Чем отличается форсированный двигатель от обычного. Что такое форсировка двигателя

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.

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.

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.

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 23.02.2021

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?

Снижение механических потерь

— Потери на трение.

— Насосные потери.

— Потери на привод вспомогательного оборудования.

Наиболее значительная часть потерь вызвана трением в цилиндре. Потери зависят от площади трущихся деталей, жесткости и количества поршневых колец, толщины масляной пленки и средней скорости поршня.

Для уменьшения потерь на трение в паре поршень — цилиндр, необходимо использовать сборные маслосъемные кольца, также целесообразно несколько увеличить зазор между поршнем и цилиндром. Облегчение шатуна, особенно верхней головки, уменьшает боковое давление на поршень, с этой же целью нужно использовать по возможности более длинный шатун, что благоприятно скажется на уменьшении потерь на трение. Теоретически необходимо подогнать по весу и отбалансировать все детали КШМ.

Нами был произведен эксперимент. Был испытан на стенде серийный двигатель ВАЗ 21083. После чего его разобрали, все детали КШМ тщательно подогнали по весу. Отбалансировали колен. вал и шатуны (шатуны балансируются на специальном приспособлении, позволяющем развесить шатуны так, чтобы центр масс у всех находился в одной точке). После повторных испытаний на стенде мы не заметили прибавки мощности. Можно себя успокаивать тем, что хуже не будет.

Для уменьшения трения в шейках колен.вала, необходимо хонингованием увеличить на 0.02мм.(от номинального вазовского размера) внутренний диаметр нижней головки шатуна и постелей колен.вала. Падение давления масла при этом не происходит. Также необходимо проконтролировать легкость вращения распред.вала.

При наполнение цилиндров воздухом возникает перепад давлений между цилиндрами двигателя и атмосферой. Двигатель в этой части цикла работает как насос и на его привод расходуется часть мощности. Чем меньше аэродинамическое сопротивление впускной системы, тем меньше потери энергии.

Уровень масла в поддоне серийного двигателе находится в непосредственной близости от вращающегося колен.вала. При боковых и линейных ускорениях автомобиля масло попадает на противовесы и шейки колен.вала и тормозит его вращение. Применение системы «сухой картер», когда масло откачивается из поддона в отдельную емкость, позволяет увеличить мощность двигателя, особенно при высоких оборотах.

Часть энергии двигателя используется на привод вспомогательного оборудования, такого как: привод механизма ГРМ, водяной насос, генератор и т.д. Для форсированных двигателей, используемых на высоких оборотах, целесообразно увеличить передаточное отношение привода водяного насоса и генератора. При установке кондиционера и гидроусилителя руля эффективная мощность двигателя снижается.

ПОДРОБНОСТИ: Меняем масло в вариаторе Ниссан Теана своими руками

К механическим потерям двигателя относятся: на приводы вспомогательного оборудования, на трение, на насосные потери.

Трение в цилиндрах блока. Их уменьшение производится за счёт: использования сборных маслосъёмных колец, увеличения зазора между поршнем и цилиндром, облегчение шатуна. В теории рекомендуется проведение тщательной балансировки и подбор по весу всех деталей кривошипно-шатунного механизма.

Насосные потери. Это более всего трение в шейках коленвала. К снижению насосных потерь ведет и установка распредвала с более широкими фазами. Плюс ко всему необходимо применить систему «сухой картер», что снизит насосные потери, затрачиваемые коленвалом. Ведь попадание на него масла тормозит вращение.

Вспомогательное оборудование. Привод ГРМ, кондиционер, гидроусилитель, генератор и водяной насос. Это все ведет к снижению эффективности двигателя. Рекомендуется на авто с форсированным двигателем увеличение передаточного отношения привода водяного насоса и генератора.

Наиболее сильно этот недостаток проявляется в виде трения, которое происходит в шейках коленвала. Уменьшение насосных потер обуславливается монтажом распределительного вала, имеющего расширенные фазы. Также рекомендуется устанавливать систему, изготовленную по технологии «сухой картер», которая позволит минимизировать насосные потери, которые затрачиваются коленвалом в процессе эксплуатации.

Различные комплектующие снижают эффективность работы двигателя. Рекомендуется в автомобилях, оснащенных форсированным двигателем, увеличивать передаточное отношение генератора и привода водяного насоса.

Вспомогательное оборудование.

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.

Форсировка — напряжение

Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания. Основные механизмы и системы двигателей, их назначение.Классификация двигателей тракторов и автомобилей

Форсировка напряжения применима и на трансформаторах с РПН путем максимально возможного снижения коэффициента трансформации, и на конденсаторных батареях. На конденсаторных батареях форсировка напряжения осуществляется путем переключения схемы батареи из звезды в треугольник, а схемы треугольника — в два параллельных треугольника.

Явление форсировки напряжения на зажимах нагрузки обусловливается запаздыванием действия внутренней обратной связи по току нагрузки вследствие индуктивного характера последней.  

Схема обеспечивает форсировку напряжения генератора при пуске, ручное регулирование тока возбуждения двигателя, ползучую заправочную скорость и электрическое рекуперативное торможение в две ступени с механическим торможением в конце процесса торможения. Аппаратом управления машиниста является командокон-троллер.

А — автомат форсировки напряжения с помощью дополнительной батареи конденсаторов; РН — реле напряжения автомата А; С — конденсаторы; ПР — пускатели реверсивные; а, в, с — выходные зажимы утроителя частоты.  

Применение насыщенного усилителя с самовозбуждением обеспечивает получение большой начальной форсировки напряжения и повышенную точность регулирования при медленных изменениях за счет повышенного коэффициента усиления при самовозбуждении.  

На некоторых ЭКС для обеспечения четкой работы реле частоты при снижении напряжения применена форсировка напряжения, состоящая из автотрансформатора, сопротивления и пускового реле. Напряжение срабатывания пускового реле принимается 50 В, что эффективно при близких коротких замыканиях на питающих линиях электропередач.

Магнитный усилитель должен выбираться с запасом по выходному напряжению, чтобы могла быть обеспечена достаточная форсировка напряжения на обмотке возбуждения генератора в переходных режимах.  

В бесконтактном генераторе с системой гармонического компаундирования скорость нарастания напряжения генератора определяется постоянными времени форсировки напряжения в системе гармонического компаундирования, цепей возбуждения возбудителя и генератора.

Следует, однако, иметь в виду, что в схеме рис. 5 — 21 форсировка напряжения магнитного усилителя ускоряет переходный процесс только при увеличении нагрузки на валу двигателя, когда усилитель открывается для уменьшения тока возбуждения. При сбросе нагрузки ускорения переходного процесса не получается, поскольку запасенная в обмотке возбуждения двигателя электромагнитная энергия рекуперироваться в сеть через магнитный усилитель не может.

Для ряда приводов ( прокатные станы с ударной нагрузкой) для уменьшения динамического падения скорости применяется форсировка напряжения МУ. При этом номинальное напряжение его устанавливается обычно в 1 5 — 2 раза выше напряжения, которое требуется для восстановления наибольшего падения скорости.

При низких частотах fi, когда потери ( ДРм ДА ех) сравнительно малы, можно допускать более значительную форсировку напряжения, чем при номинальной частоте.  

На зарубежных металлургических заводах для снижения влияния на питающую сеть резкопеременных нагрузок применяются синхронные компенсаторы с высокой кратностью форсировки напряжения возбуждения и быстродействующей системой регулирования. Зарубежные фирмы в настоящее время выпускают компенсаторы со значительными пиковыми мощностями.

Элементы форсированного двигателя

Дроссельная заслонка

Дроссельный патрубок штатной системы впрыска имеет диаметр 46 мм., для улучшения наполнения цилиндров воздушно – топливным зарядом имеет смысл увеличить диаметр заслонки. Встречаются чаще всего 3 «тюнинговых» размера –52, 54 и 55 мм. При самостоятельной доработке корпуса ДЗ имейте ввиду, что дальнейшее увеличение диаметра резко увеличивает шанс испортить патрубок (очень тонкая стенка легко разрушается) и учитывайте тот факт, что сама заслонка имеет несколько необычную форму, простота только кажущаяся. При установке ДЗ необходимо регулировочным винтом установить тепловой зазор между заслонкой и корпусом патрубка, что бы исключить заедание заслонки (особенно при боьших перепадах температур) и обеспечивать небольшую подачу воздуха даже при положении дросселя 0%. 

ИМХО, данная фича имеет смысл только на форсированных ДВС и то, только в режиме «полная дырка». Эффект «резвости», получаемый от применения такой заслонки – субъективен и ни что иное, как большая подача воздуха при малом открытии ДЗ (аналогично, если вы просто сильнее и резче нажмете на газ).

Недостаток – дерготня на очень малых дросселях. Решается проблема просто – нужно обеспечить более плавное и пропорциональное открытие ДЗ. Решается это небольшим «тюнингом» кулачка привода ДЗ (от Dodgev-103).

Применение данного профиля убирает все минусы управления при малых углах ДЗ. Правда, при этом пропадает и былая псевдо – «резвость».  Еще один отрицательный фактор – качество изготовления «тольяттинских» ДП с базаров оставляет желать лучшего. 

Воздушный фильтр

Как вы уже заметили, практически все тюнинговые нововведения связаны с воздухом и его прохождением по пути в цилиндры Вашего двигателя. Важно обеспечить его беспрепятственное прохождение и довольно важным элементом на его пути является воздушный фильтр. Качество штатных фильтров отечественного рынка пестрит подделками и оставляет желать лучшего, поэтому стоит взвесить свое отношение к автомобилю и решить стоит ли брать для него довольно дорогостоящий спортивный фильтр. Самый дешевый на сегодняшний день – это фильтр JR (около 40 у.е.). Из «брэндов» часто применяют K&N. Не стоит забывать при этом, что ресурс фирменного спортивного фильтра при правильной эксплуатации (то есть ТО через каждые 5 – 10 т.км с использованием только фирменных материалов) около 100000 км. 

 Впускной ресивер

Немаловажный элемент настройки впуска. Больший, чем у стандартного, объём позволяет, при правильной конструкции и настройке, сгладить пульсации воздуха, кроме того, в такой конфигурации длина впускного тракта короче, что позволяет получить дополнительный момент на средних и высоких оборотах.

Для получения высокого момента на низких оборотах, впускные каналы, наоборот, должны быть длиннее. Оптимальным было бы изменение длины впускных каналов в зависимости от оборотов. Например, до 2700 – 3000 об/мин. работает длинный впускной тракт, после – короткий.

Данное решение реализовано на многих иномарках, ВАЗ тоже разработал двигатель 11193 с изменяемой длиной впускного коллектора и фаз ГРМ еще в 1998г. На тюнинговые среднефорсированные моторы обязательно устанавливают ресиверы увеличенного объема.

Впускной ресивер – неплохое средство обогащения тюнинговых контор. Его стоимость редко опускается менее $200. Например, стоимость ресивера SVR Conversions с установкой в Картюнинге – 420 у.е.

Не верьте в его «настроенность». Настройка двигателя под конкретный впуск – выпуск производится точной подгонкой фаз ГРМ под резонанс вруска/выпуска и сам по себе «настроенным» быть не может, наоборот, неправильная настройка ГРМ может повлечь большие потери момента на всем диапазоне оборотов.

И, каким бы не был ресивер, все же он имеет ограниченный объем и паразитный резонанс воздуха на впуске. Поэтому для достижения более значительных результатов необходимо применять 4‑х дроссельный впуск, но это уже совсем другая история…

Впускные и выпускные каналы должны быть тщательно обработаны – увеличен диаметр (на впуске, не рассчитанным увеличением диаметра выпуска можно добиться порой противоположного эффекта), убраны все неровности, наплывы, стыки – все, что способно тормозить движение потока. Каналы должны быть тщательно зашлифованы. 

Некоторые конторы предлагают полировку – это технически безграмотно. К слову сказать, не все «нестыковки» в ГБЦ следует спиливать, некоторые из них выполняют довольно важную роль, создавая в нужном месте противодавление или торможение потока. 

Клапана желательно использовать увеличенного диаметра и/или облегченные. При раскрутке двигателя свыше 7000 об/мин рекомендуется использовать более жесткие клапанные пружинки или спортивные пружинки «Schrick» и модифицированные (облегченные титановые) тарелки клапанов.

На 8‑кл. двигатель отлично «вживляются» клапана от BMW с диаметром стержня 7 мм. Так же, недорого (по тюнинговым меркам) можно приобрести клапана «Shrick» или изготовить легкие титановые клапана с защитным покрытием по Вашему чертежу (на декабрь 2003 г. стоимость одного такого клапана – 21 USD)

Если предполагается использование стандартных клапанов – они должны быть максимально облегчены и притерты. На ВАЗовском конвейере отсутствует операция притирки клапанов, фаска на клапанах и седлах рассчитана на «самопритирку» во время обкатки.

Распредвалы для тюнинга и спортаотличаются подъемом и фазовой характеристикой. Диапазон рабочих оборотов в котором распредвал дает эффект повышения наполнения двигателя определяется шириной фаз открытия клапанов и волновыми (частотными) параметрами его газового тракта, т.е. геометрическими параметрами систем впуска и выпуска.

А вот сама величина этого эффекта будет определяться максимальным подъемом, «временем-сечением» открытия клапанов и параметрами их перекрытия, при условии, что адекватно снижено сопротивление газового тракта. Тут важно определиться – для каких целей форсируется двигатель и, исходя из этого выбирать распредвал.

В настоящее время ассортимент предлагаемых распредвалов постоянно расширяется. Перечисление одних только «брендов» впечатляет – «МастерМотор», «СТИ», «ТоргМаш», «Динамика», «Брагинские», «Нуждинские», «Стольниковские»…

Примерная фазовая характеристика ГРМ при использовании тюнинговых распредвалов

Принцип увеличения подъема клапана перешлифовкой стандартного распредвала

При замене распредвала крайне желательно (а в большинстве случаев – обязательно) применение так называемой «разрезной шестерни», т.к. необходимо очень точно настроить фазовую характеристику тракта, «поймать его резонанс». Устройство такой шестерни крайне просто – обеспечивается возможность плавного смещения шестерни относительно центра с последующей фиксацией в выбранном положении. Существуют также «разрезные» шкивы коленвала.

Для 8‑кл. двигателей ВАЗ выпускается довольно широкий диапазон валов, на любой вкус. Наиболее перспективны для «городских битв» р/валы с 49-го по 55‑й валы, для рейсинга – №62, далее идут валы чисто спортивные, для ралли и кольцевых гонок. 

Несомненный интерес представляет новое направление ОКБ Динамика – р/валы с неплоскими толкателями – линейка р/валов RX для двигателя 21083. Данное техническое решение позволяет реализовать очень большой подъем клапанов с высокой скоростью открытия/закрытия клапана и довольно узкой фазовой характеристикой.

ОКБ «Динамика» имеет патент на данный профиль ГРМ, хотя подобное техническое решение встречалочь на довольно старых иноведрах. ОКБ «Динамика» выпускает 6 модификаций RX: RX1-RX3 для «бытовых» двигателей  и RX4-RX6 для автоспорта.

Для 16-кл модификаций Мастер-Мотор выпускается всего три пары тюнинговых валов 38/32, 44/38 и 50/44 (в недавнем прошлом выпускалась довольно удачная пара 52/48, которая была в «бытовой» линейке самая экстримальная.), с высотой подъема до 9,6 мм (серийный 7,6), остальные – чистый спорт.

При установке валов следует иметь ввиду, что в новых (2003 г.) ГБЦ они могут задевать за приливы, причем, чем выше подъем, тем большая вероятность.  Поэтому нужно обязательно проверять «прокрутку» вала, и при необходимости доработать ГБЦ. 

Информация по теме:

1. Тюнинговые и спортивные распределительные валы 16V

2. Тюнинговые и спортивные распределительные валы «СТИ»

3. Тюнинговые и спортивные валы ОКБ «Двигатель»

4. Тюнинговые и спортивные валы НПФ «Мастер Мотор»

4. Тюнинговые и спортивные валы «Динамика»

5. Немного о качестве валов «СТИ»

Регулировка разрезной шестерни (шкива Верньера).