Клапаны форсированного двигателя

Очевидно, что для заполнения цилиндра повышенным зарядом воздуха необходимо (при сохранении эффективности наполнения) повысить размеры проходных сечений клапанов, их время — сечения. Это необходимое увеличение зависит от величины наддува двигателя. Пусть двигатель без наддува имел проходное сечение впускного клапана порядка 12,6 см2, т. е. при давлении на впуске 1 бар обеспечивалось эффективное наполнение цилиндра. Определим, какое проходное сечение должен иметь впускной клапан двигателя, если он форсируется наддувом в 2 бара. Необходимое проходное сечение клапана в этом случае должно быть увеличено пропорционально корню квадратному из относительного увеличения давления на впуске.

Однако этого количества воздуха может быть недостаточно для достижения мощности, которую надо получить при наддуве. Например, исходная мощность была равна 162 кВт, а после наддува должна быть равна 260 кВт. Тогда увеличение мощности составляет 260/162 = 1,6. Следовательно, в 1,6 раза необходимо увеличить расход воздуха. А повышенное давление воздуха обеспечило увеличение расхода воздуха лишь в 1,41 раза. Увеличим диаметр клапана на 10%, т. е. сделаем клапан вместо диаметра 40 мм равным 44 мм. Тогда проходное сечение станет равным 15,2 см2, а расход воздуха будет пропорциональным 15,2-1,41=21,43. Следовательно, относительно двигателя без наддува он возрос в 21,43/12,6=1,7 раза. Это превышает необходимое увеличение мощности, а значит, устраивает нас. Однако, это решение часто невыполнимо. Это связано с тем, что у двигателя без наддува обычно размеры клапанов делают максимально возможными для повышения коэффициента наполнения цилиндра. И дальнейшее увеличение размера клапана просто невозможно. Кроме того, увеличение диаметра клапана приводит к ограничениям в размерах перемычек головки цилиндра и к повышенным их нагружениям как механическим, так и термическим. Кроме того, наличие повышенных проходных сечений каналов в головке осложняет циркуляцию охлаждающей воды в её полостях. То есть увеличивая диаметр клапана, необходимо, по существу, проектировать новую головку цилиндра. На рисунке показано сравнение конструкции головки в зоне размещения форсунки для случая безнаддувного двигателя и двигателя с наддувом. В конструкции, применяемой в двигателе с наддувом, устранение защитного экрана, кожуха «с» корпуса форсунки приводит к появлению недостатка — невозможности демонтажа форсунки без слива воды системы охлаждения.

Рис. Сравнение толщины днища головки цилиндра в зоне установки форсунки для двигателя без наддува (слева от осевой линии, А) и двигателя с наддувом (справа от осевой, Т).g — толщина днища, С — кожух корпуса форсунки, Р — рёбра жёсткости и направления потока воды охлаждения.

Однако, одновременно появляются и достоинства: увеличение толщины днища головки цилиндра, возможность увеличения диаметра клапана (и размещения прочного седла клапана в головке). Применение дефлектора «р» позволяет не только повысить жёсткость стенок между полостями головки, но и обеспечивает необходимые пути и скорости циркуляции воды в головке с целью её более эффективного охлаждения. Для повышения скорости открытия и закрытия клапана приходится идти на повышение интенсивности удара клапана о седло при его посадке. Для сохранения надёжности и долговечности узла «клапан-седло клапана» приходится идти на применение более прочных вставок в горловину канала в качестве седла клапана.