Что есть "тюнинг"
В обычном смысле слова "тюнинг" означает улучшение потребительских свойств товара, в нашем случае - двигателя. Теоретически два параметра двигателя поддаются изменению - мощность (крутящий момент) и экономичность, причем последняя - в меньшей степени.
Отсюда вывод, что по сути своей тюнинг двигателя - это повышение его мощности. Причем несколькими способами. Из которых самыми распространенными являются доработка механической части, воздействие на рабочий процесс в двигателе и настройка системы управления двигателем (чип-тюнинг).
Первый способ наиболее эффективен для повышения крутящего момента на низких и средних частотах вращения. Он основан на увеличении объема цилиндров, что требует существенных изменений в кривошипно-шатунном механизме и поршневой группе, а потому сложен и недешев.
Второй способ доступнее. Он предусматривает изменение формы каналов, камеры сгорания и клапанов, применение распредвала с особым профилем кулачков, точную установку фаз газораспределения. Эффект заметен практически во всем диапазоне частот вращения.
Множество резервов скрыто в системе управления двигателем. Ее модификация сама по себе ненамного улучшает характеристики двигателя - производитель уже позаботился об эффективности управления. Однако, меняя характеристики двигателя, мы обязаны позаботиться об изменении алгоритма управления, согласовав его с новыми условиями, - провести чип-тюнинг. В этом случае можно достичь значительного эффекта, особенно при работе двигателя на высоких оборотах.
На практике, т.е. в реальных автомастерских, чаще всего используется второй способ, так называемый "ускоренный" тюнинг. По времени процедура занимает 2-3 часа и включает в себя замену распредвала на новый, установку "разрезной" шестерни и регулировку карбюратора. Результат такого тюнинга обычно неплохой: крутящий момент увеличивается примерно на 10%. Стоимость услуги невысока (в среднем 150-200 долл.), а потому "ускоренный" тюнинг весьма популярен. И не только среди автомобилистов. Автомастерские средней руки, не располагающие квалифицированным персоналом, включают тюнинг двигателя в перечень услуг для отечественных автомобилей, поскольку для них без труда можно приобрести все "тюнинговые" комплектующие. А необходимый приток средств при этом обеспечивается пресловутым "потоком".
Некоторые СТО, имеющие персонал высокой квалификации, берутся за более серьезные работы: увеличивают рабочий объем двигателя и проводят "доводку" головки блока. Конечно, такой комплекс услуг стоит дороже - от 500долл., да и отнимает больше времени. Поскольку двигатель в этом случае подвергается серьезной переделке, то, по нашему мнению, здесь более уместно говорить о форсировании, которое полнее отражает суть дела.
"К блондинкам нужен другой подход"...
Поставить на "поток" технологию форсирования трудно по целому ряду причин (трудоемкость, специальное оборудование, высокая квалификация мастера, немалая цена).
На данный момент тех, кто желает и кому по средствам оплатить проведение таких работ, совсем немного, да и требования к результату у них самые разные: одни хотят получить низкооборотный двигатель с большим крутящим моментом, другие - высокооборотный мотор с большой максимальной мощностью. А это требует разного подхода к форсированию.
Вот и получается, что форсирование двигателя в полном смысле этого слова - работа заказная, индивидуальная или, как говорят, эксклюзивная. Выгодна ли она автосервису, сказать сложно. Безусловно, "ускоренный" тюнинг проще и заманчивее. С другой стороны, сложная работа, выполненная грамотно и аккуратно, способствует росту авторитета сервисного предприятия, его престижу. И тогда, если есть спрос на эксклюзив, то кому, как не прославленному мастеру, его заказать?
Что же такого делается?
На сервисе, занимающемся форсированием моторов, нередки телефонные звонки такого рода:
- За сколько времени делаете форсирование?
- От недели и выше.
- А сколько стоит?
Называется цена.
Удивленный возглас: "Что же вы такого делаете?!"
Типичная ситуация, подтверждающая, как крепко сидит в сознании убеждение, что стоит только мастеру "подкрутить" там что-то в моторе, как машина, окрыленная новой мощностью, тут же и "помчится".
По этой причине, думаем, будет нелишне напомнить, как же это "делается".
Начнем с того, что степень форсирования двигателя определяет все технологические приемы по его доработке. Другими словами, чем больше желаемая максимальная мощность двигателя, тем больше изменений придется внести в его конструкцию. При этом важно выбрать оптимальный способ доработки двигателя для достижения требуемой степени его форсирования при минимальной трудоемкости и, соответственно, финансовых затратах.
Доработка системы управления двигателем (чип-тюнинг) сама по себе дает прибавку мощности не более 4-6%. Это относится и к обычной карбюраторной системе питания, и к впрысковой. При этом эффект от настройки системы управления без изменения остальных узлов двигателя будет менее заметен на двигателях последних лет выпуска. И наоборот. Поэтому для ВАЗовских моторов повышение мощности ощущается, а вот, к примеру, для моторов Honda - едва ли. Кроме того, эффект от настройки системы управления будет больше, если в комплексе с ней выполнять доработку механической части двигателя.
Настройка карбюраторных систем питания может выполняться разными способами - начиная с подбора проходных сечений жиклеров и кончая установкой других моделей карбюраторов, в том числе сдвоенных.
Настройка электронных систем управления гораздо сложнее. Точно настроить систему управления на различные особенности механической части (фактически - на разные двигатели) удается, по меньшей мере, только по результатам серьезных стендовых испытаний.
Система зажигания в отдельных случаях также требует существенного изменения характеристик. Так, при установке различных распределительных валов оптимальные с точки зрения крутящего момента углы опережения зажигания могут изменяться в весьма широких пределах (% 5-7 и более). И если обычный распределитель зажигания можно перенастроить посредством изменения жесткости пружин центробежного регулятора, то вмешаться в современную электронную систему управления так просто уже не удается.
Кривошипно-шатунный механизм и поршневая группа таят в себе большой резерв повышения мощностных характеристик двигателя.
Наибольшую прибавку мощности дает увеличение рабочего объема цилиндров двигателя за счет увеличения диаметра цилиндра и хода поршня. Первое предполагает применение поршней большого диаметра, второе - установку коленчатого вала с большим радиусом кривошипа.
К сожалению, на практике добиться значительного (более 15-20%) увеличения объема цилиндров исходного блока, как правило, не удается. Также не для всех двигателей можно найти "длинный" коленвал, а если такой имеется, возникают трудности размещения его в блоке (приходится подрезать отдельные элементы внутри блока). Стенки цилиндров с увеличением диаметра становятся тоньше, начинают "дышать". Это ведет к резкому снижению ресурса цилиндропоршневой группы, а иногда - к трещинам и разрушению стенок блока цилиндров. По этой причине стандартный блок двигателя ВАЗ-21083 переделать на объем более 1,7 л весьма проблематично.
Увеличенный объем цилиндров подразумевает установку новых поршней, а иногда коленвала и шатунов. При этом важно выдержать сумму размеров деталей по высоте блока при положении поршня в верхней и нижней мертвых точках. Это условие иногда приводит к необходимости увеличивать длину шатуна, укорачивать поршень и уменьшать диаметр его пальца, чтобы в НМТ поршень не "садился" на противовесы коленвала.
И, наконец, немалый (5-7%) выигрыш в мощности позволяют получить мероприятия, направленные на уменьшение потерь в ЦПГ. Это, как известно, изготовление облегченных шатунов, поршней и поршневых пальцев, а также применение тонких поршневых колец.
Головка блока и газораспределительный механизм (ГРМ) заключают в себе немалые резервы повышения мощности.
Фигурой номер один в этом комплексе является распределительный вал. От него зависит, к примеру, будет ли двигатель "моментным" (с большим крутящим моментом на низких и средних частотах вращения) или "оборотистым" (с высокой максимальной мощностью, реализуемой на высоких частотах вращения). В настоящее время можно приобрести целый ряд специальных "тюнинговых" распредвалов для большинства отечественных двигателей, различающихся профилем кулачков и высотой подъема клапана. Практика показала, что сам по себе такой вал, установленный в стандартный мотор, не обеспечит существенного повышения мощности без правильно подобранной формы камеры сгорания и доработки каналов. Более того, если сравнить "вклад" головки и распредвала в процесс повышения мощности мотора, то эффект от доработки головки блока будет выше.
Доработку головки начинают с выбора клапанов (точнее, размера их тарелки). В случае больших тарелок потребуется замена седел клапанов на седла с большим диаметром.
Далее выполняется обработка каналов в головке и впускном коллекторе с помощью специальных шаровых фрез. При этом каналы не должны быть цилиндрическими: необходимо обеспечить их плавное расширение по направлению к седлу клапана, переходящее в суженный диффузор на самом седле (такая форма снижает потери давления при впуске и выпуске).
Клапаны дорабатывают следующим образом: толщину тарелки уменьшают, чтобы при подъемах она не мешала потоку смеси или выхлопных газов, а профиль седел выполняют как можно более плавным, с уплотнительной фаской не более 1,0 мм.
Очень важное значение имеет доработка камеры сгорания. Главное - это увеличить сечение, открываемое клапанами вблизи боковых стенок камеры. Для этого необходимо расширить камеру, обработав боковые стенки по контуру прокладки головки. А вытеснителями иногда приходится жертвовать - их острые углы не для форсированного двигателя.
Вместо стандартных направляющих втулок клапанов нередко устанавливают специальные бронзовые - они более долговечны в условиях повышенных нагрузок и лучше отводят тепло от клапана. Обязательно обеспечивают фиксацию коллекторов на головке посредством центрирующих штифтов или втулок, чтобы проходные каналы не имели уступов в месте стыка деталей.
И, наконец, заключительная операция - "проливка" камер сгорания, с целью последующей минимизации разницы в их объемах и достижения требуемой степени сжатия.
Перечень технологических операций по улучшению эксплуатационных характеристик автомобиля в целом можно продолжать и дальше. Включить, к примеру, комплекс работ по доработке трансмиссии, подвески и тормозов. Но, думаем, перечислив и кратко описав ключевые операции форсировки двигателя, нам удалось показать, что за этим понятием стоит трудоемкая работа, которая не может быть дешевой. Точнее, потому она не дешевая, что трудоемкая и точная. И ничего общего не имеет с "ускоренным" тюнингом.
Ясность в любом деле, как известно, прибавляет уверенности. Клиенту - в вопросе: "форсировать - не форсировать, платить - не платить". А мастеру, кроме денег - в полезности своего дела: приятно услышать благодарность хозяина старой "восьмерки", которая легко обходит новые 16-клапанные "десятки"
Увеличение объема двигателя внутреннего сгорания является самым простым способом поднять моментные (в большей степени) и мощностные характеристики мотора.
Существует несколько возможных вариантов по увеличению объема двигателя ВАЗ-21083 ( и его производных – ВАЗ 2111, 2112, так как все они используют практически одинаковые блоки цилиндров, за исключением применения масляных форсунок в 16-ти клапанных моторах ВАЗ-2112):
Первый (более «народный» – т.к. дешевый) – расточка блока цилиндров под больший диаметр поршня. Затратная часть – работы по расточке блока, стоимость комплекта поршней и колец большего диаметра.
Второй способ (более дорогой) – замена штатного коленчатого вала на другой, имеющий больший радиус кривошипа – больше ход поршня – больше объём . Затратная часть – коленчатый вал (диаметр кривошипа от 74,8 мм до 80 мм), комплект специальных поршней под данный коленчатый вал (т.к. блок цилиндров имеет определенную конечную высоту), поршневые кольца, ну и работы по расточке блока под заданный комплект поршней.
На удивление, рост рабочего объема поршневого двигателя не всегда самый выгодный способ форсировки – иногда, в зависимости от того, что вы хотите получить от мотора, выгоднее доработать головку блока цилиндров с установкой подходящего распределительного вала и после этих операций «снять» большую мощность с вашего силового агрегата.
Естественно, чтобы возможности распределительного вала раскрылись в полную силу, необходима доработка ГБЦ – зачастую довольно серьезная – вплоть до перепрессовки седел и установку клапанов бОльшего диаметра (на 8-ми клапанные моторы хорошо подходят клапаны от BMW , а на 16-ти клапанные – от различных VW и Opel ). Кроме того, нельзя забывать про впускные и выпускные каналы, по которым топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры, а отработанные газы «вырываются» с большой скоростью – их необходимо дорабатывать, увеличивая до определенных пределов их сечение, производя внутреннюю полировку и изменяя их профиль.
Кроме ГБЦ, достаточно большое влияние на характер мотора оказывает содержимое и «геометрия» блока цилиндров. Мы не будем обсуждать разные типы поршней и их форму, весовые характеристики коленчатых валов, хотя бесспорно они вносят определенный вклад в характер будущего мотора.
Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленчатого вала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора: ведь по своей сути, ДВС – это насос, который прокачивает через себя определенный объем смеси воздуха с топливом за определенный промежуток времени.
В данной статье мы рассмотрим влияние соотношения длинны шатуна и диаметра кривошипа коленчатого вала на «характер» мотора двигателей семейства ВАЗ-2108. В англоязычной литературе это соотношение именуется R / S – rod to stroke ratio , и ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R / S , равная 1,75.
В Интернете вы сами можете при желании найти достаточно много выкладок и расчетов по геометрии моторов Honda . Отчасти все они будут справедливы и для моторов ВАЗ, так как в обоих случаях речь идет о двигателях относительно небольшого рабочего объема (моторы Honda серий В16А - В20В с объемом соответственно от 1,6 до 2,0 литров, что вполне соотносится с литражом моторов ВАЗ 21083 (2112), получаемым при форсировании путем увеличения рабочего объема). Вот для примера геометрия легендарного мотора В16А (объем 1587 см. куб., мощность 160 л.с.; это первый «гражданский» мотор, имеющий удельную мощность 100 лслитр):
Длина шатуна: 134 мм
Ход поршня: 77 мм
Соотношение R / S : 1,74:1 (что как видим практически близко к «золотой середине»)
Посмотрим какая обстановка с отечественными двигателями (берем только ВАЗ 8-го семейства, т.к. другие не столь актуальны)
21081 – объём 1099 куб. см
- ход 60,6 мм
- диаметр поршня 76 мм
- длина шатуна 121 мм
- R/S = 1,996
2108 - объём 1288 куб. см
- ход 71 мм
- диаметр поршня 76 мм
- длина шатуна 121 мм
- R/S = 1,7
21083 - объём 1499 куб. см.
- ход 71 мм
- диаметр поршня 82 мм
- длина шатуна 121 мм
- R/S = 1,7
21084 - объём 1580 куб см.
- ход 74,8 мм
- диаметр поршня 82 мм
- длина шатуна 121 мм
- R/S = 1,61
Шатун 132 мм могут устанавливаться в стандартный блок цилиндров ВАЗ 21083 только при использовании 2-х колечных поршней.
Эффект большого R/S:
ЗА: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.
ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R / S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана). Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.
Эффект малого R / S :
ЗА: Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R / S.
ПРОТИВ: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:
Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или
нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.
Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении "кованных" поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.
Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм.
Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.
По вполне понятным причинам, АВТОВАЗ комплектует свои моторы шатуном 121мм (он обеспечивает 83-му мотору R/S = 1,7, что вполне удовлетворительно). Но для «тюнингаторов», использующих КВ с большим радиусом кривошипа, шатун 121 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S (см. табл. 1), поэтому на рынке «нестандартных», а-ля «спортивных» запчастей существуют и продаются шатуны с большей длинной – 129, 132 мм, цена их правда не столь привлекательна, она колеблется от 70 до 200 долларов за комплект. Еще не стоит забывать, что «экстра ходы» поршня компенсируются уменьшением компрессионной высоты поршня (смещением поршневого пальца вверх) или увеличением высоты блока цилиндров. Т.к. компрессионную высоту можно уменьшать до определенного предела, то следующим шагом будет замена блока цилиндров на более высокий, что повлечет за собой немалые расходы финансовых средств. Все эти действия направлены для того, чтобы увеличить значение R/S.
