Тюнинг двигателя общая теория

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, мы не заставим водителя 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. Возможен и рабочего объема. Логично поинтересоваться - что более эффективно и что менее затратно. Нужно, конечно, расточить цилиндры. 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. Например: Volkswagen делает семейство моторов в равноразмерных блоках. Объемом 1,6; 1,8; 1,9 и 2,0 литра. С ходом 77,4мм; 80мм; 86,4мм; 92,8мм и 95,5мм. Вы можете подобрать в свой блок подходящий коленвал с большим, чем был, эксцентриситетом. Потому 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 некие 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 и почему? 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. Ведь все поршни круглые. И механика всех двигателей диктует примерно одни и те же пропорции. Например в гамме Volkswagen нет поршня с диаметром 84мм, есть только 81,5 , а у BMW есть.

Посмотрим, чем же они отличаются. Так, отверстие под палец у поршня BMW меньше на 2 мм, в этом случае можно под баварский поршень в отверстие в "родном" шатуне вставить втулку с более толстой стенкой и расточить ее под палец диаметром 20 мм. Или обработать отверстия в поршне под "родной" фольксвагеновский палец. Эти операции требуют точных станочных работ, но... Надеть поршень на шатун мы уже сможем. Теперь измерим расстояние от оси пальца до днища поршня. У поршня BMW на 0,25 мм больше. Аккуратненько возьмем его в оправу и на токарном станке срежем днище. Или на один мм короче - не проблема! Берем блок цилиндров, ставим на фрезерный станок и с верхней плиты снимаем "лишний" миллиметр. 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.

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. Привод 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 некий блок управления, стравливая лишнее давление. Изменив 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 некий запас по механическим и тепловым нагрузкам, по детонационной стойкости. В разумных пределах увеличить наддув возможно. Но если перешагнуть, то мы или сломаем двигатель, или придется выполнить дополнительные меры - увеличение объема камеры сгорания, другая система охлаждения, дополнительный радиатор, дополнительные дыры, воздухозаборники, промежуточный охладитель воздуха. Наверное придется чугунный коленчатый вал заменить на стальной, подобрать более прочные поршни и обеспечить им охлаждение.

Суть понятна - для того чтобы получить больший момент, надо увеличить заряд топливо-воздушной смеси. Что можно сделать? Можно взять инструмент и убрать некие дефекты серийной сборки - сделать впускные и выпускные каналы более гладкими и ровными, убрать в камере сгорания непродуваемые зоны, модифицировать сами клапана... 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 - сложно... 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 каналов на специальной установке, подбирая форму в соответствии с требованиями новых условий работы двигателя. Маловероятно, что это можно сделать "на коленке". Если в первом случае можно говорить о том, что увеличили на 30% объем - получили момент больше на 30%. Во втором - увеличили давление нагнетания на 10% - получили момент больше на 10%. А вот в случае модификации газодинамики сказать с уверенностью, что момент увеличится на 10-15% или увеличится вообще... Сложно.

Когда мы говорим "чип-тюнинг", совершенно понятно, что мы имеем в виду внесение некоторых изменений в программу управления двигателем. Рассмотрим на трех примерах, которые привели выше, когда чип-тюнинг требуется, а когда нет.

В случае семейства моторов с нагнетателем понятно, что чип-тюнинг - это основная идея, т.к. необходимо подкорректировать программу управления механизма. Отслеживающего величину наддува. Все остальные изменения в двигателе скорее всего будут следствием изменения программы. Когда мы увеличиваем только объем - наиболее вероятно, что чип-тюнинг не требуется, по двум причинам. Если мы не трогали фазы и оставили моментную кривую без изменения, только ее подняли вверх, то тогда смещать зажигания нам не придется. Вносить изменения в систему управления топливом тоже - если у двигателя есть расходометр воздуха, он измерит его и отдозирует расход топлива. Если мы сильно увеличили объем двигателя, тогда может попросту топлива не хватить. Так как производительность серийной форсунки ограничено, форсункам просто не хватит времени, чтобы "плюнуть" нужное количество топлива. В таком случае нужно ставить другие форсунки, с большей производительностью, что в некоторых случаях потребует изменения в программе управления. К работам с газодинамикой можно в полной мере отнести все выше сказанное.

Во втором способе, когда мы получаем мощность за счет смещения момента в область более высоких оборотов, - просто без вариантов. Чип-тюнинг без вопросов. Ведь в этом случае программа управления двигателем становится абсолютно непригодной в том виде, в котором она использовалась для серийного мотора.

Дело в том, что характеристика управления зажиганием двигателя неразрывно связано с коэффициентом наполнения. А вращающий момент - отражения коэффициента наполнения. Для широкофазных двигателей все настройки становятся более критичными. Изменение состава смеси может значительно повлиять на стабильность работы. Корректировки в программе просто необходимы. Правда, если мы изменили фазы газораспределения, то изменения программы управления называть чип-тюнингом даже не хочется. Правильно говорить, что мы программу управления двигателем привели в соответствие с новыми требованиями измененного двигателя.

В среде любителей тюнинга чип-тюнинг является неким божеством, благодаря которому без каких-либо конструктивных изменений двигатель получает весомую прибавку в мощности. Даже маститым настройщикам, строящим спортивные моторы, иногда сложно понять, как с двух литрового мотора, изменив только программу управления, можно снять дополнительные 20 л.с. Есть некие моменты, в рамках которых можно маневрировать с помощью чип-тюнинга. Так, с целью иметь адаптацию двигателя к различным видам топлива, к колебанию октанового числа бензина производитель некоторым образом занижает угол опережения зажигания. Но это не факт, потому что современные двигатели имеют датчики детонации, которые слышат детонацию и отстраивают угол опережения. Поэтому теоретически, изменяя программу управления, можно подобраться ближе к порогу детонации.

Можно говорить и о том, что мы получим дополнительную мощность, если сделаем не экономичную, а мощностную смесь. Так, современный серийный двигатель с целью минимизаций экологии имеет коэффициент избытка воздуха, равный единице или даже 1.2. Это так называемые бедные или сверхбедные смеси. Мы, конечно, можем наплевать на экологию, экономику и сделаем коэффициент альфа (лямбда) в районе 0,85 - будем больше лить топлива и получим бол Однако в режимах, близких к максимальным, стандартная программа, скорее всего, настроена на мощностную смесь.

У всех программ управления современными двигателями, как правило, есть две зоны управления - экономичный режим и мощностной режим. Разные производитель разбивают их по-разному. Например, если угол открытия дроссельной заслонки до 60%, а обороты до 4000, то это режим экономичный. И серийная программа управляет так, что альфа в районе 1 и угол опережения соответствующий. Мы экономим топливо и не загрязняем окружающую среду. А когда программа понимает, что мы начинаем "мести" , т.е. заслонка открывается больше чем на 60% и обороты двигателя выше 4000, она устанавливает нам максимальные режимы. В смысле чип-тюнинга можно поиграть границами - не 60%, а 30%. Это даст изменение характера двигателя, что-то в разгоне вы, наверное, положительное почувствуете. Но на максимальную мощность и максимальный вращающий момент вы вряд ли повлияете. В этом режиме все уже отстроено наверняка по максимуму.