чем больше цилиндров тем лучше
Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше?
Признайтесь, что вы часто видели в тест-драйвах фразы про «типично короткоходный характер мотора» и не вполне понимали, о чем идет речь. Сегодня мы наконец расскажем, что такое коротко- и длинноходные моторы, в чем разница подходов к проектированию двигателей, и почему сейчас можно уверенно сказать, что «длинноходники» все-таки победили.
Средняя скорость, и какой она бывает
Д ля понимания вопроса придется вспомнить немного о конструкции ДВС и принципах его работы. Вы наверняка знаете, что в основе любой конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит воздействие расширяющихся газов на поршень. Поршни могут быть любой формы и размеров, но у любого поршня есть такой параметр, как средняя скорость, и от нее зависит очень и очень многое.
Средняя скорость поршня – это величина, которую можно определить по формуле Vp = Sn/30, где S – ход поршня, м; n – частота вращения, мин-1. И именно она определяет степень возможного форсирования двигателя по оборотам, ускорения элементов шатунно-поршневой группы во время работы, а также его механический КПД.
От средней скорости поршня зависят нагрузки на стенку поршня, на поршневой палец, шатун и коленвал. Причем зависимость эта квадратичная: с увеличением скорости (Vp) в два раза нагрузки увеличиваются в четыре раза, а если в три – то в девять раз.
Эксперименты инженеров-мотористов уже очень давно доказали, что классическая конструкция шатунно-поршневой группы выдерживает максимальную скорость порядка 17-23 м/с. И чем выше эта величина, тем скорее изнашивается мотор. Увеличить скорость поршня практически невозможно – самые облегченные гоночные двигатели Формулы-1 имели скорость порядка 23-25 м/с, и это безумно много. Этого удалось достичь только потому, что «формульные» моторы рассчитаны на очень короткую эксплуатацию – от них не требуется «ходить» по 100 000 км.
От теории – к практике. Как известно, мощность мотора – это производная от крутящего момента, помноженного на обороты (об этом я писал большую статью с таблицами и графиками). То есть, если мы хотим получить больше мощности, то надо увеличивать обороты. А так как скорость поршня ограничена, то у нас не остается другого выбора, кроме как уменьшить его ход. Чем меньше расстояние нужно пройти поршню за один оборот, тем меньше может быть его скорость.
Короткоходные, длинноходные и «квадратные» моторы
Казалось бы, выше мы только что озвучили два прекрасных аргумента для максимального уменьшения хода поршня. К тому же, чем меньше ход поршня, тем больше диаметр цилиндра при том же объеме, и тем более крупные клапаны можно поставить. Улучшается газообмен, а значит, и работа мотора в целом… Но, как оказалось, безмерно уменьшать ход тоже нельзя.
Чем меньше ход, тем больше должен быть диаметр цилиндра, если мы хотим сохранить объем. А вот форма камеры сгорания с ростом диаметра цилиндра ухудшается, соотношение объема камеры и площади неизбежно растет, увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива… КПД падает, склонность к детонации повышается, ухудшаются экономичность и экологичность.
При уменьшении хода поршня снижается, к тому же, и диаметр кривошипа коленчатого вала, а значит, уменьшается крутящий момент мотора. Ухудшаются и массогабаритные параметры двигателей – они становятся куда крупнее в горизонтальном сечении. К тому же для сохранения рабочего объема приходится увеличивать число цилиндров, а это уже ведет к резкому повышению сложности конструкции. В общем, нужен был компромисс.
Основные задачи проектирования моторов решили к 60-м годам прошлого века, тогда же нащупали пределы прочности конструкции по средней скорости поршня. Стало ясно, что оптимальные параметры мощности, общего КПД и габаритов у атмосферного мотора получаются в том случае, если диаметр цилиндра равен ходу поршня или чуть меньше.
На фото: двигатель Nissan Qashqai
Если они совпадают, то такие моторы еще называют «квадратными». Моторы, у которых диаметр цилиндра все-таки больше хода поршня, называют короткоходными, а те, у которых он меньше, – длинноходными.
Внимательный читатель скажет: стоп, а откуда вообще взялись короткоходные моторы, если эксперименты доказали, что эффективнее всего «квадратные» или чуть-чуть длинноходные?! Все просто: короткоходники получили распространение в автоспорте. Там расход топлива и приемистость на низких оборотах не сильно «делали погоду», и можно было пожертвовать КПД ради достижения большей мощности на высоких оборотах при сохранении малого рабочего объема.
Для получения лучшей топливной экономичности, тяги и чистоты выхлопа, наоборот, ход поршня увеличивали, жертвуя оборотами и максимальной мощностью. Длинноходные моторы применяли там, где были нужны тяга и экономичность.
Тем временем, к 80-м годам среднюю скорость поршня в серийных моторах довели до предела в 18 м/с, дальше ее увеличивать не получалось. Такая ситуация сохранилась до 90-х, когда требования к массогабаритным и экономическим характеристикам моторов резко возросли.
Длинноходный прогресс
90-е годы – это в первую очередь массовое внедрение новых экологических норм, резкое повышение массы кузова автомобилей из-за новых требований по пассивной безопасности, а заодно и возросшие требования к габаритам и экономичности силовых агрегатов. Машины становились просторнее изнутри и безопаснее во всех смыслах.
А двигателям приходилось поспевать за прогрессом. Массовый переход на многоклапанные головки блоков цилиндров повысил мощность и сделал моторы чище. Средний рабочий объем мотора постарались уменьшить и тем самым выиграть в расходе топлива и габаритах. Прогресс в области конструирования поршневой группы позволил уменьшить высоту поршня и увеличить длину шатуна, сделав больше механический КПД мотора.
Следовательно, стало возможно перейти к более длинноходным конструкциям, которые при том же рабочем объеме были компактнее, имели больший крутящий момент и к тому же стали экономичнее. Облегчение поршневой группы позволило снизить нагрузки на нее при высоких оборотах, а массовое внедрение турбонаддува и регулируемого впуска – еще и выиграть в максимальной мощности и тяге. Умеренно длинноходные моторы от этого только выиграли.
В 2000-е в стане двигателей объемом от 2 литров наметился перелом в переходе от «квадратов» к длинноходным конструкциям. И вот вам несколько примеров. При рабочем объеме 2 литра моторы VW серии ЕА888 (стоят на множестве моделей концерна от Skoda Octavia до Audi A5) имеют ход поршня 92,8 мм при диаметре цилиндра 82,5, а 2-литровые моторы Renault серии F4R (более всего известный по Duster) – 93 мм и 82,7 соответственно. Моторы Toyota объемом 1,8 л серии 1ZZ (Corolla, Avensis и др.) – еще более длинноходные, их размерность 91,5х79.
На фото: двигатель Volkswagen Golf GTI
Рабочие обороты таких двигателей заметно уменьшились, особенно у турбонаддувных, снизились и обороты максимальной мощности. А значит и снижение механического КПД уже не столь важно, зато преимущества налицо. По габаритам моторы лишь немного больше «классических» 1,6 из недавнего прошлого, а по тяге и расходу топлива намного превосходят однообъемных предшественников.
В современных моторах пытаются сочетать высокую эффективность работы длинноходных моторов и повышенный механический КПД короткоходных. Так, в ультрасовременном (но тем не менее уже снимаемом с производства) моторе BMW серии N20В20 (стоят на 1-й, 3-й, 5-й сериях, X1 и X3) применяется несимметричная поршневая группа, в которой ось коленчатого вала и ось поршневых пальцев смещены относительно оси цилиндров. Тут используются регулируемый маслонасос, плазменное напыление цилиндров, бездроссельный впуск и прочие технические «фокусы» для снижения механических потерь и сопротивления впуска. Размерность этого длинноходного мотора 90,1х84, и никто не скажет, что у него плохие характеристики хоть в чем-то, кроме надежности.
Дизели
Дизельные моторы, которые в силу особенностей рабочего цикла обычно являются длинноходными и низкооборотными, выиграли вдвойне. Внедрение турбонаддува резко подняло крутящий момент и позволило снизить степень сжатия, а прогресс топливной аппаратуры и поршневой группы – еще и увеличить рабочие обороты.
На фото: двигатель Volkswagen Golf TDI
В итоге дизели превзошли по литровой мощности атмосферные бензиновые моторы, а по крутящему моменту – бензиновые моторы с наддувом. Так, двигатели серии N57 (3-я, 5-я, 7-я серии, X3, X5 и др.) от BMW при диаметре цилиндра 84 мм и ходе поршня 90 мм имеют рабочий объем 2,993 литра, мощность до 381 л. с. и 740 Нм крутящего момента. Средняя скорость поршня при этом – 13,2 метра в секунду.
Оборотная сторона
Конечно же, беспроигрышных лотерей не бывает, и чудесной высокой отдачи добились ценой надежности – тут нет никакого секрета. Старый принцип актуален и поныне: у «сильно длинноходных» моторов высокая средняя скорость поршня увеличивает нагрузку на стенки цилиндра.
Конечно же, материалы становятся лучше, но при сравнении двигателей одной серии с разными параметрами хода поршня и диаметра цилиндра заметно, что длинноходные модели более склонны к износу поршневых колец и задирам цилиндров. И ресурс поршневой у них оказывается существенно ниже, чем у более «квадратных» собратьев.
А вот при сравнении разных моторов все далеко не так однозначно. На моторах с алюминиевым блоком и алюсиловым покрытием стараются снизить нагрузку на стенку цилиндра в том числе и снижением хода поршня, но, как правило, все равно ресурс получается меньше, чем у моторов с чугунными гильзами или блоком.
Мотор Renault-Nissan серии M4R (Qashqai, Fluence и др.), который пришел на смену уже упомянутому чугунному F4R, имеет ход поршня 90,1 мм при диаметре цилиндра 84 – он все еще длинноходный, но ход поршня значительно сократился. Габариты при этом не увеличиваются за счет более тонкостенной конструкции блока цилиндров.
На фото: двигатель Renault Latitude
Современные двигатели не нуждаются в высоких оборотах для достижения высокой мощности, а экономичность и экологичность становятся все важнее. Пусть даже в реальной эксплуатации заявленные характеристики и не подтверждаются… К тому же, можно путем усложнения конструкции обойти множество ограничений, которые десятки лет заставляли делать выбор между мощностью и экономичностью моторов.
Короткоходные «крутильные» моторы просто вымирают, им нет места в новом мире. Даже в Формуле-1 отказались от экстремальных конструкций с рабочими оборотами за 19 тысяч и соотношением диаметра цилиндра и хода поршня больше 2,4 к 1. Конечно, для фанатов и гоночных серий выпуск подобной техники сохранится, но в практическом плане смысла в ней уже нет. Победа длинноходных конструкций, за редким исключением, фактически состоялась.
Одним из немногих «оплотов короткоходности» до недавнего времени оставались атмосферные V6 и V8 от Mercedes-Benz. Так, моторы серии М272 (E-Klasse W211, M-Class W164 и др.) – откровенно короткоходные во всех вариантах исполнения. Например, у 3-литровой версии соотношение хода к диаметру будет 82,1 к 88. Как и их предки в лице М104, так и их наследники вплоть до М276, они были олицетворением успешных короткоходных моторов. Компания не стремилась к излишней компактности моторов, места было достаточно, а момента у двигателей объемом 3-3,5 литра и так хватало с запасом. Городить длинноходную конструкцию не было смысла.
Но новое поколение двигателей AMG серий М133/М176 с наддувом стали длинноходными – 83х92 мм, как и перспективная рядная шестерка 3,0 с наддувом серии М256 – 83х92,4 мм.
На фото: двигатель Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC
Из «могикан» остаются разве что моторы GM, их блок V8 6,2 Vortec/L86/LT1 все еще не стремится к компактности, имея размерность 103,25х92 мм, и даже компрессорная версия LT4 сохраняет ту же размерность блока. Но это, скорее всего, тоже ненадолго.
Конец спорам
Даунсайз, наддув, непосредственный впрыск, гладкая моментная характеристика, высокий крутящий момент, регулируемый ГРМ и продвинутые трансмиссии сотворили маленькое чудо. Споры «длинноходный или короткоходный» уже более не актуальны.
Моторы вдруг прибавили в литровой мощности до границ, ранее считавшихся возможными только для специально подготовленных гоночных моторов. Увидев цифры в 120-150 л. с. с литра объема, мы уже не удивляемся, и даже 200 л. с. на литр кажутся вполне реальными, а «смешной» паспортный расход топлива для мощной и тяжелой машины кажется вполне реальным. Дизельные двигатели из «гадких утят» превратились в прекрасных лебедей с литровой мощностью даже большей, чем у бензиновых двигателей.
Во многом все это, плюс уменьшение габаритов и веса моторов, стало возможным благодаря длинноходной конструкции. Окончательно оформившийся тренд вряд ли переломится, особенно с учетом прогнозируемого вытеснения ДВС электромоторами и разнообразными «удлинителями дистанции».
Советы по Тюнингу.
1 Увеличение рабочего объема.
Увеличение рабочего объема двигателя, – наиболее понятный всем способ увеличения крутящего момента и мощности двигателя. Дополнительный объем может быть достигнут либо увеличением хода поршня (т.е. заменой коленвала), либо увеличением диаметра поршня, либо в комплексе. Установка коленвала с большим ходом влечет за собой либо использование доработанных поршней, либо более высокого блока, либо укороченных шатунов. Наиболее оптимальным вариантом с точки зрения снижения боковых нагрузок со стенок цилиндра будет использование высокого блока и по возможности более длинного шатуна. Но другие варианты тоже имеют право на существование ввиду невысоких расходов.
При увеличении диаметра цилиндра больше чем на 1 мм желательно использовать толстостенный блок, так как при расточке стандартного блока стенки цилиндра становятся настолько тонкими, что это может привести к их «раздуванию» в процессе работы, что в свою очередь приводит к повышенному расходу масла, снижению компрессии и, как следствие – потери мощности. Кроме того, на тонких стенках цилиндра возможно появление трещин.
Если речь идет о форсировании двигателя используемого для повседневной езды, то применение кованых поршней влечет за собой ряд вопросов. Во-первых, материал, используемый при их изготовлении, обладает более высоким коэффициентом расширения, поэтому требуется увеличенный монтажный зазор между поршнем и цилиндром. Это ведет к повышенному расходу масла как при прогреве так и в рабочих режимах. Во-вторых, этот материал более плотный, что в совокупности с неидеальной геометрией поршней представленных на российском рынке приводит к повышенному износу цилиндра. Поэтому, при доработке двигателей, предназначенных не для спортивной езды, мы стараемся дорабатывать стандартные поршни, либо подбирать импортные аналоги под конкретную геометрию двигателя.
В спортивных двигателях, где все компоненты испытывают максимальные нагрузки, применение кованых высокопрочных поршней – крайняя необходимость. Также как и использование стального коленчатого вала, облегченных шатунов и т.д. По желанию клиента мы можем собрать мотор любой геометрии, в рамках того, что можно использовать в стандартном или высоком блоке. Мы поможем вам выбрать вариант двигателя, учитывая предполагаемую область применения, стиль езды и желаемый результат по мощности и крутящему моменту.
ДОПОЛНЕНИЕ:
При выборе конфигрурации двигателя в процессе увеличения его рабочего объема выбирают между «длинноходным» и «короткоходным» вариантами, определяющими, какой из параметров — ход поршня («длинноходный» вариант) или диаметр цилиндра («короткоходный» вариант) преимущественно будет увеличиваться. При этом не следует забывать, что рабочий объем двигателя влияет не только на величину максимальной мощности, но и на то, при каких оборотах будут получены максимальные значения мощности и крутящего момента. В общем случае, при увеличении хода поршня максимальные значения мощности и крутящего момента достигаются при меньших значениях оборотов двигателя. К тому же, более «длинноходный» двигатель обеспечивает меньшее значение максимальной мощности, но большее значение крутящего момента по сравнению с «короткоходным». «Короткоходные» двигатели при этом достигают максимальной мощности при более высоких оборотах и при том же рабочем объеме развивают большую мощность, но почти всегда это сопровождается меньшими значениями крутящего момента на низких оборотах.
2 Есть ли необходимость полировки впускного коллектора?
НЕТ! Практикой доказано, что на эти операции уходит очень много времени, однако для тюнинга двигателя результат «никакой», т.е. на педали не чувствуется.
Причина столь неутешительного результата кроется в процессах, происходящих внутри впускного тракта. При движении в каналах часть топлива оседает на их стенках виде тонкой пленки и, если шероховатость очень низкая (полировка), то топливо продолжает двигаться дальше в цилиндр. При этом оно окажется уже излишним, нарушив оптимальное соотношение «бензин-воздух» в заряде смеси, направляющимся в камеру сгорания. Соответственно вырастет расход топлива и ухудшится токсичность выхлопа.
В результате получается, что масса сил потрачена зря, и все разговоры о том, что «заполируй коллектор — получишь результат» приводят к результату прямо противоположному. То есть вы не только не получаете прибавки в мощности, но и ухудшаете работу двигателя за счет пере обогащения смеси. То не большое снижение аэродинамических потерь, кот. получается при полировке, в реальных условиях почувствовать не возможно.
Для желающих получить ощутимый результат своими силами можно посоветовать произвести легкую доработку. Прежде всего совместить каналы коллекторов и головки блока ( это серьезно улучшит движение смеси и даст прирост мощности около 5 л.с.). После этого в каналах требуются снять крупные неровности и обработать их шкуркой зернистостью 120-180. Наличие небольших микро неровностей на поверхности каналов будет способствовать турболизации смеси в при стеночном слое и срыву топливной пленки, при этом не создавая помех для движения заряда смеси, т.е. небольшая шероховатость оказывается необходима.
Более сложную доработку можно произвести только в специализир. мастерских с использованием соответствующего оборудования. О необходимости полировки стоит говорить только применительно к спортивным моторам, когда обороты двигателя превышают 10.000. Тогда полировка приобретает актуальность и становится просто необходимой т.к. изменение аэродинамических потерь от числа оборотов происходит по квадратичной зависимости.
3 Компрессия и степень сжатия. Что это такое?
4 Необходимо ли применять свечи с измененным калильным числом при форсировании мотора?
На практике, в частности при наших предложениях, такой необходимости нет. Увеличение степени сжатия находится в пределах допуска по калильному числу свечи.
Другое дело, что необходимо использовать только качественные и строго следить за интервалом замены — от вроде бы копеечной детали зависит слишком многое.
Исключением из сказанного являются моторы, при подготовке которых была сильно повышена степень сжатия. В этом случае, при частом использовании режимов максимальной мощности резко растет температура в камере сгорания. Юбка свечи перестает справляться с отводом тепла, керамическая вставка, удерживающая центр. электрод, раскаляется. Возникает калильное зажигание. При этом происходит интенсивный износ деталей двигателя ( смесь поджигается в непредсказуемый момент, при этом на поршни воздействуют колоссальные ударные нагрузки, передаваемые дальше — на палец, колен. вал ). Как следствие — падение мощности, резкое снижение ресурса, увеличенный расход топлива.
В этом случае необходимо применять более «холодные» свечи и использовать только качественный высокооктановый бензин.
5 «Кованные» поршни. Что это такое?
В наших предложениях кованные поршни встречаются постоянно. Все дело в том, что на форсированных моторах их детали испытывают большие механические и температурные нагрузки (температура на днище поршня, например, достигает 300…350 гр.С ). Поэтому, для производства поршней с повышенными механическими характеристиками применяют высококремнистые (содержание Si > 12%) сплавы алюминия, обладающие более высокой жаропрочностью, меньшим коэф. расширения, лучшими прочностными характеристиками по сравнению с обычными ( Si 
6 Есть ли необходимость облегчения маховика, срезания противовесов колен. вала?
С целью улучшения разгонных характеристик двигателя необходимо уменьшать движущиеся массы. С этой точки зрения и облегчение маховика, и срезание противовесов колен. вала выглядит оправданным. Но не все так просто. Двигатель представляет из себя сложный организм, «живущий» по законам механики. Поэтому любая серьезная доработка повлечет изменение расклада сил, действующих на двигатель. Следовательно, срезать противовесы к.вала без предварительного расчета не рекомендуется, т.к. они рассчитаны таким образом, что бы центр тяжести приведенной системы масс находился на оси вращения к.вала (противовесы уравновешивают силу Fr — силу инерции вращательно-движущихся масс). Облегчение маховика в этом отношении проще, но и здесь есть свои «минусы»: ухудшается неравномерность крутящего момента в зоне низких частот вращения к.вала (увеличивается вибрация двигателя), соответственно, затруднено троганье на невысоких оборотах за счет снижение инерции маховика, возможность разрушения маховика из-за вскрытия внутр. дефектов структуры (все маховики проходят обязательную дефектоскопию).
Из всего сказанного видно, что основные проблемы возникают в зоне невысоких оборотов, но ведь цель этой доработки как раз активная динамичная езда, с быстрой раскруткой мотора до максимальных оборотов. Учитывая такую постановку задачи, вышеперечисленными минусами можно пренебречь, точнее с ними нужно смириться. При этом с доработанными деталями поведение двигателя становится намного интересней. Существенно улучшается динамика раскрутки, мотор быстрее реагирует как на подачу, так и на сброс газа. Это позволяет намного точнее регулировать тягу на ведущих колесах, что при активной, фактически на пределе, езде становится жизненно важным. Особенно это касается переднего привода. При динамичной городской езде почувствовать результат можно при резких стартах, разгонах, когда разница в наборе оборотов станет ощутимой.
В любом случае, эта доработка рассчитана на продвинутых любителей, которые в состоянии почувствовать нюансы поведения двигателя и умеющих этим воспользоваться.
Провести такого рода операции без соответствующих расчетов не целесообразно, а то и просто опасно, т.к. возможно снижение запаса прочности деталей по наиболее нагруженным зонам. Эта работа не для гаража. Для получения надежных результатов по уравновешиванию двигателя следует тщательно провести развесовку деталей КШМ и динамич. балансировку к.вала в сборе с маховиком и корзиной сцепления.
7 Можно ли поставить наддув на стандартный двигатель?
Вопрос не совсем конкретный, так как существуют три вида наддува бензиновых двигателей:
• резонансный
• с помощью объемного нагнетателя
• газотурбинный
Для понимания разницы между этими методами придется вкратце пояснить различие в принципах работы между ними, хотя не смотря на конструкцию конечная цель у наддува одна — повысить крутящий момент и, соответственно, мощность. Резонансный наддув в большинстве случаев реализовывается на двигателях с распределенным впрыском топлива, у которых длинна каналов впускного коллектора практически одинакова для каждого цилиндра. Задача резонансного наддува при частоте 3.000-3.500 об\мин обеспечить повышенное давление смеси перед впускным клапаном в момент его открытия за счет использования частоты колебаний смеси о впускном коллекторе. Как правило, объем ресивера и определяет достаточно узкий диапазон работы такого наддува. В принципе существуют многокамерные ресиверы, но это отдельная тема.
Объемный нагнетатель наиболее согласован по своим расходным характеристикам с работой двигателя. Фактически это механический компрессор (различной, при необходимости, производительности), жестко закрепленный на блоке цилиндров и приводимый в движение от колен.вала через шкив ременной передачей.
Однако их применение сдерживается необходимостью монтажа их привода, смазки, громозкостью и повышенной шумностью работы. Основное применение — большие автомобили, т.к. требуется много места для организации работы. Очень популярны в Америке. Где с успехом устанавливаются распространенных там аппаратах с огромными моторами и массой места под капотом, у Chevrolet Tahoe, например.
Совсем другое дело газотурбинный наддув, нашедший широкое применение на легковых автомобилях. Простота конструкции (технологическая сложность здесь не учитывается) и прекрасная отдача позволили этому методу прочно закрепиться на рынке. Принцип достаточно прост. Отработавшие газы на выходе из двигателя вращают турбину, кот. нагнетает воздух во впускной коллектор. Первоначально существовавшие проблемы типа «турбо ямы», перегрева, еа многих современных компрессорах решены. Появившиеся корректоры по наддуву, которыми в обязательном порядке комплектуются системы, позволяют существенно улучшить мощностные и экономич. Показатели двигателя, и, кроме того, сформировать нужную характеристику работы двигателя. Применение малоразмерных компрессоров (с малым моментом инерции) позволило практически устранить запаздывание срабатывания наддува при работе двигателя в разнопеременных нагрузках.
В зависимости от степени наддува мощность можно увеличить до 40%. Это результат для серийных моторов. Для экстремальных целей возможности наддува ограничены надежностью мотора.
Подводя итог, на поставленный вопрос можно ответить так: если у вас карбюраторный мотор, то решение только в газотурбинном наддуве, если инжекторный, то возможно применение и резонансного метода.
В любом случае будет прекрасная отдача, хотя удовольствие не дешевое. Турбонаддув удел дорогих, технически совершенных моделей.
8 Распред. валы с измененными фазами. Для чего используются — для поднятия момента или максимальной мощности?
И для того и для другого. Просто это разные задачи и инструменты их достижения (в данном случае р.валы) то же различны. В принципе, появление этих валов обязано спросу, кототрый возник на волне повального увлечения активной ездой у наиболее продвинутой части автообщественности. Желание улучшить динамику и максимальную скорость было у многих, и самым простым способом небольшой прибавки стола замена стандартного р.вала на р.вал с измененными фазами газораспределения. Но дело в том, что на моторах путем замены р.вала невозможно добиться одинакого хорошего подъема как момента, так и макс. мощности. На продвинутых моторах иностранных фирм существуют системы изменения фаз газораспределения в зависимости от оборотов двигателя, которые позволяют поддерживать макс. значение крутящего момента в широком диапазоне оборотов. На отечественных моторах это не возможно, поэтому приходиться применять р.валы с измененными, но все-таки фиксированными параметрами кулачка (угол запаздывания закрытия впускн. клапана и угол перекрытия клапанов). На деле, чаще всего требуется увеличить динамику автомобиля. Для этого необходимо поднять значение крутящего момента Мкр в зоне низких частот вращения — 2.000-3.000 об\мин., при том что на большинстве стандартных моторов Мкр находится в пределах 3.500-4.000 об\мин. В принципе, для лучшего понимания, как можно улучшить динамику, стоит на секунду отвлечься на теорию. В механике для оценки динамики введен коэффициент динамичности Кд:
В большинстве случаев реально поднять Мкр и опустить его макс. значение в зону низких оборотов получается путем уменьшения угла запаздывания закрытия впускного клапана. При этом «обратный выброс» смеси при подъеме поршня от н.м.т. к в.м.т. практически отсутствует и наполнение цилиндра свежей бензо-воздушной смесью оптимально. На практике, за счет корректировки угла закрытия впускн. клапана достигается повышение Мкр при 2.000- 3.000 об\мин на 25-30 %. В качестве недостатка стоит отметить, что в зоне высоких скоростных режимов такие р.валы ограничивают наполнение цилиндров свежей смесью за счет недоиспользования инерции заряда во впускном тракте. Что, естественно, ограничивает макс. мощность двигателя. Для увеличения мощности применяются другие р.валы, что обусловлено необходимостью увеличить обороты колен.вала. В бензиновом двигателе главным ограничителем оборотов является ограниченность наполнения цилиндров свежей бензо-воздушной смесью из-за роста газодинамических потерь во впускном тракте. Для достижения макс. оборотов на практике, в основном в спорте, идут на серьезное увеличение угла запаздывания впускного клапана, что бы максимально использовать «дозарядку» цилиндра за счет инерции потока смеси во впускном тракте. Кроме того, увеличивают угол перекрытия клапанов для улучшения продувки (освобождения от отработавших газов) камеры сгорания. Такие мероприятия позволяют улучшить nmax с 5.500 — 6.000 об\мин до 10.000 — 12.000 об\мин. При этом требуются соответствующие доработки и других систем автомобиля. При работе двигателя в этих режимах возникает много других нюансов. «Обратная тяга» (т.е. поршень идет вверх к в.м.т. и выталкивает в выпускной коллектор часть смеси, уже попавшей в цилиндр через открывающийся впускн. клапан) очень сильна, что приводит к огромному расходу топлива и высокой токсичности. Кроме того, эти моторы просто не могут работать на режиме холостого хода в нормальном понимании этого слова (около 800 об\мин). Так что необходимость применения р.валов, пришедших из спорта в повседневной жизни очень сомнительна. Тем не менее, и в варианте с поднятием момента и с поднятием мощности много нюансов, к которым мы еще не раз вернемся.
9 Разрезная шестерня привода р/вала. Есть ли в ней необходимость?
В наших текстах по предложениям о доработках моторов шестерня упоминается достаточно часто. Связано это с тем, что для получения оптимальных результатов того или иного комплекта доводки необходимо применение р.валов с измененными фазами газораспределения. При этом нарушается положение р.вала относительно в.м.т. по колен.валу. Если для моторов предыдущего поколения ( ВАЗ-классика, УЗАМ) ошибка в установке р.вала 3-4 градуса относительно колен.вала не приведет к заметным нарушениям в работе двигателя, то для более современных моторов семейства 2108 погрешность установки фаз газораспределения имеет куда более существенное значение. Те же самые 3-4 градуса ошибки приведут к резкой потере мощности, ухудшению экономичности и токсичности. Именно поэтому, для реализации наилучших характеристик двигателя при установке различных (по конструкции кулачков) р.валов, применение универсальной «разрезной» шестерни привода р.вала становится однозначно необходимым. На практике, наилучший результат достигается при установке р.вала, например, когда поршень 1-го цилиндра находится в.м.т., а в 4-ом подъем впускного и опускание выпускного клапанов составляют одинаковую величину (фаза перекрытия).