Какой поршень выбрать при тюнинге (форсировке) двигателя?

МЕХАНИЧЕСКАЯ ФОРСИРОВКА ДВИГАТЕЛЯ

Полный мощностной тюнинг автомобиля – дорогое удовольствие: кроме работы с двигателем потребуется «доводка» коробки передач, тормозной системы, подвески.Так вот, сам собой возникает вопрос: с чего начать доработку двигателя?

Начнем с крутящего момента. Его можно “поднять” во всём диапазоне оборотов двигателя, увеличив рабочий объём двигателя (эту операцию иногда называют “расточкой”). Мощность и крутящий момент в зоне высоких или низких оборотов можно “поднять” заменой штатного распредвала на тюнинговый, с измененными характеристиками, “верховой” или “низовой” соответственно.

Существует множество распредвалов с изменёнными характеристиками. Так какой же способ доработки избрать? В качестве примера возьмём стандартный “ВАЗовский” двигатель, на базе которого строится тюнинговый.

Форсировка малолитражного двигателя

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

Форсировка «среднего» двигателя

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

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

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

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

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

Антифрикционные покрытия

Использование антифрикционных покрытий для поршней актуально для достаточно серьёзного тюнинга двигателя.

В основном встречаются антифрикционные составы на основе графита или тефлона.

Про тефлоновый слой мнение совершенно разное в обществе автолюбителей. Многие сравнивают тефлоновое покрытие для деталей двигателя и тефлон, который наносится на сковороды. В действительности здесь есть своя логика. Тефлон не обладает высоким уровнем стойкости к повышенным температурам. А двигатель работает только в таких условиях.

Применение тефлона является скорее временным. Материал имеет отличные антифрикционные свойства. Актуально использовать на новых моторах в период притирки. Обычно слой тефлона наносится ещё с завода автопроизводителем. Поскольку материал отличается повышенным скользящим эффектом, это позволяет деталям двигателя лучше и быстрее приработаться. Затем слой тефлона попросту сгорает, не нанося никакого вреда внутренним компонентам ДВС.

Графитовое напыление выполняет аналогичные функции. То есть это состав для применения на ранних этапах тюнинга. Устанавливая новые компоненты мотора, либо полностью меняя двигатель, внутренние поверхности обрабатывают графитовыми составами. Они ускоряют приработку поршней и стенок цилиндров. В итоге элементы лучше скользят, не появляются задиры, царапины. Правильная приработка деталей играет огромную роль в создании оптимальной работы силового агрегата.

Несколько способов повысить производительность ДВС

Форсирование двигателя имеет основные принципы, и такие работы могут быть проведены по-разному. Самым популярным и распространённым способом повышения производительности мотора является, как и было сказано выше, увеличение рабочего объёма камеры сгорания. Если у гоночного автомобиля такой параметр изменить бывает сложно, так как он жёстко прописан в техрегламенте, то для обычного легкового транспортного средства это возможно. По стандарту всех выпускаемых на сегодня легковых моделей авто ограничивается только геометрический размер ГБЦ.

Первый способ механического форсирования подразумевает замену коленвала на другой — с более увеличенным ходом и диаметром цилиндров.

Для форсирования двигателя можно заменить коленвал

Кроме этого, усилить двигатель внутреннего сгорания можно и другим методом. Это можно сделать путём установки приводного компрессора. Этот метод очень популярен в западных странах, в частности в США. На автомобиль устанавливается приводной компрессор или тот же механический нагнетатель, который проводится от коленвала. Что происходит? Благодаря этому методу (впрочем, то же происходит и при использовании первого способа) крутящий момент увеличивается во всём диапазоне эксплуатации ДВС.

Следующий способ поднять показатели ДВС — это сдвиг пика крутящего момента. Такой способ применяется в основном в спорте. Пик крутящего момента сдвигается в направлении высоких оборотов, и главной целью в таком случае является уменьшить сопротивление при впуске воздуха в цилиндры. Как этого добиться? Очень просто. Нужно устранить определённые ступеньки, которые образуются в области соединения впускного коллектора с ГБЦ и карбюратором. Для этого обычно полируют впускной коллектор, поле чего вставляют клапаны большего размера, используя специальные головки.

Что касается карбюратора, то его часто заменяют, используя для этого сдвоенный вариант с горизонтальным протоком. В итоге такой метод форсирования ДВС даёт увеличение суммарного сечения диффузоров, а смесь распределяется по всем цилиндрам равномерно, ведь потоку топливной смеси не приходится менять направление на выходе из карбюратора.

Установка и настройка распредвала для увеличения мощности двигателя

Следующий способ повышения мощности ДВС — это совершенно иная установка распределительного вала. Другими словами, его нужно поставить с широкими фазами, что значительно улучшает наполнение камеры сгорания на высоких оборотах и происходит это за счёт снижения момента «на низах». Из-за этого автомобиль, наделённый таким распредвалом, при движении вынуждает водителя постоянно задействовать рычаг КПП, чтобы обороты ДВС не падали, а сам силовой агрегат, если можно так выразиться — не тупел.

Настройка впуска и выпуска — это очередной способ повысить мощность двигателя. Что даёт этот способ? Благодаря ему удаётся повысить подачу крутящего момента в узком диапазоне за счёт резонанса. Форсирование ДВС этим методом позволяет увеличить мощность двигателя, и приходится уже ставить не обычные, а лёгкие кованые поршни, чтобы сохранить приемлемость инерционных нагрузок.

Наконец, увеличение степени сжатия даёт возможность увеличить показатели ДВС. Это объясняется тем, что детонация на высоких оборотах возникает довольно редко. Правда, владелец такого двигателя должен суметь обеспечивать свой автомобиль высокооктановым бензином, но, если знать, как уменьшать расход топлива, метод станет лучшим.

Говоря другими словами, этот способ форсирования двигателя подразумевает изменение фаз газораспределения.

Особенности модернизации двигателей ВАЗ 2108, Шевроле Нива и Волга

На автомобилях ВАЗ 21083, 2111, 2112 увеличить объём двигателя можно двумя способами:

• расточкой блока цилиндров для поршней с большим диаметром
• заменой коленвала с увеличенным радиусом кривошипа

Второй способ более затратный, так как требуется новый коленвал в комплекте с поршнями и кольцами, а также расточка цилиндров под новые поршни.

Двигатель Шевроле Нива на базе 21214 можно форсировать, увеличив до 84мм ход поршня между верхней и нижней мёртвой точкой. Для этого нужен коленвал ВАЗ 2130, 82мм поршни со смещённым на 2мм пальцем, лёгкие шатуны. Для более эффективного форсирования можно расточить блок цилиндров под 84мм поршни и увеличить на головке диаметры впуска до 33мм, а диаметры выпуска до 31мм.

Форсирование мотора ЗМЗ 402 требует усовершенствования систем охлаждения, смазки, зажигания и распределения. Модернизация охлаждения включает в себя замену крыльчатки, которая будет вращаться от электродвигателя вентилятора. Должно быть предусмотрено ручное включение вентилятора на случай отказа датчика. Кроме того, нужно установить медный радиатор с более высокой теплоотдачей.

Что такое форсирование двигателя и для чего его делают

У этого поста — 3 комментария. Форсирование двигателя – это его тюнинг, который является одной из важных составляющих в общем тюнинге автомобиля. Ведь именно форсировка двигателя дает возможность определить максимальную мощность двигателя, а значит улучшить его основные динамические характеристики. Чем больше у мотора мощность, тем меньше тратится времени на разгон автомобиля, а значит, увеличивается его максимальная скорость.

Автолюбителей можно разделить на два своеобразных лагеря. Одним требуется только на немного увеличить мощность своего двигателя, так как в большинстве их не устраивает то, как автомобиль набирает скорость и другие динамические характеристики. Данная категория автолюбителей предпочитает делать тюнинг двигателя своими силами. Этот выбор основан на том, что перечень работ, которые будет необходимо осуществить для форсирования двигателя, минимален.

Из чего состоит форсировка двигателя.

Она состоит из нескольких элементов:

• • Осуществляется перепрошивка основного блока управления двигателем;
• • Происходит замена отдельных деталей двигателя на более мощные, а вернее будет сказать, на спортивные.

Как итог: мощность двигателя увеличивается в среднем не более чем на 10 — 15 процентов.

Другая категория автолюбителей подходит к процессу форсирования двигателя более основательно и методично. Они не просто производят на своем автомобиле замену всех основных деталей двигателя на спортивный вариант. Кроме этого, на автомобиль устанавливается турбина и происходит расточка самого двигателя. И вот здесь будущая мощность автомобиля будет зависеть не только от имеющегося потенциала двигателя, но и от такой прозаической вещи, как платежеспособность автовладельца. Может получиться так, что мощность двигателя после его форсирования увеличится как на 100 «лошадей», так и до 1000 «лошадок». Тут все будет зависеть от тех конкретных задач, для которых и будет производиться форсирование двигателя.

Одним из вариантов форсирования двигателя является установка спортивного распределительного вала. Во первых, стоит сказать, что распределительный вал является механическим «мозгом» мотора. Он определяет скорость подъема и общую продолжительность по времени для открытия клапанов, что сильно влияет или только формирует будущий характер мотора. Причина, по которой происходит подобная замена, такая же, как и для других элементов двигателя. Штатная модель уж слишком средняя, так как разрабатывалась в соответствии с основными запросами большего числа владельцев автомобилей.

Основная характеристика автомобильного двигателя – это мощность, хотя основное влияние оказывает не только его максимальная мощность, но и так называемый крутящий момент. Стоит отметить, что самая максимальная мощность, а автомобиле со стандартной комплектацией возможна лишь на определенных оборотах, которые становятся близки к максимальным. «Горячий» водитель выберет приемистый двигатель, который стоит только тронуть педаль газа, с места идет в разгон, как будто на поводке следуя за нажатием педали.

Вот поэтому замена распределительно вала на спортивный и является первым этапом в форсировании двигателя. Только он способен обеспечить путем увеличения основной высоты подъема клапанов подачу полноценной смеси в цилиндр. А что именно делать и каким образом, решает каждый для себя. Ведь для большинства из нас автомобиль не только средство передвижения, но и эталон благостостояния и престижа.

Варианты

Вот вам возможные способы усиления:

1. Мощность за счет повышения объема. Расточка гильз мотора, с заменой коленвала и поршней. Шатуны придется доработать. Такой тюнинг снижает КПД мотора, повышает расход горючего и масла;
2. Повышение количества смеси в цилиндрах. Доработка форсунок, регулировка насоса, модернизация турбоннаддува. Считается наименее вредным деталям мотора и наиболее эффективным. Например, если для машин ВАЗ, наполнение цилиндров примерно 77%, в спорткарах 120%. Можно просто повысит наполнение, получив прирост мощности без переделок ЦПГ;
3. Поднять коэффициент сжатия. Решается вопрос установкой широкофазных валов и заправкой мотора высокооктановым бензином. Плюс повышение наддува и усиление впрыска, как в предыдущем методе. Недостаток такой: повышается трение цилиндра и поршня, что вызывает повышенный нагрев и износ этих деталей. Ошибка в расчетах приводит к детонации и разрушению поршней.
4. Улучшение сгорания. Для сокращения потерь тепла, выполняют полировку поршней и гильз, растачивают камеру сгорания в сторону свечи, для большего объема смеси.
5. Сокращение хода поршней. Снижение поршневого хода дает меньшее трение деталей ЦПГ, и ускорение тактов работы мотора, повышение оборотов. Достигается заменой шатунов на более длинные.
6. Применение присадок. Наиболее безопасным, безвредным и легальным видом форсирования является применение присадок. Добавки в топливо и смазку дают повышение КПД и мощности мотора, пусть даже на пару процентов.
7. Тюнинг двухтактного мотора сводится к: замене и смазке всех подшипников; проверке состояния звезд и натяжки цепи; замене всех прокладок на стыках; полировке внутренних поверхностей в перепускных каналах; замене при необходимости, поршневых колец; проточке и балансировке коленвала; прикручивании тюнинговой выхлопной трубы.

В сумме такие меры дают заметное повышение мощности, без конструктивных изменений. В принципе, на свой страх и риск, можно выполнить любую из вышеописанных форсировок, потому что конструкция это позволяет.

Виды поршней

Большинство производителей использует литые поршни. Они сделаны из алюминиевого сплава, имеющего в составе кремний (от 9 % до 18 %), поэтому отличаются довольно большим весом. Также существуют литые поршни с выемками.

В процессе изготовления кованых поршней подогретый алюминиевый сплав с малым содержанием кремния прессуется в форме. Такие детали стоят недешево, и в основном они предназначены для очень мощных машин. По конструкции поршни подразделяются на куполообразные, с выемками и плоским днищем. От конфигурации этого элемента зависит уровень компрессии и скорость сгорания смеси в цилиндрах. При установке поршня с выемкой создается дополнительное пространство для клапанного зазора.

Также поршни бывают высококомпрессионными и низкокомпрессионными. Первые повышают компрессию, вторые, соответственно, снижают.

Увеличение вращающего момента на коленчатом вале позволит повысить крутящий момент. Вращающий момент находится в зависимости от объема мотора и давления в цилиндре. Частота вращения коленчатого вала фактически не оказывает влияния на эту величину. Следовательно, мы должны максимально увеличить объем и повысить давление в цилиндре. Это делается путем усиления степени сжатия. Но возможности данного варианта ограничены детонацией.

Есть и иной метод: загоняем в агрегат больше топливовоздушной смеси, и при ее сгорании в цилиндре выделится больше тепла. Это повысит давление. Но применить этот метод можно лишь в атмосферных двигателях.

Модернизация клапанов мотора

Функция клапанов мотора заключается в пропуске и выпуске воздушного потока. За время открытия клапанов отвечает распределительный вал, а за степень – толкатель. Чтобы воздух проходил свободно, тщательно полируем эти детали, удаляем острые углы и заусенцы. Контролируем плотное размещение клапанов в посадочных местах.

Наиболее актуальным вариантом является увеличение объема поступающего воздуха за счет расточки впускных отверстий или установки дополнительных клапанов. Но на низких оборотах большие отверстия и клапаны снижают скорость воздушного потока, что уменьшает крутящий момент. Поэтому лучше остановиться на варианте установки дополнительных клапанов вместе со специальными тюнинговыми клапанными пружинами. Такая работа будет стоить от 14000 рублей.

Замена штатного распределительного вала не менее популярна, чем расточка блока цилиндров. Распредвал отвечает за открытие и закрытие клапанов мотора. Профили кулачков вала задают время открытия.

Тюнинговые распределительные валы отличаются от обычных более высокими и широкими кулачками. Поэтому клапаны могут подниматься выше и дольше находиться в открытом положении. Это обеспечивает подачу большего объема топливовоздушной смеси.

В зависимости от типа езды, модернизированные распредвалы бывают нескольких видов:

• Mild Road Cams – предназначены для умеренной езды на любой автомашине, повышают мощность и приемистость мотора;
• Fast Road Cams – предназначены для быстрой езды на скоростных автомобилях, увеличивают мощность силового агрегата, но на холостом ходу работают неровно;
• Competition Cams – предназначены для спортивной езды на гоночных автомобилях, увеличивают мощность мотора при одновременном увеличении расхода горючего, нестабильно ведут себя на холостом ходу, быстро изнашиваются.

У спортивных распределительных валов наибольшая отдача в диапазоне предельных частот вращения мотора, поэтому для езды по городу они не подходят. Спортивные распределительные валы для отечественных машин стоят от 9000 до 12000 рублей. А стоимость замены – от 4000 рублей.

Некоторые фирмы предлагают строкер киты – наборы для механической модернизации силового агрегата авто. Чаще всего, они предназначены для 8-цилиндровых автомашин американского производства. В строкер-кит входят следующие запчасти:

• коленчатый вал;
• шатуны;
• поршни;
• поршневые кольца;
• подшипники.

Такой комплект предназначен для изменения длины хода, объема мотора и увеличения крутящего момента. Но увеличение хода способствует более быстрому изнашиванию поршней. Разброс цен на строкер-киты оргомен: от 3000 рублей до 1600000 рублей. Дорогие наборы изготавливаются под заказ.

Тюнинг с конструктивными изменениями

Такие действия являются более дорогими. Они могут доходить по стоимости до самого мотора. Некоторые элементы, например, меняются, чтобы уменьшить силу трения. В общем, нужно понимать в этом случае, что мотор будет перестраиваться полностью.

Проводятся следующие доработки:

• увеличивают цилиндры, расширяя объем мотора от 1,6 литра до 2,0 в отдельных случаях;
• проделывают «гильзование», то есть монтируют более износостойкие детали;
• устанавливают другой вариант коленчатого вала, выполненного из высокопрочных металлов и способного выдерживать сильные нагрузки;
• его помещают в специальный блок с вкладышами, которые меняют на более надежные;
• затем проводят замену поршней, шатунов и малосъемных колец — они, помимо специальных материалов, приобретают облегченный вес;
• в конце наступает черед замены головки блока и распредвалов — здесь главной задачей будет лучшее наполнение камеры сгорания, и для этого фазы делают более широкими.

Увеличение степени сжатия в камере сгорания

Увеличение степени сжатия (степени расширения) является эффективным способом повышения КПД двигателя.

— объемы камеры сгорания в головке

— объемы созданный не доходом поршня до плоскости разьема (если есть)

— объем выборки в поршне

При работе двигателя, особенно на высоких оборотах, геометрический объем камеры сгорания уменьшается. Это происходит из-за: выбирания зазоров, термического расширения поршня, динамического удлинения шатуна. Так, на гоночном безпрокладочном моторе при сборке поршень не доходил до плоскости головки 0.85мм. После эксплуатации двигателя на 9000 об.мин на поршне и плоскости головки присутствовали явные следы контакта.

ПОДРОБНОСТИ: Замена масла в двигателе Ниссан Х-Трейл Т31 пошаговая видео инструкция

Степень сжатия зависит от фаз газораспределения (запаздывания закрытия впускного клапана) и угла открытия дроссельной заслонки. Так, на серийных двигателях угол зажигания при частичных нагрузках превышает 40 градусов. Это возможно благодаря низкому наполнению цилиндров и как следствию понижению степени сжатия.

Чем выше наполнение, тем выше степень сжатия. Существует понятие — динамическая степень сжатия. У большинства двигателей, дорожных и гоночных, динамическая степень сжатия находится в диапазоне от 7 до 10 и зависит от октанового числа используемого бензина.

Очень высокая геометрическая степень сжатия спортивных двигателей в первую очередь объясняется применением распред. валов с широкими фазами. Установка на двигатель модифицированного распред. вала с широкими фазами позволяет несколько увеличить геометрическую степень сжатия.

Этот вариант предусматривает корректировку фаз газораспределения посредством перекрытия впускного клапана. Также более эффективное сжатие обеспечивает монтаж тюнингованного распределительного вала, имеющего более широкие фазы. Помимо всего прочего,увеличить производительность привода можно посредством заливания высокооктанового бензина.

Недорогие способы форсирования двигателей

• Перепрограммирование контроллера. Данный способ стал в последнее время наиболее актуальным. Ведь современные моторы полностью управляются за счет электронного микропроцессора, который занимается распределением количества, качества и временем подачи смеси. Изменение параметров работы ЭБУ, можно реально повлиять на мощность мотора. Дело в том, что производители автомобиля стараются сделать мотор более экологичнее, таким образом, в память процессора заносятся параметры, которые настроены на наиболее экологичную работу двигателя, нежели эффективную. Перепрограммирование позволяет сделать прирост в мощности, примерно, на 10 процентов от стандартного значения.
• Замена системы выхлопа. Мало кто знает, но выхлопная система тоже влияет на мощность двигателя. Дело в том, что выхлопная труба и коллектор создают определенное сопротивление для движения отработавших газов. Работа двигателя направлена не только на вращение коленчатого вала, но и на преодоление этого сопротивления, чтобы обеспечить освобождение камеры сгорания. Чем выше сопротивление выхлопной системы, тем больше усилий потребуется мотору для выталкивания выхлопных газов, а значит, его КПД будет снижен. Многие сейчас подумают, что отсутствие выхлопной системы позволит полностью убрать сопротивление и увеличить мощность двигателя. Однако, это не так. Сопротивление выхлопа позволяет поддерживать давление в системе, а значит, тоже играет роль в поддержании мощности.  Выхлопная система подбирается таким образом, чтобы помимо поддержки давления, обеспечивалось и наименьшее сопротивление выхлопной системы. Такой тюнинг дает примерно 5 % к приросту мощностных характеристик.
• Применение фильтра нулевого сопротивления. Такой фильтр разрабатывается с учетом того, чтобы сохранить очищающие свойства и полностью исключить сопротивление фильтрующего элемента. Количество кислорода в камере сгорания заметно вырастит, а расход топлива снизится. Прирост мощности будет незначительным, и вы его почти не заметите, однако, мотор станет работать намного экономичнее.

ИТОГ

Форсирование двигателя это очень сложная, требующая тонких расчетов работа, которая позволяет достичь высоких результатов производительности и оборотов. Здесь задействованы практически все узлы и агрегаты, даже прошивку вам нужно будет менять! Так что такие работы нужно проводить осознанно, с пониманием зачем вы это делаете! Тогда и производительность двигателя, можно поднять на совершенно новый уровень. Лично видел когда из простых «ВАЗОВ» по 200 с лишнем лошадей выжимали.

Статья получилась большая, может быть сложная для понимания, однако постарался как можно проще объяснить.

НА этом все, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.