Форсирование двигателя — основы форсирования ДВС

Форсирование двигателя позволяет значительно повысить мощность мотора и получить разгонную динамику, как у гоночной машины. Но при этом есть несколько но… Стать владельцем настоящего гоночного автомобиля может далеко не каждый – слишком дорого обходится и сам автомобиль, и его содержание, обслуживание и ремонт.

Однако умеренное форсирование двигателя обычного автомобиля (чаще всего двигателя внутреннего сгорания), чтобы выигрывать “светофорные гонки”, вполне реально – этим занимаются многие тюнинговые фирмы. Каковы же основные принципы форсирования двигателя?

1. Увеличение рабочего объема камеры сгорания
Повысить мощность мотора можно простым увеличением рабочего объема камеры сгорания – для гоночной машины данный параметр жестко прописан в техническом регламенте, а вот для обычной – он ограничивается только геометрическими размерами головки блока цилиндров. Но стоит помнить, что мелкосерийное производство коленвалов и поршней обходится довольно дорого, правда от этого уже никуда не денешься.

2. Установка приводного компрессора
Еще один способ форсирования двигателя, очень популярный, например, в США – установка механического нагнетателя (приводного компрессора), приводящегося от коленчатого вала (подробнее читайте в статье об устройстве турбонаддува).

Достоинство первых двух способов форсирования заключается в том, что с их помощью крутящий момент поднимается во всем диапазоне работы двигателя.

3. Сдвиг пика крутящих оборотов
Кроме того, можно применить опыт форсирования спортсменов, увеличивающих мощность мотора, сдвигая пик крутящего момента в направлении высоких оборотов. Здесь главная задача – уменьшение сопротивления при впуске воздуха в цилиндры. Этого добиваются, устраняя неизбежные ступеньки в районе соединения впускного коллектора с головкой блока цилиндров и карбюратором: изнутри полируют впускной коллектор, устанавливают клапаны большего диаметра и высоты подъема, используют многоклапанные головки. Часто обычный карбюратор заменяют сдвоенным с горизонтальным протоком. В результате такого форсирования двигателя увеличивается суммарное сечение диффузоров, смесь равномерно распределяется по всем цилиндрам, потоку топлива не приходится менять направление на выходе из карбюратора.

4. Установка распредвала с “широкими фазами”
Еще для форсирования двигателя довольно часто ставят распредвал с “широкими фазами”, который улучшает наполнение камеры сгорания на высоких оборотах за счет некоторого снижения момента “на низах”. Такой автомобиль в движении вынуждает постоянно работать рычагом коробки переключения передач, чтобы обороты не падали и мотор не “тупел”.

5. Настройка впуска и выпуска
Иногда для увеличения мощности мотора применяют настроенные впуск и выпуск, дающие некоторую прибавку крутящего момента в узком диапазоне оборотов за счет резонансных явлений. При таком форсировании обороты максимальной мощности двигателя вырастают, что требует применения легких кованых поршней для сохранения приемлемых инерционных нагрузок.

6. Увеличение степени сжатия
Довольно часто при форсировании моторов увеличивают степень сжатия. Так как детонация на высоких оборотах возникает достаточно редко, а хозяин, выложивший немалую сумму за такой двигатель, видимо, может позволить себе раскошелиться и на высокооктановый бензин (кстати, интересная статья о том, как уменьшить расход топлива).

Форсирование двигателя на примере автомобиля Mercedes E240

Форсирование двигателя: для чего? + ВИДЕО

Какие бывают методы форсирования двигателя

Форсирование в переводах: с нем. яз. – усиливать; с франц. яз. – сила – ускорение или усиление какой-либо деятельности. Есть ещё такое значение слова «форсировать» — преодолевать.

Применительно к автомобилям, форсирование двигателя относится к такой категории работ, как тюнинг двигателя. А именно – доработка заводских конструкций и деталей для увеличения мощности.

Производя форсирование двигателя, вы усиливаете или преодолеваете заводские параметры с целью получения на выходе более высокой производительности узлов и механизмов.

В тот момент, когда у вас в голове созреет и утвердится мысль о том, что вам необходимо провести форсирование двигателя, задайте себе пару вопросов.

Для чего вам необходимо форсирование двигателя? Готовы ли вы понести немалые финансовые затраты, производя форсирование двигателя? Если ответы готовы, то вам помогут материалы, в которых описывается подробно форсирование двигателя, видео материалы, в которых вы увидите результаты и процесс форсирования двигателя.

Первый, более подходящий для современных автомобилей, это чип-тюнинг. Чип-тюнинг по сути является вторжением в электронный мозг автомобиля для коррекции firmware (управляющих программ).

Как правило, это коррекция блока управления двигателем или установка дополнительных контроллеров — модулей с целью увеличения мощности двигателя. Без специальных знаний и оборудования самостоятельно не рекомендуется проводить чип-тюнинг.

Второй метод – механическое форсирование двигателя. Сюда входит масса мероприятий, как по доработке уже существующих узлов, так и по замене их на новые, более производительные и эффективные. И, хотя вы умеете держать в руках молоток и зубило, это ещё не повод сразу приступать к форсированию двигателя.

Не забывайте, что любой вид тюнинга, будь-то форсирование двигателя, усиление подвески или стайлинг, начинается с расчетов изменения поведения автомобиля. Это важно.

Итак, какие наиболее распространённые методы форсирования двигателя.

Основные способы форсирования двигателя

В списке наиболее распространенных методов увеличения мощности двигателя отмечают:

тюнинг головки блока цилиндров;
установку тюнингового распредвала;
расточку блока цилиндров для увеличения рабочего объема;
повышение степени сжатия;
улучшение наполнения цилиндров;
снижение потерь на трение и вращение приводов;

Модернизация ГБЦ

Наиболее важную роль в доработке двигателя играет правильная подготовка головки блока цилиндров. Качественно выполненный тюнинг ГБЦ способен обеспечить прирост мощности двигателя до 20%. В таком моторе значительно улучшается наполнение цилиндров смесью топлива и воздуха, полноценнее протекает процесс сгорания смеси, эффективнее реализован отвод отработавших газов.

Работа с ГБЦ нацелена на то, чтобы максимально улучшить процесс сгорания топливно-воздушной смеси в рабочей камере. Именно в камере сгорания энергия газов передается на поршень, который затем совершает рабочий ход. Смесеобразование, вентиляция, воспламенение и сам процесс горения топлива напрямую зависят от исполнения камеры сгорания. По этой причине во время доработки вносятся изменения в устройство указанной камеры, осуществляется полировка камеры сгорания, увеличивается проходное сечение головки блока цилиндров, расширяются впускные и выпускные каналы, дорабатываются клапана, коллекторы совмещаются с каналами головки.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как заварить трещину в блоке цилиндров или в головке блока цилиндров. Из этой статьи вы узнаете об основных способах устранения данной неисправности.

Установка спортивного распредвала

Данное решение представляет собой достаточно эффективный способ увеличения мощности мотора без изменения его рабочего объема. Тюнинговый распредвал предполагает форсировку двигателя путем изменения фаз газораспределения на определенных режимах работы силового агрегата. Такой распредвал позволяет сдвинуть мощностной диапазон применительно к особым условиям, в которых используется транспортное средство. Например, данное решение способно поднять тягу на «низах», при этом в режиме высоких оборотов разгонная динамика закономерно ухудшается.

Например, на двигатель производства ВАЗ с рабочим объемом 1.7, который имеет коленвал с ходом 78 мм и поршень 82.4 мм, тюнеры часто устанавливают распредвал с подъёмами клапанов от 10.93 мм и более. Такая компоновка двигателя считается наиболее удачной, мотор раскручивается до 7500-8000 об/мин, двигатель хорошо тянет практически во всем диапазоне оборотов.

Увеличенный объем

Увеличение рабочего объема двигателя достигается путем установки коленчатого вала, который имеет больший ход сравнительно с заводским решением, а также в результате увеличения диаметра цилиндра. Дополнительно нужно учитывать, что изменение объема двигателя параллельно требует увеличения объема камеры сгорания для достижения оптимального баланса.

Более высокая степень сжатия

Увеличенная степень сжатия позволяет значительно повысить КПД двигателя. Степень сжатия имеет зависимость от фаз газораспределения. Если точнее, то степень сжатия зависит от той задержки, с которой осуществляется закрытие впускного клапана. Дополнительно степень сжатия зависит от того угла, на который открыта дроссельная заслонка.

Читать еще: Двигатель 24д на что заменить

Увеличение степени сжатия достигается благодаря форсированию ДВС при помощи тюнингового распредвала, который обеспечивает более широкие фазы, тем самым увеличивая показатель геометрической степени сжатия. Также для прироста мощности требуется заправка бензином, который имеет более высокое октановое число. Такой способ форсирования обеспечивает увеличенную мощность во всем диапазоне оборотов двигателя.

Улучшенное наполнение цилиндров

Комплекс работ для получения более высокого коэффициента наполнения цилиндров представляет собой один из методов форсирования двигателя, который требует доработки или полной замены штатного впуска и выпуска. Например, серийный мотор ВАЗовской «восьмерки» имеет показатель максимального коэффициента наполнения на отметке 0.75.

Тюнерам удается добиться снижения сопротивления путем модернизации впускной системы двигателя, при этом коэффициент наполнения становится 1.0 и даже более. Такое увеличение является результатом снижения аэродинамического сопротивления как во впускной и выпускной системах, так и в каналах самой ГБЦ.

Дополнительно осуществляется установка воздушного фильтра нулевого сопротивления (нулевика), монтируется раздельный выпускной коллектор. Данный коллектор также называется «паук» 4-2-1, который дополняется прямоточной выхлопной системой (прямоток).

Стоит отметить, что комплексный подход является достаточно затратным в финансовом плане. Также специалисты отмечают, что хотя тюнинг впуска и выпуска позволяет добиться снижения потерь, но на общую существенную прибавку мощности рассчитывать не стоит.

Увеличение рабочего объёма двигателя

Производится за счёт: замены коленвала на коленвал с большим ходом, увеличения диаметра цилиндров. При этом вам понадобится такая услуга, как расточка блока цилиндров, гильзование и всё, что с этим связано. Изменение объёма двигателя неизменно сопровождается увеличением объёма камеры сгорания.

Если вы и в состоянии провести эту работу самостоятельно, то не забудьте о техническом осмотре, и всеми нюансами, связанными с изменением объёма двигателя.

Уменьшение механических потерь

К механическим потерям двигателя относятся: на приводы вспомогательного оборудования, на трение, на насосные потери.

Трение в цилиндрах блока. Их уменьшение производится за счёт: использования сборных маслосъёмных колец, увеличения зазора между поршнем и цилиндром, облегчение шатуна. В теории рекомендуется проведение тщательной балансировки и подбор по весу всех деталей кривошипно-шатунного механизма.

Насосные потери. Это более всего трение в шейках коленвала. К снижению насосных потерь ведет и установка распредвала с более широкими фазами. Плюс ко всему необходимо применить систему «сухой картер», что снизит насосные потери, затрачиваемые коленвалом. Ведь попадание на него масла тормозит вращение.

Вспомогательное оборудование. Привод ГРМ, кондиционер, гидроусилитель, генератор и водяной насос. Это все ведет к снижению эффективности двигателя. Рекомендуется на авто с форсированным двигателем увеличение передаточного отношения привода водяного насоса и генератора.

Как улучшают «железо»

Комплексное форсирование двигателя включает в себя доработку:

деталей мотора;
впускной системы;
выпускной системы;
системы приготовления топливно-воздушной смеси.

Остановимся на всех пунктах по порядку.

Доработка «сердца»

В кругу тюнеров до сих пор не угасают споры о правильной последовательности проведения работ. Поэтому мы просто дадим перечисление возможных методов форсирования мотора:

доработка ГБЦ, которая может в себя включать увеличения сечения впускных и выпускных каналов, что позволит мотору лучше дышать, замена седл, установку больших клапанов, стачивание толщины ГБЦ, приводящее к увеличению степени сжатия;
блок двигателя может быть расточен до желаемого ремонтного размера, что позволит увеличить объем двигателя. В случае с гильзованными блоками, возможна установка гильз с увеличенным внутренним диаметром. Это влечет за собой установку больших поршней, а также иных колец;
установка распредвалов, изменяющих процесс газообразования в камере сгорания. Изменение происходит за счет подбора формы кулачков, что влияет на величину подъема клапанов и степень перекрытия. В зависимости от настройки, распределительные валы могут быть низовыми (машина хорошо разгоняется с низких оборотов), верховыми («в полную грудь» мотор дышит лишь на высоких оборотах), а также с усредненным значением. К примеру, мотор будет выдавать хороший момент на «низах», неплохой в среднем диапазоне оборотов, но затухать на «верхах»;
замена коленчатого вала на изделие с большим радиусом кривошипа. Величину стоит подбирать с учетом длины шатуна. Зарубежная литература называет это отношение «R/S». Правильно подобранное соотношение может сделать мотор «верховым» либо низовым;
установка облегченных компонентов ЦПГ, маховика. Такое решение позволяет мотору легче набирать обороты. Для облегчения используют кованные шатуны и поршни. Для особо «злых» моторов это жизненно необходимо еще и потому, что используемый материал позволяет переносить большие механические и термические нагрузки.

Впуск и выпуск

Для увеличения количества поступающего воздуха рекомендуют:

установить фильтр нулевик, реализовав холодный забор воздуха;
подобрать оптимальное сечение каналов впускной системы; возможна установка равнодлинного впускного коллектора.

Отдельным пунктом при форсировании стоит установка турбины либо турбкомрессора. Каждое из решений имеет свои преимущества и недостатки. Доработка выпускной системы начинается с установки коллекторов, именуемых «пауками». Форма и длина выпуска должны подбираться индивидуально. Сечение трубы выхлопной системы должно быть увеличено. Обязательны к удалению катализаторы, сажевые фильтры.

Зажигание

Форсирование старых моторов, на которых применяется контактная система зажигания, обязательно требует доработки узлов искрообразования. Причина этого в том, что искра в таких системах слабая, а на высоких оборотах и вовсе не стабильная.

Решением этой проблемы – в переходе на бесконтактную систему зажигания. Еще лучших показателей можно добиться с микропроцессорной системой управления искрообразованием.

Тюнинг двигателя — не так-то это просто

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»
ПАВЕЛ ФАДЕЕВ, инженер

Начиная полтора года назад цикл статей, посвященных форсированию двигателя, мы никак не ожидали, что эта тема вызывает у читателей такой бурный отклик.

Мы думаем, это закономерно. Судите сами — напористые рекламные объявления автосервисных предприятий сулят нам «тюнинг» и «форсирование» двигателей в считанные часы, а авторынки предлагают наборы деталей для форсирования моторов (поршни, распредвалы, разрезные шестерни и т.д.) из разряда «собери сам». Идея тюнингования захлестнула автомобильный мир.

Что есть «тюнинг»?

В обычном смысле слова «тюнинг» означает улучшение потребительских свойств товара, в нашем случае — двигателя. Теоретически два параметра двигателя поддаются изменению — мощность (крутящий момент) и экономичность, причем последняя — в меньшей степени.

Отсюда вывод, что по сути своей тюнинг двигателя — это повышение его мощности. Причем несколькими способами. Из которых самыми распространенными являются доработка механической части, воздействие на рабочий процесс в двигателе и настройка системы управления двигателем (чип-тюнинг).

Первый способ наиболее эффективен для повышения крутящего момента на низких и средних частотах вращения. Он основан на увеличении объема цилиндров, что требует существенных изменений в кривошипно-шатунном механизме и поршневой группе, а потому сложен и недешев.

Второй способ доступнее. Он предусматривает изменение формы каналов, камеры сгорания и клапанов, применение распредвала с особым профилем кулачков, точную установку фаз газораспределения. Эффект заметен практически во всем диапазоне частот вращения.

Множество резервов скрыто в системе управления двигателем. Ее модификация сама по себе ненамного улучшает характеристики двигателя — производитель уже позаботился об эффективности управления. Однако, меняя характеристики двигателя, мы обязаны позаботиться об изменении алгоритма управления, согласовав его с новыми условиями, — провести чип-тюнинг. В этом случае можно достичь значительного эффекта, особенно при работе двигателя на высоких оборотах.

На практике, т.е. в реальных автомастерских, чаще всего используется второй способ, так называемый «ускоренный» тюнинг. По времени процедура занимает 2-3 часа и включает в себя замену распредвала на новый, установку «разрезной» шестерни и регулировку карбюратора. Результат такого тюнинга обычно неплохой: крутящий момент увеличивается примерно на 10%. Стоимость услуги невысока (в среднем 150-200 долл.), а потому «ускоренный» тюнинг весьма популярен. И не только среди автомобилистов. Автомастерские средней руки, не располагающие квалифицированным персоналом, включают тюнинг двигателя в перечень услуг для отечественных автомобилей, поскольку для них без труда можно приобрести все «тюнинговые» комплектующие. А необходимый приток средств при этом обеспечивается пресловутым «потоком».

Читать еще: Датчик температуры головки блока двигателя

Некоторые СТО, имеющие персонал высокой квалификации, берутся за более серьезные работы: увеличивают рабочий объем двигателя и проводят «доводку» головки блока. Конечно, такой комплекс услуг стоит дороже — от 500долл., да и отнимает больше времени. Поскольку двигатель в этом случае подвергается серьезной переделке, то, по нашему мнению, здесь более уместно говорить о форсировании, которое полнее отражает суть дела.

«К блондинкам нужен другой подход».

Поставить на «поток» технологию форсирования трудно по целому ряду причин (трудоемкость, специальное оборудование, высокая квалификация мастера, немалая цена).

На данный момент тех, кто желает и кому по средствам оплатить проведение таких работ, совсем немного, да и требования к результату у них самые разные: одни хотят получить низкооборотный двигатель с большим крутящим моментом, другие — высокооборотный мотор с большой максимальной мощностью. А это требует разного подхода к форсированию.

Вот и получается, что форсирование двигателя в полном смысле этого слова — работа заказная, индивидуальная или, как говорят, эксклюзивная. Выгодна ли она автосервису, сказать сложно. Безусловно, «ускоренный» тюнинг проще и заманчивее. С другой стороны, сложная работа, выполненная грамотно и аккуратно, способствует росту авторитета сервисного предприятия, его престижу. И тогда, если есть спрос на эксклюзив, то кому, как не прославленному мастеру, его заказать?

Что же такого делается?

На сервисе, занимающемся форсированием моторов, нередки телефонные звонки такого рода:

— За сколько времени делаете форсирование?

— От недели и выше.

— А сколько стоит?

Удивленный возглас: «Что же вы такого делаете?!»

Типичная ситуация, подтверждающая, как крепко сидит в сознании убеждение, что стоит только мастеру «подкрутить» там что-то в моторе, как машина, окрыленная новой мощностью, тут же и «помчится».

По этой причине, думаем, будет нелишне напомнить, как же это «делается».

Начнем с того, что степень форсирования двигателя определяет все технологические приемы по его доработке. Другими словами, чем больше желаемая максимальная мощность двигателя, тем больше изменений придется внести в его конструкцию. При этом важно выбрать оптимальный способ доработки двигателя для достижения требуемой степени его форсирования при минимальной трудоемкости и, соответственно, финансовых затратах.

Доработка системы управления двигателем (чип-тюнинг) сама по себе дает прибавку мощности не более 4-6%. Это относится и к обычной карбюраторной системе питания, и к впрысковой. При этом эффект от настройки системы управления без изменения остальных узлов двигателя будет менее заметен на двигателях последних лет выпуска. И наоборот. Поэтому для ВАЗовских моторов повышение мощности ощущается, а вот, к примеру, для моторов Honda — едва ли. Кроме того, эффект от настройки системы управления будет больше, если в комплексе с ней выполнять доработку механической части двигателя.

Настройка карбюраторных систем питания может выполняться разными способами — начиная с подбора проходных сечений жиклеров и кончая установкой других моделей карбюраторов, в том числе сдвоенных.

Настройка электронных систем управления гораздо сложнее. Точно настроить систему управления на различные особенности механической части (фактически — на разные двигатели) удается, по меньшей мере, только по результатам серьезных стендовых испытаний.

Система зажигания в отдельных случаях также требует существенного изменения характеристик. Так, при установке различных распределительных валов оптимальные с точки зрения крутящего момента углы опережения зажигания могут изменяться в весьма широких пределах (% 5-7 и более). И если обычный распределитель зажигания можно перенастроить посредством изменения жесткости пружин центробежного регулятора, то вмешаться в современную электронную систему управления так просто уже не удается.

Кривошипно-шатунный механизм и поршневая группа таят в себе большой резерв повышения мощностных характеристик двигателя.

Наибольшую прибавку мощности дает увеличение рабочего объема цилиндров двигателя за счет увеличения диаметра цилиндра и хода поршня. Первое предполагает применение поршней большого диаметра, второе — установку коленчатого вала с большим радиусом кривошипа.

К сожалению, на практике добиться значительного (более 15-20%) увеличения объема цилиндров исходного блока, как правило, не удается. Также не для всех двигателей можно найти «длинный» коленвал, а если такой имеется, возникают трудности размещения его в блоке (приходится подрезать отдельные элементы внутри блока). Стенки цилиндров с увеличением диаметра становятся тоньше, начинают «дышать». Это ведет к резкому снижению ресурса цилиндропоршневой группы, а иногда — к трещинам и разрушению стенок блока цилиндров. По этой причине стандартный блок двигателя ВАЗ-21083 переделать на объем более 1,7 л весьма проблематично.

Увеличенный объем цилиндров подразумевает установку новых поршней, а иногда коленвала и шатунов. При этом важно выдержать сумму размеров деталей по высоте блока при положении поршня в верхней и нижней мертвых точках. Это условие иногда приводит к необходимости увеличивать длину шатуна, укорачивать поршень и уменьшать диаметр его пальца, чтобы в НМТ поршень не «садился» на противовесы коленвала.

И, наконец, немалый (5-7%) выигрыш в мощности позволяют получить мероприятия, направленные на уменьшение потерь в ЦПГ. Это, как известно, изготовление облегченных шатунов, поршней и поршневых пальцев, а также применение тонких поршневых колец.

Головка блока и газораспределительный механизм (ГРМ) заключают в себе немалые резервы повышения мощности.

Фигурой номер один в этом комплексе является распределительный вал. От него зависит, к примеру, будет ли двигатель «моментным» (с большим крутящим моментом на низких и средних частотах вращения) или «оборотистым» (с высокой максимальной мощностью, реализуемой на высоких частотах вращения). В настоящее время можно приобрести целый ряд специальных «тюнинговых» распредвалов для большинства отечественных двигателей, различающихся профилем кулачков и высотой подъема клапана. Практика показала, что сам по себе такой вал, установленный в стандартный мотор, не обеспечит существенного повышения мощности без правильно подобранной формы камеры сгорания и доработки каналов. Более того, если сравнить «вклад» головки и распредвала в процесс повышения мощности мотора, то эффект от доработки головки блока будет выше.

Доработку головки начинают с выбора клапанов (точнее, размера их тарелки). В случае больших тарелок потребуется замена седел клапанов на седла с большим диаметром.

Далее выполняется обработка каналов в головке и впускном коллекторе с помощью специальных шаровых фрез. При этом каналы не должны быть цилиндрическими: необходимо обеспечить их плавное расширение по направлению к седлу клапана, переходящее в суженный диффузор на самом седле (такая форма снижает потери давления при впуске и выпуске).

Клапаны дорабатывают следующим образом: толщину тарелки уменьшают, чтобы при подъемах она не мешала потоку смеси или выхлопных газов, а профиль седел выполняют как можно более плавным, с уплотнительной фаской не более 1,0 мм.

Очень важное значение имеет доработка камеры сгорания. Главное — это увеличить сечение, открываемое клапанами вблизи боковых стенок камеры. Для этого необходимо расширить камеру, обработав боковые стенки по контуру прокладки головки. А вытеснителями иногда приходится жертвовать — их острые углы не для форсированного двигателя.

Читать еще: Что такое паровой двигатель и его история изобретения

Вместо стандартных направляющих втулок клапанов нередко устанавливают специальные бронзовые — они более долговечны в условиях повышенных нагрузок и лучше отводят тепло от клапана. Обязательно обеспечивают фиксацию коллекторов на головке посредством центрирующих штифтов или втулок, чтобы проходные каналы не имели уступов в месте стыка деталей.

И, наконец, заключительная операция — «проливка» камер сгорания, с целью последующей минимизации разницы в их объемах и достижения требуемой степени сжатия.

Перечень технологических операций по улучшению эксплуатационных характеристик автомобиля в целом можно продолжать и дальше. Включить, к примеру, комплекс работ по доработке трансмиссии, подвески и тормозов. Но, думаем, перечислив и кратко описав ключевые операции форсировки двигателя, нам удалось показать, что за этим понятием стоит трудоемкая работа, которая не может быть дешевой. Точнее, потому она не дешевая, что трудоемкая и точная. И ничего общего не имеет с «ускоренным» тюнингом.

Ясность в любом деле, как известно, прибавляет уверенности. Клиенту — в вопросе: «форсировать — не форсировать, платить — не платить». А мастеру, кроме денег — в полезности своего дела: приятно услышать благодарность хозяина старой «восьмерки», которая легко обходит новые 16-клапанные «десятки».

«Автомобиль и Сервис» о форсировании двигателей:

1. «Будем форсировать?» №№ 7,8,11/1999.

2. «Гоночный автомобиль: на пределе возможностей», №№ 5,6,8/2000.

Литровая мощность и методы форсирования двигателей

Литровой мощностью называют номинальную эффективную мощность, снимаемую с единицы рабочего объема двигателя:

Чем выше литровая мощность, тем меньше рабочий объем и соответственно меньшие габариты и массу имеет двигатель при одинаковой номинальной мощности.

По литровой мощности оценивают степень форсированности. Двигатели, имеющие высокие значения Nл называют форсированными.

Форсирование двигателя — это комплекс технических мероприятий, способствующих повышению литровой мощности.

Возможные способы форсирования двигателей следуют из выражения; Nл увеличивается с увеличением номинальной частоты вращения n, среднего эффективного давления ре или при применении двухтактного рабочего процесса.

Увеличение литровой мощности посредством повышения n широко используется в карбюраторных двигателях, для с временных моделей которых n достигает 6500 мин-1 и выше.

Дизели грузовых автомобилей, как правило, имеют номинальную частоту вращения, не превышающую 2600 мин-1.

По этой причине литровая мощность дизелей без наддува находится в пределах от 12 до 15 кВт/л и существенно уступает аналогичному показателю карбюраторных двигателей, имеющих Nл = 20…50 кВт/л.

Однако в настоящее время в ряде конструкций дизелей легковых автомобилей трудности форсирования их по частоте вращения удается преодолеть. Появляется все большее количество дизелей с номинальной частотой вращения n = 4500…5500 мин-1 и литровой мощностью до 20 кВт/л.

Для дизелей форсирование по частоте вращения менее характерно, чем для двигателей карбюраторных, для которых этот способ повышения литровой мощности является одним из основных.

Как следует из анализа зависимости, при переходе с четырехтактного рабочего цикла на двухтактный литровая мощность должна увеличиваться в два раза.

В действительности же при этом Nл увеличивается всего лишь в 1,5… 1,7 раза вследствие использования лишь части рабочего объема на процессы газообмена и снижения качества очистки и наполнения цилиндров, а также в результате дополнительных затрат энергии на привод продувочного насоса.

Большая (на 50…70%) литровая мощность — существенное достоинство двухтактного двигателя. Однако недоиспользование части рабочего объема цилиндра для получения индикаторной работы приводит к тому, что они имеют заметно более низкие энергоэкономические показатели, чем аналогичные четырехтактные двигатели.

К недостаткам двухтактных ДВС следует отнести сравнительно большую тепловую напряженность элементов цилиндропоршневой группы из-за более кратковременного протекания процессов газообмена и, следовательно, меньшего теплоотвода от деталей, формирующих камеру сгорания, а также большего теплоподвода к ним в единицу времени, что объясняется вдвое более частым следованием процессов сгорания.

Большим недостатком двухтактных карбюраторных двигателей является потеря части горючей смеси в период продувки цилиндра, что значительно снижает их экономичность.

Особое место в ряду мероприятий, направленных на повышение литровой мощности, занимает форсирование двигателей по среднему эффективному давлению рс.

Однако существенного увеличения Nл путем повышения рс удается достигнуть лишь при увеличении тепловой нагруженности рабочего цикла из-за подвода к рабочему телу большего количества теплоты.

Необходимая для этого подача в цилиндр большего количества топлива (возрастание цикловой подачи qп) требует для его полного сжигания и большего количества окислителя. На практике это реализуется путем увеличения количества свежего заряда, нагнетаемого в цилиндр двигателя под давлением.

Этот способ носит название наддува двигателя. При этом ре возрастает практически пропорционально увеличению плотности свежего заряда.

На рисунке изображена схема двигателя с наддувом и механическим приводом компрессора от коленчатого вала.

Рис. Схема наддува двигателя с приводным компрессором

Одним из недостатков такой системы наддува является существенное снижение экономичности двигателя, обусловленное необходимостью затрат энергии на привод компрессора.

Наибольшее распространение в практике современного двигателестроения получил газотурбинный наддув, схема которого приведена на рисунке выше.

Здесь для привода центробежного компрессора 1 используется энергия ОГ, срабатываемая в газовой турбине 2, конструктивно объединенной с компрессором в единый агрегат, который называют турбокомпрессором (ТК).

Поскольку при газотурбинном наддуве отсутствует механическая связь агрегата наддува с коленчатым валом двигателя, применение ТК заметно ухудшает тяговые характеристики и приемистость двигателя. Это связано с инерционностью системы роторов ТК, а также с уменьшением энергии отработавших газов при малых нагрузках, в связи с чем, особенно в начале разгона, не обеспечивается подача в цилиндр нужного количества свежего заряда. Для преодоления этих недостатков нередко возникает необходимость использования комбинированного наддува. Система комбинированного наддува выполняется в различных конструктивных вариантах и обычно представляет собой определенные комбинации наддува с приводным компрессором и газотурбинного наддува.

Для повышения плотности свежего заряда, подаваемого в цилиндры двигателя, в ряде случаев используются колебательные явления в системах газообмена (пульсации РТ в системе впуска и выпуска), являющиеся результатом цикличности следования процессов газообмена в цилиндре.

Если, например, задать впускному патрубку такие конструктивные параметры (в основном длину и площадь проходного сечения), чтобы перед закрытием впускного клапана около него была волна сжатия, то масса поступающего в цилиндр заряда увеличивается.

Аналогичный эффект можно получить, «настроив» выпускной трубопровод так, чтобы при открытом выпускном клапане вблизи него была волна разрежения. В результате этого улучшится очистка цилиндров и в него поступит большее количество свежего заряда.

При правильном выборе геометрических параметров систем газообмена в отдельных случаях с помощью динамического наддува становится возможным увеличить эффективную мощность двигателя на 15…25%.

При использовании наддува увеличивается механическая и тепловая напряженность элементов, формирующих камеру сгорания, что является одним из основных факторов, ограничивающих возможное увеличение плотности свежего заряда, поступающего в цилиндр. Поэтому при конструировании двигателей с наддувом и выборе величины давления на выходе из компрессора р’х необходимо учитывать возможные последствия роста механических и тепловых нагрузок на его элементы.

По величине создаваемого на входе в цилиндр дизеля давления рк (или степени повышения давления Пк=pк/p0) различают наддув низкий Пк 1,5…2,0 и высокий Пк > 2,0. При этом эффективная мощность двигателя увеличивается соответственно на 20…30, 40…50 и более 50%.

Применение наддува в двигателях с искровым зажиганием требует принятия специальных мер по предотвращению нарушения процесса сгорания, называемого детонацией. Это обстоятельство, а также более высокая тепловая напряженность лопаток турбины из-за большей температуры ОГ существенно усложняют практические возможности использования наддува в двигателях данного типа.

голоса

Рейтинг статьи