Два слова о мощности

В таком вопросе нельзя без щепотки теории, поэтому позвольте пару слов о природе мощности, чтобы смысл всяких «железных» доработок был понятнее. Подробно на этом вопросе я останавливался в одном из прошлых материалов, а тут лишь обозначу коротко по сути. Мощность для любого двигателя внутреннего сгорания может быть выражена как крутящий момент, умноженный на обороты, с коэффициентом.

Не волнуйтесь, на выходе это все та же работа в единицу времени, просто так куда удобнее оперировать цифрами из технических характеристик машины.

Поэтому очевидно: для увеличения мощности нужно увеличивать крутящий момент и обороты. Ну или один из этих параметров.

На словах задача выглядит просто. Казалось бы, какая разница, 5 тысяч оборотов или 8? На практике зависимость нагрузок на цилиндропоршневую группу от оборотов – квадратичная. Если по-простому, то безоглядно поднимать рабочие обороты нельзя – мотор быстро получит необратимые механические повреждения. Поэтому нужно либо «затачивать» мотор под высокие обороты, либо все-таки идти путем увеличения крутящего момента.

Чуть о природе крутящего момента

С ним тоже не так все просто. При поднятии момента нагрузка на поршневую группу растет уже не квадратично, а линейно, но увеличивается нагрузка иначе. Сильнее нагружаются коленчатый вал, шатуны, поршневые пальцы и сам блок цилиндров.

Ну хорошо, будем увеличивать момент осторожно. А что для этого надо сделать? «Вогнать» в мотор больше воздуха для окисления большего количества топлива. Как известно, для сжигания одного килограмма бензина нужно 14,7-15 килограммов воздуха. В пересчете на литры это выглядит куда внушительнее: 1,4 литра бензина против 12 кубометров, или же 12 тысяч литров воздуха. Поэтому-то, как вы понимаете, не так сложно подать в мотор нужное количество бензина, как обеспечить его воздухом.

Поэтому крутящий момент будет зависеть от количества воздуха, подаваемого в цилиндр за такт, а мощность – от того, сколько мотор может переварить в единицу времени.

Выводы напрашиваются сами собой: для форсировки нужно либо увеличивать рабочий объем, либо применить наддув!

Когда актуально применять различные методы форсирования двигателя

Методы форсирования двигателя позволяют доработать заводскую конфигурацию мотора. Обычно увеличиваются такие показатели, как крутящий момент, а также максимальные обороты. В результате ДВС становится мощнее, если сравнить его с таким же штатным мотором.

С помощью каких методов форсирования двигателя можно достичь увеличения мощности? Прежде всего, устанавливаются прошедшие тюнинг элементы двигателя вместо стандартных. Также производится перепрошивка электронного блока управления. Эта процедура носит название chip-tuning. Также усовершенствуется и другое штатное навесное оборудование. Кроме того, для форсирования двигателя используют такой метод, как установка турбины, компрессора. Система подачи топлива, впуска и выпуска также дорабатывается.

Необходимо отметить, что с помощью правильно подобранного метода форсирования двигателя можно усовершенствовать каждый мотор, работающий на бензине либо дизельном топливе. Если тюнинг не включает в себя установку турбины, мощность силового агрегата увеличивается на 10–20 %. Если же используется система турбонаддува, мотор будет мощнее на 40 %.

Как влияет форсирование двигателя на срок его службы? Период службы мотора может как сократиться, так и увеличиться. Это зависит от того, в каких условиях используется ДВС, и с какой целью увеличивается его мощность.

Для наглядности сравним форсированный двигатель со штатным. Когда сборка нового усиленного силового агрегата происходит в техническом центре, где эту процедуру выполняют профессионалы, то срок службы такого мотора будет больше в 1,5–2 раза, чем у стандартного. Объясняется это тем, что, когда собираются штатные ДВС на заводе, не производится индивидуальная настройка и точная подгонка элементов двигателя.

При конвейерной сборке моторы собирают так, чтобы они соответствовали всем требованиям. При этом не делается акцент на точности и надежности работы силовой установки.

Напротив, когда мотор собирается индивидуально, специалисты производят развесовку, балансировку и другие настройки с максимальной точностью. Такой подход в тюнинге позволяет достигнуть наилучших показателей. Кроме того, на силовой агрегат монтируются усиленные детали и узлы, которые могут выдержать повышенные нагрузки.

У любого метода форсирования двигателя есть недостатки. Например, на эту процедуру придется потратить крупную сумму, а также усовершенствовать множество узлов авто, например подвеску, коробку передач и тормоза.

Нередко автотюнинг с максимальным увеличением мощности включает в себя установку турбины либо компрессора. Однако большинство автовладельцев предпочитает прибегать к методам форсирования двигателя, не требующим установки турбонаддува.

Крутящий момент и объем

Так уж получилось, что в отношении почти любого атмосферного двигателя действует эмпирическое правило: 85-100 ньютон-метров приходятся на 1 литр рабочего объема. Моторчик объемом 1,6 литра будет иметь 140-160 Нм, двухлитровый – 180-200. Это фактический предел.

Правило это довольно универсальное и применимое к моторам как давним, так и совсем новым. Мощным и совсем слабеньким. Разве что совсем старые моторы отклоняются от него. Вот МеМЗ-968, мотор от Запорожца, его рабочий объем 1,2 литра, момент – 80 Нм. Но при этом ВАЗ-2101 – те же 1,2 литра, но уже 87 Нм. И это старые карбюраторные двигатели с совершенно ужасными по современным меркам характеристиками системы питания и зажигания!

Статьи / История Почему современные моторы ломаются чаще старых и проверенных В нашей статье про самые надежные моторы почти не встречаются современные двигатели. При этом среди тех, которые лучше не брать, новыхбольшинство. Совпадение? Не думаю. 226911 14 121 23.02.2015

У современного моторчика Skoda Fabia 1,2 выдает уже 112 Нм. Тойотовский 1ZZ-FE на 1,8 литра объема выдает 171 Нм, а куда более мощный 2ZZ-GE – всего 180 Нм. Мерседесовский М111 2,3 литра выдает 220 Нм, а куда более новый и мощный М272 3,0 – ровно 300 Нм. Экстремально форсированный Honda K20A 2,0 имеет момент 215 Нм – чуть лучше «среднего». Ну и так далее.

Кстати, даже формульные атмосферные моторы 2,4 имели момент в пределах 260 Нм. При оборотах за 18 тысяч этого хватало для получения очень высокой мощности.

Причина столь малого разброса в «форсировании по моменту» именно в том, что он зависит от степени наполнения, площади поршня и хода поршня. Степень наполнения ограничена атмосферным давлением и еще немного можно выжать за счет хорошо проработанной системы впуска. Поэтому сильно поднять крутящий момент без увеличения рабочего объема не только нельзя, этого попросту не нужно.

Вот моторы с турбонаддувом делают, что хотят. Хотите 250 Нм с мотора 1,4? Пожалуйста, двигатель 1,4 TSI EA111 на Skoda Octavia это может. На Fabia RS тот же мотор мощнее, но момент такой же. А на Мерседесах мотор M274 2,0 DE20 AL может иметь как 350 Нм, так и 370. В общем, любые варианты возможны. Турбина наддует столько, сколько выдержит механическая часть мотора.

Главный вывод, который нужно сделать: без наддува нет момента. Даже самые серьезные изменения дадут лишь небольшой прирост. И то в основном на высоких оборотах.

Про форсировку турбомоторов я подробно расскажу в следующей статье. Но если вы противник турбин и все же решились «допилить» свой атмосферный мотор, двинемся дальше. Что такого происходит с мотором, что с атмосферного 1,6 какой-нибудь Fiesta получают 180-220 лошадиных сил без всякого наддува, а мощность скромных двухлитровых с турбонаддувом переваливает за 400 или даже 800 сил? И что придется поменять в вашем совершенно обычном двигателе, чтобы он выдавал хотя бы 180-200 «лошадей»? Глобально вроде бы все понятно: либо «дуть» во имя момента, либо «крутить» во имя оборотов. А что придется менять в конструкции для достижения фантастических результатов?

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.

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.

Увеличение рабочего объёма

Если рассуждать чисто теоретически, то самым удачным вариантом улучшения отдачи мотора следует признать увеличение его совокупного рабочего объёма. Технически это можно реализовать разными способами – ростом количества цилиндров, увеличением их диаметра, изменением хода поршня.

Конечно, добавление цилиндров – задача, решить которую может только автопроизводитель, так что его сразу можно отбросить. А значит, реальных изменений можно добиться, корректируя только два последних параметра.

Заслонки впускного коллектора автомобиля Mazda

Но и здесь не всё просто. Диаметр цилиндра изменить можно, причём именно в сторону увеличения, но при этом следует подвергнуть соответствующей обработке блок цилиндров (такая операция называется расточкой, она часто применяется при выполнении капремонта двигателей).

Остаётся только подобрать новые поршни с увеличенным диаметром, после чего нанести на их поверхность микронеровности для улучшения сцепных свойств с масляной плёнкой.

Проще всего вносить подобные изменения в силовые агрегаты, имеющие алюминиевые блоки и мокрые вставные гильзы. В этом случае подобрать новый комплект с увеличенным диаметром не составит труда – в розничной сети они представлены в обширном ассортименте. Более сложной задачей является увеличение хода поршней, поскольку для этого придётся вносить изменения в коленвал. Конкретнее – увеличивать радиус кривошипа. К счастью, автоиндустрия и здесь приходит на помощь: в продаже имеется огромное количество разновидностей коленчатых валов, предназначенных, в том числе, для применения на тюнингованных моторах.

Форсированный режим двигателя посредством увеличения его объёма требует использования так называемых длинноходных или, напротив, короткоходных вариантов, в зависимости от изменения диаметра цилиндра или хода поршня. В некоторых случаях корректировке подвергаются оба параметра, но тогда подбор требуемых компонентов усложняется ввиду уменьшения количества подходящих вариантов.

Не следует забывать о том, что изменение объёма мотора оказывает влияние как на параметр мощности, измеряемый в лошадиных силах, так и на величину оборотов, при которых достигается пик мощности, а также на величину крутящего момента – это взаимосвязанные характеристики. Причем эта зависимость носит вполне определённый характер: увеличение мощности и крутящего момента соответствует уменьшению оборотов вращения коленвала.

Уменьшение механических потерь

Идеальных, «вечных» двигателей не существует – эту истину мы усваиваем с молоком матери…пардон, со школьной скамьи. ДВС в этом плане – далеко не самый эффективный вид моторов: его средний КПД не превышает 30%, и вполне очевидно, что потолок здесь ненамного выше. Если оставить в стороне потери горючего из-за скоротечности циклов воспламенения и горения (по этой причине теряется порядка 30% горючего), остаётся уповать на уменьшение механических потерь. Их источники известны:

• насосные потери;
• трение в ЦПГ;
• потери при работе многочисленного вспомогательного оборудования.

Основной проблемой принято считать трение поршней о стенки цилиндров – здесь мы имеем и большую площадь соприкосновения, и высокую скорость поступательного движения. Каким же образом можно уменьшить потери? Здесь тоже имеется несколько вариантов:

• применение сборных маслосъёмных колец;
• конструктивное увеличение рабочего зазора между трущимися деталями;
• использование шатунов меньшего веса.

Все три способа реализуемы, но они требуют тщательного выполнения процедуры балансировки и развесовки, то есть подбора всех деталей КШМ по весовым показателям.

Если говорить о насосных потерях, то здесь основная доля снижения эффективности силового агрегата приходится на трение в шейках коленвала. Уменьшить потери удаётся за счёт установки распредвала, характеризующегося более широкими рабочими фазами. Если дополнить это применением системы под названием «сухой картер», можно добиться значительного уменьшения насосных потерь в районе коленвала (моторное масло, как ни странно, предотвращая перегрев, тормозит вращение коленвала).

Наконец, немалая доля потерь мощности приходится на работу дополнительного оборудования. В качестве примера можно привести кондиционер (один из самых затратных потребителей), помпу, генератор, а также рулевой гидроусилитель – все они приводятся в движение от приводного ремня коленвала. Но поскольку отказаться от их использования нельзя, решить проблему, хотя бы частично, можно за счёт увеличения придаточного отношения помпы и генератора, что, конечно же, скажется на их характеристиках, и не в лучшую сторону.

Оптимизация процесса сгорания ТВС

Как ни странно, но для использования этого метода можно обойтись без детального изучения теории, объясняющей особенности процесса горения смеси в камере сгорания. Достаточно понимать, что объём КС должен быть минимизирован, что позволит избежать возникновения излишних тепловых потерь и уменьшить вероятность возникновения детонационных процессов, оказывающих огромное влияние на процесс горения ТВС. Существенного улучшения можно добиться и за счёт более эффективного приготовления смеси.

Уменьшение камеры сгорания и более тщательная её очистка – мероприятия вполне осуществимые, направленные на оптимизацию процесса воспламенения и сгорания смеси. Увеличения наполняемости КС можно добиться, уменьшив показатель аэродинамического сопротивления потоку воздуха во впускном и отработанным газам в выпускном трактах двигателя. Ещё одно направление работ – уменьшение аэродинамического сопротивления в каналах ГБ. Оптимизации также подлежит конструкция выхлопной системы, особенно резонатора. Имеет значение и его форма, и местоположение, помогает добиться желаемого монтаж многодроссельной системы, предполагающей установку выпускной трубы с индивидуальным подключением к цилиндрам.

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.

Форсировка малолитражного двигателя

На двигателе малого объёма (1300см3-1500см3) получить хорошую динамику разгона без сумасшедшей раскрутки двигателя до 6000-9000 об/мин. просто невозможно. Можно собрать, например, двигатель объёмом 1600 см3 (колен. вал с ходом 74.8 мм, поршень 82.4 мм), а распредвал поставить “низовой” с небольшим подъёмом клапанов, при этом “опередить” шестерню распредвала на 2-4 град. При этом мотор будет хорошо “тянуть” с низких оборотов. На двигатель 1700 см3 (колен. вал с ходом 78 мм, поршень 82.4мм)  можно поставить распредвал с подъёмами клапанов начиная с 10.93мм и выше. Эта комплектация мотора считается самой удачной. Двигатель имеет хороший “момент” во всём диапазоне оборотов и хорошо “крутится” до 8000 об/мин.

Форсировка «среднего» двигателя

Двигатель объемом 1800 см3 (колен. вал с ходом 80мм, поршень 84 мм) больше подходит для сторонников экстремальной езды или людей которым не жалко в скором будущем выкинуть свой блок цилиндров на помойку. При таком  литраже  крутящий момент позволяет “переключаться” на повышенные передачи даже при небольших оборотах.

Совершенно спокойно можно установить распредвал с подъёмом клапанов от 12 мм.
Холостые обороты конечно будут не устойчивые, но терпимые. В среднем нужно устанавливать 1000-1100 об/мин двигатель прекрасно их держит. А вот ресурс такого двигателя, к сожалению, оставляет желать лучшего. Бывали случаи, когда на высоких оборотах коленвалы с такими ходами ломались пополам.

Очень существенную, если не главную, роль в подготовке двигателя играет доработка головки блока цилиндров. Грамотно доработанная ГБЦ обеспечивает прибавку мощности двигателя до 20-30%. (существенно улучшаются наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью, сгорание смеси и отвод отработанных газов).

Можно установить воздушный фильтр нулевого сопротивления, раздельный выпускной коллектор (“паук” 4-2-1) и прямоточную выхлопную систему, что позволит снизить потери на стадиях впуска и выпуска. В целом тюнинг впускной и выпускной системы достаточно дорог, а прибавку по мощности дает незначительную. Зато, при условии грамотной доработанной ГБЦ, автомобиль приобретает благородный, “породистый” голос.

А если ты только начинающий фанат street racingа и на капитальные затраты на тюнинг двигателя еще не уверен, что готов потратиться, или тебя просто не устраивает динамика автомобиля?  

Лучшие методы форсирования двигателя из опыта автолюбителей

• Фильтруем с умом

  «Автошноркель повысит сопротивление потоку, поэтому выбирать этот элемент необходимо с учетом проходного сечения и длины. Не нужно устанавливать на него фильтр с малой пропускной способностью.

  Сегодня в продаже можно найти фильтры с минимальным сопротивлением потоку. Наиболее популярный K&N, который проходит 1 000 000 миль. Однако у него есть минусы: необходимо постоянно очищать от загрязнений, высушивать и наносить пропитку. Еще один метод автотюнинга — установить фильтр увеличенного размера от грузовой машины, к примеру».

• Работаем с турбиной

  «Автотурбина — это насос прямого вытеснения. Главный минус данного метода форсирования двигателя — узкий диапазон работы с высоким КПД. Производители автомобилей устраняют этот недостаток разными способами. К примеру, Ford использует турбину, на которой можно менять угол лопаток. Однако в большинстве случаев на заводах устанавливаются автотурбины со стандартными параметрами, поэтому на многих ДВС наблюдается турбояма.

  Что делать? Можно использовать механический нагнетатель, который в редких случаях устанавливается на заводские двигатели (даже дизельные). Механический нагнетатель достаточно часто используется в автотюнинге. Например, с его помощью можно выровнять параметры наддува. Однако будьте готовы к серьезным финансовым расходам. Если вам нужно тюнинговать двигатель, чтобы он тянул на низких оборотах, то лучше приобрести турбину, работающую «на низах». К сожалению, на высоких оборотах мотор будет терять в мощности. В некоторых ситуациях при необходимости наддув можно вывести вверх».

• Осторожнее с наддувом

  «Эффективный метод форсирования двигателя — повысить давление наддува. Однако в этом случае мотор, как бензиновый, так и дизельный, может детонировать. Кроме того, постоянно повышать давление невозможно.

  Необходимо соблюдать границы степени сжатия, которые рассчитаны для конкретного ДВС. В противном случае поршни и форкамеры могут прогореть. Поэтому данный метод форсирования двигателя следует использовать с осторожностью. Если увеличить диаметр клапанов, продувка камер станет лучше. На спортивных авто подгоняют коллекторы, а также спиливают выступающую в канал часть втулки клапана. Это также способствует лучшей продувке. Кстати, ресурс мотора после такого тюнинга останется неизменным».

• Настроенный выхлоп – настроенный мотор

  «Проверенный метод форсирования двигателя — настройка выхлопной системы. Такой тюнинг подойдет как для моторов с наддувом, так и для атмосферных ДВС. Выхлоп создает сопротивление потоку. Чтобы сделать сопротивление меньше, следует укоротить длину либо проходное сечение. В результате мотор станет мощнее. В продаже можно найти специальные устройства, к примеру, позволяющие дистанционно открывать клапан на открытие выхлопа наружу сразу после двигателя. Необходимо также правильно настроить мотор. Чтобы положение распределительного вала на машине было точным, используются разрезные шестерни».

• Топливная система и впрыск – идем на взлет

  «Заводские ДВС имеют такую настройку, чтобы экономить топливо и не загрязнять окружающую среду. Однако когда вы хотите сделать мотор мощнее, следует усовершенствовать топливную систему. Дизельный автомобиль должен чуть-чуть коптить. Только так будет наилучшее соотношение топливной смеси и воздуха.

  Системы опережения впрыска также должны работать правильно. Могут быть переходные режимы, однако сегодня за это отвечает электронный блок управления. Провести корректировку можно не на каждом блоке. Поможет перепрошивка ЭБУ».

Pесурс форсированного мотора

Моторесурс форсированного двигателя, а следовательно и его износ зависят, прежде всего от степени форсировки,  нагрузки, условий эксплуатации и качества ГСМ . Режимы максимальных нагрузок в повседневной жизни используются крайне редко и, как правило, непродолжительное время. Поэтому можно смело утверждать, что при тюнинге ресурс двигателя практически не меняется. И, даже наоборот, может измениться в сторону увеличения. Доводка двигателя это, в большинстве случаев — индивидуальная высококвалифицированная ручная работа, точная подгонка, развесовка, балансировка ДВС. Используется самый современный инструмент, постоянно накапливается опыт и изучаются технологии. Разумеется, качество работы в этом случае не сопоставимы с конвейерной сборкой.

Правила тюнинга двигателя

Практически все бензиновые и дизельные двигатели в большей или меньшей степени пригодны для форсирования. Форсировка может привести как к уменьшению, так и к увеличению моторесурса двигателя, в зависимости от того, какие именно работы производятся. Ресурс любого двигателя напрямую зависит от режима эксплуатации автомобиля. Если машина эксплуатируется в нормальных, средних режимах на хорошем масле, то двигатель будет служить очень долго, а если это street racing, то извините.

К примеру, если взять заводской мотор и тюнинговый, собранный “с нуля” в специализированном центре опытными мастерами, то при одинаковых условиях эксплуатации второй двигатель пройдет в два раза больше. Это означает, что ресурс тюнингового двигателя примерно в два раза превышает заявленный заводом-изготовителем. Причина этого в том, что при массовом производстве просто нет времени возиться с каждым мотором, выверяя доли миллиметров в зазорах, подбирая поршни по весу. Особенно это актуально для российского автопрома, где основная задача – не обеспечить точность и надёжность, а “уместить” выпускаемую продукцию в так называемое “поле допусков”, а поле это оказывается, в свою очередь, весьма и весьма широким.

Получив доработанный (особенно в сторону более динамичной езды) двигатель, автовладелец неосознанно начинает менять стиль вождения, увеличивая нагрузку на двигатель и другие узлы автомобиля (нога сама давит на педаль газа). Ездить спокойно на тюнинговом автомобиле способны немногие, а это, в свою очередь, снижает ресурс узлов автомобиля.