Тюнинг двигателя

Любые усовершенствования двигателя должны основываться на базе знаний о принципах работы современных двигателей внутреннего сгорания. Для получения положительного результата должен быть разработан комплекс мероприятий с постановкой целей и определения путей их достижения.

 

Изменения, внесенные в один узел, сказываются на работе всей системы под названием автомобиль.

Основные динамические характеристики двигателя, на изменение которых направлены усилия при тюнинге

 

• Мощность
• Крутящий момент

 

Увеличение крутящего момента

 

Крутящий момент зависит от объема двигателя и давления в цилиндре, при этом прирост частоты вращения на величину момента почти не влияет. Рассмотрим каждую из интересующих нас величин по отдельности.

 

Увеличение рабочего объема двигателя

 

Очевидно, чем больше объем, тем лучше вращающий момент. Прирост объема может быть ограничен только конструктивными особенностями двигателя. Для автомобиля повседневного использования изменение объема без изменений газораспределительного механизма является оптимальным решением. В этом случае прирост крутящего момента будет доступен в среднем диапазоне оборотов двигателя. Иными словами, для получения необходимой динамики двигатель не нужно будет постоянно "крутить" до красной зоны тахометра.

 

Рабочий объем двигателя можно увеличить:

 

•  установив коленчатый вал с бОльшим плечом действия силы
• установив после расточки блока цилиндров поршни больше диаметра

 

Кривошипно-шатунный механизм с большим плечом действия силы (экцентриситетом) установить относительно просто, но делают такие валы на заказ (довольно трудоемкий процесс). В этом случае имеет смысл использовать стандартные решения автопроизводителя и приобрести серийный коленвал от мотора бОльшего объема и далее, исходя из его параметров, собирать поршневую группу.
В качестве решения этой проблемы производители тюнинг-комплектующих предлагают готовые комплекты кривошипно-шатунных механизмов, изготавливаемых специально под конкретную модель агрегата. Одним из существенных недостатков такого способа увеличения объема является увеличение трения - шатуны меньшего размера с большей силой прижимают поршни к стенкам цилиндра, что в итоге приводит к потерям на преодоление трения.

 

Расточка блока цилиндров на 1-2 мм и установка поршня бОльшего диаметра является более распространенным способом увеличения объема, так как требуют установки меньшего количества новых деталей. Ограничением применения этого способа является только недостаточная толщина стенки цилиндра для осуществления фрейзерных работ.

 

Увеличение наддува

 

Особенность конструкции турбированных двигателей делает их настройку относительно простой и продуктивной. При тюнинге турбомоторов можно получить значительный прирост момента без вмешательства в конструкцию агрегата. Тут действует простая схема: чем больше топливно-воздушной смеси попадет в камеру сгорания, тем больше энергии выделится при ее горении.

 

Стандартная программа управления двигателем имеет заданный верхний предел величины наддува, при достижении которого давление из системы сбрасывается байпасным клапаном (или blow-off).

 

Чип-тюнинг - это изменение настроек стандартной программы и повышение верхней границы сброса давления. Степень вмешательства в настройки зависит от запаса по механическим и тепловым нагрузкам, заложенного в серийный автомобиль.

 

Для дальнейшего наращивания наддува появляется необходимость усовершенствования конструкции двигателя. Для охлаждения двигателя требуется установка большего радиатора и дополнительные воздухозаборники. Система наддува дополняется промежуточным охладителем (интеркулером) большей производительности, перенастраивается система подачи топлива для избежания забеднения смеси.

 

Улучшение газодинамических характеристик двигателя

 

Еще один способ добиться хорошего наполнения цилиндров - улучшение газодинамики для снижения трения и завихрений воздушного потока.

 

Проще говоря, сокращается количество дефектов серийной сборки путем полировки и шлифовки впускных и выпускных каналов клапанов головки блока цилиндров (ГБЦ). Работа является очень трудозатратной, но результат усилий очень трудно прогнозировать. Аэродинамические процессы, происходящие в ГБЦ, тяжело описать одной формулой, поэтому на этапе разработки тюнинг-проекта  точные цифры прироста получить нельзя. Только в лабораторных условиях при изготовлении макетов каналов специалисты могут разработать оптимальную конфигурацию формы и сечения.

 

Увеличение мощности

 

Мощность - это скорость вращения двигателя умноженная на крутящий момент. Из этого определения следует, что смещение крутящего момента в зону высоких оборотов даст необходимую прибавку в мощности. Обратной стороной медали в этом случае будет потеря тяги "на низах".

 

Газораспределительный механизм без возможности смещения фаз позволяет подавать смесь в цилиндры только в определенном диапазоне оборотов. Для грамотной настройки работы двигателя автомобиля необходимо определить баланс между хорошей продуваемостью "на низах" и достаточным наполнением при высоких оборотах. Применив широкофазный распредвал мы можем получить откровенно спортивный мотор, выдающий высокую тягу только "на верхах". Такие настройки двигателя применяются при строительстве спортивных автомобилей с перенастройкой передаточных чисел трансмиссии.

 

Современные двигатели оснащают системами изменения фаз газораспределения, которые исключают провалы на всем диапазоне работы. На низких оборотах фазы открытия короткие, и не происходит выдувание еще не сгоревшей смеси. На высоких оборотах большое открытие делает возможным подачу большого количества смеси, тем самым увеличивается количество энергии горения и крутящий момент.

 

Сокращение механических потерь

 

Снижение потерь на преодоление сил трения и сил инерции является еще одним способом увеличения мощности двигателя.

 

Этого можно добиться путем снижения массы коленчатого вала, поршней и шатунов. Кроме того, можно сократить площадь трущихся деталей, изменив форму юбки поршня и уменьшив толщину поршневых колец. Также необходимо уделить внимание сокращению разбрызгивания масла коленвалом, перенаправив сливаемое из ГБЦ масло через маслоотражающие экраны.

 

Проект тюнинга двигателя

 

В первую очередь определяется, на сколько увеличить объем двигателя и каким способом достичь необходимого прироста.

 

Далее проектируется работа фаз газораспределения. Нужно выбрать между "скоростным" двигателем, работающим на высоких оборотах или "моментным", имеющим хорошую тягу в средних  режимах.
Параметры распределительного вала определяют характеристики работы двигателя в зависимости от частоты вращения.

 

Различная компоновка валов дает:

 

• прирост мощности в низком диапазоне оборотов (низовые валы)
• прирост мощности в высоком диапазоне оборотов (верховые валы)

 

Эти параметры зависят от высоты, профиля и положения кулачков.

 

Распределительные валы для работы двигателя на низких и средних оборотах характеризуются низким подъемом и отсутствием перекрытий при открытии впускных/выпускных клапанов. Применяются для создания двигателей, обладающих высоким крутящим моментом "на низах". Обеспечивают хороший старт и уменьшают необходимость частого переключения передач.

 

Распределительные валы для оборотистых двигателей характеризуются широкими фазами и высокими подъемами для открытия клапанов. Увеличивается наполнение на высоких оборотах, из-за большого перекрытия клапанов наблюдается эффект инерционного наддува. На высоких оборотах наблюдается существенный прирост мощности, при этом "на низах" двигатель плохо работает из-за выталкивания смеси обратно во впуск.

 

Для настройки системы газораспределения рекомендуется установка разрезной шестерни (шкив Вернера) - устройство для смещения фаз газораспределения без снятия ремня ГРМ. Таким образом можно очень точно настроить момент открытия и закрытия впускных/выпускных клапанов.

 

Завершающим этапом строительства двигателя всегда является чип-тюнинг. Исходя из параметров "железа" настраиваются параметры наддува, качества и количества топливно-воздушной смеси, угол опережения зажигания и т.д. Без этих настроек новый двигатель вряд ли выдаст запланированную мощность, а может быть и вообще не запустится.

 

Важно помнить, что прирост мощности и момента двигателя может быть ограничен конструкцией всего автомобиля. Существует определенный "потолок", при достижении которого дальнейшее наращивание мощности бессмысленно и опасно. Некоторые стандартные механизмы автомобиля просто не выдержат большого прироста: шины будут пробуксовывать, тормоза перегреваться, ШРУСы разрушаться и т.д.

Впрыск закиси азота

Впрыск закиси азота N2O - простой способ увеличения мощности без внесения существенных изменений в конструкцию автомобиля.

Двигатель работает в штатном режиме, не имея дополнительных нагрузок и большого расхода.

При включении впрыска закиси азота сжиженный газ попадает из баллона во впускной коллектор. Под воздействием высоких температур молекулы закиси азота распадаются на азот и кислород. Кислород увеличивает эффективность горения смеси почти в 2 раза, а азот исключает появление детонации. На время впрыска мощность двигателя существенно увеличивается.