МЕТОДЫ ФОРСИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ:
Когда имеется в виду мощность двигателя, необходимо не забывать о том, что эта величина является расчетной. Реальная величина механической энергии, выдаваемой двигателем внутреннего сгорания, измеряется в крутящем моменте при определенных оборотах. Произведение крутящего момента и оборотов, при которых он измерен, и называют мощностью.
Не будем вдаваться глубоко в теорию. Рассмотрим практические методы повышения мощности двигателя:
1. Увеличение рабочего объема двигателя.
2. Увеличение степени сжатия.
3. Уменьшение механических потерь.
4. Оптимизация процессов горения смеси.
5. Увеличение наполнения цилиндров.
Рассмотрим каждый из перечисленных методов по отдельности.
• Увеличение рабочего объема двигателя.
Увеличить рабочий объем двигателя можно: заменив колен.вал на другой с большим ходом, увеличив диаметр цилиндра или то и другое одновременно. Не надо забывать, что при изменении объема двигателя, необходимо увеличить объем камеры сгорания — для компенсации увеличения объема цилиндра.
Для ВАЗовских двигателей, используемых на заднеприводных автомобилях существуют колен.валы с ходом 66, 80, 84, 86, 88 мм.
Для ВАЗовских двигателей, используемых на переднеприводных автомобилях существуют колен.валы с ходом 60.6, 71, 74.8, 75.6, 78, 80, 84 мм.
При установке колен.вала с большим ходом необходимо доработать (либо заменить) шатуны или поршни.
К расточке цилиндров блока на значительную величину ( 2мм.) нужно подходить осторожно. Например, при расточке серийного блока ВАЗ 21083 с 82мм. до 84 мм. у двигателя наблюдается повышенный расход масла. Это происходит за счет потери жесткости блока. В этом случае лучше использовать специальную толстостенную отливку блока. Такие блоки ВАЗ выпускает мелкими сериями.
Увеличение объема двигателя приводит к увеличению максимального крутящего момента, но при этом происходит снижение оборотов максимальной мощности. Это происходит из-за уменьшения механического КПД. Если повышение объема происходит за счет увеличения диаметра цилиндров, то возрастает площадь контакта между стенками цилиндра и поршнем с поршневыми кольцами. Как следствие повышается трение. Если повышение объема происходит за счет увеличения хода колен.вала, то возрастает средняя скорость поршня, что приводит к тем же результатам.
В любом случае повышение объема приводит к падению общего КПД двигателя.
• Увеличение степени сжатия.
Термический КПД
Увеличение степени сжатия (степени расширения) является эффективным способом повышения КПД двигателя.
Геометрический объем камеры сгорания складывается из:
— объемы камеры сгорания в головке
— объемы в прокладке
— объемы созданный не доходом поршня до плоскости разьема (если есть)
— объем выборки в поршне
При работе двигателя, особенно на высоких оборотах, геометрический объем камеры сгорания уменьшается. Это происходит из-за: выбирания зазоров, термического расширения поршня, динамического удлинения шатуна. Так, на гоночном безпрокладочном моторе при сборке поршень не доходил до плоскости головки 0.85мм. После эксплуатации двигателя на 9000 об.мин на поршне и плоскости головки присутствовали явные следы контакта.
Степень сжатия зависит от фаз газораспределения (запаздывания закрытия впускного клапана) и угла открытия дроссельной заслонки. Так, на серийных двигателях угол зажигания при частичных нагрузках превышает 40 градусов. Это возможно благодаря низкому наполнению цилиндров и как следствию понижению степени сжатия. Чем выше наполнение, тем выше степень сжатия. Существует понятие — динамическая степень сжатия. У большинства двигателей, дорожных и гоночных, динамическая степень сжатия находится в диапазоне от 7 до 10 и зависит от октанового числа используемого бензина. Очень высокая геометрическая степень сжатия спортивных двигателей в первую очередь объясняется применением распред. валов с широкими фазами. Установка на двигатель модифицированного распред. вала с широкими фазами позволяет несколько увеличить геометрическую степень сжатия. Повышение степени сжатия с переходом на бензин с более высоким октановым числом приводит к увеличению мощности во всем диапазоне оборотов.
• Уменьшение механических потерь.
Механические потери двигателя складываются из:
— Потери на трение.
— Насосные потери.
— Потери на привод вспомогательного оборудования.
Наиболее значительная часть потерь вызвана трением в цилиндре. Потери зависят от площади трущихся деталей, жесткости и количества поршневых колец, толщины масляной пленки и средней скорости поршня.
При превышении средней скорости поршня выше 20 м./сек. резко возрастают потери на трение и нагрузки на детали КШМ. Поэтому на высокофорсированных двигателях для увеличения механического КПД необходимо уменьшать ход поршня.
Для уменьшения потерь на трение в паре поршень — цилиндр, необходимо использовать сборные маслосъемные кольца, также целесообразно несколько увеличить зазор между поршнем и цилиндром. Облегчение шатуна, особенно верхней головки, уменьшает боковое давление на поршень, с этой же целью нужно использовать по возможности более длинный шатун, что благоприятно скажется на уменьшении потерь на трение. Теоретически необходимо подогнать по весу и отбалансировать все детали КШМ.
Нами был произведен эксперимент. Был испытан на стенде серийный двигатель ВАЗ 21083. После чего его разобрали, все детали КШМ тщательно подогнали по весу. Отбалансировали колен. вал и шатуны (шатуны балансируются на специальном приспособлении, позволяющем развесить шатуны так, чтобы центр масс у всех находился в одной точке). После повторных испытаний на стенде мы не заметили прибавки мощности. Можно себя успокаивать тем, что хуже не будет.
Для уменьшения потерь на трение в наши гоночные моторы мы устанавливаем новые поршни со значительно уменьшенной площадью юбки, одним компрессионным кольцом, высотой 1.2мм. и сборным маслосъемным кольцом высотой 2мм. Также используем специально изготовленные шатуны Н-образного сечения, которые длинней серийного 2108 на 12 мм. и намного жестче и легче.
Для уменьшения трения в шейках колен.вала, необходимо хонингованием увеличить на 0.02мм.(от номинального вазовского размера) внутренний диаметр нижней головки шатуна и постелей колен.вала. Падение давления масла при этом не происходит. Также необходимо проконтролировать легкость вращения распред.вала.
При наполнение цилиндров воздухом возникает перепад давлений между цилиндрами двигателя и атмосферой. Двигатель в этой части цикла работает как насос и на его привод расходуется часть мощности. Чем меньше аэродинамическое сопротивление впускной системы, тем меньше потери энергии. Следовательно уменьшение сопротивления в головке приводит не только к увеличению наполнения, но и к уменьшению насосных потерь. Таким же образом благотворно сказывается установка распред.валов с более широкими фазами.
Уровень масла в поддоне серийного двигателе находится в непосредственной близости от вращающегося колен.вала. При боковых и линейных ускорениях автомобиля масло попадает на противовесы и шейки колен.вала и тормозит его вращение. Применение системы «сухой картер», когда масло откачивается из поддона в отдельную емкость, позволяет увеличить мощность двигателя, особенно при высоких оборотах.
Часть энергии двигателя используется на привод вспомогательного оборудования, такого как: привод механизма ГРМ, водяной насос, генератор и т.д. Для форсированных двигателей, используемых на высоких оборотах, целесообразно увеличить передаточное отношение привода водяного насоса и генератора. При установке кондиционера и гидроусилителя руля эффективная мощность двигателя снижается.
• Оптимизация процессов горения смеси.
Характеристики ДВС в конечном счете зависят от процессов происходящих в камере сгорания, где происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу. Перемешивание свежего заряда с остаточными газами, воспламенение смеси, протекание горения и потери теплоты зависят от конструкции камеры сгорания.
Конструкция камеры сгорания должна обеспечить перемешивание свежего заряда — для улучшения процессов сгорания, быть компактной — для уменьшения тепловых потерь и уменьшения вероятности возникновения детонации. Чем больше площадь поверхности камеры сгорания, тем больше тепла отводиться наружу и теряется, следовательно уменьшаться мощность. Чем на большее расстояние перемещается фронт пламени, тем больше вероятностью возникновения детонации потому, что увеличивается время контакта еще не воспламенившейся смеси с горящим зарядом.
Большая часть объема в камере сгорания должна быть сконцентрирована около свечи. Во время движения поршня к ВМТ смесь выдавливается из зазора между головкой поршня и плоскостью головки в сторону свечи зажигания, при этом происходит интенсивное движение (турбулизация) заряда, что способствует лучшему сгоранию. Чем меньше зазор, тем меньше вероятность возникновения детонации, так как уменьшается общее количество смеси отдаленной от свечи зажигания. Правда при этом работа двигателя становится жестче, из-за более высокой скорости нарастания давления.
Не следует распиливать камеру сгорания со стороны свечи до размеров цилиндра, хотя при этом и происходит большая концентрация смеси в оптимальной зоне. Необходимо создать небольшую зону противодавления, препятствующую забрызгиванию свечи зажигания.
Полирование поверхности камеры сгорания и днища поршня, способствует некоторому уменьшению тепловых потерь (повышению относительного КПД), хотя в процессе длительной работы двигателя они покрываются нагаром.
Все способы увеличения мощности двигателя
Многим людям в основном молодым ребятам нахватает лошадиных сил в своем автомобиле, каждый из них любит скорость и поэтому они хотят прибавить этих лошадиных сил в свой мотор. Поэтому наш сайт решил помочь вам в ответе на вопрос, как увеличить мощность двигателя, рассказав практически про все существующие способы, и насколько каждый из этих способов поможет вам.
Хочется сразу уточнить, что если у вас небольшой бюджет, то больших достижений можно не ждать, да, конечно можно добиться с небольшими деньгами высоких результатов, но надежность мотора снизится во много раз. Итак, поехали.
Мы решили начать с самых популярных способов и постепенно двигаться к менее известным или менее используемым, по каким-то особым причинам.
Содержание:
Увеличение объема
Один из самых дешевых и достаточно эффективных способов это сделать объем мотора больше. Производится это следующим образом, края каждого цилиндра растрачиваются на определенное расстояние, тем самым повышая объем в каждом цилиндре и во всем агрегате в целом.
Такую процедуру могут сделать как в каком-нибудь тюнинг ателье, возможно на СТО, а также это можно сделать самостоятельно. Лошадей становится больше, но высоких цифр там не получится, также во всем диапазоне поднимается крутящий момент и при этом надежность остается прежней. Также этот способ служит хорошим началом для дальнейшего глубокого тюнинга, но даже если его в ваших планах нет, его спокойно можно использовать для легкого тюнинга. Если вы расточите цилиндры, то система впуска и выпуска не сможет также идеально, как раньше справляться с наполнением цилиндров и отведением выхлопных газов и поэтому мотор станет мощнее на низких оборотах. Для того, чтобы это исправит необходимо сделать больше ход поршню я помощью замены коленчатого вала на более длинный, а также на эту же длину уменьшить общую длину поршня с шатуном. Используя расточку блока цилиндров и поднятие длины хода коленчатого вала можно долбиться максимального объема, хоть это и будет стоить дорого, но даст хороший фундамент для дальнейшей доработки мотора.
Более высокая степень сжатия
Это один из тех способов, который не только увеличивает нужный нам показатель и крутящий момент двигателя во всем диапазоне, но также и уменьшает расход топлива автомобиля, но при этом придется перейти на бензин с более высоким октановым числом, то есть с 95-го на 98-ой.
Когда поршень в цилиндре доходит вверху до мертвой точки, то вместо находится выше него называется камерой сгорания и чем больше ее объем, тем выше ваша степной сжатия, а в соответствии и мощность. Сразу следует пояснить, что степень сжатия и компрессия это разные вещи, стерео сжатия является геометрической величиной, а компрессия динамической.
Для того чтобы повысить степень сжатия можно воспользоваться двумя способами, первый из них это приобретение поршней с большим диаметром и соответственно расточение под них цилиндров. В итоге вы получаете более высокий объем и степень сжатия тем самым получая плюс благодаря двум способам тюнинга.
Второй вариант – установка более тонкой прокладки ГБЦ. Этот способ даст результат, но с ним больше проблем, так как под такое изменение необходимо будет отрегулировать многие детали.
Вот такой результат вы можете получить:
- с 8 до 9 = 2.0 %;
- с 9 до 10 = 1.7 %;
- с 10 до 11 = 1.5 %;
- с 11 до 12 = 1.3 %;
- с 12 до 13 = 1.2 %;
- с 13 до 14 = 1.1 %;
- с 14 до 15 = 1.0 %;
- с 15 до 16 = 0.9 %;
- с 16 до 17 = 0.8 %.
Также если вы сильно повышаете степень сжатия, эти результаты суммируются, то есть подняв с 8-ми до 17-ти даст 11.5%. Также не забывайте, что от степени сжатия равной 12 уже необходим 98-ой бензин, а от 13.5 уже 102-ой, от 15-ти 105-й, который очень редкий и дорогой. Некоторым моторам смена топлива не требуется.
Тюнинг системы впуска
Улучшение впуска представляет собой уменьшение сопротивления поступающего воздуха в цилиндры. Это не сильно сложная доработка, но она требует изменение или добавление большого количества деталей, которые вместе дадут неплохой результат.
Нулевик
Первое, что необходимо сделать, это установить фильтр нулевого сопротивления, который намного уменьшит сопротивление воздуха, так как стандартный фильтр обладает фильтрующим элементом, сделанным из очень плотного материала, также сама конструкция фильтра не позволяет впускать большое количество воздуху. Чуть выше по ссылке вы можете прочитать подробнее про нулевик, о том, как его устанавливать и какие результаты от него можно получить. Сразу хочется сказать, что установив только нулевик, силы двигателя сильно не увеличится, поэтому его следует ставить только при комплексном тюнинге мотора.
Дроссельная заслонка увеличенного диаметра также является необходимой заменой при комплексном тюнинге. Большого результата от этой детали не получится, но при комплексной доработке эта деталь просто необходима, так как она снижает скорость входящего воздуха, тем самым повышая производительность системы впуска. Также по ссылке выше можете узнать подробнее об этой доработке.
Установка или замена ресивера
Ресивер для лучшей мощности двигателя имеет большой объем и короткие впускные патрубки. Установка этой детали дает хороший результат и поэтому ее можно поставить даже при легкой доработке мотора. Данная деталь сглаживает пульсации воздуха. Из-за того, что впускные трубопроводы короткие, максимальное наполнение цилиндров смещается на большие обороты, тем самым лошади и крутящий момент станут больше только на высоких оборотах, а на низких немного снижаемся. Можно добиться того, что у вас прирастет только крутящий момент на низких оборотах, но при этом тяга мотора во всем диапазоне станет меньше.
Также можно установить впускную систему у которой изменяется геометрия каналов, чтобы цилиндры наполнялись воздухом идеально во всем диапазоне опираясь на данные об оборотах и открытия дроссельной заслонки. Это будет самый идеальный, но при этом дорогостоящий вариант.
Отсутствие впускного коллектора
Иногда впускной коллектор снимают, а вместо него устанавливают так называемые дудки, которые настроены под большие обороты. Это позволяет сильно поднять количество поступаемого в мотор воздуха, также уменьшает холостые обороты и улучшает стабильность работы при низких и средних оборотах. На высоких оборотах, конечно, все становится просто шикарно.
Это самое сложное в тюнинге впуска атмосферных моторов, но при этом это самый эффективный и дорогостоящий вариант. Также можно установить несколько дроссельных заслонок, тем самым улучшить отклик на педаль газа. К сожалению, в результате снижается ресурс вашего мотора, и достаточно сильно прирастает расход топлива.
Тюнинг системы выпуска
Как только вы поднимаете количество сил, сразу же преумножается расход выхлопных газов, выходящих через выхлопную трубу, а стандартная выхлопная система с этим не справляется поэтому создается избыточное сопротивление. Если выхлоп не подходит, то давление в цилиндрах может повыситься, что заставит работать насосы продуктивнее. Также из-за того, что выхлопная система не справляется, цилиндр может плохо наполняться смесью, так как не все выхлопные газы покинули пространство цилиндров.
Чем короче и больше в диаметре выхлопная труба, тем меньше сопротивление. Если ваш агрегат имеет объем 1,5 и он позволяет вам постоянно крутить его выше 8-ми тысяч, что вы постоянно и делаете, то вам достаточно трубы диаметром около 50-ти миллиметров, если длина равна максимум 3,5 метра.
Часто в качестве замены коллектора используют паука, который прекрасно работает с поставленной ему задачей, а также увеличить мощность и крутящий момент во всем диапазоне. В большинстве случаев используется паук 4-2-1, но иногда используется и 4-1. Подробнее можете узнать по ссылке выше. Также может улучшить систему выпуска прямоточный выхлоп.
Чип-тюнинг
Достаточно распространенный вид доработки двигателя, которым пользуется как при комплексном тюнинге, так и используют его в качестве единственного источника новых «кобылок». Чип-тюнинг представляет собой настройку микросхемы, если точнее, то это настройка калибровки микропрограммы электронного блока управления автомобилем (ЭБУ).
Производители для своих автомобилей выставляют определенный угол опережения зажигания для различных регионов, чаще всего он полноват из-за чего топливо сгорает не так эффективно. Также производитель устанавливает высокие поправки в угол опережения зажигания для того, чтобы снизить нагрузку на трансмиссию, но к сожалению во время разгона мотор более задумчив и имеет провалы. Также из-за заводской настойки у автомобиля может быть повышенный расход топлива.
Благодаря чип-тюнингу можно устранить все проблемы и тем самым добиться более приятного ощущения от вождения, а также поднять крутящий момент, силы и снизить расход топлива. В итоге получается, что данный вид тюнинга относительно дешевый, не требует вмешательства и каких-либо технических изменений, что оставит автомобиль на гарантии и при этом дает неплохие результаты. Чип-тюнинг необходим, если вы изменяете техническую часть мотора, так как его необходимо настроить под измененные характеристики, полученную путем установки какой-либо детали. Хороший результат только благодаря чип-тюнингу получали спортивные автомобили уже с высокими данными, поэтому если ваш автомобиль слабый, то не ждите каких-то высоких результатов от данной доработки.
Минусов у данного вида доработки нет, но самое главное, данный вид работ лучше делать человеку, который в этом разбирается, поэтому не пожалейте денег на сервис.
Облегченный маховик и кованые поршни
Облегченный маховик устанавливают на тюнингованные автомобили достаточно часто, так как он дает неплохой результат при комплексной доработке мотора. Суть заключается в том, что облегченный маховик легче (как бы это не звучало), поэтому он быстрее раскручивается и максимальные обороты достигаются быстрее. В итоге получается, что мощность двигателя вырастает, но максимум, что вы можете получить, это 4% с предыдущей.
Замена данной детали не сложная, поэтому внести эту доработку сможет каждый. Стоит такой маховик в среднем 2-4 тысячи рублей, в зависимости от автомобиля. Если вы не планируете сильно увеличивать необходимый нам показатель, то данный вид доработки вам подойдет вместе с фильтром нулевого сопротивления, чип-тюнингом, компрессией и остальными легкими доработками, которые вместе дадут неплохой результат для наслаждения от скоростных характеристик автомобиля.
Кованые поршни очень часто устанавливаются многие любители тюнинга, а также о них оставляют положительные отзывы автогонщики. Суть заключается в том, что кованый поршень легче ходит из-за меньшего веса, а также он выдержит более высокие температурные нагрузки, так как прочнее.
Уменьшение силы трения
Можно также достаточно неплохо повысить количество «коней», если уменьшить силу трения между поршнем и стенками цилиндра. Для этого конечно и существует моторное масло, но как правило его недостаточно, поэтому используют различные добавки. Может вам порекомендовать присадку Suprotec, о которой много ходит слухов, кто-то не уверен в ее работе. Кто-то говорит, что она действительно работает, мы относимся ко второму типу людей и рекомендуем данную присадку. В принципе вы можете нам не доверять и использовать какую-либо другую присадку от другого производителя, это ваш выбор.
С помощью данного способа можно достичь около 7% прибавления, а также при этом улучшить надежность мотора из-за того, что сила трения поршня об стенки цилиндра будет меньше. Также есть слух, что данная присадка уменьшает расход топлива, но мы это не проверяли и подтверждать данный слух не будет.
Распределительный вал
Данную деталь часто меняют для того, чтобы немного поднять л.с., при этом многие останавливаются только на данном способе и в итоге отказываются от него спустя какое-то время. Валы является мозгом, но механическим.
Задача спортивных распредвалов в том, чтобы обеспечить необходимую подачу смеси в цилиндры за счет большей высоты подъема клапанов. Существуют низовые волы, предназначенные, для добавления л.с. при низких оборотах, также есть универсальные и верховые, которые поднимут мощность на высоких оборотах. Для того, чтобы понять какой из них что делает, необходимо смотреть насколько они поднимают клапана, если немного, то вы получите увеличение на низких оборотах, а если клапана поднимаются высоко, то как вы уже поняли сил станет больше на высоких оборотах.
Устанавливать валы не так уж и сложно, интересующиеся могут прочитать об этом по ссылке здесь. Ваша задача выбрать себе спортивные валы, для низких или высоких оборотов. Когда вы уже установите новые валы, ваша задача отрегулировать клапана с помощью разрезной шестерни.
Установка и замена турбонаддува
Использование турбонаддува, это один из самых лучших способов повышения лошадиных сил, так как этот способ дает очень высокий результат. Часто можно встретить турбированные автомобили компании ВАЗ.
Итак, сначала для тех, чей автомобиль уже имеет турбонаддув с завода. На самом деле таких автомобилей достаточно много, тем более современные производители последнее время все чаще делают турбо движки объемом 1,4 литра, но также присутствуют и другие турбо моторы. Если ваш агрегат уже оснащен турбонаддувом, то вы можете существенно поднять л.с. с помощью установки более большой турбины или поднятия давления стандартной турбины. В интернете есть подробные статьи о том, как сделать давление выше. Заменить турбину на другую, тоже не составит особого труда, снять старую и поставить на ее место более большую не так уж и сложно.
По поводу установки турбонаддува на изначально атмосферный автомобиль это уже более сложная процедура. Сразу следует понимать, что эксплуатация вашего автомобиля будет несколько другой, так как вам придется чаще чистить масляные и воздушные фильтры, постоянно придется прогревать установку, даже в теплую погоду.
После установки турбины, характеристики могут измениться в 2 раза, а то и больше, все зависит от ваших рук, размера и давления турбины. Также вы должны понимать, что просто установить турбину не получится, так как она греется и вместе с ней греется весь мотор и поэтому его нужно как-то охлаждать, поэтому на турбо моторах практически всегда присутствует интеркулер, но можно и даже желательно еще и поднять количество поступающей охлаждающей жидкости в радиатор, продуваемость радиатора, производительность вентилятора. Также помимо простой установки турбины, необходимо еще и установить более производительные форсунки. Также бывает такое как турбояма.
Итоги
Как вы поняли, существует множество способов, которые могут увеличить мощность двигателя, но легкие способы не дадут высокого результата, а способы доработки, дающие высокий результат требуют сложной работы и дополнительных доработок. Вы должны понимать, что все детали автомобиля рассчитываются примерно под всего его составляющие. То есть КПП и подвеска способны выдержать все данные и чаще всего имеют небольшой запас, но производитель не будет делать для мотора в 100 л.с. КПП способную выдержать 1000 л.с., это не имеет смысла. Поэтому, если вы решили тюнинговать свою силовую установку серьезно и добиваться высоких показателей, то ваша задача, во-первых, не останавливаться на одном способе, а использовать все, а во-вторых, дорабатывать устойчивость КПП, подвески и занимать охлаждением мотора.
В данной статье мы перечислили самые основные и самые популярные способы тюнинга мотора, и надеемся на ваш вопрос мы ответили достаточно подробно. Конечно, существуют еще разные способы доработки мотора, но они редко используются по определенным причинам. Если вы считаете, что какой-то способ мы упустили, то напишите нам на почту, и мы пополним статью этим способом, также делитесь статьей с друзьями и любите свои автомобили.
Происхождение лошадок: как правильно форсировать атмосферный мотор
Сколько в вашем моторе сил? А какой у него рабочий объем? Если бы все автовладельцы России честно ответили на вопрос, то получилось бы в среднем что-то около 1,6-1,8 литра рабочего объема и 110-120 лошадиных сил. И почти каждый, у кого мощность примерно «средняя», мечтает ее увеличить до… А тут сколько хватает куража и фантазии. Вот в Формуле 1 с такого же объема «снимают» минимум 600 л. с., а Mercedes в прошедшем сезоне говорил об отдаче гибридной силовой установки в 900 л. с. Сколько из них приходится на сам ДВС, не сообщается, но вряд ли меньше 750. А чем вообще отличается форсированный мотор от «обычного», что позволяет ему быть настолько мощнее? В этой части сфокусируемся на атмосферных моторах.
Два слова о мощности
В таком вопросе нельзя без щепотки теории, поэтому позвольте пару слов о природе мощности, чтобы смысл всяких «железных» доработок был понятнее. Подробно на этом вопросе я останавливался в одном из прошлых материалов, а тут лишь обозначу коротко по сути. Мощность для любого двигателя внутреннего сгорания может быть выражена как крутящий момент, умноженный на обороты, с коэффициентом.
Не волнуйтесь, на выходе это все та же работа в единицу времени, просто так куда удобнее оперировать цифрами из технических характеристик машины.
Поэтому очевидно: для увеличения мощности нужно увеличивать крутящий момент и обороты. Ну или один из этих параметров.
На словах задача выглядит просто. Казалось бы, какая разница, 5 тысяч оборотов или 8? На практике зависимость нагрузок на цилиндропоршневую группу от оборотов – квадратичная. Если по-простому, то безоглядно поднимать рабочие обороты нельзя – мотор быстро получит необратимые механические повреждения. Поэтому нужно либо «затачивать» мотор под высокие обороты, либо все-таки идти путем увеличения крутящего момента.
На фото: Koenigsegg Regera, мощность: 1 100 л.с., максимальный крутящий момент: 1 280 Н*м при 4 100 об/мин
Чуть о природе крутящего момента
С ним тоже не так все просто. При поднятии момента нагрузка на поршневую группу растет уже не квадратично, а линейно, но увеличивается нагрузка иначе. Сильнее нагружаются коленчатый вал, шатуны, поршневые пальцы и сам блок цилиндров.
Ну хорошо, будем увеличивать момент осторожно. А что для этого надо сделать? «Вогнать» в мотор больше воздуха для окисления большего количества топлива. Как известно, для сжигания одного килограмма бензина нужно 14,7-15 килограммов воздуха. В пересчете на литры это выглядит куда внушительнее: 1,4 литра бензина против 12 кубометров, или же 12 тысяч литров воздуха. Поэтому-то, как вы понимаете, не так сложно подать в мотор нужное количество бензина, как обеспечить его воздухом.
Поэтому крутящий момент будет зависеть от количества воздуха, подаваемого в цилиндр за такт, а мощность – от того, сколько мотор может переварить в единицу времени.
Выводы напрашиваются сами собой: для форсировки нужно либо увеличивать рабочий объем, либо применить наддув!
Крутящий момент и объем
Так уж получилось, что в отношении почти любого атмосферного двигателя действует эмпирическое правило: 85-100 ньютон-метров приходятся на 1 литр рабочего объема. Моторчик объемом 1,6 литра будет иметь 140-160 Нм, двухлитровый – 180-200. Это фактический предел.
Правило это довольно универсальное и применимое к моторам как давним, так и совсем новым. Мощным и совсем слабеньким. Разве что совсем старые моторы отклоняются от него. Вот МеМЗ-968, мотор от Запорожца, его рабочий объем 1,2 литра, момент – 80 Нм. Но при этом ВАЗ-2101 – те же 1,2 литра, но уже 87 Нм. И это старые карбюраторные двигатели с совершенно ужасными по современным меркам характеристиками системы питания и зажигания!
У современного моторчика Skoda Fabia 1,2 выдает уже 112 Нм. Тойотовский 1ZZ-FE на 1,8 литра объема выдает 171 Нм, а куда более мощный 2ZZ-GE – всего 180 Нм. Мерседесовский М111 2,3 литра выдает 220 Нм, а куда более новый и мощный М272 3,0 – ровно 300 Нм. Экстремально форсированный Honda K20A 2,0 имеет момент 215 Нм – чуть лучше «среднего». Ну и так далее.
Кстати, даже формульные атмосферные моторы 2,4 имели момент в пределах 260 Нм. При оборотах за 18 тысяч этого хватало для получения очень высокой мощности.
Причина столь малого разброса в «форсировании по моменту» именно в том, что он зависит от степени наполнения, площади поршня и хода поршня. Степень наполнения ограничена атмосферным давлением и еще немного можно выжать за счет хорошо проработанной системы впуска. Поэтому сильно поднять крутящий момент без увеличения рабочего объема не только нельзя, этого попросту не нужно.
Вот моторы с турбонаддувом делают, что хотят. Хотите 250 Нм с мотора 1,4? Пожалуйста, двигатель 1,4 TSI EA111 на Skoda Octavia это может. На Fabia RS тот же мотор мощнее, но момент такой же. А на Мерседесах мотор M274 2,0 DE20 AL может иметь как 350 Нм, так и 370. В общем, любые варианты возможны. Турбина наддует столько, сколько выдержит механическая часть мотора.
На фото: двигатель M274, мощность: 245 л.с., крутящий момент: 370 Н*м при 1 300-4 000 об/мин
Главный вывод, который нужно сделать: без наддува нет момента. Даже самые серьезные изменения дадут лишь небольшой прирост. И то в основном на высоких оборотах.
Про форсировку турбомоторов я подробно расскажу в следующей статье. Но если вы противник турбин и все же решились «допилить» свой атмосферный мотор, двинемся дальше. Что такого происходит с мотором, что с атмосферного 1,6 какой-нибудь Fiesta получают 180-220 лошадиных сил без всякого наддува, а мощность скромных двухлитровых с турбонаддувом переваливает за 400 или даже 800 сил? И что придется поменять в вашем совершенно обычном двигателе, чтобы он выдавал хотя бы 180-200 «лошадей»? Глобально вроде бы все понятно: либо «дуть» во имя момента, либо «крутить» во имя оборотов. А что придется менять в конструкции для достижения фантастических результатов?
Работы по «железу»
Даже если мотор остается атмосферным, хлопот немало. Увеличение рабочих оборотов – дело сложное и затратное. В первую очередь заботятся о том, чтобы поршневая группа вообще выдержала нагрузки. Улучшения идут в двух направлениях: увеличивают прочность и вместе с тем снижают массу поршневой группы.
Нам необходимы: кованый коленчатый вал, кованые Н-образные шатуны, Т-образные поршни пониженной высоты, особо прочные болты шатунов. Ну а более производительный маслонасос позволит снизить потери и обеспечить приемлемую прочность. У особенно форсированных двигателей для гонок поршень может остаться всего с двумя поршневыми кольцами для снижения массы, а для снижения потерь на трение их делают минимальной толщины.
Если в ваших планах – обороты свыше 10 тысяч в минуту, шатуны придется делать из титановых сплавов, хотя это не самый лучший материал для деталей двигателя. Несмотря на высокую прочность, его сплавы слишком пластичны, а в ДВС точность изготовления идет на микроны. Очень высокая нагрузка приходится на нижнюю головку шатуна, и потому требования к их шпилькам или болтам очень высоки, и тюнинговые детали стоят крайне дорого именно по этой причине.
Конечно, новой поршневой группой изменения не ограничиваются. Требования к механизму ГРМ тоже растут. С ростом оборотов должна возрастать упругость клапанных пружин, чтобы они успевали возвращать тарелки в закрытое положение. Тут нужно снижать массу клапанов, а заодно и их возможности по теплоотдаче. К тому же с более агрессивными распределительными валами скорость открытия и закрытия клапанов увеличивается, и растет нагрузка на все компоненты механизма. В общем, клапаны обычно заменяют на облегченные и особо прочные. Титановые детали изредка применяют и тут, но чаще в ход идут высокопрочная сталь и металлокерамика.
Ну а дальше вопрос в настройке резонансных явлений на впуске и выпуске мотора с помощью впускного коллектора, выпуска и распредвалов. Разумеется, расширяют «узкие места» в виде дросселя, а то и переходят на многодроссельный впуск, с отдельной заслонкой для каждого цилиндра.
Если действовать по уму, то оптимизации обычно требует также форма каналов в ГБЦ и остальных местах впускного тракта. Для этого мотор «продувают» и ищут точки потери давления – места с повышенным сопротивлением течению воздуха. Процессы доработки впуска на практике ничуть не проще доработки поршневой группы мотора, а при «легком» тюнинге и вовсе съедают основную долю бюджета доработок.
Вот, например, мотор Opel C20XE. Двигатель дорабатывался специалистами Lotus и является типичным примером «двигателя для омологации» – мотора, изначально подготовленного к переделкам самим производителем. Не зря его использовали в WTCC команды Opel, а затем Chevrolet и Lada добрых полтора десятка лет. Его конструкция неплохо переносит форсирование, и потому список необходимых изменений выглядит достаточно скромным.
С мотором изначально менее «прочным» бюджет был бы выше, причем в разы. Стоковый C20XE имеет объем 2,0 литра и мощность 150 л. с. Английские компании набрали большой опыт по подготовке этого двигателя к различным гонкам и существуют так называемые «киты», которые можно купить и установить на свой мотор. Разумеется, двигатель должен быть идеально собран и не иметь значительного износа. Для примера воспользуемся продуктами компании Qedmotorsport.
Любой комплект доработок включает в себя впускной коллектор с индивидуальными дросселями на каждый цилиндр диаметром 45 мм, новый регулятор давления топлива, топливную рампу, новую систему управления двигателем (ECU), двухступенчатый ограничитель максимальных оборотов и поставляется в сборе с комплектом проводки. Система омологирована для применения в автоспорте.
Минимальный уровень доработок гарантирует мощность 190-200 л. с. при установке распределительных валов с большой высотой кулачков и более крепких болтов шатунов. Цена такого комплекта – 1 800 фунтов. Небюджетно, зато все рассчитано не в гараже на коленке, а профессионалами.
Хотите больше? Набор доработок C20XE до 210 л. с. включает в себя замену поршней для работы на более высоких оборотах, разрезные шестерни ГРМ для тонкой настройки фаз и еще более «агрессивные» распределительные валы. Цена такого комплекта уже 2 300 фунтов.
Для получения еще 10 л.с. сверху, с пределом мощности 215-220 л.с., комплект получает новые распредвалы, предназначенные для работы без гидрокомпенсаторов, новые толкатели, новые клапанные пружины. Цена такого комплекта уже 2 550 фунтов.
Топовый комплект, с максимальной мощностью до 245 л.с., включает в себя тот же набор, что и предыдущий, но настроенный на более высокие обороты и нагрузку. Цена – 2 750 фунтов. Готовый же двигатель с сертификатом стенда на 240-260 л.с. имеет цену порядка 3 500-5 000 фунтов, в зависимости от производителя.
Максимальный уровень мощности, который имели заводские гоночные команды с таким мотором, – порядка 280-320 лошадиных сил при неограниченном бюджете.
Другой пример – очень популярный на раллийных Fiesta и Focus мотор 2,0 Duratec. Те же 2 литра и 150 л.с., но более современная конструкция. Для примера возьмем английские доработки Omex Technology Systems.
Мотор с комплектом доработок до мощности в 180 л.с. стоит 5 995 фунтов без учета налога с продаж. В комплект входит новый впускной коллектор с индивидуальными впускными патрубками и дроссельными заслонками, система управления, «злые» распределительные валы, усиленные болты шатунов и выпускная система. Максимальные обороты – 7 800 в минуту, максимальная мощность достигается при 6 500.
Мотор с комплектом доработок до 200 л. с. включает в себя уже доработки ГБЦ и камер сгорания. Цена такого мотора – 6 895 фунтов без учета налогов. Максимальная мощность достигается при 7 000 оборотов.
Максимальный уровень доработки до мощности 260 сил – это кованые поршни для высочайших нагрузок, Н-образные кованые шатуны, более эластичные пружины клапанов и комплект облегчения ГРМ, более производительные форсунки и другие доработки. Максимальные обороты 8 700, максимальная мощность при 8 500 оборотах. Цена такого двигателя уже 11 595 фунтов.
В общем, как видите, правильный «атмосферный тюнинг» – это довольно дорого, сложно, а отдача на выходе не то чтобы ошеломляющая.
Эффект
Даже при небольшом увеличении максимальных оборотов можно существенно прибавить в мощности, если уменьшить падение крутящего момента или даже чуть увеличить его на максимальной скорости вращения.
При сохранении величины крутящего момента за счет его переноса в зону более высоких оборотов можно получить рост мощности на 30-40%. Фактически именно перестройка впуска является залогом высокой мощности атмосферного двигателя, а ограничением здесь выступают возможности поршневой группы.
Предел конструкции
Чем выше степень форсирования атмосферного мотора, тем больше усилий нужно прилагать. Обороты до 7 тысяч не требуют особых усилий, если максимум стокового мотора был на уровне 6 тысяч.
Каждая тысяча оборотов сверх дается дорогой ценой. Все элементы должны становиться легче и прочнее, а это не просто сложно, а очень сложно сочетать. Уже 10 тысяч оборотов для стандартной поршневой группы типичного «квадратного» мотора – недостижимая мечта. Большая часть сильно форсированных двигателей ограничивается оборотами 8 500-9 000 в минуту. Конструкции с особо коротким ходом поршня могут попытаться получить и более высокие обороты. Скажем, малоразмерные мотоциклетные моторы вполне неплохо себя чувствуют на оборотах за 13 тысяч, но форсировать до такой степени «гражданский» автомобильный мотор нереально.
Все ухищрения бесполезны, потери в поршневой группе возрастают слишком быстро. И даже серьезные переделки механизма ГРМ для повышения КПД уже не помогут, хотя для мотоциклетных и гоночных короткоходных есть еще пути. Скажем, есть такая штука как десмодромный клапанный механизм, где не используются пружины – они выдерживают экстремально высокие обороты. Но это дорого и неоправданно – сейчас такой механизм используют только на мотоциклах Ducati, и в основном ради имиджа. А на машинах формулы использовали «пневмопружины» клапанов, позволяющие «играть» упругостью в широких пределах.
Словом, еще раз повторю уже сказанное выше. Серьезно поднять мощность мотора без применения того или иного наддува невозможно. О «наддувном тюнинге» я расскажу во второй части рассказа о форсировке.
Источник https://www.drive2.ru/b/846976/
Источник https://autoiwc.ru/tuning/kak-uvelichit-moshnost-dvigatelya.html
Источник https://www.kolesa.ru/article/proishozhdenie-loshadok-kak-pravilno-forsirovat-atmosfernyj-motor
