|
|
У звичайному змісті слова "тюнинг" означає поліпшення споживчих властивостей товару, у нашому випадку - двигуна. Теоретично два параметри двигуна піддаються зміні - потужність (крутний момент) і економічність, причому остання - у меншому ступені.
Звідси вивід, що по суті своєї тюнинг двигуна - це підвищення його потужності. Причому декількома способами. З яких найпоширенішими є доробка механічної частини, вплив на робочий процес у двигуні й настроювання системи керування двигуном (чип-тюнинг). Перший спосіб найбільш ефективний для підвищення крутного моменту на низьких і середніх частотах обертання. Він заснований на збільшенні обсягу циліндрів, що вимагає істотних змін у кривошипно-шатунному механізмі й поршневій групі, а тому складно й недешевий. Другий спосіб доступніше. Він передбачає зміну форми каналів, камери згоряння й клапанів, застосування распредвала з особливим профілем кулачків, точну установку фаз газорозподілу. Ефект помітний практично у всьому діапазоні частот обертання. Безліч резервів приховано в системі керування двигуном. Її модифікація сама по собі ненабагато поліпшує характеристики двигуна - виробник уже подбав про ефективність керування. Однак, міняючи характеристики двигуна, ми зобов`язані подбати про зміну алгоритму керування, погодивши його з новими умовами, - провести чип-тюнинг. У цьому випадку можна досягти значного ефекту, особливо при роботі двигуна на високих обертах. На практиці, тобто в реальних автомастерских, найчастіше використається другий спосіб, так званий "прискорений" тюнинг. За часом процедура займає 2-3 години й містить у собі заміну распредвала на новий, установку "розрізний" шестірні й регулювання карбюратора. Результат такого тюнинга звичайно непоганий: крутний момент збільшується приблизно на 10%. Вартість послуги невисока (у середньому 150-200 дол.), а тому "прискорений" тюнинг досить популярний. І не тільки серед автомобілістів. Автомастерские середньої руки, не привабливим кваліфікованим персоналом, включають тюнинг двигуна в перелік послуг для вітчизняних автомобілів, оскільки для них без праці можна придбати всі "тюнинговые" комплектуючі. А необхідний приплив засобів при цьому забезпечується горезвісним "потоком". Деякі СТО, що мають персонал високої кваліфікації, беруться за більше серйозні роботи: збільшують робочий обсяг двигуна й проводять "доведення" головки блоку. Звичайно, такий комплекс послуг коштує дорожче - від 500дол., та й віднімає більше часу. Оскільки двигун у цьому випадку піддається серйозній переробці, те, на нашу думку, тут більш доречно говорити про форсування, що повніше відбиває суть справи.
"До блондинок потрібний інший підхід"...
Поставити на "потік" технологію форсування важко по цілому ряді причин (трудомісткість, спеціальне устаткування, висока кваліфікація майстри, чимала ціна). На даний момент тих, хто бажає й кому по засобах оплатити проведення таких робіт, зовсім небагато, та й вимоги до результату в них самі різні: одні хочуть одержати низкооборотный двигун з більшим крутним моментом, інших - высокооборотный мотор з великою максимальною потужністю. А це вимагає різного підходу до форсування. От і виходить, що форсування двигуна в повному змісті цього слова - робота замовлена, індивідуальна або, як говорять, ексклюзивна. Чи вигідна вона автосервісу, сказати складно. Безумовно, "прискорений" тюнинг простіше й заманливіше. З іншого боку, складна робота, виконана грамотно й акуратно, сприяє росту авторитету сервісного підприємства, його престижу. І тоді, якщо є попит на ексклюзив, то кому, як не прославленому майстрові, його замовити?
Що ж такого робиться?
На сервісі, що займається форсуванням моторів, нерідкі телефонні дзвінки такого роду:
- За скільки часів робите форсування?
- Від тижня й вище.
- А скільки коштує?
Називається ціна.
Здивований вигук: "Що ж ви такого робите?!"
Типова ситуація, що підтверджує, як міцно сидить у свідомості переконання, що коштує тільки майстрові "підкрутити" там щось у моторі, як машина, окрилена новою потужністю, відразу й "помчиться". Із цієї причини, думаємо, буде нелишне нагадати, як же це "робиться".
Почнемо з того, що ступінь форсування двигуна визначає всі технологічні прийоми по його доробці. Інакше кажучи, чим більше бажана максимальна потужність двигуна, тим більше змін прийде внести в його конструкцію. При цьому важливо вибрати оптимальний спосіб доробки двигуна для досягнення необхідного ступеня його форсування при мінімальній трудомісткості й, відповідно, фінансових витратах. Доробка системи керування двигуном (чип-тюнинг) сама по собі дає збільшення потужності не більше 4-6%. Це ставиться й до звичайної карбюраторної системи живлення, і до впрысковой. При цьому ефект від настроювання системи керування без зміни інших вузлів двигуна буде менш помітний на двигунах останнього років випуску. І навпаки. Тому для Вазовских моторів підвищення потужності відчувається, а от, приміром, для моторів Honda - навряд чи. Крім того, ефект від настроювання системи керування буде більше, якщо в комплексі з нею виконувати доробку механічної частини двигуна. Настроювання карбюраторних систем живлення може виконуватися різними способами - починаючи з підбора прохідних перетинів жиклерів і кінчаючи установкою інших моделей карбюраторів, у тому числі здвоєних. Настроювання електронних систем керування набагато складніше. Точно настроїти систему керування на різні особливості механічної частини (фактично - на різні двигуни) вдається, щонайменше, тільки за результатами серйозних стендових випробувань. Система запалювання в окремих випадках також вимагає істотної зміни характеристик. Так, при установці різних розподільних валів оптимальні з погляду крутного моменту кути випередження запалювання можуть змінюватися в досить широких межах (% 5-7 і більше). І якщо звичайний розподільник запалювання можна перенастроїти за допомогою зміни твердості пружин відцентрового регулятора, то втрутитися в сучасну електронну систему керування так просто вже не вдається. Кривошипно-шатунний механізм і поршнева група таять у собі великий резерв підвищення мощностных характеристик двигуна. Найбільше збільшення потужності дає збільшення робочого обсягу циліндрів двигуна за рахунок збільшення діаметра циліндра й ходу поршня. Перше припускає застосування поршнів великого діаметра, друге - установку колінчатого вала з більшим радіусом кривошипа. На жаль, на практиці домогтися значного (більше 15-20%) збільшення обсягу циліндрів вихідного блоку, як правило, не вдається. Також не для всіх двигунів можна знайти "довгий" коленвал, а якщо такий є, виникають труднощі розміщення його в блоці (доводиться підрізати окремі елементи усередині блоку). Стінки циліндрів зі збільшенням діаметра стають тонше, починають "дихати". Це веде до різкого зниження ресурсу цилиндропоршневой групи, а іноді - до тріщин і руйнування стінок блоку циліндрів. Із цієї причини стандартний блок двигуна ВАЗ-21083 переробити на обсяг більше 1,7 л досить проблематично. Збільшений обсяг циліндрів має на увазі установку нових поршнів, а іноді коленвала й шатунів. При цьому важливо витримати суму розмірів деталей по висоті блоку при положенні поршня у верхній і нижньої мертвих крапках. Це умова іноді приводить до необхідності збільшувати довжину шатуна, укорочувати поршень і зменшувати діаметр його пальця, щоб у НМТ поршень не "сідав" на противаги коленвала. І, нарешті, чималий (5-7%) виграш у потужності дозволяють одержати заходи, спрямовані на зменшення втрат у ЦПГ. Це, як відомо, виготовлення полегшених шатунів, поршнів і поршневих пальців, а також застосування тонких поршневих кілець. Головка блоку й газорозподільний механізм (ГРМ) містять у собі чималі резерви підвищення потужності.
Фігурою номер один у цьому комплексі є розподільний вал. Від нього залежить, приміром, чи буде двигун "моментным" (з більшим крутним моментом на низьких і середніх частотах обертання) або "спритним" (з високою максимальною потужністю, реалізованої на високих частотах обертання). У цей час можна придбати цілий ряд спеціальних "тюнинговых" распредвалов для більшості вітчизняних двигунів, що розрізняються профілем кулачків і висотою підйому клапана. Практика показала, що сам по собі такий вал, установлений у стандартний мотор, не забезпечить істотного підвищення потужності без правильно підібраної форми камери згоряння й доробки каналів. Більше того, якщо зрівняти "внесок" головки й распредвала в процес підвищення потужності мотора, то ефект від доробки головки блоку буде вище. Доробку головки починають із вибору клапанів (точніше, розміру їхньої тарілки). У випадку більших тарілок буде потрібно заміна сідел клапанів на сідла з більшим діаметром. Далі виконується обробка каналів у головці й впускному колекторі за допомогою спеціальних кульових фрез. При цьому канали не повинні бути циліндричними: необхідно забезпечити їхнє плавне розширення в напрямку до сідла клапана, що переходить у звужений дифузор на самім сідлі (така форма знижує втрати тиску при впуску й випуску). Клапани допрацьовують у такий спосіб: товщину тарілки зменшують, щоб при підйомах вона не заважала потоку суміші або вихлопних газів, а профіль сідел виконують як можна більше плавним, з ущільнювальною фаскою не більше 1,0 мм. Дуже важливе значення має доробка камери згоряння. Головне - це збільшити перетин, що відкриває клапанами поблизу бічних стінок камери. Для цього необхідно розширити камеру, обробивши бічні стінки по контурі прокладки головки. А вытеснителями іноді доводиться жертвувати - їхні гострі кути не для форсованого двигуна. Замість стандартних напрямних втулок клапанів нерідко встановлюють спеціальні бронзові - вони більше довговічні в умовах підвищених навантажень і краще відводять тепло від клапана. Обов`язково забезпечують фіксацію колекторів на головці за допомогою штифтів, що центрують, або втулок, щоб прохідні канали не мали уступів у місці стику деталей. І, нарешті, заключна операція - "проливка" камер згоряння, з метою наступної мінімізації різниці в їхніх обсягах і досягнення необхідного ступеня стиску. Перелік технологічних операцій по поліпшенню експлуатаційних характеристик автомобіля в цілому можна продовжувати й далі. Включити, приміром, комплекс робіт з доробки трансмісії, підвіски й гальм. Але, думаємо, перелічивши й коротко описавши ключові операції форсировки двигуна, нам удалося показати, що за цим поняттям коштує трудомістка робота, що не може бути дешевої. Точніше, тому вона не дешева, що трудомістка й точна. І нічого загального не має з "прискореним" тюнингом.
Від ідеї до практики
Бажаючи підвищити потужність двигуна, будь-який власник автомобіля без праці знайде не один десяток адрес (як великих центрів, так і звичайних СТО), де можна "оттюнинговать" двигун. Звичайно, така доступність повинна радувати. Але насторожує те, що технічно складні роботи зі зміни конструкції двигуна (а саме в цьому суть сьогодення тюнинга) сьогодні проводяться повсюдно. Та й більше близьке знайомство з роботою механіків, сміло поліпшуючі двигуни за допомогою тюнинга, наводить на міркування.
Мода на... тюнинг?
Що, справді, означає масовість тюнинга двигуна? Доступність послуги - це, зрозуміла справа, добре. А от її якість? Отут виникає маса питань. Давайте розберемося. Тюнинг двигуна припускає, у першу чергу, втручання в конструкцію двигуна, бідно, але вже відпрацьовану виробником. Зміна конструкції мотора, як відомо, іноді приводить і до негативних результатів. За прикладами далеко ходити не доводиться. На ріст токсичності вихлопних газів звичайно прийнято закривати ока. І хоча вітчизняні норми токсичності досить "м`які", але навіть і вони порушуються "по життю" без стиснення. У цьому ж ряді й підвищена витрата палива. А якщо двигун "тюнингуется" по максимуму, то питання про економічність звучить наївно й, як правило, навіть не обговорюється. Гірше, коли зміни, що підвищують потужність двигуна, негативно позначаються на його ресурсі й надійності. Звичайно така небезпека зростає з ростом ступеня форсування, тому що чим могутнішим стає двигун, тим більший обсяг змін вноситься в його конструкцію, і доводиться використати велику кількість нестандартних комплектуючих. Картина виходить безрадісна. Але, на щастя, таку роботу роблять не "на кожному куті". У тюнинговый "бум" втручається економіка. Дійсно, спеціальні деталі й вузли для тюнинга двигуна - речі досить і досить дорогі, їхня ціна в багато разів перевищує ціну стандартних аналогів. До того ж роботи з доведення або, як стало модно говорити, "тюнингованию" двигуна тим дорожче, чим більше їхній обсяг. У результаті маємо наступну ситуацію на ринку "тюнинговых" послуг: найбільше поширення одержав відносно "безпечний" тюнинг - найдешевший, не потребуючого серйозного втручання у двигун. Кількість спеціальних комплектуючих для такої роботи також мінімально. Очевидно, що для проведення цих робіт персонал високої кваліфікації не потрібний. Справді, установити новий розподільний вал зі зміненими фазами газорозподілу - не занадто більша премудрість. А тому таку роботу для найпоширеніших у нас Вазовских моторів легко пророблять (і не "задорого") у будь-якій майстерні або СТО, у списку послуг якої значиться слово "тюнинг". Хоча, справедливості заради, помітимо: навіть цю, найпростішу роботу зробити непросто, і механік без відповідної підготовки може з нею не впоратися. Але не кожний замовник згодний з таким мінімумом. А тоді - і деталі дорожче, і робота складніше. От і виходить, що подальший рух до "тюнинговому Олімпу", тобто максимальному форсуванню двигуна, іде не без "втрат" - кількість майстерень, що пропонують складні роботи, плавно зменшується з ростом складності переробок. Зрештою, ця кількість переходить у якість буквально: для бажаючих "вичавити" зі свого мотора максимум - вибір невеликий. Причина очевидна. Серйозні роботи вимагають глибоких знань процесів, що відбуваються у двигуні, почуття "металу", коли механік, як говорять, "нутром чує" особливості роботи кожного вузла або деталі. Фахівців такого класу небагато, і їхня робота не має нічого загального з масової "тюнингацией". У переважній більшості звичайних майстерень глибоко в процеси роботи двигуна не вникають. Раз мода народжує попит, то за пропозицією справа не стане. А що пропонують? Усе, що побажаєте. Хочете распредвал? Будь ласка, додамо 20% потужності. Доробити головку блоку циліндрів? Немає проблем, ще 10%. Карбюратор, чип? Ще 10%, тільки платите. Така ситуація нагадує происходивщее років 10-15 назад. Згадаєте "бум", пов`язаний з економією палива. Чого тільки тоді не пропонували! І підхід був той же: хочеш заощадити 20% бензину - постав от такий пристрій, ще 10% - от це, а така "примочка" дасть ще... Хтось навіть порахував, що якщо всі ці способи реалізувати одночасно, те бензин повинен текти не з бака у двигун, а навпаки. Але у двигуні усе складніше - у ньому зі скаженою швидкістю обертаються деталі, течуть потоки газів, і виникають величезні навантаження. І все взаємозалежно: змінив щось тут - одержав різницю там. А тому без серйозної підготовки важко розраховувати на успіх заходу, називаного "тюнинг двигуна". На нашу думку, замовникові, що бажає форсувати двигун, не слід залишатися осторонь від технічних проблем. Необхідно чітко визначитися у своїх вимогах. Інакше велика небезпека звернутися "не туди" і одержати "не те", що хотілося. Коротше кажучи, перш ніж вторгатися в конструкцію двигуна, бажано не один раз подумати, осмислити технічні подробиці способів його форсування. А тому нелишне довідатися, про що говорить теорія.
Потужність або момент?
Прагнення багатьох водіїв збільшити потужність двигуна свого автомобіля цілком з`ясовно. І справа, звичайно ж, не тільки в російському характері, що "любить швидку їзду". Могутніший двигун робить машину більше маневреної, а при правильному керуванні й більше безпечної. Але от питання: що таке потужність? Із чим її "їдять", як неї відчути? Може бути, могутніший двигун - це той, котрий краще "тягне"? У змісті, дозволяє автомобілю швидше розігнатися? Що ж, подивимося... От самий звичайний двигун - нічого примітного. А от - схожий, але тільки його максимальна потужність удвічі більше. Пробуємо розгін з місця: з першим - все ясно, а із другим - проблема: не тягне! Тобто відпускаємо, як звичайно, педаль зчеплення, натискаємо на "газ" і... нічого. Прямо "керогаз" якийсь, не розганяє! Нічого дивного в цьому немає: форсований двигун, у цьому випадку имеющий удвічі більшу максимальну потужність, не працює на низьких обертах, до яких звик водій. Його спочатку потрібно розігнати - збільшити оберти тисяч до чотирьох, не менше. Тільки там, "на верхах", тобто на високих обертах, реалізуються всі переваги такого мотора. А тепер спробуйте з такими обертами покататися по місту, де й світлофори, і пробки! Парадокс і тільки: у нашому прикладі двигун слабкий, а "тягне" краще! Виходить, потужність - це ще не все. Іншими словами, значення максимальної потужності ще не говорить про переваги, цю величину необхідно якось реалізувати на практиці. Чому ж "слабкий движок" краще тягне? Все просто - його крутний момент виявився вище в більшій частині діапазону числа обертів. Більше того, значення крутного моменту в нього має пологу характеристику, тобто слабко змінюється по частоті обертання. А це відразу почуває водій - не треба "газувати", машина слухняно озивається на педаль акселератора. Виходить, що величина крутного моменту більше значима у звичайних умовах дорожнього руху. Спробуємо охарактеризувати вплив крутного моменту двигуна на розгінну динаміку автомобіля. Прискорення автомобіля (a) можна оцінити, використовуючи відомий закон Ньютона. Зневажаючи в першому наближенні силами тертя, опору й інерції обертових мас, запишемо:
F= moa , (1)
де F - сила "тяги", що прискорює автомобіль; m - його маса.
У свою чергу, сила F пов`язана із крутним моментом Mк ведучого колеса наступним співвідношенням:
F = 2 MкDк ,
де Dк - діаметр колеса.
Крутні моменти двигуна Me і колеса Mк зв`язує просте співвідношення:
Mк = iт Me 2 ,
де iт - передаточне число трансмісії. Підставляючи значення F і Mк у рівняння (1), знаходимо значення прискорення автомобіля:
a = MeiтmDк . (2)
Таким чином, чим вище значення крутного моменту двигуна, тим більше прискорення автомобіля. Якщо врахувати, що величина крутного моменту не постійна, а залежить від багатьох факторів (приміром, від частоти обертання), то при розгоні прискорення автомобіля також буде змінюватися. А як же бути з потужністю? Цей параметр, на нашу думку, більше наочний, коли потрібно визначити максимальну швидкість, до якої здатний розігнатися автомобіль. У цьому випадку потужність двигуна Ne іде на подолання аеродинамічного опору Na, сил тертя катання коліс Nк і опору в трансмісії Nm:
Ne=Na+Nк+Nm . (3) Інакше кажучи, чим вище потужність двигуна, тим за інших рівних умов може бути вище максимальна швидкість автомобіля. При цьому не слід забувати, що потужність двигуна, у свою чергу, залежить від частоти обертання коленвала й пов`язана з величиною крутного моменту простою залежністю:
Ne = Men9550 ,
де n - частота обертання коленвала (про/хв).
Крутний момент і потужність двигуна передаються на колеса через трансмісію. Очевидно, що розгінна динаміка й максимальна швидкість автомобіля залежать від передаточних чисел у КПП і в головній передачі. Ці параметри надзвичайно важливі для реалізації всіх потенційних можливостей двигуна. Правильно підібрані передачі в трансмісії здатні значно підвищити експлуатаційні властивості автомобіля, а помилки в їхньому підборі можуть нівелювати результат всіх зусиль по форсуванню двигуна. Так чи інакше, а будь-яка реконструкція двигуна з метою підвищення його потужності - робота комплексна, заснована на чіткому поданні про те, що все-таки ми хочемо одержати, як це зробити й чи можна це зробити взагалі. Тут без знання робочих процесів, що протікають у двигуні, ніяк не обійтися.
Про що говорить теорія?
Щоб остаточно розібратися з моментом і потужністю двигуна, звернемося безпосередньо до теорії його роботи. При роботі двигуна тиск у його циліндрах змінюється від мінімуму на такті впуску до максимуму при згорянні палива на початку робочого ходу. Характер зміни тиску в циліндрі можна зобразити графічно, зв`язавши його з поточним обсягом циліндра, що міняється від мінімуму, рівного обсягу камери згоряння (Vкс) у верхній мертвій крапці (ВМТ), до максимуму - повного обсягу циліндра (Vкс+Vh) у нижній. Це відома індикаторна діаграма - залежність тиску в циліндрі Р від його поточного обсягу V У таких координатах, говорить теорія, площа під кривою являє собою роботу, зроблену в даному циклі. Верхня частина індикаторної діаграми, обмежена кривими процесів стиску й розширення (робітника ходу) у циліндрі, - це так звана індикаторна робота циклу Li, тобто робота, обчислена по індикаторній діаграмі. Нижня частина - під кривими впуску й випуску - робота насосних ходів Lнх. Якщо відняти з корисної роботи Li роботу насосних ходів Lнх, а також роботу Lм, витрачену на подолання сил тертя й механічного опору (у тому числі, на привод агрегатів), то одержимо ефективну роботу циклу двигуна:
Le=Li-Lнх-Lм . (4)
Величина роботи не наочна й мало що може розповісти про процеси, що протікають у двигуні. Тому в теорії часто оперують питомими параметрами. Приміром, якщо роботу, зроблену за цикл, віднести до обсягу циліндра Vh, можна одержати питомий параметр, зручний для порівняння різних двигунів. Це - так зване среднеэффективное тиск циклу двигуна:
Ре = LeVh . (5)
Далі легко обчислити значення крутного моменту Me:
Me =79,6 iVh Pe (6)
і потужності двигуна Ne:
Ne = Men9550 = iVh Pen120 , (7)
де i - число циліндрів.
Отже, деякі залежності отримані, спробуємо їх проаналізувати.
З погляду практики
Перше, що впадає в око: крутний момент явно не залежить від частоти обертання коленвала, а визначається лише обсягом двигуна iVh і среднеэффективным тиском Pe. Очевидно, є два шляхи підвищення Me: збільшення обсягу двигуна й підвищення його Pe. З обсягом все понятно - чим більше, наскільки дозволяє конструкція двигуна, тим краще. З параметром Pe "боротися" складніше. Але індикаторна діаграма підказує, що параметр Pe - це тиск, яке можна підвищити, збільшивши ступінь стиску. Правда, резервів отут небагато - можливості цього способу обмежені детонацією. Можна підійти й з іншої сторони. Чим більше топливовоздушной суміші ми "заженемо" у двигун, тим, мабуть, більше тепла виділиться при згорянні палива в циліндрі й тем вище буде тиск у ньому. Поліпшити наповнення циліндра сумішшю можна шляхом збільшення прохідних перетинів і зміни форми впускних каналів, клапанів і сідел, доробки камери згоряння, а також розширенням фази (тривалості) впуску. Позитивно вплинуть і заходу, спрямовані на зниження гідравлічного опору впускного тракту: ліквідація "уступів" і гострих кутів у місцях стику деталей, установка повітряного фільтра з низьким опором. Кардинальним засобом підвищення наповнення, а отже, і тиску в циліндрі варто визнати наддування. Однак цей спосіб складно реалізувати в "тюнинговой" практиці, тому що він пов`язаний з більшим обсягом переробок у двигуні. Значний вплив на величину Pe робить робота випускної системи. "Неправильний" вихлоп може "задавити" двигун, підвищивши тиск у циліндрі на такті випуску, що, відповідно до індикаторної діаграми, приведе до росту роботи насосних ходів. Крім того, великий опір вихлопної системи перешкоджає наповненню циліндра сумішшю, оскільки не всі вихлопні гази встигнуть покинути циліндр і займуть частина обсягу свіжої суміші. У цьому зв`язку не менш важливі прохідні перетини випускних каналів, розміри й форма тарілок і сідел клапанів, а також тривалість (фаза) випуску. Знову звернемося до формули (4) роботи циклу двигуна. Очевидно, робота, затрачувана на подолання механічних втрат, - "річ" шкідлива, оскільки зменшує значення Pe, Me і Ne. Але й отут є резерви. Можна знизити втрати на подолання сил тертя в цилиндропоршневой групі цілим рядом заходів: зниженням маси поршнів і шатунів, зменшенням розміру спідниці поршнів і товщини поршневих кілець, переносом місця фіксації шатуна від осьового зсуву в бобышки поршня й ін. Крім того, має значення й зниження розбризкування масла коленвалом шляхом спеціального напрямку масла, що зливає з головки блоку, установки маслоотражающих екранів і т.д. Правда, ці заходи, в основному, ефективні на високих обертах, коли втрати на подолання тертя особливо великі. Перелік можливих переробок можна продовжувати, однак не варто сподіватися, що окремо дороблений вузол або деталь відразу дасть збільшення потужності або крутного моменту відсотків этак на ...дцать. Простий приклад: збільшуємо обсяг циліндрів на 20%. Відповідно до формули (6), це повинне привести до пропорційного підвищення значення крутного моменту. Але не приведе! У двигуні все взаємозалежно - залишені без зміни системи впуску, випуску й керування не забезпечать гарного наповнення, згоряння палива й очищення (продувки) циліндрів збільшеного обсягу. У результаті знизиться значення Pe, і реальне збільшення крутного моменту виявиться разу в півтора^-два менше, та й то лише на малих і середніх обертах. До речі, про систему керування. Так званий "чип-тюнинг" забезпечує збільшення потужності всього на 5-7%. У той же час після "глибокого" тюнинга механічної частини двигуна настроювання системи керування може дати набагато більший ефект. Отже, шляхи підвищення потужності двигуна визначені. Здається, залишилося запастися відповідними деталями й - до двигуна. Однак не будемо квапитися - зробити це ми завжди встигнемо.
Ще небагато теорії
Як ми вже відзначили, у двигуні все взаємозалежно. На практиці це означає, що зміна в одному вузлі веде до зміни всього робочого процесу: від воздухозаборника до зрізу вихлопної труби. Причому на різних режимах будь-яке втручання робить різний вплив. Більше того, те, що добре на одному режимі, може виявитися погано на іншому. Проведемо такий експеримент: розгін автомобіля від обертів холостого ходу двигуна до максимальних. Реально це виглядає в такий спосіб: швидкість 30 км/година, 4-я передача, "газ у підлогу". Спочатку "тяги" майже немає - автомобіль ледь розганяє. Потім прискорення збільшується, досягаючи максимуму, і знову зменшується, поки поблизу максимальних обертів двигун не "зависає". Що це? На практиці ми повторили випробування так званої зовнішньої швидкісної характеристики двигуна - залежності Me і Ne від частоти обертання коленвала при повністю відкритій дросельній заслінці. Помітили, що найбільша "тяга" - десь на середніх обертах? Максимум крутного моменту перебуває тут же. А от при зменшенні або збільшенні частоти обертання момент падає. Чому? Причин цього явища трохи. Відзначимо, що максимуми значень Pe і Me в області середніх обертів не випадкові, оскільки це - найбільше часто використовувані в експлуатації режими: конструктори навмисно "набудовують" всі системи двигуна саме на середні оберти. Що таке "настроювання"? Спробуємо пояснити. Періодичність (1 раз за 2 оберти коленвала) процесів впуску й випуску в циліндрі викликає значні коливання тиску й швидкості газу в каналах двигуна. Потік газу, що рухається по каналі, має частоту власних коливань, що залежить від температури газу й геометрії каналу. Отож, можна підібрати геометрію каналів, у першу чергу, їхню довжину (тобто настроїти системи впуску-випуску) таким чином, щоб у період впуску підвищити тиск перед впускним клапаном, знизивши його в циліндрі, а в період випуску знизити тиск на випуску за випускним клапаном. У результаті наповнення циліндрів збільшиться (це явище називається газодинамическим наддуванням), одночасно покращиться й очищення циліндрів від залишкових газів наприкінці випуску. Крім того, на діапазон середніх обертів одночасно "набудовують" і фази газорозподілу: випередження відкриття щодо мертвих крапок впускного й випускного клапанів, їхнє перекриття (тривалість одночасного відкриття) і тривалість впуску й випуску по куті повороту коленвала. Саме фази газорозподілу в сполученні із правильно підібраною геометрією каналів і дають максимум наповнення циліндрів в обраному, однак досить вузькому, діапазоні частоти обертання. Природно, відхилення убік менших обертів робить тривалість фаз "надлишкової": виникає заброс вихлопних газів у впускну систему, погіршується очищення й наповнення циліндрів. При підвищенні ж обертів фази виявляються занадто "вузькими" і обмежують як очищення, так і наповнення циліндрів. Результат - значення Pe і Me падають як при зменшенні, так і при збільшенні числа обертів. Причому в області більших частот обертання величина Me додатково знижується за рахунок швидкого росту механічних втрат. Потужність двигуна Ne, також як і його момент Me, має максимуми, які за рахунок впливу частоти обертання (див. формулу 7) зрушені убік підвищених обертів. Тепер, знаючи характер змін значень Me і Ne від частоти обертання, спробуємо змінити "настроювання". У першу чергу "розширимо" фази газорозподілу. Максимуми значень Me і Ne перемістяться в область більше високих обертів, при цьому помітно збільшиться максимальне значення Ne. Саме цей ефект і лежить в основі форсування двигуна по частоті обертання: так будують, приміром, всі спортивні мотори.
Від ідеї до практики
Отже, основні закономірності ми з`ясували. Спробуємо тепер вибрати схему, по якій можна форсувати двигун. Очевидно, перше, що треба вирішити, - наскільки необхідно збільшити обсяг циліндрів. Якщо поставлено мету - досягти максимального ефекту при форсуванні, то обсягом зневажати не можна, навіть якщо в нашому розпорядженні не так багато можливостей: підвищення потужності й моменту прямо пропорційно обсягу циліндрів. Наступне по значимості - це фази газорозподілу. Необхідно зробити вибір: "будуємо" чи ми "швидкісний" двигун, що буде "розкручуватися" на високих обертах, або "моментный", для роботи на середніх обертах. Це, без сумніву, залежить від темпераменту водія й стилю їзди. На цьому етапі має бути вибір розподільного вала для нашого мотора - саме параметри вала визначають характер зміни моменту й потужності по частоті обертання коленвала. Потім всі вузли й деталі двигуна "настроюються" на обсяг двигуна, але головне, на відповідність обраному розподільному валу. Інакше кажучи, весь клапанний механізм, канали впуску й випуску, цилиндропоршневая група - всі "підбудовується" під характеристики розподільного вала. Який би мотор не вийшов у результаті - це буде вже новий, інший мотор. І їм треба по-іншому управляти. Тобто по-іншому, але точно регулювати состав повітряної-паливно-повітряної суміші й кут випередження запалювання. Тому наступний етап роботи - настроювання системи керування двигуном. Без цього новий двигун не тільки не "видасть" всіх своїх можливостей, але може програти своєму стандартному аналогу. Особливо це стосується двигунів з електронними системами упорскування палива. І, нарешті, трансмісія. Її, можливо, прийде допрацьовувати, приміром, змінювати передаточні числа головної передачі або окремих передач. Адже двигун, який би гарний він не вийшов, працює не сам по собі, а обертає колеса автомобіля. Реалізація на практиці всіх цих етапів - завдання непроста, і її складність зростає прямо пропорційно росту потужності й крутного моменту, які ми хотіли б одержати. Щоб домогтися гарних результатів, необхідні досвід і знання, спеціальний інструмент і пристосування, верстатна база, деталі й комплектуючі. Крім того, результати роботи необхідно проконтролювати не суб`єктивно, по відчуттях водія, а об`єктивно, випробувавши двигун на спеціальному стенді
|
