Весьма распространенной процедурой по улучшению характеристик автомобиля, является увеличение рабочего объема двигателя, с целью его форсирования. Для этого существует несколько вариантов:
- можно заменить коленчатый вал, установив другой, с большим ходом;
- расточить блок цилиндров, тем самым увеличив их диаметр;
- сделав то и другое одновременно.
Целесообразней делать увеличение объема двигателя тогда, когда износ блока требует перехода на ремонтный диаметр. Тем самым можно убить двух зайцев — и характеристики улучшить, и ремонт произвести.
Замена коленчатого вала
Верхняя и нижняя мертвые точки поршня определяют рабочий объем цилиндра. Если заменить штатный коленвал на другой, с большим ходом поршня — получим увеличение объема. Коленвал, для двигателей ВАЗ семейства 21083, бывает с ходом поршня:
- 60,6;
- 71;
- 74,8;
- 75,6;
- 78;
- 80;
- 84.
Стандартный ход поршня на двигателе ВАЗ 21083 составляет 71 мм. Самый распространенный способ увеличить рабочий объем до 1600 см3 — это установка коленвала с ходом 74,8 либо 75,6. Увеличивая ход поршня, так же необходимо заменить, либо существенно доработать имеющиеся. Здесь тоже существует несколько способов решения проблемы.
Можно установить поршни со смещенным отверстием под палец, либо же использовать более короткие шатуны. Наиболее распространены варианты с установкой специальных кованых поршней под выбранный коленвал, либо снятие излишков металла с имеющихся цилиндров. Из минусов можно отметить быстрый износ шатунно-поршневой группы. Происходит это в силу того, что из-за увеличения хода поршней меняются углы работы шатуна, а значит, возрастает боковое давление на стенки цилиндра.
Еще стоит добавить, что на больших оборотах, штатные впускная и выпускная системы, не смогут справляться в полной мере. Наполнение цилиндров станет затруднительным, что неизбежно повлечет за собой потерю мощности. Данный недостаток с легкостью можно отнести и к следующему способу увеличения рабочего объема двигателя.
Происхождение лошадок: как правильно форсировать атмосферный мотор
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
Статьи / Практика Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент Этот вопрос – одна из главных тем «холиваров» на автомобильных форумах. Оппоненты готовы порвать друг друга, приводя десятки аргументов. А ведь все просто: мощность — это и есть моме… 370029 6 71 02.02.2015
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!
Статьи / История Почему современные моторы ломаются чаще старых и проверенных В нашей статье про самые надежные моторы почти не встречаются современные двигатели. При этом среди тех, которые лучше не брать, новыхбольшинство. Совпадение? Не думаю. 228257 14 121 23.02.2015
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.
Статьи / Практика Лишние лошадки: опасный и бессмысленный чип-тюнинг атмосферных моторов Очень многие автолюбители слышали о чудесном способе повышения мощности мотора. Всего-то нужно поменять управляющую программу – и тут же машина обретет много мощности и станет «пулять», как… 107404 21 34 16.03.2016
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.
Опрос
Вы когда-нибудь пробовали форсировать атмосферный мотор?
Ваш голос
Всего голосов:
Расточка блока цилиндров
Это вариант подразумевает расширение диаметра цилиндров, и установку поршней большего диаметра, что в свою очередь так же увеличивает рабочий объем. Любой капитальный ремонт, своего рода небольшой тюнинг, в сторону увеличения объема. При правильном подходе, и руках растущих из нужного места, их можно расточить до 84 мм. Дальнейшая расточка опасна, могут выйти дефекты литья, и тогда можно отправляться за новым блоком. Но здесь тоже есть ограничения и минусы.
Значительное уменьшение толщины стенок цилиндров, в любом случае приведет пусть к небольшому, но снижению ресурса блока цилиндров. Так же увеличивается термонагрузка, проще говоря, тонкие стенки будут нагреваться куда быстрее.
Расточка блока и замена коленвала
Это вариант включает в себя оба перечисленных выше, и позволяет произвести максимальное увеличение рабочего объема двигателя. К примеру, расточка до диаметра 84 мм, с установкой коленвала с ходом 80 мм, увеличит объем двигателя до 1798 см3. В данном случае так же понадобится установка кованых поршней.
Какой бы вариант вы для себя не избрали, важно помнить то, что доработка двигателя дело весьма серьезное и кропотливое. Лучше всего поручить дело профессионалам, которые на этом собаку съели. Ведь без необходимых навыков и специального оборудования, тюнинг рискует превратиться в муку и напрасную трату денег, времени и сил.
Только тщательно взвесив все за и против, стоит отправляться в магазин за запчастями. Как правило, расходы на форсирование двигателя, включая стоимость запчастей и работы, не приносят владельцу какой-то ощутимой пользы. Прироста мощности вы вряд ли ощутите, как говориться в сиденье вас ваша девятка вжимать все равно не будет.
Что еще стоит почитать
Капитальный ремонт двигателя
Задний редуктор, устройство и принцип работы
Троит двигатель на холодную
Можно ли ставить ксенон
Противобуксовочная система TCS
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.
