Советы по Тюнингу
При выборе конфигрурации двигателя в процессе увеличения его рабочего объема выбирают между "длинноходным" и "короткоходным" вариантами, определяющими, какой из параметров - ход поршня ("длинноходный" вариант) или диаметр цилиндра ("короткоходный" вариант) преимущественно будет увеличиваться. При этом не следует забывать, что рабочий объем двигателя влияет не только на величину максимальной мощности, но и на то, при каких оборотах будут получены максимальные значения мощности и крутящего момента. В общем случае, при увеличении хода поршня максимальные значения мощности и крутящего момента достигаются при меньших значениях оборотов двигателя. К тому же, более "длинноходный" двигатель обеспечивает меньшее значение максимальной мощности, но большее значение крутящего момента по сравнению с "короткоходным". "Короткоходные" двигатели при этом достигают максимальной мощности при более высоких оборотах и при том же рабочем объеме развивают большую мощность, но почти всегда это сопровождается меньшими значениями крутящего момента на низких оборотах.
Увеличение рабочего объема двигателя, – наиболее понятный всем способ увеличения крутящего момента и мощности двигателя. Дополнительный объем может быть достигнут либо увеличением хода поршня (т.е. заменой коленвала), либо увеличением диаметра поршня, либо в комплексе. Установка коленвала с большим ходом влечет за собой либо использование доработанных поршней, либо более высокого блока, либо укороченных шатунов. Наиболее оптимальным вариантом с точки зрения снижения боковых нагрузок со стенок цилиндра будет использование высокого блока и по возможности более длинного шатуна. Но другие варианты тоже имеют право на существование ввиду невысоких расходов.
При увеличении диаметра цилиндра больше чем на 1 мм желательно использовать толстостенный блок, так как при расточке стандартного блока стенки цилиндра становятся настолько тонкими, что это может привести к их «раздуванию» в процессе работы, что в свою очередь приводит к повышенному расходу масла, снижению компрессии и, как следствие – потери мощности. Кроме того, на тонких стенках цилиндра возможно появление трещин.
Если речь идет о форсировании двигателя используемого для повседневной езды, то применение кованых поршней влечет за собой ряд вопросов. Во-первых, материал, используемый при их изготовлении, обладает более высоким коэффициентом расширения, поэтому требуется увеличенный монтажный зазор между поршнем и цилиндром. Это ведет к повышенному расходу масла как при прогреве так и в рабочих режимах. Во-вторых, этот материал более плотный, что в совокупности с неидеальной геометрией поршней представленных на российском рынке приводит к повышенному износу цилиндра. Поэтому, при доработке двигателей, предназначенных не для спортивной езды, мы стараемся дорабатывать стандартные поршни, либо подбирать импортные аналоги под конкретную геометрию двигателя.
В спортивных двигателях, где все компоненты испытывают максимальные нагрузки, применение кованых высокопрочных поршней – крайняя необходимость. Также как и использование стального коленчатого вала, облегченных шатунов и т.д. По желанию клиента мы можем собрать мотор любой геометрии, в рамках того, что можно использовать в стандартном или высоком блоке. Мы поможем вам выбрать вариант двигателя, учитывая предполагаемую область применения, стиль езды и желаемый результат по мощности и крутящему моменту.
НЕТ! Практикой доказано, что на эти операции уходит очень много времени, однако для тюнинга двигателя результат "никакой", т.е. на педали не чувствуется.
Причина столь неутешительного результата кроется в процессах, происходящих внутри впускного тракта. При движении в каналах часть топлива оседает на их стенках виде тонкой пленки и, если шероховатость очень низкая (полировка), то топливо продолжает двигаться дальше в цилиндр. При этом оно окажется уже излишним, нарушив оптимальное соотношение "бензин-воздух" в заряде смеси, направляющимся в камеру сгорания. Соответственно вырастет расход топлива и ухудшится токсичность выхлопа.
В результате получается, что масса сил потрачена зря, и все разговоры о том, что "заполируй коллектор - получишь результат" приводят к результату прямо противоположному. То есть вы не только не получаете прибавки в мощности, но и ухудшаете работу двигателя за счет пере обогащения смеси. То не большое снижение аэродинамических потерь, кот. получается при полировке, в реальных условиях почувствовать не возможно.
Для желающих получить ощутимый результат своими силами можно посоветовать произвести легкую доработку. Прежде всего совместить каналы коллекторов и головки блока ( это серьезно улучшит движение смеси и даст прирост мощности около 5 л.с.). После этого в каналах требуются снять крупные неровности и обработать их шкуркой зернистостью 120-180. Наличие небольших микро неровностей на поверхности каналов будет способствовать турболизации смеси в при стеночном слое и срыву топливной пленки, при этом не создавая помех для движения заряда смеси, т.е. небольшая шероховатость оказывается необходима.
Более сложную доработку можно произвести только в специализир. мастерских с использованием соответствующего оборудования. О необходимости полировки стоит говорить только применительно к спортивным моторам, когда обороты двигателя превышают 10.000. Тогда полировка приобретает актуальность и становится просто необходимой т.к. изменение аэродинамических потерь от числа оборотов происходит по квадратичной зависимости.
Действительно, эти два понятия довольно часто путают, иногда даже считают одним и тем же. Хотя это абсолютно разные вещи.
Компрессия - это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия. Степень сжатия - - это отношение полного объема цилиндра (V) к объему камеры сгорания (Vс).Полный объем это: объем цилиндра + объем камеры сгорания + объем прокладки ГБЦ.
E = V / Vc
Оба этих показателя очень важны для оценки общих мощностных ( E ) и для оценки состояния мотора ( компрессия ).
Степень сжатия. На форсированном моторе, в зависимости от конечной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 11 - 11.5 . Все это направлено на снятие макс. мощности с мотора конкретного объема. Чем выше Е - тем выше удельная мощность. Правда при этом неизбежно снизится ресурс и резко возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом. Одна заправка сомнительным топливом может быстро кончить "зажатый" мотор. Так что при форсировании мотор сэкономить на качестве бензина не удастся.
Поэтому, при тюнинге двигателя степень сжатия увеличивается не очень значительно, обычно что бы перейти на марку бензина, следующую за уже используемой по октановому числу. В принципе, косвенно, о величине Е можно судить по марке используемого бензина - на АИ 80 можно ездить на Е до 9.0 , на АИ 92 - до 10.0 (при условии, что бензин соответствует заявленным характеристикам ).
Поднятия ст. сжатия - сложный процесс, требующий точных расчетов и очень высокой квалификации моториста. Поэтому самостоятельно этим заниматься крайне не рекомендуется.
Компрессия. Как уже было сказано выше компрессия это давление в цилиндре. Именно поэтому компрессия зависит от степени сжатия (величина давления в меньшем объеме всегда будет больше, т.е. при увеличении ст. сжатия компрессия растет). По величине компрессии можно предварительно судить о состоянии двигателя. При этом важно правильно провести процедуру замера компрессии.
Для этого необходимо:
двигатель прогрет
АКБ полностью заряжена
дроссель открыт
воздушный фильтр снят
все свечи выкручены
В таком режиме полностью заряженная АКБ позволит стартеру раскрутить двигатель до 200 об/мин. Компрессия во всех цилиндрах должна быть ровной. При снижении уровня компрессии необходимо выяснить причину падения. Это могут быть поршневые кольца или проблемы в клапанном механизме, выяснить это можно так. В проблемные цилиндры с помощью шприца вводят 15-20 гр. моторного масла. Процедуру замера повторяют. Если показания манометра выросли - причина падения в поршневых кольцах, если остались на прежнем уровне - в клапанах.
Другое дело, что необходимо использовать только качественные и строго следить за интервалом замены - от вроде бы копеечной детали зависит слишком многое.
Исключением из сказанного являются моторы, при подготовке которых была сильно повышена степень сжатия. В этом случае, при частом использовании режимов максимальной мощности резко растет температура в камере сгорания. Юбка свечи перестает справляться с отводом тепла, керамическая вставка, удерживающая центр. электрод, раскаляется. Возникает калильное зажигание. При этом происходит интенсивный износ деталей двигателя ( смесь поджигается в непредсказуемый момент, при этом на поршни воздействуют колоссальные ударные нагрузки, передаваемые дальше - на палец, колен. вал ). Как следствие - падение мощности, резкое снижение ресурса, увеличенный расход топлива.
В этом случае необходимо применять более "холодные" свечи и использовать только качественный высокооктановый бензин.
В наших предложениях кованные поршни встречаются постоянно. Все дело в том, что на форсированных моторах их детали испытывают большие механические и температурные нагрузки (температура на днище поршня, например, достигает 300...350 гр.С ). Поэтому, для производства поршней с повышенными механическими характеристиками применяют высококремнистые (содержание Si > 12%) сплавы алюминия, обладающие более высокой жаропрочностью, меньшим коэф. расширения, лучшими прочностными характеристиками по сравнению с обычными ( Si < 12%) сплавами, применяемыми для отливок заготовок в кокиль.
Качественные заготовки поршней из высококремнистых сплавов получить традиционным методом ( литье в кокиль) получить не удается из-за разных скоростей кристаллизации кремния в объеме отливки (появляются поры). Поэтому заготовки из этих сплавов получают по более сложным технологиям: жидкой штамповки и изотермической штамповки. В первом случае матрица заполняется расплавом металла и пуасон с заданной скоростью его деформирует. Во втором варианте штамповка производится из мерных заготовок, полученных из прутка, предварительно "обжатого" через фильеру. Мерная заготовка, пуансон и матрица разогреваются до температуры 400...450 гр.С и начинается процесс штамповки с заданной скоростью. Структура металла заготовок поршней, полученных штамповкой, отличается от литых тем, что она мелкодисперсная и не имеет таких грубых включений кристаллов кремния. В следствии этого материал штампованных поршней обладает повышенными механическими характеристиками не только при нормальной температуре, но и при рабочих температурах в 300...350 гр.С. Более лучшие прочностные характеристики позволяют сделать штампованный поршень более "ажурным", т.е. легче чем литой. К недостаткам штампованных поршней стоит отнести высокую стоимость и необходимость соблюдения при их установке более точных параметров, что требует высокой квалификации моториста.
С целью улучшения разгонных характеристик двигателя необходимо уменьшать движущиеся массы. С этой точки зрения и облегчение маховика, и срезание противовесов колен. вала выглядит оправданным. Но не все так просто. Двигатель представляет из себя сложный организм, "живущий" по законам механики. Поэтому любая серьезная доработка повлечет изменение расклада сил, действующих на двигатель. Следовательно, срезать противовесы к.вала без предварительного расчета не рекомендуется, т.к. они рассчитаны таким образом, что бы центр тяжести приведенной системы масс находился на оси вращения к.вала (противовесы уравновешивают силу Fr - силу инерции вращательно-движущихся масс). Облегчение маховика в этом отношении проще, но и здесь есть свои "минусы": ухудшается неравномерность крутящего момента в зоне низких частот вращения к.вала (увеличивается вибрация двигателя), соответственно, затруднено троганье на невысоких оборотах за счет снижение инерции маховика, возможность разрушения маховика из-за вскрытия внутр. дефектов структуры (все маховики проходят обязательную дефектоскопию).
Из всего сказанного видно, что основные проблемы возникают в зоне невысоких оборотов, но ведь цель этой доработки как раз активная динамичная езда, с быстрой раскруткой мотора до максимальных оборотов. Учитывая такую постановку задачи, вышеперечисленными минусами можно пренебречь, точнее с ними нужно смириться. При этом с доработанными деталями поведение двигателя становится намного интересней. Существенно улучшается динамика раскрутки, мотор быстрее реагирует как на подачу, так и на сброс газа. Это позволяет намного точнее регулировать тягу на ведущих колесах, что при активной, фактически на пределе, езде становится жизненно важным. Особенно это касается переднего привода. При динамичной городской езде почувствовать результат можно при резких стартах, разгонах, когда разница в наборе оборотов станет ощутимой.
В любом случае, эта доработка рассчитана на продвинутых любителей, которые в состоянии почувствовать нюансы поведения двигателя и умеющих этим воспользоваться.
Провести такого рода операции без соответствующих расчетов не целесообразно, а то и просто опасно, т.к. возможно снижение запаса прочности деталей по наиболее нагруженным зонам. Эта работа не для гаража. Для получения надежных результатов по уравновешиванию двигателя следует тщательно провести развесовку деталей КШМ и динамич. балансировку к.вала в сборе с маховиком и корзиной сцепления.
Вопрос не совсем конкретный, так как существуют три вида наддува бензиновых двигателей:
резонансный
с помощью объемного нагнетателя
газотурбинный
Для понимания разницы между этими методами придется вкратце пояснить различие в принципах работы между ними, хотя не смотря на конструкцию конечная цель у наддува одна - повысить крутящий момент и , соответственно, мощность. Резонансный наддув в большинстве случаев реализовывается на двигателях с распределенным впрыском топлива, у которых длинна каналов впускного коллектора практически одинакова для каждого цилиндра. Задача резонансного наддува при частоте 3.000-3.500 об\мин обеспечить повышенное давление смеси перед впускным клапаном в момент его открытия за счет использования частоты колебаний смеси о впускном коллекторе. Как правило, объем ресивера и определяет достаточно узкий диапазон работы такого наддува. В принципе существуют многокамерные ресиверы, но это отдельная тема.
Объемный нагнетатель наиболее согласован по своим расходным характеристикам с работой двигателя. Фактически это механический компрессор (различной, при необходимости, производительности), жестко закрепленный на блоке цилиндров и приводимый в движение от колен.вала через шкив ременной передачей.
Однако их применение сдерживается необходимостью монтажа их привода, смазки, громозкостью и повышенной шумностью работы. Основное применение - большие автомобили, т.к. требуется много места для организации работы. Очень популярны в Америке. Где с успехом устанавливаются распространенных там аппаратах с огромными моторами и массой места под капотом, у Chevrolet Tahoe, например.
Совсем другое дело газотурбинный наддув, нашедший широкое применение на легковых автомобилях. Простота конструкции (технологическая сложность здесь не учитывается) и прекрасная отдача позволили этому методу прочно закрепиться на рынке. Принцип достаточно прост. Отработавшие газы на выходе из двигателя вращают турбину, кот. нагнетает воздух во впускной коллектор. Первоначально существовавшие проблемы типа "турбо ямы", перегрева, еа многих современных компрессорах решены. Появившиеся корректоры по наддуву, которыми в обязательном порядке комплектуются системы, позволяют существенно улучшить мощностные и экономич. Показатели двигателя, и , кроме того, сформировать нужную характеристику работы двигателя. Применение малоразмерных компрессоров (с малым моментом инерции) позволило практически устранить запаздывание срабатывания наддува при работе двигателя в разнопеременных нагрузках.
В зависимости от степени наддува мощность можно увеличить до 40%. Это результат для серийных моторов. Для экстремальных целей возможности наддува ограничены надежностью мотора.
Подводя итог, на поставленный вопрос можно ответить так: если у вас карбюраторный мотор, то решение только в газотурбинном наддуве, если инжекторный, то возможно применение и резонансного метода.
В любом случае будет прекрасная отдача, хотя удовольствие не дешевое. Турбонаддув удел дорогих, технически совершенных моделей.
В большинстве случаев реально поднять Мкр и опустить его макс. значение в зону низких оборотов получается путем уменьшения угла запаздывания закрытия впускного клапана. При этом "обратный выброс" смеси при подъеме поршня от н.м.т. к в.м.т. практически отсутствует и наполнение цилиндра свежей бензо-воздушной смесью оптимально. На практике, за счет корректировки угла закрытия впускн. клапана достигается повышение Мкр при 2.000- 3.000 об\мин на 25-30 %. В качестве недостатка стоит отметить, что в зоне высоких скоростных режимов такие р.валы ограничивают наполнение цилиндров свежей смесью за счет недоиспользования инерции заряда во впускном тракте. Что, естественно, ограничивает макс. мощность двигателя. Для увеличения мощности применяются другие р.валы, что обусловлено необходимостью увеличить обороты колен.вала. В бензиновом двигателе главным ограничителем оборотов является ограниченность наполнения цилиндров свежей бензо-воздушной смесью из-за роста газодинамических потерь во впускном тракте. Для достижения макс. оборотов на практике, в основном в спорте, идут на серьезное увеличение угла запаздывания впускного клапана, что бы максимально использовать "дозарядку" цилиндра за счет инерции потока смеси во впускном тракте. Кроме того, увеличивают угол перекрытия клапанов для улучшения продувки (освобождения от отработавших газов) камеры сгорания. Такие мероприятия позволяют улучшить nmax с 5.500 - 6.000 об\мин до 10.000 - 12.000 об\мин. При этом требуются соответствующие доработки и других систем автомобиля. При работе двигателя в этих режимах возникает много других нюансов. "Обратная тяга" (т.е. поршень идет вверх к в.м.т. и выталкивает в выпускной коллектор часть смеси, уже попавшей в цилиндр через открывающийся впускн. клапан) очень сильна, что приводит к огромному расходу топлива и высокой токсичности. Кроме того, эти моторы просто не могут работать на режиме холостого хода в нормальном понимании этого слова (около 800 об\мин). Так что необходимость применения р.валов, пришедших из спорта в повседневной жизни очень сомнительна. Тем не менее, и в варианте с поднятием момента и с поднятием мощности много нюансов, к которым мы еще не раз вернемся.