Портінг гбц класичних моторів. Основа, теорія, практика.

Всем привет.
Данная инфа в этом бж очень поможет таким же людям как я, ищущим истину о том, как же всетаки правильно увеличивать (или не увеличивать) каналы впуска \ выпуска в головках блока классики. Тема будет рассчитана на людей, которые только с ней знакомятся и не только, так, что будет многа букав и тавтологии.
Допустим передо мной стоит задача сделать классический мотор жигулей мощнее одними доработками, на стандартных комплектующих. крутить восьмиклоп выше 7к оборотов вообще смысла лично я не вижу, мне и 6к достаточно.
К сожалению 98% инфы о портинге гбц в интернетах сводится к тому, что чем больше канал тем лучше. Мол берем шар побольше и делаем ДЫРЫ в каналах. По логике вещей все хорошо, больше дыры — больше воздуха. К сожалению и я на это повелся… Но на практике это не так работает. Тему изучал довольно долго да и какой то опыт уже есть за спиной. Гбц 33.5х30 уже сделал и собрал 1.7 мотор, но что то не то… Вот как то не так она должна ехать…
Знакомый купил на свою шаху мотор 1.7л уже с запиляной головой 31х29. Впуск просто прошли шариком и не шлифовали, а на выпуске даже прилив под направляющую не спилили. Имея не верную инфу о "РАСПИЛЕ" гбц, я сделал вывод, что этот мотор будет хуже моего. Но практика показала обратное, момента в этом моторе было "шо у паравоза"
Нууу с этого все и началось))

Нашел не много статей на драйве по поводу доработок кольцевых моторов 1300 и 1600, выдающих почти 130 и 150лс и переделок у них там было по минимуму, упираясь в некие регламенты. И каналы у них были не такие уж и большие.
Почитал людей (на драйве), занимающихся портингом на продувочных стендах, они редко когда делали каналы больше 31.5мм на впуске для моторов 1.7л. От сюда и понял, что кроме пропускной способности, должна быть еще и скорость потока для газодинамического наддува. И не всегда чем больше CFM выдает головка, тем лучше поедит мотор. Может он и поедет лучше, но на очень высоких оборотах и не всегда способствует увеличению крутящего момента, скорее мотор будет выше крутится по оборотам и все. Целевое использование таких моторов явно не для города.
Стоит не забывать, что при широких каналах, при низкой скорости потока, идет перепродувка камеры сгорания. Это когда при перекрытии клапанов, поршень еще доходит до ВМТ, давление во впуске пихает твс в кс и ее выталкивает обратно поршнем, подходящим к вмт, тормозив еще больше при этом поток в канале. Но тем не менее увеличение седла клапана и пространства за ним до направляющей, может улучшить наполнение за счет его обьема. Больше обьем за клапаном = больше твс под давлением попадет в кс при такте впуска.
Немало важную роль так же играет и выведение форм самих каналов и направление потока твс в камеру сгорания (чего нельзя сделать на больших диаметрах канала), увеличивая завихрение (свирл). А чем выше свирл, тем лучше твс перемешивается, меньше зон с бедной или богатой смесью. Отсюда, выше момент, выше порог детонации и падение расхода топлива.
скрины для примера

Каждый делает по разному, но суть должна быть одна. Направление потока твс не в тупую на сам клапан под углом 90*, а как бы воспользовавшись поворотом канала надо направить поток твс так, что бы поток пошел вскольз по клапану в камеру сгорания. Так же можно придать закруглению стенки, со стороны "мертвой зоны" вокруг впускного клапана с радиусным переходом в дно камеры сгорания. За одно можно сделать стенку кс полусферой, отличная замена уху (вырезке) вокруг клапана и не сильно степень сжатия страдает. Хотя ухо на продувку тоже не плохо влияет.

Так же можно снизить детонацию, сровняв ступеньку в камере сгорания с плоскостью гбц, не обязательно даже полировать ее, хотя желательно. Спилив прилив в гбц 21011 очень сильно просядет степень сжатия. Дорабатывая КС, нужно понимать, что если есть выбор между степенью сжатия и чуть лучшей продувки камеры сгорания, то лучше выбрать все же степень. От этого профита будет больше, чем от чуть лучшей продувки. К примеру на моторах 1,5-1,6 очень большой недоход поршня до самой гбц, вместе с прокладкой = 3мм. Фрезернув гбц на 2мм, мы недоход не убираем, но и степень сжатия из за этого не сильно и вырастит (приблизительно до 9,6). В идеале 10-10,5… Но улучшив продувку камеры сгорания, повырезав мелкими шарошками все лишнее, степень сжатия просядет еще больше, эффективности такой доработки нет. Профит будет лишь в том случае, если позволяет это сделать степень сжатия, к примеру спилив блок на 2мм. Степень станет выше, без фрезеровки головки 10,3. С доработкой камерой сгорания и фрезеровкой головки на 1,5мм степень станет 10,5. Вот и вся математика. Кстати чем меньше недоход поршня до гбц, тем меньше риск поймать детонацию на одной и той же степени сжатия. В идеале недохода быть не должно, но в силу конструкции двс, этого сделать невозможно, недоход должен быть как минимум 0,8мм!

Но все же есть хороший компромисс в плане степени и продувки! Все вокруг впускного клапана стачивают "мертвые зоны", а вот я скажу, что они очень важны и стачивать их не стоит! Они наоборот нам помогают создать хороший, скоростной свирл, направляя поток твс с "мертвых зон" в сторону уха, что в свою очередь увеличит и крутящий момент. По этому компромиссом будет являться спиливание угла вытеснителя и убирание "мертвых зон" только вокруг ВЫПУСКНОГО клапана, там это сработает только в +!

Это что касается впускных каналов, а что с выпуском? по впуску инфа какая не какая есть…
А вот и выпуск. Что б много не писать, вставлю скрины людей, которые знаю об этом побольше.

В данном скрине, скрыты 2 главных принципа выхлопных каналов, которые работают друг с другом. Из этого можно сделать вывод, что не стоит увеличивать выпускной канал больше стандартного (21011 — 28мм, 21213 — 27.5мм) Особенно учитывая то, что стандартный впускной коллектор внутренним диаметром 29мм! Но вот убрать прилив под направляющей клапана обязательно. Еще хочется сказать, что чем шире выпускной канал, тем сильнее будет грется мотор. Летом это особенно заметно. В идеале канал надо полировать почти до блеска. Суть та же, что и при полировке камеры сгорания — меньше тепла отдавать в сам мотор, больше кпд и кпд выхлопного заряда.

Изучив данную тему портинга "а не РАСПИЛА" пришел к выводу, что следующая головка будет расточена по каналам в 30х28 с выведением его формы, выгрызая стенку самого канала (как раз лежит гбц 21213 без дела). Учитывая то, что впускной канал вскрывается на 37мм, берем запас толщины стенки еще в 1мм (канал 35мм) И того, максимум, на сколько можно углубится в канал, это на 2,5мм в сторону. Я же буду уводить канал в сторону на 1мм и на 0,5мм вверх, ибо нижнюю часть канала трогать как бы нельзя, но надо убрать какую то часть металла, что б потом его легче было шлифануть наждаком. Но это все придется выравнивать шаром в 31мм

Впускной коллектор желательно делать по диаметру канала в головке, либо меньше. Но не больше! Не из за того, что образуется ступенька — нет. Ступеньку можно и сровнять, но все равно в этом месте будет подпор потока и механические потери на его сжатие в канал меньшего диаметра. Вроде мелоч, а не приятно)

Ладно, это все теория, из которой выходят мои выводы постройки гбц, которая будет реально работать на 213 распредвале (и на  распредвалах с фазой до 300*). Мотор должен крутится так же, как и сейчас (до 6к оборотов) только иметь больший момент во всем диапазоне.

И самое главное — суть портинга заключается в том, что бы увеличить пропускную способность канала, без увеличения его в диаметре (в идеале), сохранив или увеличив в нем скорость потока. Больше скорость потока = больше наполнение, но всему есть придел и этот придел приблизительно 95-100м\с. Дальше резко идут насосные потери при растяжении и сжатии твс в канале и после определенных оборотов машина начинает затухать в ускорении. От сюда и расчет, что на оборотах максимального момента, нужна скорость потока в идеале 95-100м\с, тогда прибавка в моменте выростит во всем диапазоне. Ибо машину толкают не лошади а именно момент, создаваемый на коленвалу. При єтом скорость потока на максимальной мощности (лс) будет 140-160м\с. Если скорость потока достигнет сверхзвуковой, скорее всего мотор просто взорвется ибо сдетанирует смесь. 

И как же понять, какой должен быть диаметра канал, что бы на максимальном моменте было 95м\с? как привязать скорость потока к диаметру канала?
Для начала нужно понять где находится горка момента у стандартного мотора, это можно сделать на автомобиле, разогнав его на 3 передаче до того, пока автомобиль не начнет терять ускорение. На моторах 1,5-1,7л на 213 распредвалу, это приблизительно 5500 об\мин.
Так же, ломая голову, в интернетах, нашел формулу расчета потребляемого мотором воздуха. Нужна именно та формула, которая задействует обьем мотора, обороты и выведит потребляемый расход воздуха, для начала.
Расход=V*n*E/2, где V — объём двигателя, n — количество оборотов, E — эффективность наполнения (в современных двигателях E при оборотах близких к максимальному крутящему моменту 90-95% (не думаю, что в жигулях будет больше 90% на доработанном канале), на максимальных оборотах 80-90% (ну там уже распредвал не пускает), поэтому я беру 90%), 2 — делитель (обозначает что за два оборота происходит один такт впуска), все остальное какие то важные коэффициенты.

Расход = 1709 * 5500 * 90 / (2 * 1000000 * 100) = 4,3 м^3/мин (чисто пример моего расчета)

Далее вношу нужные параметры в программку Flow calculator
Скорость потока = 95м\с,
Потребляемый расход воздуха через канал = 4,3 м^3/мин (~152CFM)
И получаю диаметр канала в 30,99мм!

Это уже для меня второе подтверждение того, что я двигаюсь "в нужном направлении"

Есть еще одна формула, она будет даже проще все остальных процедур.
(80 * 5500) / 33000 * (82,4 / 31)^2 = 94,2 м\с
Если подставить ее в калькулятор телефона, можно легко менять параметры оборотов и канала, для достижения нужной скорости потока.

Я не думаю, что Flow calculator будет как то брехать или не корректно работать, ибо те данные, которые выдавали различные продувочники, совпадали с данными программки.
Отсюда можно сделать вывод, что завод изготовитель все же как то рассчитывал выпуск автомобилей ну как минимум лет на 40 и заложил заранее увеличенные каналы гбц, дабы не переделывать производство на такой мелачухе, вваливая на каждый обьем двигателя тонны средств на переделку оснасток гбц. Видать не такие уж и дураки там были, все просчитали)) В принципе 98% людей, пилящих гбц, думают в обратном направлении моих мыслей.

И тут со временем нашел прогу на комп Engine Analyzer Pro v3.9
Ее часто используют при подборе тюниных запчастей к двигателям, что бы не перекупать весь рынок и не проводить кучу тестов, экономит деньги и время в общем. В проге есть все различные параметры, что бы вылепить в ней любой двигатель с любым навесным оборудованием, влияющем на лошадиные силы и момент. Короче говоря, для начала вылепил я с нее стандартный мотор 21213, показавший в итоге 80.7лс. Потом начал вносить туда коррективы по головке, а именно играться с впуском и выпуском. Создавался низ блока с его коэффициентом трения подшипников, колец, видом поршней и масло насоса. Создавался впуск, его диаметры, длины, виды, коэффициенты, подогревы… Создавался выпуск по аналогичным параметрам, создавалась гбц с картами продувок каналов, диаметрами каналов, клапанов и тд. создавались распредвалы 2101 и 21213 с их индивидуальными параметрами и работой на рокерах.
Для полного понимания как и на каких оборотах работает тот или иной канал, нужно было создавать карты продувки каналов различного диаметра, на различных подьемах. Опять же помог драйв2. Вписывая и создавая различные гбц с разными параметрами по продувке, я просто подставлял их на готовый низ и программка сама рассчитывала момент и лошадиные силы.
В тесте были:
— 30мм сток канал (имеющий самую плохую продувку из всех.) показал стандартные результаты. Полка момента с 2к до 4,5к как у троллейбуса, но она очень низкая.
— 30мм выровнянный шаром и отшлифованный наждачкой, показал результат выше до 4,8к оборотов, дальше момент резко падает. Отлично раскроет стандартный 2101 распредвал, у которого момент там же и заканчивается и этот мотор будет самым низовым из тестов.
— 31мм на низах почти ничего не потерял, ну это точно жопометр не почувствует. Но можно сказать, что это единственный канал, который поднял диапазон момента как в середине, так и на верху, без потери низа.
— 32мм потеря низа и середины, не значительно, верха чуть подросли но в узком диапазоне.
— 33.5м "хорошая" потеря низов и середины, при этом полка момента растянулась до 6к, но его стало меньше! Но вот чем шире канал, тем лошадей больше. Но смысла от них нет.
Аналогично тестил и выпускные каналы. Кароче оставлять их надо стандартными! На моторах меньшего обьема, но более крутибильных, увеличение выпускного канала начинает работать только после 6к оборотов. А все, что до этого параметра — потеря момента.
Кстати конфиг 31х28 как бы универсальный и подойдет на обьем от 1,5 до 1,7л как на сток карбюратор, так и под дросселя (карбы)

1-обороты. 2-момент. 3-лошади. 4 и 5-давление на впуске и выпуске. 6-эффективность наполнения. 7-сколько мотор потребляет воздуха. Остальное для меня было не важно.

Это единственные 2 фотки, которые я сделал в последний день пользования проги. На следующий день мне написала что то типа "тестовый режим использования программы окончен… заплатите… что то там…"
Но каналы, — это не единственное, что я тестил, сейчас расскажу что еще влияет на мощность. Буду называть различные показатели в лошадях, думаю так будет понятней.
Замена вентилятора охлаждения на электро +3лс
Убрать подогрев впускного коллектора +7лс (это в идеале, в реальности он греться будет, но чуть меньше. Так, что показатель так себе)
Замена шатуна с 136 на 144 +2лс (без потерь снизу) (в тесте не участвовал)
Увеличение впускного клапана до 41мм = 0лс (хотя странно)
Увеличение выпускного клапана до 34мм +2лс
Изменение поверхности рокера с округлой в плоскую = добавление 1мм подьема обеим клапанам, +3лс
Опережение угла распредвала на 5* +4лс (почти везде)
Сам конфиг 31х28 +15лс (приблизительно гдето так)
Спиливание отдельно прилива в выпускном канале +3лс
Разница между распредвалами 2101 и 21213 на высоких оборотах 8лс (с доработанным каналом)
Игра с диаметрами впускного коллектора показала, что его лучше делать под диаметр канала в гбц.

Напоследок хотелось бы сказать, что эту запись делал около года. Провел анализ теории, сделал пару расчетов, провел тесты в спец. программке и реальной жизни.
И все таки самая главная суть данной стать — это скорее как подобрать нужный диаметр канала к обьему мотора и не запороть при этом гбц, ибо лучше недопилить, чем перепилить!