Главная / StreetRacing / Тюнинг / Тюнинг мотораКарта сайта

Тюнинг мотора

28 августа 2006

Основные варианты тюнинга двигателей ВАЗ.

   Серийный двигатель нагружен компромиссами между мощностью, ресурсом, экологией, ценой, технологией и прочими проблемами крупного производства. Конвейер не предполагает индивидуального подхода. Двигатели рассчитаны на среднестатистического потребителя. Соответственно, у многих появляется желание изменить характеристики стандартного двигателя, увеличить его мощность и крутящий момент. К сожалению, отсутствие объективной информации и «шаманы» от тюнинга породили массу заблуждений и слухов, которые устойчиво живут и размножаются. Каким же образом можно форсировать двигатель без ущерба для его ресурса и своего кошелька?

Вот основные варианты программ по тюнингу двигателей, которые мы предлагаем. Надежность и относительно невысокая стоимость – основные приоритеты их разработки.

В экономичном варианте предлагается установка нового распредвала с регулируемым шкивом и измененной программой управления. Тюнинговый распредвал отличается от штатного измененным профилем кулачка, то есть — фазами газораспределения, что обеспечивает эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью. Большее количество рабочей смеси обеспечивает больший момент, т. к. крутящий момент двигателя пропорционален силе давления газов на поршень, образующихся при сгорании рабочей смеси. Сместив момент в зону более высоких оборотов можно получить ощутимую прибавку мощности. Двигатель – сложный механизм, изменения в чем-то одном потребуют изменений в других частях. Конечно, можно остановиться на измененном распредвале. Но хотелось бы максимально заполнять цилиндры рабочей смесью, и эффективно очищать их на выпуске. Прежде всего, это зависит от качества обработки впускного и выпускного тракта. Как его повысить? Изменяется форма камеры сгорания. Ее объем увеличивается незначительно, что позволяет не изменять степень сжатия (без необходимости), но изменение формы позволяет избежать наличия «непродуваемых» зон, благодаря чему увеличивается цикловое наполнение цилиндра. Изменяется геометрия клапана, чтобы на небольших величинах подъема обеспечить низкое сопротивление потоку. Также изменяется форма и увеличивается проходное сечение каналов.

Третий основной вариант тюнинга более обширный и дорогой. Речь идет об увеличении рабочего объема. Для этой цели меняется коленвал, шатуны и поршни, что, собственно, дает увеличение рабочего объема двигателя за счет увеличения хода поршня (а не за счет «расточки», как некоторые полагают). При увеличении рабочего объема возрастает крутящий момент в зоне низких и средних оборотов. Такой мотор не нуждается в раскрутке, что делает его эксплуатацию максимально комфортной. В данном варианте применяются специальные облегченные (но не кованые!) поршни. Уменьшение массы поршней снижает нагрузку на коленвал и коренные шейки. Конечно, требуется настройка поступления топлива, воздуха и углов зажигания, то есть корректное изменение программы управления для инжекторных двигателей или изменение характеристик карбюратора. Для выбора правильного варианта следует тщательно сформулировать требования, предъявляемые к мотору, понять, чего, собственно, хочется. Можно совмещать вышеизложенные варианты (распредвал, ГБЦ, объем).

Также можно порекомендовать изменение передаточных чисел коробки передач для того, чтобы реализовать приобретенную в результате тюнинга мощность двигателя в динамические характеристики автомобиля.


Поршни.

   Один из самых значимых элементов автомобильного двигателя – поршень. Он занимает центральное место в процессе преобразования химической энергии топлива сначала в тепловую, а затем в механическую. От того, насколько хорошо он справляется со своими обязанностями, в значительной степени зависит эффективность и надежность мотора. Особенно когда речь идет о спортивном применении или о тюнинговой модификации автомобиля. Вопрос о применении специальных поршней в случае повышения мощности всегда встает перед конструктором. В силу множества функций и противоречивости свойств поршень превращается в одну из самых сложных деталей мотора. Такое положение подтверждается тем, что редкие автомобилестроительные компании проектируют и изготавливают их самостоятельно для своих моторов. Чаще всего они пользуются услугами фирм, которые специализируются в этой области. Многообразие форм и размеров поршней является одной из причин, почему так много тайн, секретов и небылиц распространяется вокруг этого куска металла. А так как это еще и технологически сложно, практически неисполнимо в условиях стандартного машиностроительного производства, то проблема соответствия поршня требованиям модифицированного мотора становится камнем преткновения для многих тюнинговых компаний. Кроме того, штучное производство этих сложных изделий финансово обременительно. В этой ситуации интуитивные представления некоторых тюнеров о том, что «улучшенный» двигатель должен иметь «улучшенные» поршни, приводит к тому, что сначала двигатель оснащается чем-то доступным, а потом такое решение находит свое наукообразное обоснование.

   Какие требования предъявляются к поршням, и что от чего зависит. Во-первых, поршень, перемещаясь в цилиндре, позволяет расширяться сжатым газам, продукту горения топлива, и совершать механическую работу. Следовательно, он должен сопротивляться высокой температуре, давлению газов и надежно уплотнять канал цилиндра. Во-вторых, представляя собой (вместе с цилиндром и поршневыми кольцами) линейный подшипник скольжения, он должен наилучшим образом отвечать требованиям пары трения с целью минимизировать механические потери и, как следствие, износ. В-третьих, испытывая нагрузки со стороны камеры сгорания и реакцию от шатуна, он должен выдерживать механическое воздействие. В-четвертых, совершая возвратно-поступательное движение с высокой скоростью, должен как можно меньше нагружать кривошипно-шатунный механизм инерционными силами.

   Таким образом, проблемы этой важной детали двигателя можно разделить на две большие группы. Первая – это тепловые процессы. Вторая – механические. Рассмотрим первую группу. Здесь необходимо коснуться вопроса, который всегда обсуждается при изготовлении специальных поршней для спортивных или тюнинговых моторов. Сколько колец будет у нового поршня, какой толщины они должны быть? С точки зрения механики, чем меньше колец, тем лучше. Чем они уже, тем меньше потери в поршневой группе. Однако при уменьшении их количества и высоты неизбежно ухудшаются условия охлаждения поршня, увеличивая тепловое сопротивление: днище – кольцо – стенка цилиндра. Поэтому выбор конструкции – всегда компромисс. И чем быстроходней мотор, тем жестче рамки. Скоротечность процессов диктует меньшие требования к уплотнению. Растущие со скоростью механические потери необходимо уменьшать, иначе все, что преобразовалось в механическую мощность, не дойдет до колес. Однако и количество тепла в единицу времени вырабатывается пропорционально больше, мостик для охлаждения требуется как можно шире. Вот и нужно одновременно чтобы кольца были и узкие, и широкие. И нужно их два для быстроходности и три для эффективного охлаждения поршня. Разрешение этой задачи – компетенция конструктора. Результат его работы — сбалансированность двигателя. В настоящее время инженерами, работающими в производственных компаниях и научных центрах, накоплен огромный материал, на его основе созданы расчетные методы, позволяющие с большой точностью предсказать поле температур и характеристики конкретного изделия. Для начала представим, чего в принципе мы ожидаем от идеального поршня. Как бы его ни гнули, толкали, мяли, бросали из жара в холод, он должен оставаться одинаковым с большой точностью. Поршень находится в сопряжении с кольцами, поршневым пальцем и цилиндром. Если механические нагрузки будут столь велики, что канавки деформируются и поршневые кольца потеряют подвижность, тогда работа мотора будет нарушена. Если поршневой палец окажется зажатым в отверстиях бобышек, скорее всего, поршень разрушится. Если зазор от стенок цилиндра станет большим, он потеряет ориентацию, а если маленьким – размажется по стенкам. Максимальное давление в камере сгорания у высокофорсированных моторов достигает 100 атмосфер. Усилие, с которым поршень толкают газы, измеряется тоннами. Максимальная скорость, с которой он перемещается в быстроходном моторе, достигает 120 км/час. При этом 200 раз в секунду тормозится до полной остановки.

   Идеальный поршень в таких жестоких условиях должен быть абсолютно жестким, т. е. никак не менять свою форму. Тепловые нагрузки не должны его деформировать. Его вес должен быть близок к нулю. Износ от контакта с сопряженными деталями должен отсутствовать. Понятно, что в природе нет материалов, отвечающих всем этим требованиям. Прежде чем остановиться на материалах, из которых изготавливают поршни, попробуем понять, почему такие требования предъявляются к поршням. Одним из главных показателей качества работы поршневой группы являются механические потери, которые неизбежны во время движения. Для того чтобы преодолевать силы трения, препятствующие движению, часть механической энергии, полученной от рабочего тела, будет потеряна на нагрев. Доля этих потерь, приходящаяся на поршневую группу в общих механических затратах двигателя, весьма высока. Иногда она превышает 50% от общих потерь в двигателе. Желание многих тюнеров увеличить рабочие обороты мотора, и за счет доработки сечений каналов, формы камеры сгорания и т.д. получить большую мощность при высоком крутящем моменте упирается в растущие механические потери. Значительная часть сил сопротивления растет линейно со скоростью, следовательно, потерянная мощность растет в квадратной зависимости. Если не принять меры по снижению механических потерь, то все старания могут быть напрасны. Неизбежен тот момент, когда вся механическая энергия будет потрачена на себя, и колеса вращать будет просто нечем. Поэтому подход к поршневой группе как к линейному подшипнику скольжения имеет первостепенное значение в конструкции поршня. Главный вклад в сопротивление движению вносят поршневые кольца, которые в силу их функций должны быть плотно прижаты к стенкам цилиндра. Однако роль поршня состоит в том, чтобы кольца все время были правильно ориентированы, и была обеспечена их работоспособность. Также желание конструктора не допустить сухого контакта тела поршня с гильзой цилиндра диктует жесткие требования к его геометрии. Дело в том, что, как и в любом подшипнике скольжения, роль разделительного слоя здесь играет масло, препятствующее контакту металлических поверхностей. А точнее, масляный клин, образующийся в зазоре при движении деталей. Высокое давление в масляном клине, способное противодействовать прижимающим силам, может существовать только в зазорах, исчисляемых тысячными долями миллиметра. Величина силы пропорциональна площади, на которую масляный клин давит. Поэтому так важно во время работы сохранять параллельность поверхности юбки поршня стенкам цилиндра с такой точностью. Понятно, что не допускается никакой шишковатости, иначе возникнут локальные контакты, которые станут генераторами тепла и приведут к развитию неблагоприятных процессов по всей поверхности. Не забудем еще и о поршневом пальце, которому необходимо создать условия качающегося подшипника скольжения с его стабильными зазорами, исчисляемыми теми же сверхмалыми величинами. В случае идеального поршня все более-менее понятно. Каким он получится после механической обработки, таким он и будет всегда, при любых условиях. Тогда можно заранее с большой точностью придать ему нужные формы. А как быть с реальными материалами? Которые от механических нагрузок изгибаются. От температуры распухают. От разностенности коробятся. От неоднородности материала покрываются буграми и шишками. Нет другого пути, как при изготовлении придать ему такие формы, которые учтут все искажения, возникающие при реальных нагрузках во время работы. Именно поэтому поршень имеет такую сложную форму. По высоте он бочкообразный, потому что неравномерный нагрев вызывает большее расширение там, где температура выше. В сечении он овальный, так как механические нагрузки заставляют поршень «обвисать» на пальце, как лист бумаги, лежащий на карандаше. Причем в каждом сечении и овальность, и бочкообразность имеют свою величину. Величина деформации зависит от толщины металла, образующего стенки поршня. Увеличение толщины повысит сопротивляемость нагрузкам, но рост массы приведет к увеличению инерционных сил, которые быстро испортят весь кривошипно-шатунный механизм. Почему же автомобильные двигатели уверенно прогрессируют в сторону их высокооборотности? На заре моторостроения просто изготавливался поршень совершенно цилиндрической формы и двигатель запускали. Давали ему поработать, не доводя мотор до разрушения, и разбирали. Следы контакта с гильзой устраняли механической обработкой и повторяли эксперимент, увеличивая нагрузку. Затем снова обрабатывали места контакта и снова нагружали. Если выявлялись слабые места, изготавливали новый поршень. Повторялось это многократно до тех пор, пока двигатель с полной нагрузкой не начинал работать стабильно, и поршень признавался удовлетворительным. В современном мире с хорошей точностью можно расчетными методами проектировать геометрию вновь создаваемых поршней. Последующие за расчетами испытания приводят, как правило, к корректировке, однако количество экспериментов несравнимо уменьшается. Тем не менее, подогнанный под условия работы поршень нельзя считать абсолютно соответствующим предъявляемым требованиям. Ведь величины деформаций, которые компенсируются предварительно заданной формой, зависят и от теплового режима, и от величины сил, на него действующих. Так как автомобильный двигатель многорежимный, эксплуатируемый в широком диапазоне нагрузок и температур, скорее всего, поршень будет хорош только для некоторого диапазона условий работы. Это одна из проблем автомобильных двигателей в целом. В серийном производстве, как правило, на базе одного мотора одновременно выпускается целое семейство разных агрегатов, предназначенных для разных целей. А выпуск новых автомобилей, требующих новых двигателей, часто сопровождается модификацией уже отработанных конструкций с целью удовлетворить новым требованиям. Известны факты, когда низ мотора, включающий блок цилиндров и коленчатый вал с его подшипниками, практически без изменений стоял на конвейере десятилетиями, переходя из одного кузова в другой. Даже более того, применялся и для бензиновых, и для дизельных моторов одновременно. Поршневые группы, как более зависимые от назначения двигателя, почти всегда подвергались модификации. Именно поэтому в номенклатуре производителей поршней такое большое разнообразие их форм. Поэтому, когда мы хотим получить от серийного двигателя больше мощности, необходимо сознавать, что серийный поршень не будет соответствовать новым требованиям. Случай применения дополнительного наддува или окислителя, такого, как закись азота, создает новые условия работы поршневой группы.

   Существенным моментом в конструкции является материал, из которого поршень изготовлен. Автомобильные поршни изготавливаются преимущественно из алюминиевых сплавов, реже из чугуна. Чугун, обладая рядом таких качеств, как низкий коэффициент линейного расширения, равный по величине материалу гильзы цилиндра, высокая термостойкость, высокая прочность, отличные подшипниковые свойства, в настоящее время практически не применяется. Тормозом послужили два обстоятельства. Во-первых, низкая теплопроводность и, как следствие, плохая детонационная стойкость мотора, не позволяющая использовать высокие степени сжатия. Во-вторых, большой удельный вес является препятствием к быстроходности. Из алюминиевых сплавов для поршней в используются силумины, то есть сплавы системы алюминий – кремний с различным содержанием кремния. Реже – ковкие сплавы системы алюминий – медь. Кремнийсодержащие сплавы в свою очередь делятся на две группы по содержанию в них кремния. Это – доэвтектические и заэвтектические. К первым относят сплавы с содержанием кремния до 12%, ко вторым – более 12%. У первых кремний в свободном виде, так называемый первичный кремний, отсутствует и весь он растворен в алюминии. Это АЛ-25, АЛ-30, АК12, Mahle 124. Вторая категория содержит кремний в свободном виде – в виде кристаллов, которые иногда видны невооруженным глазом на срезе или сломе образца. Известны АЛ-26, АК18, АК21, ВКЖЛС, Mahle 138, Mahle 224. Заэвтектические сплавы с содержанием 18% или 22% кремния применяются в основном для дизелей большого объема. Причина — в большей износостойкости и термопрочности, что важно для обеспечения ресурса седельных тягачей. В серийном производстве поршни из алюминиевых сплавов отливают. Для снижения величины температурного расширения, а значит, и для получения многорежимных свойств используются стальные термокомпенсирующие вставки внутри отливки. В мелкосерийном и штучном производстве для придания лучших механических характеристик заготовки поршней получают методом изотермической штамповки или жидкой штамповки. Высокие давления в процессе формирования поковок способствуют уплотнению материала и, как следствие, улучшению его свойств. Однако такая технология полностью исключает наличие любых вставок. Это обстоятельство делает изготовленные по такой технологии поршни в большей степени однорежимными. В основном такие поршни используются для сильно нагруженных моторов, выпускаемых малыми сериями. Спортивных, например. Для спортивных моторов, которые по назначению ближе к однорежимным, нашли применение сплавы алюминий – медь. Это АК-4-1, Mahle YG. Заготовки из них также прессуют. В сравнении с силуминами они имеют лучшие физико-механические характеристики при рабочих температурах, но отличаются на 20% большим коэффициентом линейного расширения. Также к недостаткам можно отнести быстрое старение и разрушение от усталостных напряжений. Тем не менее, в авиационных поршневых моторах, а также в автомобильных спортивных, которые ограничены по ресурсу и имеют повышенные требования к весу поршня, встречаются довольно часто. Несколько слов об износе. Правильно подобранный под требования мотора поршень почти никогда не контактирует со стенкой цилиндра. Исключение составляют холодные пуски и работа под нагрузкой непрогретого мотора. Поэтому, даже после значительного пробега, составляющего 200000 км и более, изменение размера юбки незначительно и лежит в пределах 0,01 – 0,03 мм, если двигатель нормально изнашивался. Гильза цилиндра, особенно в верхней ее части, может быть изношена кольцами до 0,15 мм. Но это не означает, что поршень можно продолжать использовать и он в состоянии, близком к новому. Основной параметр, по которому бракуется поршень, – износ канавок колец. Как правило, к этому сроку и форма, и размер канавки как минимум первого кольца за пределами допуска. Существенным обстоятельством не только износа, но и эффективности мотора является геометрия и состояние поверхности цилиндра. Во-первых, искажение цилиндричности так же влияет, как и неверная форма поршня в смысле сохранения зазоров в паре поршень – цилиндр. Наиболее вероятными причинами нарушения формы являются напряжения в блоке от крепежных элементов головки и КПП. Также важна микрогеометрия, т. е. глубина и форма хоновой сетки. Фирма Mahle, ведущий производитель поршней в Европе, считает, что преждевременный износ моторов, прошедших капитальный ремонт, в 80% случаев является следствием именно неправильного микрорельефа поверхности.


Спортивные распредвалы.

   Максимальная мощность двигателя и форма графика мощности зависят от распредвала больше, чем от остальных элементов двигателя.

Рассмотрим, как работает распредвал на примере одного цилиндра, и какие при этом существуют ограничения.

Впуск.

   В идеальном режиме, когда поршень движется вниз в цикле всасывания, впускной клапан открывается, пропуская в цилиндр топливовоздушную смесь, и закрывается после заполнения цилиндра. Учитывая, что фаза и «длительность» работы кулачка являются фиксированными, они будут идеальными лишь при определенной частоте вращения коленвала и, возможно, лишь при единственном положении дроссельной заслонки. Это то, чего многие не понимают. При разных оборотах двигателя клапан будет закрываться либо с опозданием, и тогда смесь, заполнившая цилиндр, начнет выходить обратно, либо раньше времени, до того, как смесь заполнит цилиндр до конца. Поэтому, в реальности, все распредвалы работают в компромиссном режиме. Если мы хотим получить от распредвала выигрыш только в мощности, то это произойдет за счет качества работы на холостых оборотах и крутящегой момента в режиме рабочего диапазона.

   Начнем с начала. Период, в течение которого впускной клапан открыт, назовем термином «продолжительность». Продолжительность выражается в градусах поворота коленчатого вала. При работе стандартного распредвала клапан начинает открываться при «недовороте» коленвала 5-10 градусов до ВМТ (верхняя мертвая точка). Стандартный распредвал открывает клапан плавно — для уменьшения износа и снижения шума. Далее клапан достигает верхней точки и, наконец, закрывается примерно при 20 градусах после НМТ (нижняя мертвая точка). Этот период времени называют «продолжительностью работы кулачка». Обычно он составляет 200 – 220 градусов поворота коленчатого вала. Многие мотористы первым делом стараются увеличить продолжительность работы кулачка. Как правило, большая продолжительность позволяет двигателю развить большую мощность на повышенных оборотах. У высокопроизводительных распредвалов продолжительность работы кулачков может составлять от 250 до 320 градусов, а на гоночных двигателях — и более. Однако, само по себе это число пока еще ни о чем не говорит. Кулачок, например, может иметь очень пологие траектории подъема и опускания, тогда выигрыш в увеличении общей зоны открытия под клапаном, по сравнению со стандартным кулачком, получится небольшим. В то же время, кулачок с такой же продолжительностью, но с крутыми профилями будет обеспечивать очень быстрое открытие и закрытие, что придаст двигателю совершенно иные характеристики

Подъем клапана.

   У стандартного распредвала для дорожных машин кулачок поднимает клапан на 9,6 мм, в то время как у спортивных двигателей эта цифра может доходить до 13,2 мм. Цифры, характеризующие высоту открытия клапана, часто производят впечатление — люди инстинктивно полагают, что чрезмерное увеличение высоты подъема дает большую мощность, хотя, это не совсем так. Иногда высоту подъема увеличивают для того, чтобы увеличить время «зависания» клапана в точке максимального подъема. Один из способов получения выигрыша по времени без увеличения продолжительности состоит в поднятии клапана на большую высоту.

   С помощью испытательного стенда можно определить, в какой момент поток смеси через систему клапан — седло начинает убывать. После этого момента нет смысла открывать клапан дальше — это не даст выигрыша в мощности. Смысл быстрого открывания клапана, или «ускорения клапана», заключается в том, что само движение клапана используется для создания во впускном коллекторе разрежения — «импульса». Именно благодаря этому процессу мощность двигателя начинает зависеть от конструкции распредвала, так как этот импульс влияет на частоту вращения, что и приводит к увеличению мощности.

Выпуск.

   Выпускной кулачок должен открывать клапан достаточно рано, чтобы цилиндр успел очиститься от продуктов сгорания. При позднем открытии оставшиеся в цилиндре несгоревшие газы будут смешиваться с поступающей свежей смесью; раннее открытие может существенно снизить мощность рабочего хода, так как давление, толкающее поршень вниз, будет сбрасываться через выпускной канал. Тоже и при закрытии: если закрыть клапан слишком рано, то отработанные газы не успеют выйти, а если слишком поздно, то входящая порция смеси будет вытолкнута в выхлоп вместе со сгоревшими газами. Такое может происходить потому, что в момент прохода поршня через ВМТ при переходе от такта выпуска к такту впуска впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Это называется «перекрытием клапанов». Этот «перелив» из впускного канала в выпускной может дать двигателю несколько преимуществ. Во-первых, выхлопные газы, выходящие из цилиндра могут быть использованы для создания вакуума — нечто подобное происходит при выдергивании пробки из бутылки. Это будет помогать опускающемуся поршню втягивать в цилиндр свежую смесь. Во-вторых, выхлопную систему можно настроить так, что свежая смесь, переливающаяся в выпускной канал, будут втягиваться обратно в камеру сгорания перед самым закрытием выпускного клапана. Решающим обстоятельством является здесь не продолжительность перекрытия (выражаемая в градусах поворота коленчатого вала), а то, насколько высоко поднимаются клапаны в верхней мертвой точке. При стандартном распредвале высота подъема обоих клапанов в верхней мертвой точке может доходить до 0,76 мм, в то время, как для гоночных автомобилей эта величина достигает 5 мм. В целом, чем больше подъем клапанов при перекрытии, тем при больших оборотах двигатель достигает максимальной мощности, и тем хуже распределение мощности. Здесь уже возникает проблема зазора между клапанами и поршнем. При чрезмерно больших кулачках, дающих высокий подъем клапанов в фазе перекрытия, приходится делать в поршнях специальные углубления — «карманы», чтобы исключить столкновение поршня с клапанами к верхней мертвой точке.

Синхронизация распредвала.

   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.

   Продолжительность перекрытия в значительной степени определяется углом между выступами «впускного» и «выпускного» кулачков (этот угол называется «центральным углом кулачков»). Для распредвала с одинаковым подъемом клапанов в верхней мертвой точке этот угол составляет 110 градусов. Если вы выставите такой распредвал так, чтобы на 110 градусах он обеспечивал полное открытие впускного клапана, то обнаружите, что в момент перекрытия в верхней мертвой точке оба клапана открыты одинаково. Для обеспечения «опережающей» работы этого распредвала необходимо добиться полного открытия раньше, например, на 105 градусах.

   Из вышеизложенного следует, что опережение распредвала можно регулировать, измеряя подъем клапанов в момент перекрытия в верхней мертвой точке. Независимо от того, какой это распредвал и на каком двигателе он стоит, одинаковый подъем клапанов в ВМТ будет иметь место при том угле поворота, на который развернуты друг относительно друга (в результате шлифовки) кулачки распредвала — обычно, 110 градусов. Можно выставить распредвал на опережение, но не следует его доводить до того, чтобы подъем выпускного клапана составлял меньше 66 процентов (2/3) от подъема впускного клапана. Например, если подъем впускного клапана — 3.8 мм, то подъем выпускного клапана — 2.5 мм. Распредвалы и их синхронизация — это очень сложная тема, доверять ее можно только профессионалам.


 Системы наддува и их особенности.

   Однажды услышал диалог продавца и покупателя, шумно обсуждавших достоинства купе "Мерседес-CLK". "А что за двигатель у него?" — поинтересовался клиент, вдоволь насмотревшись на кузов и полазив по салону. "Мотор — зверь! Турбированный", — с гордостью в голосе сообщил продавец. И хотя его собеседника такой ответ вполне устроил, многим он справедливо покажется неточным.

   На мощных двигателях нередко применяют системы наддува, которые подают в цилиндры воздух под давлением, тем самым увеличивая его количество и в итоге — мощность мотора. Общие названия этих систем — "компрессор" (compressor, по-немецки — kompressor) и чаще употребляемый синоним "нагнетатель" (charger) произошли от глаголов "сжимать" и "наполнять". Сегодня большинство фирм используют два основных вида нагнетателей — механические и приводимые в действие отработавшими газами. У каждого свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

                                       ПОД ГНЕТОМ КОМПРЕССОРА

   "Мерседес", например, уже давно определился с выбором и устанавливает нагнетатели с механическим приводом на машины с бензиновыми двигателями, а турбокомпрессоры — на дизели. Дело в том, что у приводных (жестко связанных с валом двигателя) нагнетателей давление наддува не зависит от оборотов, благодаря чему машина быстро реагирует на нажатие педали акселератора. Особенно ценно это качество при разгоне. Также в их активе простота конструкции. Но, естественно, есть и другая сторона медали: расход топлива у моторов, оборудованных нагнетателями с механическим приводом, выше, а КПД ниже, чем у двигателей с турбонаддувом. Что касается терминологии, то разные фирмы именуют механические нагнетатели по-разному: наиболее популярные варианты "supercharger" или "compressor". Никакого "турбо" тут, естественно, нет.

                                  С ЛОПАТКАМИ НАПЕРЕВЕС

   Наиболее распространенный вид наддува, широко используемый сегодня в дизелях и в бензиновых моторах, — турбонаддув. Отработавшие газы вращают турбину, а та, в свою очередь, приводит компрессор, нагнетающий свежий воздух.

Выигрыш от турбокомпрессора (называемого "turbocharger" или просто "turbo") — значительное улучшение характеристик двигателя за счет "дармовой" энергии. А вот моментального отклика и уж тем более энергичной помощи на малых оборотах от турбокомпрессора ждать бесполезно; в самом общем случае он обеспечивает высокий крутящий момент лишь при оборотах выше средних — в характеристике появляется провал, называемый "турбоямой". (Впрочем, эту яму можно засыпать; кроме известных "лопат", передовые фирмы пробуют… подкрутку турбины специальным высокоскоростным электродвигателем.) Еще один минус — высокие требования к культуре производства и эксплуатации придирчивого турбокомпрессора.

В силу особенностей рабочего процесса дизельные двигатели лучше подходят для оснащения турбонаддувом, нежели бензиновые. Конечно, существуют и другие типы наддува, например с использованием волнового обмена. Но сегодня о них вспоминают все реже, предпочитая механические (распространение получили роторно-зубчатый типа "Рутс) и турбонагнетатели.

Михаил Гзовский


 Суперчарджеры и механические нагнетатели.


   Если вы хотите поднять на 40-50% мощность и крутящийся момент своего двигателя, и у вас есть как минимум $2000, тогда читайте статью о механических компрессорах.

Суперчарджеры или механические нагнетатели являются сейчас одним из лучших средств для повышения мощности и тяги. В автомобилестроении эти устройства появились более 80 лет назад. Принцип работы суперчарджера достаточно прост. В двигателе внутреннего сгорания топливно-воздушная смесь засасывается в цилиндр, где сжимается поршнем и воспламеняется свечой зажигания. В результате взрыва поршень движется вниз, и процесс повторяется. Чем больше объем двигателя, тем больше топливно-воздушной смеси в него влезет, тем больше будут мощность и тяга. Суперчарджер нагнетает смесь в двигатель под давлением, увеличивая мощность и тягу, т.е. как бы увеличивая объем двигателя.

Существует несколько типов суперчарджеров с разной степенью эффективности, но принцип их действия практически одинаков. Все они приводятся в движение от коленвала с ремнем и содержат одну или несколько крыльчаток, которые, вращаясь, загоняют воздух в двигатель. В настоящее время существует два вида суперчарджеров: с внутренней и с внешней компрессией. Суперчарджер с внутренней компрессией сжимает входящий воздух изнутри самого себя, работая как компрессор. Суперчарджер с внешней компрессией работает как обычный насос, просто закачивающий воздух в двигатель, нагнетатель Рутса. Раньше они были наиболее распространены, но сейчас стремительно набирают популярность суперчарджеры внутреннего типа. К этому типу относятся Paxton, Pro Chager. Винтовой нагнетатель Whipple также относится к этому типу.

Теперь подробнее рассмотрим оба типа.

1. Нагнетатель Рутса.
В нем обычно 2 ротора. В полость между роторами и корпусом воздух по внешнему периметру корпуса попадает в нижнюю часть. Каждый ротор имеет 2 или 3 кулачка. Например, у B&M и Weiand их два, а у нагнетателей для автомобилей General Motors и у аналогичных Weiand, BPS, Hempton Kuhl, Littlefield, Dyer, Mooneyham-ux3; Если придать роторам спиральную форму, 2-х кулачков будет недостаточно для нагнетания – суперчарджер не будет работать. Необходимо установить 3-ий кулачок, что и сделали конструкторы GMC. Кстати, на замерах мощности прямых 2-х кулачковых нагнетателей, никаких заметных отличий мощности найдено не было.

2. Суперчарджеры с внутренней компрессией — центробежные.
При ровном давлении центробежный нагнетатель дает больший прирост мощности, чем нагнетатель Рутса. Причина в том, что центробежный нагнетатель не так сильно нагревает воздух. С другой стороны, прирост мощности от центробежного суперчарджера пропорционален оборотам, а значит, он уступает нагнетанию Рутса на низких оборотах.

Одним из самых важных достоинств чарджеров с внутренней компрессией является их хорошая совместимость с инжекторами. Эти нагнетатели устанавливаются сбоку двигателя как компрессор кондиционера. Как правило, клапан тяги системы впрыска крепится на входе чарджера, а выход чарджера – на вход инжектора; Что касается их установки на Хот Роды, то следует отметить любопытную ситуацию: нагнетатель Рутса не собирается сдавать свои позиции. Суперчарджеры этого типа, чье применение изначально и ограничивалось установкой на Street rod и ранние Street machine, и сейчас благополучно используются. Причина в том, что для установки centrifugal supercharger на Street rod придется прорезать боковую поверхность капота. К тому же на старых машинах контроль над выхлопом менее жесткий и для них чаще всего выбирают именно Roots, не столько из-за эффективности, сколько из-за внешнего вида; Centrofugal Superchargers выпускаются разными компаниями.

Между тем, объединенные одной целью, они имеют различия. Paxton – центробежный суперчарджер, приводится в движение от коленвала ремнем, но у него есть одна внутренняя шарикоподшипниковая передача, позволяющая разгонять крыльчатку до 30000 об/мин. Недостаток – ограниченный диапазон нагнетания, т.к. при слишком большом давлении шарики начинают проскальзывать, что приводит к повреждению суперчарджера. Сейчас выпускается модель NOVI2000 со спиральной передачей. Спиральные шестерки работают тише. Paxton утверждает, что нагнетание на этой модели – до 17 psi; Vortech появилась в начале 90-х и стала первым серьезным конкурентом Paxton.

В суперчарджерах Vortech для внутренней передачи используются прямозубые шестерни. Их недостатком, особенно на холостых оборотах, является шум. Такие суперчарджеры увеличивают мощность в 1,5-2 раза, так как промежуточное охлаждение позволяет использовать больший напор. Цена увеличивается одновременно с эффективностью.


 Турбонаддув.


   Смысл наддува двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — улучшить наполнение цилиндров двигателя топливо-воздушной смесью для повышения среднего эффективного давления цикла и, как следствие, мощности двигателя путем принудительного увеличения заряда воздуха, поступающего в цилиндры. При этом существует лишь один вид атмосферного наддува — так называемый резонансный наддув, при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах, и технически реализуемый с помощью воздушных коллекторов переменной длины и тщательной настройкой фаз газораспределения двигателя. Все остальные виды наддува связаны с увеличением давления поступающего в цилиндры воздуха выше атмосферного, используя для этого различные механические, электромеханические и газодинамические способы. При турбонаддуве в качестве привода используется отработавший газ, который в обычном случае просто выбрасывается в атмосферу, без утилизации его энергии в полезную работу.

При работе двигателя с турбонаддувом выхлопные газы подаются в турбину, где отдают часть своей энергии, раскручивая ротор турбокомпрессора, и затем поступают через приемную трубу в глушитель. На одном валу с лопаточным колесом турбины находится колесо компрессора, который засасывает воздух из воздушного фильтра, повышает его давление на 30-80% (в зависимости от степени наддува) и подает в двигатель. В один и тот же литраж (объем) двигателя поступает большее по весу количество рабочей смеси и, следовательно, обеспечивается достижение на 20-50% большей мощности, а за счет использования энергии выхлопных газов повышается КПД двигателя и снижается удельный расход топлива на 5-20%.

Среди ведущих мировых производителей и разработчиков дизельных двигателей в 90-е годы сформировалась концепция о том, что система турбонаддува является неотъемлемым компонентом современного экологически чистого двигателя. При этом турбонаддув, в отличие от 70-80-х годов, перестал рассматриваться как средство форсирования двигателей, и подавляющее большинство современных базовых моделей дизелей проектируются и разрабатываются с наддувом.

Турбонаддув бензиновых двигателей приобретает в настоящее время все более широкое распространение, несмотря на некоторые возникающие при этом проблемы. Первая — это детонация, появляющаяся вследствие повышенного давления конца такта сжатия и накладывающая ограничения по максимальной величине объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышенные требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Во-вторых, предельно высокая максимальная температура рабочего цикла бензинового двигателя с турбонаддувом требует повышенного внимания к выбору материалов выпускной системы и лопаток турбины, конструкции корпусных деталей турбокомпрессора (ТКР), необходимости дополнительного охлаждения подшипникового узла ТКР, а также к эксплуатационным качествам моторного масла.

Механические нагнетатели могут быть установлены в любом месте на двигателе, с одним условием — шкив нагнетателя должен быть выровнен по отношению к шкиву коленвала двигателя, т.к. нагнетатель приводится в действие ременной передачей. Механический нагнетатель имеет прямую связь с впускным коллектором и дроссельной заслонкой, соответственно, при монтаже необходимо учитывать расстояние от нагнетателя до дроссельной заслонки (впускной коллектор вопросов не вызывает). После установки нагнетателя необходимо настроить электронные системы управления двигателем.



Вот один из вариантов турбонаддува…

   Мы рады представить Вам обещанный "турбо-кит" для ВАЗ.
Он был разработан компанией Antirio , прошел испытания и
теперь мы можем его Вам предложить .
 

Kit для установки на автомобили ВАЗ-2108/2109/21099/2110/2111/2112 на моторы
Ваз-21083, 2111 с электронным впрыском топлива.

В комплект входят ;
                                        — Турбокомпрессор Garrett TB25
                                        — Интеркуллер
                                        — ЭБУ
                                        — Форсунки с большей производительностью
                                        — Фильтр пониженного сопротивления
                                        — Новый выпускной коллектор
                                        — Воздуховоды
                                        — Крепеж
                                        — Свечи зажигания
                                        — Прокладки
                                        — Шланги и фитинги подачи и слива масла с турбины
                                        — Цена 2480 $
 

Технические характеристики :

Стандарт

Antirio Turbo Kit

Мощность

71,5 л.с. при 5600 об/мин

141 л.с. при 5320 об/мин

Момент

118 Нм при 3400 об/мин

201 Нм при 4600 об/мин

при избытке 0,7 bar
 

На этом графике отображены мощностные характеристики автомобиля

Ваз-21099 2001 г.в. в стандартной , с пробегом 105 тыс. км. на который был установлен Antirio Turbo Kit

обозначения : Синяя линия — мощность . Красная — момент.

Так это выглядит в установленном виде :

Подписаться
Уведомить о
5 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Василий Стрелков
6 лет назад

Еще стоит упомянуть про чип-тюнинг — тоже отличный способ увеличить мощность и динамику машины. На турбодизелях с движками больше 3 литров реально добавить до 30-40 л.с. В основном изменяется давление наддува, но также и редактируются топливные карты- момент впрыска и прочее. По прошивкам советую брать адакт и паулюса — они и относительно бюджетные и вреда ДВС не наносят как спортивные прошивки. Вообще каждый конечно выбирает, то что ему подходит- можно делать чип+ форсировать мотор, можно только чиповку

рома
14 лет назад

а степень сжатия за счет чего понизится с этим комплектом? и надо ли поршневую менять или голову или поставил комплект и попер? горят ли клапона? какой ресурс? ответи пожалуйста, загорелся! khorikov_ru@mail Спасибо!

Сергей
14 лет назад

люди хочу нафаршеровать двигатель! так что бы быстро и без особого вреда на двигатель на ВАЗ 2112, 8кл.1.6 ! кто знает что и как прошу напишите на Lenser_s@mail.ru! заранее спасибо)))

Сергей
15 лет назад

Хотелось бы поточнее узнать о перечне работ необходимых для установки компрессора на ДВС 2111 8V( Имеется ввиду помимо установки компрессора)

Жека
16 лет назад

Люди добрые, где купить можно турбо-кит. 521126@mail.ru Заранее благадарю

Top