуна. Сам по себе шатун разрушиться не может, конечно если это не обрыв, который может быть вызван гидроударом (попадание воды в камеру сгорания во время работы двигателя) или заклиниванием, в основном шатун рвется у нижней или верхней головки под углом приближенном к 45 градусам к оси шатуна.
b. Быстрый износ стенок цилиндра, колец и ухудшение условий смазки. Это происходит из-за увеличенной нагрузки на стенки цилиндры, большой нагрузки на поршни и кольца и увеличения рабочей температуры вследствие повышенного трения. В свою очередь износ данного участка зависит от значения максимального угла наклона шатуна, а также от величины смещения оси пальца относительно оси поршня, на практике применяются «кованные» поршни со смещением пальца, что позволяет уменьшить износ.
c. Короткий шатун увеличивает скорость движения поршня, как следствие это износ и увеличение трения. Во время работы двигателя максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ.
Дублирующая ссылка: http://www.auto99.ru/?page=533
Подводя итоги можно вынести вердикт: наиболее значимым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна, т.к. большие значения ускорения благополучно сказываются на наполнение камеры сгорания на малых оборотах, что в свою очередь улучшает «тягу» двигателя в следствии лучшего наполнения камеры сгорания. Опять же на высоких оборотах происходит эффект запирания на впускном клапане из-за инерционности потока во впускной трубе (т.е. объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). При длинном шатуне происходит обратный выброс смеси на малых оборотах, но зато на высоких оборотах нет явления запирания.
Развесовка
Поршни с пальцами вывешиваются отдельно, шатуны с крышками и болтами отдельно.
Вообще при вывешивании шатунов нижняя и верхняя головка вывешиваются отдельно, в книжке «Ремонт двигателей автомобилей газ» (Г.К. Шнейдер, Горьковское книжное издательство, 1955г.) даже указан вес, сколько должна весить каждая головка, и какая критичная разница между ними. Но в домашних условиях это довольно сложно сделать, не имея специальных весов. Но купить точные электронные весы всё равно пришлось.
Шатуны должны били подгоняться по весу на заводе, но я всё равно решил их перевесить и не зря. Два были одного веса, один от них отличался на 5 грамм, а ещё один на 12. пришлось все шатуны подогнать по весу с точностью до одного грамма. Чтобы не сбивать разность веса между головками снимал по половине веса с каждой головки, на заточном станке, периодически перевешивая.
С поршнями и пальцами куда проще, пальцы потяжелее в поршни полегче и наоборот. В итоге разница между подсобранными группа оказалось в приделах 2х грамм. (Регламентированый допуск то ТУ прилично больше).
Собственно суть такой точной развесовки проста и очевидна: чем уравновешеннее движущиеся массы — тем меньше разного рода вибрации и тем равномернее нагрузка на коленчатый вал.
Всё это делалось на кухонном столе, поэтому долго ещё потом ел хлеб с маслом. моторным маслом 8)