В. Н. Степанов Тюнинг автомобильных двигателей Книга. Тюнинг двигателя книга


Игорь СкрипникТюнинг автомобиля своими руками

Предисловие

Автомобильным тюнингом в наше время уже никого не удивишь. Более того, доработка и реконструкция автомобиля давно уже стала настоящим искусством за рубежом. Пришло это искусство и в Россию, где существует весьма специфическая почва для тюнинга. В нашей стране долгое время существовали свои автомобильные стандарты. Соответственно и «автогерои» у нас свои собственные. Это машины отечественных марок, среди которых особо выделяются автомобили ВАЗ.

Казалось бы, что улучшать в «жигулях»! Однако, по мнению тысяч автолюбителей, ВАЗ – это практически безграничное поле для экспериментов на ниве тюнинга. Вряд ли вам захочется дорабатывать двигатель дорогой «мазды» или «тойоты». Это очень дорого и накладно. Тюнинг шикарных иномарок могут себе позволить далеко не все. Да и не всегда он нужен. А вот потрудиться над «жигулями» выпуска 80-х годов прошлого века – это интереснейшая задача.

Безусловно, это не означает, что наша книга будет совершенно бесполезна для владельцев иностранных авто. Они тоже найдут здесь много полезной информации. Но все же основное внимание будет уделено тюнингу отечественных машин. Любят в нашей стране вазовские изделия. Автомобили тольяттинского завода были и остаются народными и самыми популярными, и никуда от этого не денешься. Поэтому мы и выбрали основным объектом для тюнинга именно «жигули».

В книге собраны не только советы профессиональных автоинженеров, но и опыт обычных автолюбителей, своими силами, методом проб и ошибок дорабатывавших свои автомобили – пусть не до идеала, но до желанного образца. Речь пойдет о тюнинге различных частей автомобиля: двигателя, ходовой части, салона и кузова. А любители рэйсинга узнают много интересного о подготовке отечественных автомобилей к настоящему ралли.

Думается, каждый читатель, интересующийся современным тюнингом, найдет в этой книге что-то свое. И надеемся, что советы, приведенные здесь, помогут вам в практическом освоении современного тюнинга.

Тюнинг двигателя

Обычно, когда говорят об автомобильном тюнинге, подразумевают тюнинг кузова и салона. Может быть, потому, что доработка двигателя не столь бросается в глаза. Тем не менее, от работы двигателя часто зависит гораздо больше, нежели от того, насколько красиво сделан кузов или салон автомобиля. Для множества автолюбителей улучшение машины начинается (а порой и заканчивается) с работы над двигателем, ведь желание иметь более мощный автомобиль зачастую сильнее желания иметь автомобиль привлекательный внешне. Поэтому, вопреки расхожему мнению, скажем, что тюнинг автомобиля – это прежде всего тюнинг двигателя. С него и начнем.

Следует заметить, что реконструкцию двигателя может произвести далеко не каждый автолюбитель. Если для переделки кузова можно обойтись стандартным набором инструментов, то настоящий тюнинг двигателя зачастую можно провести только в заводских условиях и на дорогом оборудовании. Но не будем пугать владельцев авто. Те методы, о которых пойдет речь в данной главе, в принципе, доступны, и в рамках возможностей той или иной службы автосервиса можно провести работы по улучшению качества функционирования двигателя. Но сразу оговоримся: тюнинг двигателя потребует тонкой и кропотливой работы. Но результат все же этого стоит.

Динамические качества транспортного средства во многом зависят от технических характеристик двигателя, установленного на автомобиле. Как их оценить в полной мере?

Наиболее объективную оценку динамических качеств автомобильного двигателя можно получить при анализе его внешней скоростной характеристики. Внешняя скоростная характеристика – это зависимость показателей работы двигателя (мощности, крутящего момента, коэффициента наполнения цилиндров, удельного эффективного расхода топлива и др.) от частоты вращения коленчатого вала (KB) при неизменном положении органа управления, обеспечивающем максимальную подачу топлива в цилиндры.

Также важным параметром автомобильного двигателя, позволяющим оценить устойчивость его режима при работе по внешней скоростной характеристике, является коэффициент приспособляемости (k). Это значение определяется отношением максимального крутящего момента к номинальному крутящему моменту, развиваемому двигателем на номинальной мощности при номинальной частоте вращения КВ. Чем более крутой подъем преодолевает автомобиль, тем более заметно проявляется значимость этого параметра. Чем больше значение k, тем большее сопротивление движению может преодолеть автомобиль без переключения коробки передач на пониженную передачу.

Важен также и диапазон изменения частоты вращения KB, в котором двигатель устойчиво работает. Чем больше этот диапазон, тем лучшими динамическими качествами обладает автомобиль, тем легче управление двигателем. Скоростной диапазон устойчивой работы двигателя оценивается скоростным коэффициентом (kc), представляющим собой отношение частоты вращения KB при максимальном крутящем моменте к номинальной частоте вращения. Отсюда следует, что чем больше диапазон устойчивой работы двигателя, тем меньше значение kc. Другими словами, при выборе автомобиля предпочтение следует отдать тому, у двигателя которого меньшее значение kc.

При выборе авто следует знать еще один важный показатель, который достаточно часто применяется для оценки динамических качеств легковых автомобилей, – это приемистость. Это понятие включает в себя время разгона автомобиля с места до скорости 100 км/ч. Этот показатель во многом определяется значениями k и kc, но, кроме того, он зависит от соотношения номинальной мощности двигателя и массы автомобиля. Чем меньше масса автомобиля, приходящаяся на единицу номинальной мощности двигателя, тем меньше времени требуется автомобилю для достижения указанной скорости. Очевидно, что приемистость автомобиля с дизельным двигателем той же мощности, что и у бензинового, будет несколько хуже, так как удельная масса такого автомобиля больше. Некоторые тюнингованные спортивные автомобили имеют приемистость, которая оценивается временем менее 5 секунд.

Четверть века назад бензиновые автомобильные двигатели имели k = 1,25-1,35, тогда как для дизельных двигателей были характерны значения k = 1,05-1,15, при этом меньшие значения коэффициента приспособляемости имелись у двигателей с наддувом. Скоростной коэффициент для бензиновых двигателей составлял kc = 0,45-0,55, а для дизельных двигателей – соответственно kc = 0,55-0,70, достигая при высоком наддуве значения 0,8.

Чтобы улучшить указанные параметры автомобильных двигателей, используют несколько основных приемов. Это, во-первых, подбор наиболее эффективных фаз газораспределения. Во-вторых, использование волновых и инерционных явлений во впускном и выпускном тракте для улучшения очистки и наполнения цилиндров при работе двигателя в зоне максимального крутящего момента. В-третьих, это прием регулирования давления наддува воздуха или топливовоздушной смеси на впуске для двигателей с наддувом. И, наконец, прием увеличения цикловой подачи топлива с улучшением наполнения цилиндра при работе дизельного двигателя по скоростной характеристике в зоне максимального крутящего момента.

Следует отметить, что каждый из этих приемов в той или иной степени усложняет конструкцию двигателя, ухудшает его массо-габаритные показатели и увеличивает стоимость. Однако многие автофирмы не шли бы на подобные опыты с двигателями, если бы они не имели спрос и не оправдывали себя.

Известны расчетные значения к и кс, полученные для автомобилей нескольких ведущих фирм Германии, а также автомобилей ВАЗ и ГАЗ (табл. 1).

Специалисты утверждают, что для большинства современных бензиновых двигателей легковых автомобилей зарубежного производства к = 1,028-1,333, тогда как для дизельных двигателей характерны значения kc = 1,100-1,344.

В. Н. Степанов в своем пособии «Тюнинг автомобильных двигателей» сообщает о тенденции уменьшения нижнего предела диапазона k для бензиновых двигателей. Такой подход автор объясняет тем, что зарубежные легковые автомобили предназначены преимущественно для движения с высокой скоростью, и их двигатели имеют быстроходную регулировку. Применение в этих автомобилях автоматической коробки передач делает для водителя проблему своевременного переключения передач при возрастающем сопротивлении движению не столь актуальной. В то же время для дизельных двигателей произошло увеличение как нижнего, так и верхнего предела диапазона kc до значений, характерных для бензиновых двигателей и даже превосходящих последние (табл. 2). Это стало возможным благодаря коррекции топливоподачи, совершенствованию смесеобразования и применению регулируемого турбонаддува.

Таблица 1

Показатели динамических качеств легковых автомобилей с бензиновыми двигателями

Таблица 2

Показатели динамических качеств легковых автомобилей с дизельными двигателями

Значения скоростного коэффициента для современных бензиновых двигателей находятся в диапазоне kc=0,345-0,800, а для дизельных соответственно kc=0,364-0,620. Сравнивая эти цифры с данными 25-летней давности, В. Н. Степанов констатирует, что как для бензиновых, так и для дизельных двигателей удалось добиться почти одинакового расширения скоростного диапазона устойчивой работы (уменьшение нижнего предела kc). Верхний предел скоростного коэффициента дизельных двигателей также понизился, тогда как для наиболее высокооборотных бензиновых двигателей отмечено сужение скоростного диапазона с возрастанием значения kc до 0,8.

 

Можно утверждать, что современные дизельные двигатели легковых автомобилей по своим динамическим качествам фактически не уступают бензиновым.

Фазы газораспределения

Обычно фазы газораспределения (в дальнейшем – ФГР) подбираются заводскими инженерами таким образом, чтобы обеспечить экстремальное значение какого-либо одного наиболее важного, с точки зрения настройщика, параметра двигателя. Такими параметрами считаются, к примеру, мощность Pe (среднее эффективное давление pme), крутящий момент Ме, удельный эффективный расход топлива be, содержание токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) двигателя и др. При этом подбираются профили впускных и выпускных кулачков распределительного вала, определяющие ускорение и время-сечение открытия клапанов, а также взаимное положение распределительного (распределительных) и коленчатого валов, от которого зависит момент начала открытия клапанов.

При подборе ФГР нельзя пренебрегать значениями ограничительных факторов, например, максимально допустимым значением температуры отработавших газов (ОГ).

Специалисты утверждают, что изменение профилей кулачков распределительного вала в процессе работы двигателя нецелесообразно из-за значительной громоздкости и недостаточной надежности соответствующего исполнительного механизма и снижения по этой причине надежности двигателя в целом. Поэтому при выбранных в процессе доводки профилях кулачков дальнейший подбор ФГР заключается обычно в установке такого момента начала открытия клапанов, при котором происходит более эффективное наполнение цилиндров свежим зарядом.

Есть и другой подход к увеличению наполнения цилиндров. Он заключается в замене имеющегося распределительного вала на нестандартный, с расширенными фазами газораспределения. Отличный пример этого приводит В. Н. Степанов в вышеуказанном пособии. Он утверждает, что можно выполнить тюнинг карбюраторных и инжекторных двигателей ВАЗ-21083 с рабочим объемом 1,5 л и карбюраторных двигателей ВАЗ-21080 (1,3 л). Устанавливаемый нестандартный распределительный вал с расширенными ФГР имеет увеличенную высоту профиля кулачков, что позволяет увеличить ход клапанов до 10,2 мм.

Кроме установки нового распределительного вала, производится обработка по шаблону контуров отверстий впускных каналов у фланцев головки цилиндров и у фланцев впускного коллектора с последующей установкой коллектора на направляющие штифты. Для тонкой настройки ФГР на распределительный вал устанавливается разрезная шестерня привода, позволяющая изменять положение ее зубчатого венца относительно ступицы.

На заключительной стадии работ выполняется регулировка клапанов, систем питания и зажигания, а также регулировка уровня эмиссии CO и CxHy. После выполнения всех работ подвергнутый тюнингу двигатель при 5900 1/мин развивает мощность 58,9 кВт (80 л. с.), кроме того, его максимальный крутящий момент в диапазоне средних частот вращения KB несколько увеличивается.

Существует еще один коэффициент – nv. Он характеризует эффективность наполнения цилиндров и именуется коэффициентом наполнения. Он представляет собой отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр к моменту действительного начала сжатия, к тому количеству заряда, которое теоретически могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при неизменных условиях на впуске. За момент действительного начала сжатия заряда в цилиндре четырехтактного двигателя принимается момент закрытия впускных клапанов. Условия на впуске для двигателей без наддува характеризуются давлением рк=ро и температурой Tk=To, где ро и То – параметры окружающей среды. Для двигателей с наддувом условиями на впуске являются давление рк и температура Tk после компрессора.

Специалисты-инженеры отмечают, что найденные для определенной частоты вращения KB наиболее эффективные фазы газораспределения при другой частоте вращения таковыми уже не являются, так как не обеспечивают соответствующего наполнения цилиндров. Поэтому в подавляющем большинстве случаев фактически производится регулировка момента начала открытия клапанов для наиболее характерного в процессе эксплуатации скоростного режима работы двигателя. Общей тенденцией для впускных и выпускных клапанов, имеющей место с ростом частоты вращения KB, является более раннее начало и увеличение продолжительности их открытия по углу ПКВ.

Обычно ФГР настраиваются или для скоростного режима, близкого к номинальной мощности двигателя (быстроходная регулировка), или для скоростного режима в зоне максимального крутящего момента (тихоходная регулировка). Более благоприятные условия для подбора эффективных фаз газораспределения имеются у двигателей, где управление впускными и выпускными клапанами осуществляется отдельными распределительными валами. При управлении клапанами с помощью одного распределительного вала можно вести речь об эффективной настройке ФГР или только для впускных, или только для выпускных клапанов. Настройка ФГР должна выполняться в условиях испытательного стенда, позволяющего производить нагрузку двигателя по внешней скоростной характеристике и контролировать все необходимые параметры.

Рассмотрим пример, приведенный В. Н. Степановым. Это пример последовательности настройки ФГР из условия обеспечения максимального среднего эффективного давления pme для карбюраторного двигателя во всем диапазоне частоты вращения КВ. Заметим, что развиваемая бензиновым двигателем мощность зависит не только от наполнения цилиндров, но и от качественного состава горючей смеси, который характеризуется коэффициентом избытка воздуха а. Коэффициент избытка воздуха а представляет собой отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр на момент закрытия впускных органов, к тому количеству воздуха, которое теоретически необходимо для полного сгорания поступившего в цилиндр топлива.

Сначала при неизменной регулировке карбюратора и неизменных фазах открытия и закрытия выпускного клапана, установленных заводом-изготовителем, получим зависимости коэффициента избытка воздуха а от частоты вращения KB n при разных значениях угла начала открытия впускного клапана фн.о. вп. Скорее всего, окажется, что разброс значений а = f (фн.о. вп) при разных значениях n будет неодинаковым, т. к. на а, по крайней мере, будут влиять волновые процессы во впускном трубопроводе.

Рис. 1. Влияние фаз открытия и закрытия впускного клапана на параметры рабочего процесса при неизменной регулировке карбюратора

При значении n, для которого имеет место максимальный разброс значений а, экспериментально найдем зависимости pme, be, а, nv = f(фн.о. вп) и построим соответствующие графики. Из рисунка видно, что с увеличением запаздывания угла начала открытия впускного клапана значения а и nv монотонно уменьшаются. Поэтому, если характер изменения pme и be связывать только с изменением значения а, то это приведет к неправильным выводам. Дело в том, что в результате выталкивания поршнем заряда из цилиндра перед закрытием впускного клапана происходит падение nv, а это, в свою очередь, влечет за собой уменьшение а.

Чтобы исключить в последующих опытах влияние а на pme, утверждает В. Н. Степанов, карбюратор на каждом нагрузочном режиме путем регулировки главного жиклера должен настраиваться на значение а, при котором в предыдущих опытах было достигнуто максимальное значение pme. Из рисунка 1 следует, что в данном случае для всех нагрузочных режимов должно быть выполнено условие а ≈ 1,1. Далее выполняются эксперименты, целью которых является определение зависимости pme = f(n) сначала при различных значениях угла начала открытия впускного клапана фн.о. вп и неизменном (заводском) значении угла начала открытия выпускного клапана фн.о. вып, а затем наоборот, при различных значениях фн.о. вып и фн.о. вп = const. При проведении экспериментов для каждой постоянной частоты вращения KB необходимо определить интервал Бф, в котором значение pme, полученное при конкретном значении угла начала открытия клапана, оставалось бы неизменным.

Из полученных результатов, утверждает автор «Тюнинга автомобильных двигателей», очевидно, что при минимальной, средней и номинальной частоте вращения KB для получения максимального значения pme требуются разные фазы газораспределения.

Поэтому для обобщения результатов строится диаграмма, у которой по оси абсцисс откладываются значения фн.о. вп, а по оси ординат – значения фн.о. вып. На эту диаграмму наносятся максимальные значения pme при минимальной, средней и номинальной частоте вращения KB. Затем вокруг этих значений строятся, например, линии (pme – 2 %pme max) = const. Если область, в которой линии всех максимумов пересекаются, отсутствует, то строят (pme – 4 % pme max) = const. В результате таких построений определяется область значений углов начала открытия клапанов (на диаграмме эта область заштрихована), в которой на каждом скоростном режиме обеспечивается 96 % pme Для получения желаемого результата остается выставить на двигателе такие значения фн.о. вп и фн.о. вып, чтобы соответствующие этим значениям линии пересекались на диаграмме в заштрихованной области (рисунок 2).

Аналогично находится область ФГР, в которой обеспечивается минимальное значение bе. В пределах найденных областей ФГР для pme max и be min значения фн.о. вп и фн.о. вып следует выставить такими, чтобы они, по возможности, обеспечивали получение во всем скоростном диапазоне как pme max, так и be min.

Рис. 2. Подбор эффективных фаз газораспределения для широкого диапазона частоты вращения KB

В качестве отправного момента в первом приближении для автомобильных двигателей можно принять ФГР, приведенные в таблице 3.

Однако фазы газораспределения можно выставить точно лишь в том случае, когда указывается, при каком значении зазора в приводе клапанов эти фазы имеют место. Нужно еще учитывать то, что карбюраторные двигатели имеют свои особенности: слишком раннее открытие впускных клапанов при работе на частичных нагрузках ведет к забросу отработавших газов во впускной трубопровод, что ухудшает воспламеняемость горючей смеси.

Таблица 3

Фазы распределения автомобильных двигателей

Это не единственный способ расширения скоростного диапазона устойчивой работы наиболее высокооборотных бензиновых двигателей. В отдельных случаях применяется автоматическая регулировка фаз газораспределения во всем диапазоне частоты вращения KB непосредственно во время работы двигателя. В качестве примера В. Н. Степанов ссылается на устанавливаемый на автомобили BMW 320i и 325i однорядный 6-цилиндровый бензиновый двигатель М-50, который (начиная с сентября 1992 г.) оснащен механизмом динамической регулировки фаз газораспределения, получившим сокращенное обозначение VANOS (от немецкого словосочетания variable Nockenwellensteuerung). Исполнительный механизм включает в себя расположенный в корпусе поршень, переходящий в шток с винтовыми шлицами. Эти шлицы входят в зацепление с соответствующими шлицами, выполненными в зубчатом колесе для привода распределительного вала, управляющего впускными клапанами. Перемещение поршня и его штока в направлении оси распределительного вала приводит к изменению взаимного положения зубчатого колеса и вала. При этом ход поршня и обусловленное им изменение положения распределительного вала зависят от давления масла, подводимого к корпусу исполнительного механизма по отдельному маслопроводу. Блок управления двигателем с помощью электромагнитного клапана, расположенного в корпусе исполнительного механизма, регулирует давление масла в зависимости от частоты вращения КВ.

Применение этого механизма позволило уменьшить значение скоростного коэффициента kc с 0,797 до 0,712 при практически неизменном значении коэффициента приспособляемости k = 1,074. В данном случае механизм VANOS, плавно изменяя момент открытия впускных клапанов в зависимости от скоростного режима, обеспечивает максимальные значения nv во всем диапазоне частоты вращения КВ.

 

Качественный характер изменения nv в зависимости от вида регулировки показан на рисунке 3.

Из рисунка видно, что с увеличением частоты вращения KB максимальное значение nv имеет тенденцию к снижению вследствие возрастания аэродинамических потерь из-за повышения скорости воздушного потока во впускном тракте.

Рис. 3. Изменение коэффициента наполнения при работе двигателя по внешней скоростной характеристике при быстроходной (1) и тихоходной (2) регулировке фаз газораспределения

К сожалению, подобный тюнинг ГРМ под силу выполнить только самому предприятию-изготовителю двигателя, так как для этого требуется мощная экспериментальная и производственная база. Обычному предприятию автосервиса доступен разве что подбор эффективных фаз газораспределения путем изменения взаимного положения распределительного и коленчатого валов. В лучшем случае, это изготовление нового распределительного вала с измененными профилями и углами заклинки кулачков. Тем не менее, и в этом случае игра стоит свеч.

fictionbook.ru

В. Н. Степанов Тюнинг автомобильных двигателей: спб., 2000. 82 с.: ил. Книга

УДК 621.43.001.2

ISBN 5-93392-048-7

В.Н. Степанов

Тюнинг автомобильных двигателей: СПб., 2000. - 82 с.: ил.

Книга содержит описание основных мероприятий, направленных на повышение мощности, экономичности и экологических характеристик автомобильных двигателей, а также на улучшение их динамических качеств. Книга не преследует цель дать готовые рецепты для тюнинга двигателей, поэтому она снабжена не фотографиями, а иллюстрациями в виде графиков, таблиц и принципиальных схем, облегчающих восприятие изложенного материала. Книга предназначена для автолюбителей, интересующихся тюнингом двигателей. Она может быть также полезна специалистам автосервиса, занимающимся тюнингом.

Табл. 5. Ил. 33. Библиогр.: 5 назв.

© В.Н. Степанов, 2002

© ЗАО "Алфамер Паблишинг", 2002

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

^

2. ПОДБОР ЭФФЕКТИВНЫХ ФАЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ 9

3. МОДЕРНИЗАЦИЯ ВПУСКНОГО ТРАКТА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ 17

^

4.1. Увеличение рабочего объема двигателя 29

4.2. Применение наддува 30

4.2.1. Особенности тюнинга посредством наддува 33

4.2.2. Способы наддува двигателя 35

4.2.3. Охлаждение наддувочного воздуха 39

4.2.4. Регулирование давления наддува 40

^

6. КОНВЕРТИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ РАБОТЫ НА ГАЗЕ 66

7. ЕСТЬ ЛИ ЕЩЕ РЕЗЕРВЫ ДЛЯ ТЮНИНГА? 72

7.1 Действие электрического поля на процесс сгорания 73

7.2. Управление процессом сгорания с помощью ЭПВН 78

Список литературы 80

ПРЕДИСЛОВИЕ

Тюнинг (от английского слова tune - настраивать, приспосабливать) применительно к технике означает ее доработку (доводку) с целью улучшения имеющихся свойств или показателей. Каждая система или узел автомобиля, его внешний вид и интерьер также обладают определенными свойствами и показателями. Сравнивая эти свойства и показатели у разных автомобилей, можно делать выводы о их техническом совершенстве. Из сказанного очевидно, что объектов тюнинга на автомобиле столько, сколько он имеет узлов и систем, не говоря уже об интерьере салона и экстерьере. Описание всего тюнинга автомобиля - задача чрезвычайно трудоемкая уже по причине имеющегося многообразия конструкций эксплуатируемых автомобилей. Современные автомобили оснащаются в основном 4-тактными высокооборотными двигателями, которые по сравнению с 2-тактными имеют больший ресурс, более экономичны и удобнее в эксплуатации. Поэтому в данной книге рассматривается лишь тюнинг 4-тактных автомобильных двигателей. Справедливости ради следует отметить, что тюнинг двигателя встречается гораздо реже, чем другие виды тюнинга.

Чаще всего заказчиком тюнинга выступает заинтересованный в этом владелец автомобиля или, например, спортивный клуб. И в определенной ситуации тюнинг двигателя может оказаться делом выгодным. Такая ситуация, например, имеет место, когда у владельца возникает желание иметь автомобиль с более мощным двигателем. В этом случае затраты на тюнинг оказываются существенно ниже, чем затраты на продажу имеющегося автомобиля и покупку нового. Однако здесь следует отдавать себе отчет в том, что гарантии завода-изготовителя автомобиля на подвергнутый тюнингу двигатель не распространяются.

Имеются и такие примеры, что заказчиком тюнинга двигателя является непосредственно фирма, занятая его серийным производством. Так известная австрийская компания AVL выполняет тюнинг двигателей не менее известных фирм Volkswagen и Daimler Chrysler. В1999 году заказчиком этой фирмы стало и российское предприятие - Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО). Оно заключило с компанией AVL контракт на модернизацию своих двигателей с рабочим объемом 1,8 и 2,0 л. Австрийская сторона завершила конструкторские работы, и уже в конце 1999 г. усовершенствованные двигатели, отвечающие принятому в странах Евросоюза стандарту "Euro-2", должны были поступить в УМПО для заводских испытаний. После завершения испытаний предполагается запустить эти двигатели в серию и начать оснащение ими новых моделей автомобилей "Москвич" и "Иж".

Если принять во внимание, что работы по модернизации двигателя можно доверить лишь предприятию, оснащенному современной техникой для проведения таких работ и имеющему соответствующее диагностическое оборудование, то это подразумевает, что стоимость предстоящих работ может быть доступна далеко не каждому заказчику. Исходя из сказанного можно объяснить, почему в России предприятия, которым задача тюнинга двигателя по плечу, можно перечислить по пальцам. И тем более очевидно, что далеко не каждое предприятие автосервиса располагает возможностью выполнять такие работы.

Изложенное выше позволяет понять, почему тюнинг двигателя встречается значительно реже, чем тюнинг деталей подвески, аэродинамики, шумоизоляции, дизайна и отделки салона и т.п. К сказанному следует добавить, что двигатель - это наиболее сложный и ответственный агрегат автомобиля, объединяющий в себе несколько различных систем и узлов. Наиболее важными системами двигателя являются система питания, система охлаждения, система смазки и система выпуска отработавших газов. Основные его механизмы - это кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ), расположенные соответственно в блок-картере и головке цилиндров. В силу этого автомобильные фирмы уделяют серьезное внимание совершенству двигателя как на стадии его проектирования, так и в процессе эксплуатации. Однако вносить изменения в конструкцию серийно выпускаемого двигателя достаточно накладно и на это идут лишь в случае крайней необходимости. Как правило, в конструкцию двигателя не вносятся изменения, требующие значительных затрат ручного труда, поскольку это влечет за собой удорожание как самого двигателя, так и автомобиля в целом. И само собой разумеется, что автомобильные фирмы не заинтересованы в том, чтобы информация о возможных резервах совершенствования выпускаемых ими двигателей стала общедоступной. На обнаружение и устранение этих "недоделок" и направлен тюнинг, который выполняется наиболее технически оснащенными предприятиями автосервиса.

Конечной целью тюнинга может быть улучшение динамических качеств, экономичности двигателя, увеличение его мощности или уменьшение токсичности отработавших газов. Наиболее часто тюнинг направлен на придание двигателю более совершенных динамических качеств. В этой связи представляется важным рассмотреть подробнее, что включает в себя это понятие.

ignorik.ru

В. Н. Степанов Тюнинг автомобильных двигателей Книга

1. /tuning_dvig.docВ. Н. Степанов Тюнинг автомобильных двигателей Книга

УДК 621.43.001.2

ISBN 5-93392-048-7

В.Н. Степанов

Тюнинг автомобильных двигателейКнига содержит описание основных мероприятий, направленных на повышение мощности, экономичности и экологических характеристик автомобильных двигателей, а также на улучшение их динамических качеств. Книга не преследует цель дать готовые рецепты для тюнинга двигателей, поэтому она снабжена не фотографиями, а иллюстрациями в виде графиков, таблиц и принципиальных схем, облегчающих восприятие изложенного материала. Книга предназначена для автолюбителей, интересующихся тюнингом двигателей. Она может быть также полезна специалистам автосервиса, занимающимся тюнингом.

Табл. 5. Ил. 33. Библиогр.: 5 назв.

© В.Н. Степанов, 2002

© ЗАО "Алфамер Паблишинг", 2002

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

1. ДИНАМИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ 4

2. ПОДБОР ЭФФЕКТИВНЫХ ФАЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ 8

3. МОДЕРНИЗАЦИЯ ВПУСКНОГО ТРАКТА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ 14

4. ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ 22

4.1. Увеличение рабочего объема двигателя 23

4.2. Применение наддува 25

4.2.1. Особенности тюнинга посредством наддува 26

4.2.2. Способы наддува двигателя 28

4.2.3. Охлаждение наддувочного воздуха 31

4.2.4. Регулирование давления наддува 32

5. МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ 44

6. КОНВЕРТИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ РАБОТЫ НА ГАЗЕ 51

7. ЕСТЬ ЛИ ЕЩЕ РЕЗЕРВЫ ДЛЯ ТЮНИНГА? 57

7.1 Действие электрического поля на процесс сгорания 58

7.2. Управление процессом сгорания с помощью ЭПВН 61

Список литературы 63

ПРЕДИСЛОВИЕ

Тюнинг (от английского слова tune - настраивать, приспосабливать) применительно к технике означает ее доработку (доводку) с целью улучшения имеющихся свойств или показателей. Каждая система или узел автомобиля, его внешний вид и интерьер также обладают определенными свойствами и показателями. Сравнивая эти свойства и показатели у разных автомобилей, можно делать выводы о их техническом совершенстве. Из сказанного очевидно, что объектов тюнинга на автомобиле столько, сколько он имеет узлов и систем, не говоря уже об интерьере салона и экстерьере. Описание всего тюнинга автомобиля - задача чрезвычайно трудоемкая уже по причине имеющегося многообразия конструкций эксплуатируемых автомобилей. Современные автомобили оснащаются в основном 4-тактными высокооборотными двигателями, которые по сравнению с 2-тактными имеют больший ресурс, более экономичны и удобнее в эксплуатации. Поэтому в данной книге рассматривается лишь тюнинг 4-тактных автомобильных двигателей. Справедливости ради следует отметить, что тюнинг двигателя встречается гораздо реже, чем другие виды тюнинга.

Чаще всего заказчиком тюнинга выступает заинтересованный в этом владелец автомобиля или, например, спортивный клуб. И в определенной ситуации тюнинг двигателя может оказаться делом выгодным. Такая ситуация, например, имеет место, когда у владельца возникает желание иметь автомобиль с более мощным двигателем. В этом случае затраты на тюнинг оказываются существенно ниже, чем затраты на продажу имеющегося автомобиля и покупку нового. Однако здесь следует отдавать себе отчет в том, что гарантии завода-изготовителя автомобиля на подвергнутый тюнингу двигатель не распространяются.

Имеются и такие примеры, что заказчиком тюнинга двигателя является непосредственно фирма, занятая его серийным производством. Так известная австрийская компания AVL выполняет тюнинг двигателей не менее известных фирм Volkswagen и Daimler Chrysler. В1999 году заказчиком этой фирмы стало и российское предприятие - Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО). Оно заключило с компанией AVL контракт на модернизацию своих двигателей с рабочим объемом 1,8 и 2,0 л. Австрийская сторона завершила конструкторские работы, и уже в конце 1999 г. усовершенствованные двигатели, отвечающие принятому в странах Евросоюза стандарту "Euro-2", должны были поступить в УМПО для заводских испытаний. После завершения испытаний предполагается запустить эти двигатели в серию и начать оснащение ими новых моделей автомобилей "Москвич" и "Иж".

Если принять во внимание, что работы по модернизации двигателя можно доверить лишь предприятию, оснащенному современной техникой для проведения таких работ и имеющему соответствующее диагностическое оборудование, то это подразумевает, что стоимость предстоящих работ может быть доступна далеко не каждому заказчику. Исходя из сказанного можно объяснить, почему в России предприятия, которым задача тюнинга двигателя по плечу, можно перечислить по пальцам. И тем более очевидно, что далеко не каждое предприятие автосервиса располагает возможностью выполнять такие работы.

Изложенное выше позволяет понять, почему тюнинг двигателя встречается значительно реже, чем тюнинг деталей подвески, аэродинамики, шумоизоляции, дизайна и отделки салона и т.п. К сказанному следует добавить, что двигатель - это наиболее сложный и ответственный агрегат автомобиля, объединяющий в себе несколько различных систем и узлов. Наиболее важными системами двигателя являются система питания, система охлаждения, система смазки и система выпуска отработавших газов. Основные его механизмы - это кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ), расположенные соответственно в блок-картере и головке цилиндров. В силу этого автомобильные фирмы уделяют серьезное внимание совершенству двигателя как на стадии его проектирования, так и в процессе эксплуатации. Однако вносить изменения в конструкцию серийно выпускаемого двигателя достаточно накладно и на это идут лишь в случае крайней необходимости. Как правило, в конструкцию двигателя не вносятся изменения, требующие значительных затрат ручного труда, поскольку это влечет за собой удорожание как самого двигателя, так и автомобиля в целом. И само собой разумеется, что автомобильные фирмы не заинтересованы в том, чтобы информация о возможных резервах совершенствования выпускаемых ими двигателей стала общедоступной. На обнаружение и устранение этих "недоделок" и направлен тюнинг, который выполняется наиболее технически оснащенными предприятиями автосервиса.

Конечной целью тюнинга может быть улучшение динамических качеств, экономичности двигателя, увеличение его мощности или уменьшение токсичности отработавших газов. Наиболее часто тюнинг направлен на придание двигателю более совершенных динамических качеств. В этой связи представляется важным рассмотреть подробнее, что включает в себя это понятие.

sm.znaimo.com.ua

Повышение мощности двигателя | Тюнинг двигателя  |  Читать онлайн, без регистрации

Повышение мощности двигателя

Выявить резервы форсирования двигателя можно с привлечением формулы для расчета эффективной мощности, кВт:

Pe = PmeVs i n /(30t),

где Pme – среднее эффективное давление, МПа;

Vs – рабочий объем цилиндра, дм3;

i – количество цилиндров двигателя;

n – частота вращения KB, 1/мин;

t – тактность двигателя (для двухтактных двигателей t = 2, а для четырехтактных t =4).

В. Н. Степанов считает, что, учитывая высокооборотность современных автомобильных двигателей, можно утверждать, что дальнейшее форсирование их путем повышения частоты вращения KB является малоперспективным.

Основания для такого вывода следующие. Во-первых, при возрастании n неизбежно повышаются потери на трение в подшипниках и в сопряжении поршней с цилиндровыми втулками, растут потери на осуществление насосных ходов и т. п., что ведет к уменьшению механического КПД nm и снижению экономичности двигателя. Во-вторых, это ведет к уменьшению ресурса двигателя. Поэтому данный способ форсирования находит применение лишь на двигателях спортивных автомобилей, предназначенных для установления рекордов скорости и не претендующих на долговечность.

Из приведенной формулы видно, что повысить мощность можно также как за счет увеличения рабочего объема цилиндра путем изменения диаметра и хода поршня, так и за счет увеличения количества цилиндров. Увеличение количества цилиндров неизбежно связано с ростом габаритных размеров двигателя, что не всегда приемлемо из-за ограниченного пространства моторного отсека автомобиля. Увеличение хода поршня может быть осуществлено как путем замены KB на новый, так и путем эксцентричного обтачивания, например, шатунных шеек на уменьшенный диаметр. Немаловажным здесь является и то обстоятельство, что замена KB на новый, с увеличенным радиусом вращения кривошипа, сопровождается некоторым увеличением массы двигателя.

Поскольку Vs = рD2S/4, то очевидно, что увеличение диаметра цилиндра D оказывает на повышение мощности большее влияние, чем такое же увеличение хода поршня S. Если принять во внимание, что многие автомобильные двигатели имеют резерв для увеличения диаметра поршня без изменения внешних габаритов блока цилиндров (т. е. за счет расточки цилиндровых втулок под поршни увеличенного диаметра), то этот путь для тюнинга двигателя выглядит достаточно привлекательным.

Наконец, повысить мощность двигателя можно за счет увеличения среднего эффективного давления. Наиболее действенным способом увеличения Pme является наддув. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

Рассмотрим некоторые результаты увеличения рабочего объема двигателя, устанавливаемого на наиболее популярные модели автомобилей ВАЗ.

Увеличение хода поршня с 71 мм до 74,8 мм путем замены KB на новый, с противовесами на всех щеках, и доработка клиновидной камеры сгорания двигателя ВАЗ-21083 позволяют увеличить его рабочий объем с 1500 см3 до 1600 см3. Заметим, что наличие противовесов на всех щеках KB позволяет разгрузить коренные подшипники двигателя от действия центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс и тем самым увеличить срок их службы. Чтобы сохранить неизменной степень сжатия, имеющийся комплект поршней или дорабатывается, или заменяется на новый. Одновременно несколько увеличивается объем камеры сгорания в головке цилиндров. При доработке днище поршней обтачивается, в результате чего высота головки поршня уменьшается на 1,5 мм. Утопание поршней при положении их в ВМТ относительно торца блока цилиндров не должно превышать 0,1 мм.

При увеличении частоты вращения KB с 5550 1/мин до 5800 1/мин мощность двигателя возрастает с 52,3 кВт (71 л. с.) до 62,6 кВт (85 л. с.). Максимальный крутящий момент двигателя в диапазоне средних и низких частот вращения KB увеличивается на 10 %. В результате выполненного тюнинга коэффициент приспособляемости уменьшается со значения k =1,18 до k =1,15. Полученные результаты достигаются при соответствующей настройке и регулировке систем питания и зажигания двигателя. У двигателя с системой впрыскивания производится, кроме того, замена программы управления.

Для придания двигателю ВАЗ-21083 «спортивного характера», при котором сохраняются названные выше преимущества в диапазоне средних и низких частот вращения KB, а мощность повышается до 69,9 кВт (95 л. с.) при 6200 1/мин с сохранением «эластичности» во всем диапазоне нагрузок – настройка «спорт», в дополнение к уже перечисленным мероприятиям В. Н. Степанов предлагает провести следующие работы. Имеющиеся поршни заменяются на «спортивные», изготовленные методом ковки, с эксцентричным расположением отверстия под поршневой палец. Стандартный распределительный вал заменяется на новый, обеспечивающий ход клапанов 10,26 мм. Клапаны регулируются на новую базу распределительного вала. Для тонкой настройки фаз газораспределения на распределительный вал устанавливается разрезная шестерня, зубчатый венец которой можно перемещать относительно ступицы. Впускные и выпускные каналы головки цилиндров спрямляются и увеличиваются в сечении, после чего подвергаются полированию. Контуры фланцев впускных и выпускных каналов в головке цилиндров и обоих коллекторов обрабатываются по шаблону, после чего их центрирование производится посредством штифтов. Для улучшения теплоотвода от клапанов их чугунные направляющие в головке цилиндров заменяются на бронзовые. Для уменьшения сопротивления на впуске-выпуске радиус перехода от стержня клапана к его головке уменьшается.

Тюнинг двигателя ВАЗ-21083 в указанном объеме еще не позволяет раскрыть полностью его имеющийся потенциал. При наличии системы впрыскивания мощность двигателя может быть доведена до 81 кВт (110 л. с.). Справедливости ради следует отметить, что при этом не удается сохранить «эластичность» работы двигателя во всем диапазоне нагрузок – до частоты вращения 2500 1/мин наблюдаются «провалы». Однако такой двигатель может доставить настоящее удовольствие любителям спортивной езды. Для получения указанной мощности тюнинг двигателя включает следующие дополнительные мероприятия: установка впускного коллектора объемом 3 л, стандартный распределительный вал заменяется на новый, обеспечивающий ход клапанов 11,2 мм.

При выполнении всех этих мероприятий удается устранить ряд недостатков, заложенных в двигатель на стадии производства, и при сохранении его ресурса и ремонтопригодности существенно увеличить мощность за счет внесения конструктивных изменений, разработанных для двигателей спортивных автомобилей.

velib.com