Доработка бензинового двигателя

Тюнинг двигателя заключается в его доработке, настройке, регулировке для увеличения мощности и крутящего момента с целью улучшения скоростных и тяговых свойств автомобиля, применительно к требованиям владельца. Для профессионалов автосервиса это развивающийся бизнес, для автомехаников любителей — своеобразное хобби, для изобретателей — необъятное поле деятельности. Достижения в этой сфере ограничены, с одной стороны, существующими техническими возможностями, а с другой — действующим законодательством, стандартами и правилами.

Содержание

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Се­рий­ный лег­ко­вой ав­то­мо­биль уни­вер­са­лен и при­спо­соб­лен для экс­плу­а­та­ции в раз­лич­ных ус­ло­ви­ях: в го­ро­дах с ин­тен­сив­ным дви­же­ни­ем, на за­го­род­ных до­ро­гах с раз­лич­ным ка­че­ст­вом по­кры­тия, на рав­ни­не, в гор­ной ме­ст­но­сти и т.д. Он дол­жен иметь хо­ро­шие тя­го­вые и ско­ро­ст­ные свой­ст­ва и в то же вре­мя быть эко­но­мич­ным, без­о­пас­ным и дол­го­веч­ным при при­е­м­ле­мой для по­ку­па­те­ля це­не.
Ре­зер­вы по­вы­ше­ния мощ­но­сти за­ло­же­ны в кон­ст­рук­ции лю­бо­го дви­га­те­ля. Раз­но­об­раз­ные, ча­с­то про­ти­во­ре­чи­вые, тре­бо­ва­ния за­ста­в­ля­ют ав­то­за­во­ды при­бе­гать к раз­лич­ным ком­про­мис­сам, жер­т­вуя од­ни­ми свой­ст­ва­ми ра­ди до­с­ти­же­ния дру­гих. При­ме­ни­тель­но к дви­га­те­лю это мощ­ность, кру­тя­щий мо­мент, то­п­лив­ная эко­но­мич­ность, то­к­сич­ность вы­хлоп­ных га­зов, уро­вень шу­ма, на­деж­ность и дол­го­веч­ность.
Дви­га­тель это сба­лан­си­ро­ван­ный аг­ре­гат, и не ис­клю­че­но, что до­бив­шись улуч­ше­ния од­них па­ра­ме­т­ров, мож­но по­лу­чить не­до­пу­с­ти­мое ухуд­ше­ние дру­гих. Тон­кую ре­гу­ли­ров­ку, на­строй­ку и глу­бо­кую до­ра­бот­ку спо­соб­ны вы­пол­нить ма­с­те­ра, об­ла­да­ю­щие вы­со­кой ква­ли­фи­ка­ци­ей и опы­том ра­бо­ты в ус­ло­ви­ях хо­ро­шо ос­на­щен­ной ма­с­тер­ской.
Тю­нинг тре­бу­ет ком­п­лекс­но­го под­хо­да, так как уве­ли­че­ние мощ­но­сти при­во­дит к воз­рас­та­нию на­гру­зок на де­та­ли дви­га­те­ля, что тре­бу­ет их за­ме­ны на бо­лее проч­ные, улуч­ше­ния ус­ло­вий смаз­ки и ох­ла­ж­де­ния.
Под бо­лее мощ­ный дви­га­тель не­об­хо­ди­мо адап­ти­ро­вать дру­гие аг­ре­га­ты, уз­лы и де­та­ли ав­то­мо­би­ля. На­при­мер, для пе­ре­да­чи воз­ро­с­ших на­гру­зок сле­ду­ет за­ме­нить сце­п­ле­ние на уси­лен­ное и т.д.

Тер­ми­ны и оп­ре­де­ле­ния

Мощ­ность — ра­бо­та, со­вер­ша­е­мая дви­га­те­лем в еди­ни­цу вре­ме­ни, уве­ли­чи­ва­ет­ся с ро­с­том кру­тя­ще­го мо­мен­та и обо­ро­тов ко­лен­ча­то­го ва­ла, из­ме­ря­ет­ся в кВт — ки­ло­ват­тах (ра­нее из­ме­ря­лась в ло­ша­ди­ных си­лах,1 л.с. — при­бли­зи­тель­но 0,74 кВт).
Кру­тя­щий мо­мент — уси­лие, со­з­да­ва­е­мое на ко­лен­ча­том ва­лу дви­га­те­ля в ре­зуль­та­те да­в­ле­ния га­зов на пор­шень при их сго­ра­нии и пе­ре­да­ва­е­мое транс­мис­си­ей на ве­ду­щие ко­ле­са ав­то­мо­би­ля, из­ме­ря­ет­ся в Нм — ньютоны на метр (мо­жет из­ме­рять­ся в кгс.м).
Ма­к­си­маль­ное зна­че­ние кру­тя­ще­го мо­мен­та при­хо­дит­ся на сред­ние обо­ро­ты дви­га­те­ля (при­мер­но 2500—3500 оборотов в минуту) 1 . Чем боль­ше кру­тя­щий мо­мент, тем луч­ше ди­на­ми­ка раз­го­на ав­то­мо­би­ля.
Обо­ро­ты дви­га­те­ля — ча­с­то­та вра­ще­ния ко­лен­ча­то­го ва­ла, из­ме­ря­ет­ся в оборотах в минуту.
Сте­пень сжа­тия — от­но­ше­ние пол­но­го объ­е­ма ци­лин­д­ра к объ­е­му ка­ме­ры сго­ра­ния. С ее уве­ли­че­ни­ем воз­рас­та­ют да­в­ле­ние и тем­пе­ра­ту­ра в ци­лин­д­рах дви­га­те­ля, и как след­ст­вие, ве­ро­ят­ность де­то­нации. Это тре­бу­ет при­ме­не­ния то­п­ли­ва с бОль­шим ок­та­но­вым чис­лом. Де­то­на­ция — “взрыв­ное” вос­пла­ме­не­ние го­рю­чей сме­си и ее сго­ра­ние со ско­ро­стью, зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ю­щей нор­маль­ную. Со­про­во­ж­да­ет­ся ха­ра­к­тер­ным ме­тал­ли­че­ским сту­ком и пе­ре­гре­вом дви­га­те­ля. Мо­жет при­ве­с­ти к по­вре­ж­де­нию порш­ня, порш­не­вых ко­лец, зер­ка­ла ци­лин­д­ра, кла­па­нов и све­чей за­жи­га­ния.
Го­рю­чая смесь — со­з­да­ет­ся си­с­те­мой пи­та­ния из то­п­ли­ва и воз­ду­ха, по­сту­па­ю­щих в ци­линдр дви­га­те­ля (при из­быт­ке то­п­ли­ва смесь на­зы­ва­ет­ся “бо­га­той”, при не­до­с­тат­ке — “бед­ной”). Оп­ти­маль­ный со­став сме­си на­зы­ва­ет­ся сте­хио­мет­ри­че­ским (на 1кг то­п­ли­ва — 14,7 кг воз­ду­ха).
Ко­эф­фи­ци­ент на­пол­не­ния — от­но­ше­ние фа­к­ти­че­ско­го ко­ли­че­ст­ва го­рю­чей сме­си, по­сту­пив­ше­го в ци­линдр, к ко­ли­че­ст­ву сме­си, ко­то­рое мог­ло бы при иде­аль­ных ус­ло­ви­ях по­ме­с­тить­ся в ци­лин­д­ре.
Инер­ци­он­ный на­пор — эф­фект, воз­ни­ка­ю­щий при дви­же­нии по­то­ка га­зов. В ча­ст­но­сти, он про­яв­ля­ет­ся в том, что при за­держ­ке за­кры­тия впу­ск­но­го кла­па­на го­рю­чая смесь, дви­га­ясь во впу­ск­ном тру­бо­про­во­де по инер­ции, про­дол­жа­ет на­пол­нять ци­линдр, не­смо­т­ря на то, что пор­шень уже на­чал дви­гать­ся вверх в та­к­те сжа­тия.
Фа­зы га­зо­рас­пре­де­ле­ния — мо­мен­ты от­кры­тия и за­кры­тия кла­па­нов, из­ме­ря­ют­ся в уг­лах по­во­ро­та ко­лен­ча­то­го ва­ла.

Ос­нов­ные спо­со­бы до­ра­бот­ки дви­га­те­ля

Мощ­ность порш­не­во­го бен­зи­но­во­го дви­га­те­ля за­ви­сит от его ли­т­ро­во­го объ­е­ма, сте­пе­ни сжа­тия и ко­ли­че­ст­ва го­рю­чей сме­си, по­сту­пив­шей в ци­линдр. Су­ще­ст­вен­ное вли­я­ние ока­зы­ва­ет со­став сме­си, оп­ре­де­ля­е­мый со­от­но­ше­ни­ем то­п­ли­ва, воз­ду­ха и про­ду­к­тов сго­ра­ния, ос­тав­ших­ся в ци­лин­д­ре от пре­ды­ду­ще­го ра­бо­че­го ци­к­ла.
“На­ст­рой­ка” фаз га­зо­рас­пре­де­ле­ния, от­лич­ная от за­во­дской, по­з­во­ля­ет эф­фе­к­тив­нее ис­поль­зо­вать инер­ци­он­ный на­пор га­зов при впу­с­ке и вы­пу­с­ке для по­вы­ше­ния на­пол­не­ния ци­лин­д­ров и улуч­ше­ния их очи­ст­ки от от­ра­бо­тав­ших га­зов. В си­лу осо­бен­но­стей кла­пан­ных га­зо­рас­пре­де­ли­тель­ных ме­ха­низ­мов обес­пе­чить оп­ти­маль­ные фа­зы мож­но в от­но­си­тель­но уз­ком ди­а­па­зо­не обо­ро­тов дви­га­те­ля. Их кор­ре­к­ти­ров­ку, как пра­ви­ло, осу­ще­ст­в­ля­ют пу­тем ус­та­нов­ки дру­го­го рас­пре­де­ли­тель­но­го ва­ла.

— Рас­пре­де­ли­тель­ные ва­лы, в оби­хо­де на­зы­ва­е­мые “вер­хо­вы­ми” и “ни­зо­вы­ми”, сме­ща­ют ма­к­си­мум кру­тя­ще­го мо­мен­та со­от­вет­ст­вен­но в об­ласть по­вы­шен­ных и по­ни­жен­ных обо­ро­тов.
— Бы­ст­ро­ход­ной (вер­хо­вой) на­зы­ва­ет­ся ус­та­нов­ка бо­лее ран­них фаз га­зо­рас­пре­де­ле­ния для сме­ще­ния ма­к­си­му­ма кру­тя­ще­го мо­мен­та в сто­ро­ну бОль­ших обо­ро­тов.
— Ти­хо­ход­ной (ни­зо­вой) на­зы­ва­ет­ся ус­та­нов­ка бо­лее позд­них фаз га­зо­рас­пре­де­ле­ния, сдви­га­ю­щих ма­к­си­мум кру­тя­ще­го мо­мен­та в сто­ро­ну мень­ших обо­ро­тов.
— Дви­га­тель с “бы­ст­ро­ход­ной” ре­гу­ли­ров­кой при про­чих рав­ных ус­ло­ви­ях по­вы­ша­ет ско­ро­ст­ные и сни­жа­ет тя­го­вые свой­ст­ва ав­то­мо­би­ля, а с “ти­хо­ход­ной” — улуч­ша­ет раз­гон и ухуд­ша­ет ско­ро­ст­ные свой­ст­ва.

Фото. Форма кулачков распределительных валов:
а — “спортивного”;
б — серийного

— Раз­рез­ные ше­с­тер­ни 2 , зуб­ча­тые вен­цы ко­то­рых мож­но по­во­ра­чи­вать от­но­си­тель­но сту­пи­цы, при­ме­ня­ют с раз­лич­ны­ми кон­ст­рук­ци­я­ми рас­пре­де­ли­тель­ных ва­лов с це­лью обес­пе­че­ния воз­мож­но­сти ма­к­си­маль­но точ­ной ре­гу­ли­ров­ки мо­мен­та от­кры­тия кла­па­нов (для “вы­ста­в­ле­ния” фаз га­зо­рас­пре­де­ле­ния).

Фото. Разрезные шестерни привода распределительного вала различной конструкции
— Кор­ре­к­ти­ров­ка ско­ро­сти от­кры­тия впу­ск­ных кла­па­нов. Ус­та­на­в­ли­ва­ют рас­пре­де­ли­тель­ный вал с ку­лач­ка­ми та­ко­го про­фи­ля, ко­то­рый сна­ча­ла за­мед­ля­ет, а за­тем ус­ко­ря­ет от­кры­тие кла­па­нов. В ре­зуль­та­те на пер­вой ста­дии в ци­лин­д­ре об­ра­зу­ет­ся по­вы­шен­ное раз­ря­же­ние, что по­с­ле рез­ко­го от­кры­тия кла­па­на при­во­дит к ро­с­ту ско­ро­сти го­рю­чей сме­си на впу­с­ке, уве­ли­че­нию на­пол­не­ния и со­от­вет­ст­ву­ю­ще­му по­вы­ше­нию мощ­но­сти дви­га­те­ля.

Умень­ше­ние со­про­ти­в­ле­ния дви­же­нию го­рю­чей сме­си на впу­с­ке и ис­поль­зо­ва­ние инер­ци­он­но­го на­по­ра для улуч­ше­ния на­пол­не­ния обес­пе­чи­ва­ют пу­тем про­ве­де­ния сле­ду­ю­щих ме­ро­при­я­тий 3 :
— ус­та­на­в­ли­ва­ют фильтр по­ни­жен­но­го (“ну­ле­во­го”) со­про­ти­в­ле­ния;
— уве­ли­чи­ва­ют про­ход­ные се­че­ния впу­ск­но­го тру­бо­про­во­да и ка­на­лов го­лов­ки ци­лин­д­ров;
— сгла­жи­ва­ют не­ров­но­сти, ос­тав­ши­е­ся по­с­ле от­лив­ки, и ино­гда по­ли­ру­ют вну­т­рен­ние по­верх­но­сти тру­бо­про­во­дов;
— рас­ши­ря­ют про­ход­ные се­че­ния ка­на­лов и по воз­мож­но­сти их с­пря­м­ля­ют;

Фото. Фильтры пониженного (на жаргоне — “нулевого”) сопротивления

ус­та­на­в­ли­ва­ют кла­па­ны с та­рел­кой боль­ше­го диа­мет­ра 4 ;

Фото. Впускные клапаны:
а — с увеличенной тарелкой и уменьшенным диаметром части стержня;
б — серийный

— сре­за­ют вы­сту­па­ю­щую во впу­ск­ной ка­нал часть на­пра­в­ля­ю­щей втул­ки кла­па­на и умень­ша­ют диа­метр ча­с­ти стерж­ня кла­па­на, рас­по­ло­жен­ной в ка­на­ле 5 ;
— ус­та­на­в­ли­ва­ют бо­лее ко­рот­кие впу­ск­ные па­т­руб­ки для по­вы­ше­ния ма­к­си­маль­ной мощ­но­сти на вы­со­ких обо­ро­тах 6 ;
— в дви­га­те­лях с впры­ском уве­ли­чи­ва­ют про­ход­ное се­че­ние дрос­сель­но­го уз­ла 7 ;

Рис. Снятие металла с клапана и его втулки для уменьшения сопротивления во впускном канале (пунктиром показаны первоначальные размеры)

для уве­ли­че­ния обо­рот­но­сти дви­га­те­ля за­слон­ку ста­вят не во впу­ск­ном ка­на­ле, а в па­т­руб­ке ка­ж­до­го ци­лин­д­ра. В че­ты­рех­ци­лин­д­ро­вых дви­га­те­лях ус­та­на­в­ли­ва­ют так на­зы­ва­е­мый “че­ты­рех­дрос­сель­ный впрыск”;
— ус­та­на­в­ли­ва­ют ре­зо­на­то­ры на впу­с­ке для уве­ли­че­ния эф­фе­к­та от инер­ци­он­но­го на­по­ра га­зов.

Сни­же­ние тем­пе­ра­ту­ры га­зов на впу­с­ке уве­ли­чи­ва­ет ве­со­вое на­пол­не­ние ци­лин­д­ров и умень­ша­ет ве­ро­ят­ность де­то­на­ции. Это­го до­с­ти­га­ют, ох­ла­ж­дая впу­ск­ной тру­бо­про­вод раз­лич­ны­ми ме­то­да­ми. При не­об­хо­ди­мо­сти изо­ли­ру­ют его от вы­пу­ск­но­го тру­бо­про­во­да.
При­ме­не­ние при­ну­ди­тель­но­го над­ду­ва с ис­поль­зо­ва­ни­ем на­гне­та­те­ля воз­ду­ха су­ще­ст­вен­но по­вы­ша­ет ве­со­вое на­пол­не­ние ци­лин­д­ра и уве­ли­чи­ва­ет мощ­ность. В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев на дви­га­тель ус­та­на­в­ли­ва­ют спе­ци­аль­ные ком­п­ле­к­ты — как пра­ви­ло, ком­прес­сор и де­та­ли его при­во­да. При этом не­об­хо­ди­мо по­ни­зить сте­пень сжа­тия при­мер­но на 30%. Не­до­стат­ком яв­ля­ет­ся по­я­в­ле­ние “тур­бо­я­мы” — сни­же­ния кру­тя­ще­го мо­мен­та на низ­ких обо­ро­тах. Нагруз­ка на де­та­ли дви­га­те­ля при над­ду­ве су­ще­ст­вен­но воз­рас­та­ет, что тре­бу­ет обя­за­тель­но­го при­ме­не­ния уси­лен­ной ша­тун­но-порш­не­вой груп­пы 8 .

“На­ст­рой­ка” си­с­те­мы вы­пу­с­ка улуч­ша­ет очи­ст­ку ци­лин­д­ров от от­ра­бо­тав­ших га­зов и по­вы­ша­ет ко­эф­фи­ци­ент на­пол­не­ния в оп­ре­де­лен­ном ди­а­па­зо­не обо­ро­тов дви­га­те­ля 9 . Это­го до­би­ва­ют­ся под­бо­ром дли­ны вы­пу­ск­ных тру­бо­про­во­дов. Счи­та­ет­ся наи­бо­лее эф­фе­к­тив­ным при­ме­не­ние вы­пу­ск­ных тру­бо­про­во­дов (“па­у­ков”) с па­т­руб­ка­ми оди­на­ко­вой дли­ны. Ино­г­да че­ты­ре тру­бо­про­во­да от ци­лин­д­ров сра­зу сво­дят в об­щую тру­бу. В дру­гом слу­чае сна­ча­ла со­еди­ня­ют по­пар­но вы­пу­ск­ные па­т­руб­ки пер­во­го и чет­вер­то­го, за­тем вто­ро­го и тре­тье­го ци­лин­д­ров и уже по­том их всех объ­е­ди­ня­ют.

Пря­мо­точ­ный глу­ши­тель 10 при­ме­ня­ют для сни­же­ния со­про­ти­в­ле­ния вы­хо­ду от­ра­бо­тав­ших га­зов на сред­них и вы­со­ких обо­ро­тах. По эф­фе­к­тив­но­сти глу­ше­ния зву­ка в боль­шин­ст­ве слу­ча­ев та­кой глу­ши­тель ус­ту­па­ет штат­но­му.
Пе­ре­про­грам­ми­ро­ва­ние си­с­те­мы уп­ра­в­ле­ния дви­га­те­лем (чип-тю­нинг) яв­ля­ет­ся вспо­мо­га­тель­ным ме­то­дом и да­ет ре­аль­ный ре­зуль­тат ко­гда ис­поль­зу­ет­ся для оп­ти­маль­ной на­строй­ки си­с­тем то­п­ли­во­по­да­чи и за­жи­га­ния при из­ме­не­нии фаз га­зо­рас­пре­де­ле­ния, ли­т­ра­жа, сте­пе­ни сжа­тия и не­ко­то­рых дру­гих па­ра­ме­т­ров дви­га­те­ля. Осо­бен­но эф­фе­к­ти­вен чип-тю­нинг при ус­та­нов­ке при­ну­ди­тель­но­го над­ду­ва.
Пря­мой эф­фект это­го ме­то­да не­зна­чи­те­лен, так как ос­но­ван на кор­ре­к­ти­ров­ке за­во­дских про­грамм элек­трон­ных си­с­тем уп­ра­в­ле­ния по­да­чей то­п­ли­ва 11 и уг­ла­ми опе­ре­же­ния за­жи­га­ния. В элек­трон­ный блок уп­ра­в­ле­ния (кон­т­рол­лер) ус­та­на­в­ли­ва­ют ми­к­ро­схе­му с иной про­грам­мой, а ино­гда пе­ре­про­грам­ми­ру­ют (“пе­ре­про­ши­ва­ют”) штат­ный чип. При этом уве­ли­чи­ва­ет­ся со­дер­жа­ние не­сго­рев­ших уг­ле­во­до­ро­дов в от­ра­бо­тав­ших га­зах 12 . В слу­чае ис­поль­зо­ва­ния бен­зи­на с тем же ок­та­но­вым чис­лом воз­рас­та­ет ве­ро­ят­ность де­то­на­ции из-за ус­та­нов­ки бо­лее ран­них уг­лов опе­ре­же­ния за­жи­га­ния.
Уве­ли­че­ние ра­бо­че­го объ­е­ма ци­лин­д­ра весь­ма эф­фе­к­тив­но, но тре­бу­ет серь­ез­ной пе­ре­дел­ки дви­га­те­ля.
Ли­т­раж уве­ли­чи­ва­ют тре­мя ос­нов­ны­ми спо­со­ба­ми 13 :

• при­ме­не­ни­ем ко­лен­ча­то­го ва­ла с уве­ли­чен­ным ра­ди­у­сом кри­во­ши­па;
• уве­ли­че­ни­ем диа­мет­ра ци­лин­д­ров — рас­точ­кой или за­ме­ной гильз;
• со­в­ме­ще­ни­ем пер­вых двух спо­со­бов.

Уве­ли­че­ние сте­пе­ни сжа­тия по­ло­жи­тель­но влия­ет на мощ­ность дви­га­те­ля, но это по­вы­ша­ет тре­бо­ва­ния к ок­та­но­во­му чис­лу то­п­ли­ва. С уче­том фа­к­ти­че­ских свойств при­ме­ня­е­мо­го то­п­ли­ва сте­пень сжа­тия под­би­ра­ют при до­ра­бот­ке дви­га­те­ля, ино­гда ее да­же при­хо­дит­ся умень­шать от­но­си­тель­но за­во­дской 14 .
Умень­ше­ние ме­ха­ни­че­ских по­терь в ос­нов­ном на­пра­в­ле­но на сни­же­ние тре­ния в па­ре “пор­шень с коль­ца­ми — гиль­за ци­лин­д­ра” 15 . С этой це­лью осу­ще­ст­в­ля­ют ком­п­лекс ме­ро­при­я­тий, в ча­ст­но­сти при­ме­ня­ют:

Фото. Шатуны
а – облегченный, Н-образного сечения;
б – серийный

— порш­ни с уко­ро­чен­ной юб­кой

Фото. Поршни
а – облегченный, с укороченной юбкой;
б – серийный.

— коль­ца за­ме­ня­ют на бо­лее уз­кие.

Фото. Поршневые кольца
а – узкие для облегченных поршней;
б – серийные

Ре­ко­мен­да­ции

• До на­ча­ла ра­бот не­об­хо­ди­мо ре­шить, что, за­чем и ка­кой це­ной же­ла­тель­но по­лу­чить в ре­зуль­та­те тю­нин­га. Сле­ду­ет из­бе­гать пе­ре­де­лок, ко­то­рые не со­от­вет­ст­ву­ют при­ня­то­му сти­лю и ус­ло­ви­ям во­ж­де­ния. Спор­тив­ный вы­со­ко­фор­си­ро­ван­ный дви­га­тель бу­дет про­во­ци­ро­вать “дер­га­ную”, нер­в­ную ез­ду, что в ус­ло­ви­ях обыч­ной экс­плу­а­та­ции не­же­ла­тель­но, а в не­ко­то­рых слу­ча­ях опас­но.
• Це­ле­со­об­раз­но оп­ре­де­лить и за­фи­к­си­ро­вать до­с­туп­ные по­ка­за­те­ли дви­га­те­ля до пе­ре­де­лок, ина­че объ­е­к­тив­но оце­нить ре­зуль­та­ты ра­бо­ты бу­дет не­воз­мож­но (см. при­мер­ную ме­то­ди­ку).
• Же­ла­тель­но вы­би­рать бо­лее про­стые ва­ри­ан­ты, на­при­мер, улуч­шить тя­го­вую ди­на­ми­ку ав­то­мо­би­ля мож­но не по­вы­ше­ни­ем мощ­но­сти дви­га­те­ля, а под­бо­ром пе­ре­да­точ­ных чи­сел транс­мис­сии.
• В лю­бом слу­чае не­об­хо­ди­мо про­яв­лять край­нюю ос­то­рож­ность, так как пе­ре­дел­ка дви­га­те­ля мо­жет при­ве­с­ти не толь­ко к бес­по­лез­ным ма­те­ри­аль­ным за­тра­там, по­те­ре га­ран­тий, про­б­ле­мам на тех­ос­мо­т­рах и при по­с­ле­ду­ю­щей про­да­же, но и по­вли­ять на без­о­пас­ность экс­плу­а­та­ции ав­то­мо­би­ля.

Кри­те­рии вы­бо­ра тю­нин­го­вой фир­мы

• По­ло­жи­тель­ные ре­ко­мен­да­ции ком­пе­тент­ных спе­ци­а­ли­стов и лиц, до­с­той­ных до­ве­рия.
• При воз­мож­но­сти проб­ная по­езд­ка на до­ве­ден­ном ав­то­мо­би­ле той же мо­де­ли, что пла­ни­ру­ет­ся к пе­ре­дел­ке, для по­лу­че­ния соб­ст­вен­но­го мне­ния об эф­фе­к­тив­но­сти.
• Ос­на­щен­ность ма­с­тер­ской ис­пы­та­тель­ным обо­ру­до­ва­ни­ем.

Пол­но­та и от­кры­тость ин­фор­ма­ции, пре­до­с­та­в­ля­е­мой ис­пол­ни­те­лем о спо­со­бах до­ра­бот­ки дви­га­те­ля, а так­же о по­ло­жи­тель­ных и от­ри­ца­тель­ных по­с­лед­ст­ви­ях про­ве­де­ния тех или иных ме­ро­при­я­тий 16 .

На­ли­чие до­го­во­ра в пись­мен­ной фор­ме, где ого­во­ре­ны пре­д­у­смо­т­рен­ный объ­ем ра­бот, кон­крет­ные ре­зуль­та­ты, ме­то­ды их оцен­ки, обя­за­тель­ст­ва сто­рон и т.д.

1 С дальнейшим ростом оборотов крутящий момент снижается относительно максимальной величины из-за ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью.
2 В случае цепного привода распределительного вала разрезными выполняют приводные звездочки.
3 Наиболее эффективным является замена карбюратора системой впрыска и штатной головки блока цилиндров на шестнадцатиклапанную.
4 При такой доработке важно сохранить необходимый запас прочности стенок рубашки охлаждения и перемычки между седлами клапанов — самой теплонагруженной части камеры сгорания.
5 Недостаток таких изменений — больший износ втулок и возрастающая вероятность обрыва клапанов.
6 На низких оборотах при коротких патрубках наполнение уменьшается из-за снижения инерционного напора газов. Проблема решается установкой в трубопроводе заслонок с автоматическим приводом, направляющих воздух на низких оборотах по длинному пути, а на высоких — по короткому.
7 Увеличивают диаметр впускного канала и дроссельной заслонки.
8 Усиление шатунно-поршневой группы необходимо и при установке системы впрыска закиси азота, применяемого для кратковременного увеличения мощности двигателя.
9 Наиболее эффективна совместная настройка впуска и выпуска, но она требует высокой квалификации исполнителя и специального оборудования.
10 Прямоточным называется глушитель с низким сопротивлением (противодавлением) движению выхлопных газов. Входная труба одновременно является выходной, имеет постоянное проходное сечение и сообщается своей перфорированной частью с камерой глушителя, заполненной звукопоглощающим материалом.
11 Особенность бензинового двигателя заключается в том, что максимальная топливная экономичность получается на несколько обедненной смеси. Для обеспечения топливной экономичности на основных эксплуатационных режимах штатная система питания топливом обеспечивает смесь именно такого состава. И только когда педаль газа практически полностью нажата, смесь автоматически обогащается и двигатель развивает максимальную мощность. Если систему питания перестроить на создание обогащенной смеси на всех режимах, мощность двигателя возрастет, но и увеличится расход топлива.
12 Нейтрализатор отработавших газов, если он есть, может быть поврежден, так как рассчитан на работу при стехиометрическом составе смеси.
13 Если меняют литраж, прирост мощности пропорционален увеличению рабочего объема. Например, для двигателей ВАЗ с ростом объема на каждую 1/10 литра мощность возрастает на 2—3 кВт.
14 Например, при установке принудительного наддува или с увеличением литража двигателя.
15 Хороший эффект дает применение энергосберегающих масел.
16 Практикуемая в некоторых случаях установка защиты новой программы блока электронного управления при чип-тюнинге впоследствии может привести к исключению возможности определения и устранения неисправностей обычными методами.

Примерная методика определения основных показателей работы двигателя

Мощность и крутящий момент мотора в гаражных условиях измерить нереально. Максимальную скорость, даже паспортную, развивать на дорогах общего пользования запрещено, да и опасно. Но некоторые проверки, действуя с помощником, используя секундомер и мерную канистру, соблюдая разумную осторожность, можно осуществить на подходящем для этого участке дороги.
Разгон с места до 100 км/ч. Осуществив ускорение в привычной манере, определяют затраченное время.
Ускорение на высшей передаче с 80 до 110 км/ч и на предыдущей — с 60 до 80 км/ч (проверка “эластичности”). При равномерном движении с начальной скоростью нужно резко и полностью нажать на педаль газа и определить время до достижения необходимой величины.
Расход топлива за пробег автомобиля не менее 100 км по городу или загородному шоссе — там, где преимущественно эксплуатируется автомобиль. Перед поездкой бензобак заполняется “под пробку”, затем расход определяется по количеству долитого топлива.
Повторные испытания после доработки двигателя следует проводить на тех же участках дорог, при такой же загрузке автомобиля, погоде и состоянии покрытия.

Тюнинг двигателя. Теория и практика.

Любая реконструкция двигателя с целью улучшения его характеристик – работа комплексная, основанная на четком представлении о том, что мы хотим получить, как это сделать, и можно ли это сделать вообще. Здесь без знания рабочих процессов, протекающих в двигателе, никак не обойтись. Также необходимо понимать, что в двигателе все взаимосвязано: изменение в одном узле ведет к перемене всего рабочего процесса- от воздухозаборника до среза выхлопной трубы. Причем на разных режимах любое вмешательство оказывает различное воздействие: что хорошо на одном режиме, может оказаться плохо на другом.

К основным характеристикам двигателя мы обычно относим крутящий момент и мощность. Именно их и стремятся увеличить, проводя тюнинг мотора. Осуществить это можно с помощью двух основных способов. Первый способ – увеличение крутящего момента на коленчатом вале. Второй – не трогая величину крутящего момента, переместить его в зону высоких оборотов.

Увеличение вращающего момента

Крутящий момент практически не зависит от частоты вращения коленвала, а определяется лишь объемом двигателя и давлением в цилиндре. С объемом все понятно – чем больше, насколько позволяет конструкция двигателя, тем лучше. Давление можно повысить, увеличив степень сжатия. Правда, резервов тут немного – возможности этого способа ограничены детонацией. Можно подойти и с другой стороны. Чем больше топливовоздушной смеси мы “загоним” в двигатель, тем, очевидно, больше тепла выделится при ее сгорании в цилиндре и тем выше будет давление в нем. Это справедливо для атмосферных моторов.

Второй вариант применим к семейству наддувных двигателей. Изменив характеристику блока управления, можно несколько увеличить величину наддува, благодаря чему удастся снять больший момент с коленчатого вала.

И третий вариант – добиться лучшего наполнения цилиндров, улучшив газодинамику, – самый распространенный и самый… негарантированный. Идея в том, что нужно сделать нечто с каналами и камерой сгорания… Но все по порядку.

Рабочий объем. Один из основных вариантов – увеличение рабочего объема цилиндров настолько, на сколько это
возможно. В разумных пределах, конечно. Для дорожного автомобиля этот подход наиболее правильный, потому что, увеличив
объем, при этом не изменяя распредвал, т.е. оставив моментную кривую в том же диапазоне оборотов, в котором она и была,
водителю не нужно будет переучиваться манере вождения. А на выходе получим искомое – более динамичный автомобиль.

Рабочий объем можно увеличить двумя способами – заменив стандартный коленвал на коленвал с большим эксцентриситетом или расточив цилиндры под поршни большего диаметра. Логично поинтересоваться – что более эффективно и что менее затратно. Ведь что такое объем двигателя: это есть произведение площади поршня на его ход. Увеличив, условно говоря, в два раза диаметр, мы в четыре раза увеличиваем площадь. Потому что в квадрате.

А увеличив в два раза ход, мы лишь в два раза увеличиваем объем. Вот такая математика. Теперь об экономике вопроса. На первый взгляд кажется, что замена кривошипного механизма менее затратна, нежели расточка блока в больший размер. Нюанс в том, что коленвал с большим эксцентриситетом еще найти надо. Делают их на заказ редкие фирмы, производство дорогостоящее и сложное. Разумно в этом случае уповать на стандартизацию производителя. Поэтому логично купить серийное изделие, в нашем случае коленвал, и уже под него подбирать поршневую группу. Конечно, понадобятся другие поршни и шатуны.

Это сложно, но подобрать можно. Вопрос в другом. Конструктивно такой ход закладывает дополнительные механические потери в работе двигателя, виновниками которых станут более короткие шатуны. Это аксиома- поставив коленвал с большим эксцентриситетом, придется поставить более короткие шатуны, ведь нарастить блок мы не сможем. В чем их минус? Чем короче шатун, тем с большим углом он “переламывается”, тем с большим усилием он прижимает поршень к стенке цилиндра. А чем больше усилие прижима, при том же коэффициенте трения, тем больше величина сопротивления движения. И этот фактор следует рассматривать не только с точки зрения механических потерь, но и с точки зрения надежности, т.к. короткие шатуны подвергаются большим нагрузкам.

В тюнинге, как правило, такими “мелочами” пренебрегают. Когда нельзя, но очень хочется, то можно. Очевидный выигрыш в плане минимизации затрат – увеличение рабочего объема за счет увеличения диаметра цилиндра. Как правило, все двигатели имеют достаточно толстую стенку цилиндра, запас по прочности. Если, скажем, на два миллиметра увеличить диаметр, то можно получить дополнительный объем. При толщине стенки 7-8 мм одним миллиметром можно пожертвовать. И достаточно часто можно обойтись серийными поршнями. Правда, однозначно заявлять, что увеличение диаметра цилиндров дешевле, нежели замена коленчатого вала, нельзя. Каждый из этих двух способов разумно рассматривать в ракурсе специфики отдельно взятого двигателя.

Наддувные технологии. Семейство турбированных двигателей интересно для тюнинга своими конструктивными особенностями, серьезно упрощающими настройку мотора. В нашем случае можно получить больший момент, опять-таки не трогая ни моментную кривую, ни объем и даже не разбирая двигатель, лишь незначительно изменив величину наддува.

В чем особенность конструкции наддувных двигателей? Прежде всего в особенностях управления компрессором, будь то турбина или механический компрессор. Давление наддува и первого, и второго зависит от количества оборотов двигателя. Чем больше оборотов, тем выше давление. Но увеличивать его можно только до определенной величины. За этим следит блок управления, стравливая лишнее давление. Изменив его характеристику, т.е. слегка подняв планку этого самого стравливания, мы увеличим давление, с которым топливо-воздушная смесь “забивается” в объем цилиндра. И забивает реально больший объем, нежели в случае “щадящих” параметров у серийного двигателя.

Работы по увеличению давления не безболезненны – у серийных двигателей есть определенный запас по механическим и тепловым нагрузкам, по детонационной стойкости. В разумных пределах увеличить наддув возможно. Но если перешагнуть, то чтобы не сломать двигатель, придется прибегнуть к дополнительным переделкам – увеличить объем камеры сгорания, изменить систему охлаждения, установить дополнительный радиатор, воздухозаборники, промежуточный охладитель воздуха. Наверное придется чугунный коленчатый вал заменить на стальной, подобрать более прочные поршни и обеспечить им охлаждение.

Изменения в газодинамике. Суть понятна – для того чтобы получить больший момент, надо увеличить заряд топливо-воздушной смеси. Что можно сделать? Можно взять инструмент и убрать дефекты серийной сборки – сделать впускные и выпускные каналы более гладкими и ровными, ликвидировать уступы и острые углы в местах стыка деталей, убрать в камере сгорания непродуваемые зоны, заменить клапана и седла. Работы много, но гарантии нет. Почему?

Аэродинамика – вещь непростая. Математически описать процессы, проистекающие в двигателе, сложно. Взять ручку, бумагу и сделать вычисления и исходя из результатов что-то подрезать, отрезать, загнуть – тяжело… Или “кинуть глазом” и сказать, где тут лишнее… Порой результат прямо противоположный ожидаемому или никакой. Ради справедливости надо сказать, что в аэродинамике есть резервы. Но извлечь их гарантированно можно, только выполнив ряд экспериментов, продувая пластилиновые макеты впускных каналов на специальной установке, подбирая их форму и сечение в соответствии с требованиями новых условий работы двигателя. Маловероятно, что это можно сделать “на коленке”.

Увеличение мощности

Что такое мощность? Это произведение крутящего момента на скорость вращения двигателя. Таким образом, сместив стандартную характеристику момента в зону высоких оборотов, мы получим искомую прибавку мощности. Минус- на низах мотор плохо “едет”.

Любой газораспределительный механизм (без механизма изменяемых фаз) позволяет хорошо наполнять цилиндры только в своем
диапазоне оборотов. И как только мы перемещаем вращающий момент в область более высоких оборотов, мы тут же потеряем его внизу. На низких цилиндры будут плохо продуваться, а для обычного дорожного автомобиля это плохо – давим на газ, а он не
едет. Водитель должен держать стрелку в зоне высоких оборотов. Трогаться с места – сцепление жечь. Поэтому все серийные двигатели имеют максимальный момент где-то в области разумных 2-3 тысяч, чтобы внизу ничего не провалилось.

Конечно, современные двигатели с изменяемыми фазами газораспределения такими провалами не страдают. На низких оборотах с помощью регулирующего механизма фазы становятся узкими, перекрытие (длительность одновременного открытия впускных и выпускных клапанов) маленьким, и на низких оборотах происходит хорошее наполнение цилиндров.

Как только этот двигатель забирается в зону высоких оборотов, фазы расширяются, перекрытие увеличивается , цилиндры начинают хорошо продуваться на высоких оборотах, и мы имеем хороший вращающий момент.

Итак, если у нас традиционный мотор (без изменяемых фаз), мы можем сказать себе: плевать нам на низкие обороты, ставим широкофазный распредвал в двигатель, тем самым позволяем иметь хорошее наполнение в зоне высоких оборотов. Правда,
маловероятно, что мы получим большой вращающий момент, скорее всего, мы его по абсолютной величине получим такой же, как у серийного, только в зоне высоких оборотов.

Но произведение его на обороты, на которых он достигается, будет существенно больше, чем у серийного мотора, следовательно, и мощность выше. Двигатель будет иметь ярко выраженный спортивный характер. Использовать таким образом полученную мощность можно, только подогнав передаточные числа в трансмиссии. Это тот путь, который применяется в спорте.

Еще одним путем увеличения мощности двигателя является уменьшение механических потерь. Можно снизить потери на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе целым рядом мероприятий: снижением массы поршней и шатунов, уменьшением
размера юбки поршней и толщины поршневых колец, переносом места фиксации шатуна от осевого смещения в бобышки поршня и др.

Кроме того, имеет значение и снижение разбрызгивания масла коленвалом путем специального направления масла, сливаемого из головки блока, установки маслоотражающих экранов и т.д. Правда, эти мероприятия, в основном, эффективны
на высоких оборотах, когда потери на преодоление трения особенно велики.

От теории к практике

Итак, основные принципы мы выяснили. Попробуем теперь выбрать схему, по которой можно форсировать двигатель. Очевидно, первое, что надо решить, – насколько необходимо увеличить объем цилиндров. Если поставлена цель – достичь
максимального эффекта при форсировании, то объемом пренебрегать нельзя, даже если в нашем распоряжении не так много возможностей: повышение мощности и момента прямо пропорционально объему цилиндров. Следующее по значимости – это фазы газораспределения.

Необходимо сделать выбор: “строим” ли мы “скоростной” двигатель, который будет “раскручиваться” на высоких оборотах, или “моментный”, для работы на средних оборотах. Это, без сомнения, зависит от темперамента водителя и стиля езды. На этом этапе предстоит выбор распределительного вала для нашего мотора – именно параметры вала определяют характер изменения момента и мощности по частоте вращения коленвала. Все тюнинговые распредвалы можно условно разделить
на две группы: низовые и верховые. Исходя из названия, первые увеличивают момент в области низких оборотов двигателя, а вторые – в области высоких. Достигается это изменением высоты подъема и профиля кулачков, а также фазами открытия/закрытия
клапанов.

Низовые валы имеют небольшую высоту подъема и отсутствие зоны перекрытия клапанов, что предотвращает выбрасывание рабочей смеси обратно во впуск на низких оборотах. Уменьшение высоты подъема влечет за собой неизбежную потерю наполнения на высоких оборотах, что приводит к уменьшению макимальной мощности двигателя. Однако это не столь важно, так как основная область их применения – езда по городу. Основное достоинство таких валов – повышение крутящего момента на низах, что позволяет заметно быстрее ускоряться со светофора и лишний раз не включать пониженную передачу.

Верховые валы, напротив, имеют широкие фазы, высокие подъемы и довольно большую зону перекрытия клапанов. Это позволяет увеличить наполнение на верхах, как по причине увеличения проходного сечения в зоне клапана, так и за счет использования эффекта инерционного наддува. При этом почти всегда повышается мощность двигателя, а пик крутящего момента смещается в зону более высоких оборотов. Широкие фазы приводят к обратному выталкиванию смеси во впускной коллектор на низких частотах вращения, что вызывает снижение наполнения и провал на низах. Чем более “верховой” распредвал – тем сильнее этот эффект.

Разрезная шестерня

Рекомендуется также и установка так называемой разрезной шестерни – шкива Вернера, который позволяет, не меняя
натяжения ремня, смещать фазы газораспределения, то есть моменты открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов с высокой точностью, в то время как стандартная шестерня позволяет делать это с точностью в один зуб, чего недостаточно для получения хорошего результата.

Затем все узлы и детали двигателя “настраиваются” на объем двигателя, но главное, на соответствие выбранному распределительному валу. Другими словами, весь клапанный механизм, каналы впуска и выпуска, цилиндропоршневая группа – все “подстраивается” под характеристики распределительного вала. Какой бы мотор ни получился в результате – это будет уже новый, другой мотор. И им надо по-другому управлять. То есть по-иному, но точно регулировать состав топливно-воздушной смеси и угол опережения зажигания. Поэтому следующий этап работы – настройка системы управления двигателем (чип-тюнинг). Без этого новый двигатель не только не “выдаст” всех своих возможностей, но может проиграть своему стандартному аналогу. Особенно это касается двигателей с электронными системами впрыска топлива. (Подробнее о чип-тюнинге).

Кроме того, настройка мотора неизбежно повлечет за собой целый ряд мероприятий, таких, как работа с трансмиссией, с подвеской, с тормозами. Теоретически, да и практически, мощность двигателя можно увеличить весьма существенно, но вопрос в разумности этого мероприятия, т.к. рано или поздно сам автомобиль конструктивно перестанет соответствовать своему силовому агрегату. Есть некий предел, который ограничивает развесовка автомобиля, коэффициент сцепления его шин с дорогой. Смысла “накрутить” двигатель и в результате попросту палить сцепление, жечь резину и крошить ШРУСы – просто нет.

Закись азота

В случаях, когда прирост мощности и момента требуется только на короткий срок, используется более простая альтернатива
механическому тюнингу – закись азота N2О (нитрос). Нитрос- лучший выбор для тех, кто не хочет тратить много денег, но
при этом хочет добиться существенного увеличения мощности двигателя.

Механический тюнинг подразумевает непосредственное механическое вмешательство в работу двигателя, переделку его узлов и агрегатов. Это, в свою очередь, снижает ресурс двигателя, либо ведет к очень дорогостоящим заменам таких частей, как блоки цилиндров, поршни, шатуны, коленчатый и распредвалы, клапаны и т.д. Нитрооксидная система (НОС) включается по желанию водителя, а все остальное время двигатель работает в своем обычном режиме без дополнительных нагрузок и расхода топлива.

Откуда же берется прибавка мощности? Плотность закиси азота примерно на 50% больше плотности воздуха. Кислорода в ней порядка 36% (против 21% в атмосфере). Т. е. при разложении закиси выделяется в 1,7 раза больше кислорода, чем его находится в том же объеме воздуха. Чтобы подать необходимую для мгновенного ускорения порцию закиси в цилиндры, не нужна турбина или приводной компрессор – достаточно пустить сжиженый газ из баллона во впускной коллектор. Что и делают при разгоне, открывая клапан газовой магистрали посредством дистанционного привода.

Попав в двигатель, молекулы закиси азота под действием высоких температур распадаются на азот и кислород, и этот самый высвободившийся кислород позволяет бензину сгорать эффективнее. Давление в цилиндре повышается, и как результат- повышение мощности. А высвободившийся азот работает как антидетонатор, не давая процессу горения идти лавинообразно.

Закись азота также увеличивают плотность топливно-воздушной смеси. Подающаяся в состав смеси в виде сжиженного газа, закись азота приводит к ее немедленному охлаждению, т.к. температура испаряющегося сжиженного газа всегда на несколько
порядков ниже температуры окружающей среды. А как известно, более холодная и более плотная смесь лучше горит и производит больше мощности.

Типы систем закиси азота

Существуют три типа систем закиси азота – так называемые: “сухая”, “мокрая”, и система прямого впрыска (direct port).

• “Сухая” система является самой дешёвой и простой, закись подаётся одной форсункой в коллектор. Система неуправляема, её можно только включить и выключить. Под карбюратор или в коллектор за воздушным фильтром (у впрысковых моторов) врезается дополнительная форсунка для подачи закиси. Впрыск топлива осуществляется как обычно. Вот в этом-то и проблема. При подаче закиси азота нужно подать и больше горючего. Иначе смесь обеднится, и возникнет нежелательная детонация, которая вполне может привести к поломке двигателя. А поскольку впрыском управляет бортовой компьютер, то приходится либо перенастраивать его, увеличивая продолжительность открытия форсунок, либо повышать давление в топливной магистрали.
• “Мокрая” нитрос-система – более продвинутое устройство. Закись подаётся также как в «сухой», но дополнительно происходит подача топлива с помощью отдельной форсунки, что позволяет избегать появления детонации и достичь максимальных показателей для этого типа впрыска. Объем закиси азота и топлива выверяется компьютером нитрос-системы, что делает это устройство более самостоятельным и удобным в управлении. Единственная сложность в том, что к такой системе приходится проводить дополнительную топливную магистраль. Такие системы особо подходят для наддувных моторов.
• Третий тип систем впрыска закиси азота – это системы прямого впрыска. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена отдельная форсунка, которая по команде распределительного блока смешивает и отмеряет необходимое количество закиси азота и топлива. Таким образом существует возможность контролировать соотношение закись азота/топливо для каждого цилиндра индивидуально. Это самый мощный и один из самых точных типов систем. Системы прямого впрыска являются еще и самыми сложными в установке. В связи с этим, а также с их высокой мощностью, эти системы применяются в основном на гоночных автомобилях.

Все эти радости омрачаются некоторым риском. Все страшные истории про оплавившиеся поршни и сгоревшие движки подкреплены фактами. Пока вы устанавливаете относительно не мощную НОС (нитрооксидная система) , опасаться нечего. Главное выбрать правильный комплект для данного двигателя. 4-х цилиндровые двигатели позволяют получить дополнительные 40-60 л.с., 6 цилиндровые двигатели позволяют получить прибавку в диапазоне 75-100 л.с., малый блок V8 – до 140 л.с., большой блок V8 – 200 л.с. Эта рекомендуемая прибавка мощности, позволяющая оставить механику двигателя без доработки.

Если же это слишком мало для вас, то вам понадобится довольно сильно тюнинговать мотор. Сначала – замена шатунно-поршневой группы. Необходимо использовать кованые поршни вместо штатных из-за возросшей нагрузки на двигатель. Далее следует замена коленвала и настройка системы зажигания. Также необходимо использовать качественное топливо или специальный гоночный бензин. Часто требуется установка более мощного топливного насоса и более холодных свечей зажигания.

Топ 10 улучшений в конструкции двигателя. История от А до Я

История улучшения автомобильного двигателя в 10 частях

Большинство людей знают о том, что ModelT от Ford был первым по-настоящему доступным автомобилем. Но знаете ли вы, каким двигателем был оснащен данный автомобиль? Оригинальный ModelT, выпущенный в 1908 году, был оснащен 2,9-литровым четырехцилиндровым двигателем, мощность которого составляла всего 22 лошадиные силы.

Это по-настоящему крошечная мощность для двигателя такого размера, особенно если сравнивать с современными двигателями. Зато он точно превосходил «железное сердце» самого первого автомобиля– 1885 BenzPatentMotorwagen. Этот автомобиль был оснащен однопоршневым автомобильным двигателем, который генерировал только лишь две трети одной лошадиной силы.

Как вы видите, с самого начала автомобилестроения двигатели находились в постоянной эволюции. Сегодня они более мощные, тихие, более прочные, менее загрязняющие для окружающей среды, и более экономичные, чем когда-либо раньше, благодаря постоянным открытиям и достижениям в конструкции и технологии двигателя. В этом мы совсем недавно могли убедиться, совершив путешествие по заводу автомобилей Maserati и увидев процесс сборки моделей GranTurismo своими глазами (подробнее об этом путешествии здесь).

Автоинженеры не прекращают работу над способами улучшения движков внутреннего сгорания и пророчат им еще долгое будущее. Как много изобретений, которые на протяжении вот уже 150 лет непрерывно подвергаются улучшению и усовершенствованию, вам известно?

В этой статье мы расскажем о 10 из самых крупных и значительных прорывов в улучшении двигателей за всю историю их существования. Мы рассмотрим впрыск топлива и гибридные установки, мы узнаем, с чего все начиналось, и надеемся получить некоторое представление о том, куда мы движемся и чего ожидать в будущем.

10: Четырехтактный цикл двигателя. Что это такое?

Преимущества: более экономичный расход топлива, менее загрязняющий для окружающей среды.

Недостатки: более сложный, более дорогой в производстве.

Помните тот BenzPatentMotorwagen, о котором мы упоминали в самом начале? В дополнение к тому, что у его двигателя был только один поршень или цилиндр, это был двухтактный двигатель, как и большинство ранних двигателей. Тактом, если вы до сих пор не в курсе, называют одно движение поршня в двигателе.

Четыре такта стали одним из первых усовершенствований, внесенных в работу двигателя внутреннего сгорания в конце 19 века. В четырехтактном двигателе бензин сгорает за четыре шага: впуск, сжатие, мощность и выхлоп. Все эти четыре шага принимаются за два хода поршня вверх/вниз.

Ранее, более простые двухтактные двигатели осуществляли ту же задачу – а именно сжигание бензина для создания механического движения – но они делали это в два этапа. Сегодня двухтактные двигатели мы можем найти в небольшом механическом оборудовании, в газонокосилках, в небольших мотоциклах, и больших промышленных двигателях. Почти во всех автомобильных двигателях используется четырехтактный цикл. Но последние новости приходящие нам из-за рубежа свидетельствуют о том, что последняя песня двухтактного двигателя еще не спета! Более подробную информацию об этом вы можете подчерпнуть здесь.

Изобретение четырехтактного двигателя предоставило ряд преимуществ, включая более экономичный расход топлива, более длительный срок службы, больше мощности и крутящего момента, а также более чистые выхлопные газы. Тем не менее, по сравнению с двухтактными двигателями, они более сложные и дорогие в производстве, и требуют использования клапанов для впуска воздуха и выпуска отработанных газов.

Несмотря на это, четырехтактные двигатели стали отраслевым стандартом для автомобилей, и в ближайшее время, вероятно, никто не займет их места, поэтому более о них сказать нечего, а вот о роли клапанов и о том, как они были усовершенствованы в двигателе, мы узнаем немного позже в этой же статье.

А пока очередь подошла к наддуву и к тому, как он проделал свой путь из авиации в мир автомобилей. Приготовьтесь, вас ждет девятое улучшение двигателя, повлиявшее на историю его развития.

9: Улучшение двигателя с помощью наддува

Преимущества: больше мощности без увеличения объема двигателя.

Недостатки: расход топлива, турбо запоздание.

Двигателю необходимы три вещи для создания движения: топливо, воздух и зажигание. Чем больше воздуха втиснется в двигатель, тем большую мощность, генерируемую поршнями двигателя, он даст на выходе. Давнишним способом сделать это, и способом который становится все более популярным в последнее время, является использование наддува. Вам также могут быть знакомы слова турбонаддув и нагнетатель.

В двигателе с наддувом, воздух в камеру сгорания нагнетается при более высоком давлении, чем это происходит при обычных условиях, создавая высокую степень сжатия и больше мощности от каждого такта двигателя. Турбонаддув и нагнетатель, по существу, являются воздушными компрессорами, которые втискивают больше воздуха в двигатель.

Системы принудительной индукции (наддува) широко использовались в авиационных двигателях задолго до того, как ее начали применять в автомобильных двигателях 1960-х годов. Они особенно полезны для движков маленького объема, так как они могут генерировать много дополнительной мощности без увеличения размера двигателя, и не становясь причиной резкого падения экономии топлива.

Хорошим примером является турбированный автомобиль Mini Cooper S, объем двигателя которого составляет всего 1,6 литра, однако мощность, производимая этим двигателем, составляет 200 лошадиных сил. Кроме того, высокопроизводительные автомобили, такие как Porsche 911 Turbo или Corvette ZR-1, используют наддув для того чтобы достичь неповторимых успехов в мощности.

Недостатки? Автомобили, оснащенные турбонаддувами, часто нуждаются в бензине премиум класса. Стоит также упомянуть о турбо задержке, явлении, при котором вся выгода от высокой мощности не ощущается до тех пор, пока турбонаддув не поддаст газку на более высоких оборотах. В последние годы инженерам удалось сократить оба этих недостатка.

С тем, что из года в год ужесточаются нормы расхода топлива и выбросов в окружающую среду, многие автопроизводители прибегают к технологии наддува в небольших по объему двигателях, вместо создания более мощных моторов. Например, в Hyundai Sonata самым мощным двигателем теперь является не V-6, а четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом.

Далее мы рассмотрим, почему карбюраторы практически стали артефактом благодаря прямому впрыску топлива.

8: Впрыск топлива

Преимущества: лучшая приемистость, повышенная эффективность расхода топлива, больше мощности, более легкий запуск двигателя.

Недостатки: больше сложностей, потенциально дорогостоящий ремонт.

В течение многих десятилетий, предпочтительным методом для смешивания топлива и воздуха и внесения смеси в камеру сгорания двигателя был карбюратор. Выжмите педаль акселератора до конца, и карбюратор направит больше воздуха и топлива в двигатель.

С конца 1980-х годов, карбюраторы почти полностью были заменены впрыском топлива, гораздо более сложной и эффективной системой смешивания воздуха и горючего. Топливные форсунки распыляют бензин в коллекторе воздухозаборника, где топливо и воздух смешиваются в мелкий туман. Эта смесь клапанами вводиться в камеру сгорания каждого цилиндра во время такта впуска. Процессом впрыска топлива управляет бортовой компьютер двигателя.

Так почему же впрыск топлива пришел на смену карбюратору, чем улучшил он работу двигателя в автомобиле? Для начала двигатель с компьютерным управлением впрыска топлива проще запустить, особенно в морозные деньки, в то время как карбюратор мог внести некоторые сложности в вашу жизнь при низких температурах на улице. Двигатели с впрыском топлива также более эффективны и более оперативно реагируют на изменения в дросселе.

Впрыск топлива имеет свои недостатки с точки зрения его повышенной сложности. Ремонт системы впрыска является более дорогостоящим, чем ремонт карбюратора. Тем не менее, система стала отраслевым стандартом подачи топлива, и вряд ли карбюратор когда-нибудь сделает эффектное возвращение в топливную систему автомобиля.

В следующем разделе мы рассмотрим очередной продвинутый уровень в технологии впрыска топлива, известный как прямой впрыск топлива.

7: Прямой впрыск топлива

Преимущества: больше мощности, более эффективный расход топлива.

Недостатки: более дорогой в производстве, относительно новая технология.

Прямой впрыск является новой ступенью в усовершенствовании технологии впрыска топлива. Как вы уже могли догадаться из названия, прямой впрыск позволяет системе впрыска топлива пропустить один шаг, что добавляет эффективности двигателю, как следствие мы получаем больше мощности и лучшую экономию топлива.

В двигателе с прямым впрыском топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, а не во впускной коллектор. Бортовой компьютер двигателя убеждается в том, что топливо сгорает точно в том месте, где необходимо и когда это необходимо, тем самым сокращая излишнюю растрату столь ценного в наше время горючего. Как результат прямой впрыск обеспечивает более компактную смесь топлива и воздуха, которая более эффективно сгорает. В некотором смысле бензиновые моторы с прямым впрыском стали похожи на дизельные двигатели, которые всегда использовали некое подобие прямого впрыска топлива.

Как мы узнали ранее, двигатель с прямым впрыском топлива, по сравнению с двигателем с обычным впрыском, может похвастаться увеличением мощности и уменьшением расхода горючего. Но, как и у всего в этом мире, у данной системы есть свои недостатки. В первую очередь, эта технология очень новая, она пришла на рынок в последнее десятилетие или что-то около того. Все больше и больше компаний используют прямой впрыск в производстве своих автомобилей, но эта система все еще не стала стандартом.

Иногда двигатели с прямым впрыском могут проявлять накопления углеродистых отложений на впускных клапанах, что может вызвать проблемы с надежностью работы системы. Также, некоторые автомобильные настройщики озвучили некоторые затруднения, связанные с модификацией двигателей с прямым впрыском топлива. Несмотря на эти проблемы, сегодня система прямого впрыска топлива является горячей новинкой в автомобильных технологиях. И с течением времени мы ожидаем увидеть использование этой системы в большем количестве автомобильных моделей. По крайней мере, заверения о внедрении системы прямого впрыска в большинство автомобилей модельного ряда Ford, моделей Hyundai, а также других ожидаемых иномарок, уже получены.

Далее давайте рассмотрим использование алюминиевых блоков цилиндров двигателя, которые пришли на смену старой школе – железным блокам.

6: Алюминиевые блоки цилиндров двигателя, зачем это нужно?

Преимущества: легкий вес ведет к большей эффективности и лучшей управляемости.

Недостатки: на высоких температурах могут деформироваться.

В последние несколько лет прослеживается четкая тенденция по снижению веса автомобиля. Каждый автопроизводитель воплощает эту идею по-своему. Компании ищут способы уменьшить вес автомобиля с целью получения более экономичного расхода топлива и лучшей производительности. Еще одним из наиболее доступных и менее затратных способов является замещение железных частей корпуса двигателя на алюминиевые.

На протяжении многих лет железные блоки цилиндров двигателя были промышленным стандартом. Сегодня же в производстве большей части небольших двигателей используется алюминий, однако для больших автомобильных моторов, например, V-8, все еще используются железные блоки. Не секрет, что алюминий весит куда меньше, чем железо – как правило, алюминиевый двигатель весит вдвое меньше, чем железный такого же объема. Это приводит к общему снижению веса автомобиля, что благотворно сказывается на расходе топлива и на управляемости.

Однако алюминиевые блоки все же имеют некоторые недостатки. Как металл, железо гораздо крепче алюминия, который не так устойчив к высоким температурам. Многие ранние двигатели с алюминиевыми блоками цилиндров имели проблемы с деформацией цилиндров, что ставило под сомнение износостойкость самого движка. По большей части эти проблемы были устранены, и теперь алюминий четко заявил о себе, как о металле будущего, который поможет сократить вес автомобиля.

В следующем разделе мы поговорим о том, как распределительные валы устроили революцию в конструкции двигателя.

5: Распределительный вал верхнего расположения

Преимущества: более высокая производительность.

Недостатки: повышенная сложность конструкции.

Вы, вероятно, слышали в разговоре о двигателе термин «DOHC» (DualOverheadCamshaft–двойной верхний распределительный вал). Большинство людей признают, что мечтали бы иметь двигатель именно такой конструкции, но что это по своей сути? Этот термин относится к количеству распределительных валов верхнего расположения над каждым цилиндром двигателя.

Распределительные валы являются частью клапанного механизма вашего автомобиля, которые представляют собой систему, контролирующую подачу топлива и воздуха в цилиндры. На протяжении многих десятилетий двигатели были, как правило, оснащены OHV, т. е. с верхним расположением клапанов, эту систему также называли толкателем клапанов. Толкатели приводятся в движение распределительными валами внутри блоков цилиндров двигателя. Такой принцип конструкции придает дополнительный вес двигателю и ограничивает общую скорость.

В новой конструкции распределительных валов верхнего расположения, распредвалы намного меньше и вставляются непосредственно в головку цилиндра, а не в его блок. Преимуществом верхних распределительных валов является то, что они придают впускным и выпускным клапанам больше свободы, т.е. топливо, воздух и выхлопные газы могут двигаться через двигатель более свободно, добавляя мощности.

В то время как многие компании по производству автомобилей давно покончили с эрой толкателей клапанов, DOHC еще их полностью не вытеснил. Chrysler по-прежнему использует толкатели в двигателе Hemi V-8 для генерирования большей мощности; General Motors также использует толкатели в своих высокотехнологичных, современных двигателях V-8.Но уже с 1980-х годов ведущей для двигателей малых объемов стала конструкция распределительных валов верхнего расположения.

Недостатком наличия в вашем двигателе верхних распредвалов является то, что они увеличивают сложность в производстве, что влечет за собой увеличение стоимости. Вполне закономерная тенденция, не правда ли?

Далее мы еще больше узнаем о том, как клапаны влияют на производительность. Речь пойдет о регулируемых фазах газораспределения.

4: Очередное усовершенствование двигателя — регулируемые фазы газораспределения

Преимущества: экономия топлива, более гибкое распределение мощности.

Недостатки: больше затрат в производстве.

Если вы хоть немного знакомы с двигателями Honda, то вам наверняка знаком и термин VTEC. Люди, которые обладают автомобилями Honda и настраивают свои машины под высокую производительность, часто говорят о какой-то непонятной активации VTEC. Но что же это значит?

VTEC означает регулируемые фазы газораспределения и электронный контроль поднятия клапана, как формы регулируемого газораспределения. Есть моменты, когда двигателю требует большего расхода воздуха, например, во время резкого ускорения, но традиционная конструкция двигателя обычно не предоставляет достаточного объема воздуха, что приводит к снижению производительности. Регулируемые фазы газораспределения означает, что поток воздуха в клапаны и из них, при необходимости может быть замедлен или же наоборот ускорен. Подробнее о системе VTEC, читайте здесь.

Honda далеко не единственная компания, которая предлагает такую систему. Подобной системой обладают автомобили компании Toyota. Она имеет название VVT-i, что означает регулируемые фазы газораспределения с интеллектом, а BMW имеет систему Valvetronic или VANOS, что означает Variable Nockenwellensteuerung, т.е. регулятор распределительного вала. Несмотря на то, что все они работают по немного разным принципам, задача ими выполняется одна и та же – поставка и распределение больших притоков топлива и воздуха в клапаны на различных скоростях. Это делает двигатель более гибким и позволяет ему предоставлять максимальную производительность в различных условиях. Также, подобная система увеличивает экономию топлива.

На данном этапе автомобилестроения многие двигатели включают в себя регулируемые фазы газораспределения, которые зачастую регулируются бортовым компьютером двигателя. О том, какую революцию в конструкции двигателя произвели бортовые компьютеры, мы поговорим в следующем разделе.

3: Бортовой компьютер двигателя. Прогресс в улучшении систем работы двигателей на лицо

Преимущества: экономия топлива, упрощение и улучшение диагностики проблем.

Недостатки: сложность и стоимость.

Двигатель является невероятно сложным устройством. В его состав входят десятки движущихся частей, в нем (двигателе) одновременно происходит множество различных, сложных процессов. Вот почему все в современном автомобиле регулируется бортовым компьютером, который еще называют блоком управления двигателем, или ECU (EngineControlUnit). Это третье улучшение двигателя, о котором сегодня пойдет речь. Итак, мы выходим на финишную прямую.. но вернемся к теме.

ECU следит за такими процессами, как зажигание, смешивание воздуха и топлива, впрыск топлива, обороты холостого хода, и другими, заставляя все работать по заданной схеме. Он отслеживает, что происходит в двигателе, используя массу датчиков и производя миллионы вычислений каждую секунду, чтобы обеспечить идеальную работу всех систем. Другие электронные системы автомобиля контролируют такие вещи как подушки безопасности, температуру воздуха в салоне, антипробуксовочную систему, антиблокировочную систему тормозов и работу автоматической коробки переключения передач.

С тех пор, как в 1980-х в автомобиль впервые был установлен бортовой компьютер диагностики, автомобили становятся все более компьютеризированными. Этот компьютер отвечает за лампочку «checkengine»на вашей приборной доске. Механик может подключить компьютер к порту OBD (встроенной диагностики) и получить подробное представление о проблемных сторонах вашего автомобиля. Данные OBD не дают полной информации о том, что именно нужно предпринять, но полученные сведения предоставляют понимание об отправной точке в ремонте двигателя.

Помогая двигателю работать более эффективно, бортовой компьютер движка помогает расходовать топливо экономнее и предоставляет полную диагностику проблем в механизме «железного сердца». Но наряду со всеми очевидными плюсами, компьютеры делают двигатель автомобиля куда более сложным, и могут заставить механика попотеть над устранением каких-либо неполадок.

Далее мы узнаем больше о дизельных двигателях, и почему они больше не являются дымными, шумными горелками с низкой мощностью.

2: Чистые дизельные установки. Безнзиновый движок нервно покуривает в стороне

Преимущества: крутящий момент, экономия топлива, чистые выбросы.

Недостатки: низкие обороты, высокая первоначальная стоимость, цена на дизельное топливо.

До сих пор мы очень много говорили о бензиновых двигателях, но что насчет дизельных? Автомобили с дизельными двигателями не являются бестселлерами. Несмотря на превосходную экономию топлива по сравнению с аналогичным бензиновым двигателем, многие люди все еще думают о дизелях как о шумных, закопченных, вонючих и ненадежных двигателях 1970-80-х годов.

Это описание совсем не подходит для современных дизельных двигателей. Современный дизельный двигатель мощный, чистый и очень экономичный. Нынешний дизель использует топливо с низким содержанием серы, а внутренние системы автомобиля помогают очистить топливо от частиц инородных веществ и избыточного загрязнения.

Дизельные моторы, произведенные компаниями Volkswagen, Mercedes-Benz, BMW, Volvo и другими, могут похвастаться такими усовершенствованиями, как турбонаддув, сложные системы впрыска топлива, компьютерное управление. Все эти улучшения в двигателе делают его незаменимым и очень эффективным агрегатом в автомобиле.

Дизельные движки имеют некоторые недостатки, в основном это низкий уровень оборотов и более высокая стоимость дизельного топлива. Но так как многие из них не расходуют больше 6 литров на 100 км по трассе, водителю понадобится покупать топливо гораздо реже нежели его соседу, обладающему бензиновым двигателем внутреннего сгорания в своем авто . И если вам интересно, обладают ли дизельные моторы высокой производительностью, то взгляните на гонки 24 часа Ле-Мана, где гоночные автомобили команды Audi с дизельной силовой установкой, показывают один из лучших результатов.

И наконец, мы добрались до текущего лидера в области «зеленых» автомобилей – гибридный двигатель.

1: Гибридный двигатель. Надежда автомобильного прогресса

Преимущества: экономия топлива.

Недостатки: высокая начальная стоимость, сложность конструкции.

Сочетание высоких цен на топливо, повышение уровня экологического сознания среди водителей, и повышение правительством норм по расходу топлива и выбросов в окружающую среду заставили автомобильные моторы становиться более «зелеными», чем они когда-либо были. Одним из самых значимых улучшений двигателя, которое служит для повышения эффективности, в последние годы является гибридный двигатель.

Еще десять лет назад гибридный движок был темной лошадкой, но теперь принцип работы гибридной установки известен каждому – электродвигатель работает от литиевого аккумулятора в паре с традиционным бензиновым двигателем для достижения более высокой экономии топлива.

Toyota Prius остается лидером продаж среди гибридных автомобилей во всем мире. Модель может похвастаться 1,8-литровым четырехцилиндровым бензиновым двигателем, который в сочетании с электрическим мотором производит 134 лошадиных силы. На низких скоростях электрический движок действует в одиночку, а это означает, что автомобиль абсолютно не использует бензин. В других случаях он помогает бензиновому двигателю. Благодаря этой гибридной установке, расход топлива автомобиля, как по городу, так и по трассе, составляет не более 4,5 литров на 100 км.

Гибриды, такие как Prius, представляют собой последнюю ступень эволюции в технологии внутреннего сгорания. Тогда как главным преимуществом гибридного двигателя является высокая эффективность расхода топлива, он все же имеет и отрицательную сторону. Гибриды имеют более высокую первоначальную стоимость, чем их негибридные аналоги, а некоторые даже утверждают, что бензин должен стоить куда дороже, чтобы владелец смог окупить все расходы на гибридный автомобиль.

Итак, становится ясно, что в усовершенствовании конструкции двигателя прослеживается явная тенденция к снижению выбросов в окружающую среду и более эффективному расходу топлива. В то время как полностью электрические автомобили становятся все более обыденным явлением, остается предельно ясным тот факт, что двигатель внутреннего сгорания все равно никуда не уйдет. Он просто будет продолжать развиваться и совершенствоваться, чтобы становится все лучше и лучше, как он это делает со времен Ford ModelT.

Источник Источник http://wiki.zr.ru/%D0%94%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B0_%D0%B1%D0%B5%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F

Тюнинг двигателя. Теория и практика.

Источник Источник Источник http://zap-online.ru/info/avtonovosti/top-10-uluchsheniy-v-konstrukcii-dvigatelya-istoriya-ot-do-ya