Форсирование двигателя — основы форсирования ДВС
Форсирование двигателя позволяет значительно повысить мощность мотора и получить разгонную динамику, как у гоночной машины. Но при этом есть несколько но… Стать владельцем настоящего гоночного автомобиля может далеко не каждый – слишком дорого обходится и сам автомобиль, и его содержание, обслуживание и ремонт.
Однако умеренное форсирование двигателя обычного автомобиля (чаще всего двигателя внутреннего сгорания), чтобы выигрывать “светофорные гонки”, вполне реально – этим занимаются многие тюнинговые фирмы. Каковы же основные принципы форсирования двигателя?
1. Увеличение рабочего объема камеры сгорания
Повысить мощность мотора можно простым увеличением рабочего объема камеры сгорания – для гоночной машины данный параметр жестко прописан в техническом регламенте, а вот для обычной – он ограничивается только геометрическими размерами головки блока цилиндров. Но стоит помнить, что мелкосерийное производство коленвалов и поршней обходится довольно дорого, правда от этого уже никуда не денешься.
2. Установка приводного компрессора
Еще один способ форсирования двигателя, очень популярный, например, в США – установка механического нагнетателя (приводного компрессора), приводящегося от коленчатого вала (подробнее читайте в статье об устройстве турбонаддува).
Достоинство первых двух способов форсирования заключается в том, что с их помощью крутящий момент поднимается во всем диапазоне работы двигателя.
3. Сдвиг пика крутящих оборотов
Кроме того, можно применить опыт форсирования спортсменов, увеличивающих мощность мотора, сдвигая пик крутящего момента в направлении высоких оборотов. Здесь главная задача – уменьшение сопротивления при впуске воздуха в цилиндры. Этого добиваются, устраняя неизбежные ступеньки в районе соединения впускного коллектора с головкой блока цилиндров и карбюратором: изнутри полируют впускной коллектор, устанавливают клапаны большего диаметра и высоты подъема, используют многоклапанные головки. Часто обычный карбюратор заменяют сдвоенным с горизонтальным протоком.
В результате такого форсирования двигателя увеличивается суммарное сечение диффузоров, смесь равномерно распределяется по всем цилиндрам, потоку топлива не приходится менять направление на выходе из карбюратора.
4. Установка распредвала с “широкими фазами”
Еще для форсирования двигателя довольно часто ставят распредвал с “широкими фазами”, который улучшает наполнение камеры сгорания на высоких оборотах за счет некоторого снижения момента “на низах”. Такой автомобиль в движении вынуждает постоянно работать рычагом коробки переключения передач, чтобы обороты не падали и мотор не “тупел”.
5. Настройка впуска и выпуска
Иногда для увеличения мощности мотора применяют настроенные впуск и выпуск, дающие некоторую прибавку крутящего момента в узком диапазоне оборотов за счет резонансных явлений. При таком форсировании обороты максимальной мощности двигателя вырастают, что требует применения легких кованых поршней для сохранения приемлемых инерционных нагрузок.
6. Увеличение степени сжатия
Довольно часто при форсировании моторов увеличивают степень сжатия.
Так как детонация на высоких оборотах возникает достаточно редко, а хозяин, выложивший немалую сумму за такой двигатель, видимо, может позволить себе раскошелиться и на высокооктановый бензин (кстати, интересная статья о том, как уменьшить расход топлива).
Форсирование двигателя — как можно повысить мощность мотора?
Форсирование двигателя, или тюнинг двигателя – это определенный комплекс технических процессов, которые направлены на модернизацию двигателя. Целью такого усовершенствования двигателя является увеличение величины максимальных оборотов и крутящего момента, посредством чего происходит повышения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания.
- 1. Какие бывают методы форсирования двигателя.
- 2. Увеличение рабочего объёма двигателя.
- 3. Увеличение степени сжатия в камере сгорания.
- 4. Уменьшение механических потерь.
- 5. Оптимизация процесса сгорания смеси.
В просторечии тюнингом двигателя называют доработку двигателя, которая преследует цель увеличения его мощности и эффективности. Помимо этого форсированием двигателя называется и полная его замена на более мощный. Для непосредственного форсирования двигателя внутреннего сгорания детали заводского стокового производства заменяются на новые усовершенствованные элементы
Данная процедура проводится для того, чтобы уменьшить потери. Кроме того на сам двигатель устанавливаются механический нагнетатель (компрессор) или турбо надув, выхлопная система улучшается, а также устанавливаются воздушнее фильтры с уменьшенным сопротивлением. Очень распространенным являются и другие виды тюнинга. Тем не менее, каким бы ни был сам процесс форсирования двигателя главная цель не меняется – увеличение эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания.
1. Какие бывают методы форсирования двигателя.
На разных языках слово форсирование означает усиление, ускорение или силу. Именно из-за этимологии данного слова оно используется для обозначения корректировки мощности двигателя внутреннего сгорания. Что же касается автомобилей то форсирование двигателя должно расцениваться как ничто иное как тюнинг двигателя и все проводимые работы, которые преследуют цель увеличения мощности двигателя – доработки заводских деталей и конструкций.
При произведении процедуры форсирования двигателя значительно улучшаются и преодолеваются заводские параметры. В итоге можно получить результат, который знаменует существенное увеличение производительности механизмов и узлов. В определенный момент, когда у автомобилиста возникает мысль о форсировании двигателя необходимо, как, собственно, и при других мыслях о тюнинге иных систем транспортного средства, задать себе несколько вопросов: для чего нужно форсирование двигателя, будет ли улучшена работа двигателя и, самое главное, каковы материальные затраты на данную работу? Если все ответы являются положительными, то можно со спокойной душой и долей энтузиазма приступать к проведению форсирования двигателя автомобиля.
Первым методом, который подходит предпочтительно к современным автомобилям, является чип-тюнинг. По своей сущности данная процедура является вторжением со стороны автомобилиста во всю электронную систему транспортного средства, с целью коррекции его управляющих программ. Зачастую, этот метод порождает коррекцию блока управления двигателем, а также установкой дополнительных контроллеров, которыми выступают модули по увеличению мощности двигателя. Если нет специального оборудования и, самое главное, специальных знаний, не рекомендуется самостоятельно проводить чип-тюнинг.
Второй метод является более радикальным, так как затрагивает механическую часть. Он так и называется: механическое форсирование двигателя. В данную процедуру входит уйма процессов, как по доработке заводских стоковых уже существующих узлов, так и по замене этих узлов на новые, которые являются более эффективными и производительными. И при том, если автомобилист профессионал в использовании таких инструментов как молоток и зубило, не следует сразу же и без подготовки и знаний приступать непосредственно к тюнингу двигательной системы автомобиля.
2. Увеличение рабочего объёма двигателя.
Самым радикальным способом по увеличению мощностных показателей двигателя автомобиля является увеличение его рабочего объема. Количество цилиндров, их диаметр и величина перемещения поршня – вот от чего напрямую зависит рабочий объем двигателя. Из-за того, что цилиндры являются стационарным устройством и изменение их количества является невозможным, коррекции могут поддаваться только два последних вышеуказанных параметра.
Диаметр цилиндра напрямую зависит от конструкции двигателя. Чтобы произвести его увеличение в двигателе, которые имеют чугунные блоки цилиндров, должна применяться расточка блока цилиндров. Данная процедура служит плацдармом для установки новых поршней, имеющих больший диаметр. После этого на поршень наносятся микронеровности, которые способствуют задержанию на рабочей поверхности цилиндра масляной пленки.
Самым простым изменением рабочего объема является процесс, который осуществляется в двигателях, блок цилиндров который создан из алюминия, а сам носит в себе вставные мокрые гильзы. В данном случае, чтобы произвести изменение диаметра цилиндра используются соответствующие новые гильзы, которые имеются в ассортименте. Для того, чтобы увеличить ход поршня в цилиндре необходимо применять измененный коленчатый вал, который имеет увеличенный радиус кривошипа. В современном мире имеется огромный выбор коленвала для разного типа двигателя: как стандартного, так и форсированного.
При непосредственном определении конфигурации двигателя в ходе возрастания его объема применяются короткоходные и длинноходные варианты, которые определяют параметр, являющийся ходом поршня или диаметром цилиндра, которые будут преимущественно увеличиваться. Важно не забывать о том, что сам рабочий объем агрегата двигателя помимо того, что влияет на максимальную величину мощности, напрямую влияет на то, при каких оборотах можно достигать этих максимальных значений мощности, а также крутящего момента.
Таким образом, максимальные значения крутящего момента и мощности, при увеличении хода, достигаются при наименьших значениях двигательных оборотов.
3. Увеличение степени сжатия в камере сгорания.
Одной из основных методик по увеличению мощности двигателя является увеличение уровня сжатия в камере сгорания. Именно из-за этой процедуры осуществляется получение большей отдачи от объема двигателя. Таким образом, расход топлива остается на том самом уровне, что и был, а мощность двигателя значительно увеличится. В таком случае возникает вопрос о том, почему же с самого завода на стоковых установках степень сжатия не поднимают до максимального возможного уровня? Ответ прост. Вся загвоздка заключается в характеристиках бензина, которые не позволяют поднимать степень сжатия более определенного указанного уровня, без образования различного рода детонации. Если степень сжатия будет значительно увеличен, то мощность двигателя также повысится в разы, но, тем не менее, проблема будет заключаться в том, что автомобиль придется заправлять более высокооктановым топливом.
Но, с другой стороны, поскольку двигатель после всего этого будет работать эффективнее даже на той мощности, которая была у него раньше, расход и потребление топлива будут значительно меньше, а разности в цене будут несущественными.
Существуют два способа по увеличению степени сжатия в камере сгорания. Первым способом будет установка более тонкой прокладки самого двигателя. В данном случае, может возникнуть проблема столкновения клапана с поршнями, так что нужно все тщательно рассчитать. Вариацией может быть установка совершенно новых поршней в двигатель, которые будут иметь более глубокие выемки для клапанов. Помимо этого произойдет изменении в газораспределении двигателя, так что их придется полностью заново настраивать.
Вторым методом является растачивание цилиндров двигателя. Данный процесс потребует замены поршней. Тем не менее, данный метод способствует увеличению рабочего объема двигателя, и, в то же время, повышению степени сжатия, так как сама камера сгорания не изменяется, а вот происходит изменение объема цилиндра.
Именно отношение первого объема камеры сгорания к объему возросшего цилиндра укажет большую величину уровня сжатия. Важно знать, что чем ниже степень сжатия стандартных настроек двигателя, тем прибавка мощности за счет сжатия камеры выше.
4. Уменьшение механических потерь.
Существует несколько видов механических потерь: трение в цилиндрах блока, насосные потери и потери вспомогательного оборудования.
Первой проблемой является трение непосредственно в цилиндрах блока. Уменьшение самих цилиндров может производиться за счет увеличения зазора между цилиндром и поршнем, использования сборных маслосъемных колец, а также за счет облегчения шатуна. Вообще, на практике рекомендуется проводить тщательную балансировку, а также подбор всех деталей кривошипно-шатунного механизма по весу. Возникают также и насосные потери. Зачастую, такие потери вызваны трением в шейках коленчатого вала. Данная проблема весьма решаема и может компенсироваться установкой распредвала с более широкими фазами.
Помимо этого нужно применить систему «сухого картера», что способствует существенному снижению насосных потерь, которые затрачиваются коленчатым валом. Это связано с тем, что попадание на коленвал масла способствует торможению его вращения.
Помимо вышеуказанного может возникнуть проблема со вспомогательным оборудованием. Кондиционер, генератор, водяной насос и гидроусилитель – все это ведет к уменьшению эффективной работоспособности двигателя. Для решения проблемы рекомендуется: на автомобилях, где была произведена процедура форсирования двигателя увеличить придаточное отношение привода генератора и водяного насоса.
5. Оптимизация процесса сгорания смеси.
Для того чтобы произвести, а точнее дать рекомендации по произведению оптимизации процесса сгорания воздушно-топливной смеси, не нужно вдаваться в глубокую теорию всей процедуры сгорания смеси в определенной камере сгорания. Важно запомнить, что сама камера сгорания должна быть компактной. Это необходимо для того, чтобы снизить все тепловые потери, а также вероятность детонации.
Помимо этого будет обеспечено эффективное перемешивание топлива и воздуха. Только с помощью уменьшения и очистки камеры сгорания можно произвести оптимизацию всего процесса сгорания воздушно-топливной смеси.
Для того чтобы произвести увеличение наполнения цилиндров нужно понизить аэродинамической сопротивление во впускной и выпускной системах. Помимо этого необходимо снизить такое же сопротивление в каналах головки двигателя внутреннего сгорания. Огромное значение непосредственно для тюнинга двигателя имеют: конструкция резонатора, его местоположение, а также установка многодроссельной системы, которая имеет выпускную трубу на каждый отдельный цилиндр.
Вот и все. Форсирование двигателя – очень непростой и ресурсоемкий процесс. Тем не менее, полученный результат должен радовать автовладельца. Важно не забывать, что увеличение в мощности транспортного средства влечет за собою коррекцию и доработку многих других систем автомобиля: тормозной системы, коррекции в подвеске.
Что такое электрические нагнетатели и действительно ли они работают?
Нагнетатели существуют уже несколько десятилетий и представляют собой достойную альтернативу турбонаддуву. Вместо обычного механического турбонагнетателя предпочтительнее иметь принудительную индукцию с электронным управлением?
Напомнить позже
Ничто так не сравнится с воем нагнетателя. Этот пронзительный визг сетки с ременным приводом, сжимающей воздух в цилиндры, — один из самых любимых звуков наших автолюбителей. Некоторые из величайших силовых агрегатов, которые когда-либо производились, были почти «на болтах» с наддувом, будь то V8 Jaguar, 5,4-литровый двигатель от Mustang GT500 или двигатель мощностью 638 л.
Существует два типа электрических нагнетателей. Первый больше вентилятор, чем конкретно нагнетатель. Цилиндрический компонент, прикрепленный непосредственно к впускному коллектору, действует как настольный вентилятор, всасывая воздух во впускное отверстие, а затем нагнетая его в цилиндры. Вы можете найти множество таких приспособлений в Интернете, но по сути это большая афера. Эти «нагнетатели» на самом деле представляют собой всего лишь трюмные насосы, предназначенные для откачки нежелательной воды с палубы небольшой лодки.
Не подходите близко ни к одному из этих компонентов с болтовым креплением Из-за маленьких ребер и относительно низкой скорости этих насосов они с трудом создают какую-либо реальную форму сжатия.
Это отсутствие сжатия означает, что впускной воздух практически не получает давления, и поэтому воздух, поступающий в цилиндры, практически не получает никакой энергии, что не приводит к реальному увеличению мощности.
Второй тип электрического нагнетателя использует донорский турбонагнетатель с прикрепленным электродвигателем, также известный как E-нагнетатель. Электроэнергия преобразуется в крутящий момент от электродвигателя к вращающемуся рабочему колесу внутри турбокомпрессора, которое будет вынуждено раскручиваться по мере увеличения электрического тока, протекающего через него. Благодаря специально сконструированным ребрам внутри турбокомпрессора поступающий воздух будет сжиматься до уровня, при котором давление воздуха, подаваемого в цилиндры, будет достаточным для реального прироста мощности.
Это реальная сделка. К нему также прикреплен мотор приличного размера, который всегда помогает.
Электроника представляет собой электродвигатель, подключенный к дроссельной заслонке либо на корпусе дроссельной заслонки в моторном отсеке, либо на педали дроссельной заслонки. Это позволяет электродвигателю вращать вентилятор со скоростью, пропорциональной величине применяемого дросселя, имитируя действие обычного механического нагнетателя с ременным приводом. Этот двигатель питается от аккумуляторной батареи автомобиля, что создает неотъемлемую проблему с электрическим наддувом.
Сжатие воздуха требует большого количества энергии; около 6-7 л.с. на каждый фунт на квадратный дюйм наддува потребляется от двигателя для привода механического нагнетателя. Применяя это к электронике, 12-вольтовая батарея вряд ли сможет обеспечить энергию, необходимую для работы, близкой к тем же возможностям, что и заводная рукоятка двигателя. Таким образом, комплекты электронных нагнетателей с eBay или любого другого веб-сайта, как правило, практически не обеспечивают увеличения мощности и могут даже вызвать чистое снижение мощности за счет истощения заряда батареи.
Несмотря на то, что E-нагнетатель может создать требуемый наддув, ему по-прежнему требуется большое количество электроэнергии, чтобы полностью раскрыть свой потенциал.
. Поэтому для питания всего электрооборудования автомобиля, а также дополнительного E-supercharger действительно потребуется 48-вольтовая батарея. . Хотя, учитывая огромное количество электрических технологий в автомобилях в наши дни, вероятно, не пройдет много времени, прежде чем 48-вольтовый блок станет стандартным.
Преимущества электрического нагнетателя заключаются в минимальном времени запаздывания и высокой скорости вращения. В то время как турбонагнетатели могут раскручиваться за пару секунд, а механические нагнетатели все еще имеют некоторую присущую задержку, электрический нагнетатель может полностью раскрутиться всего за 0,5 секунды благодаря прямому соединению с дроссельной заслонкой, обеспечивая практически мгновенный максимальный наддув.
Механические нагнетатели развивают максимальную скорость около 60 000 об/мин, тогда как электрический эквивалент может развивать скорость до 120 000 об/мин, что даже выше, чем у большинства турбокомпрессоров.
Если электрические нагнетатели могут быть полностью спроектированы и объединены с соответствующим источником питания, они могут начать новую мини-революцию в рамках нынешней одержимости уменьшением размеров. Поскольку производителям приходится полностью решать проблемы с турбонаддувом, поскольку они создают все больше и больше двигателей с принудительной индукцией, электрический наддув может стать мгновенным решением при массовом производстве. Однако из-за затрат, связанных с исследованиями и разработками такого компонента, а также из-за предстоящих изменений в источнике питания, которые потребуются для его эффективной работы, вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем мы увидим, как электрические наддувы должным образом набирают обороты.
Механический наддув, с другой стороны, уходит в прошлое из-за своей энергоемкости и тепла, создаваемого такими системами. Однако, поскольку электроника начинает доминировать почти во всех аспектах автомобилестроения, вполне возможно, что наддув скоро вернется. RIP естественная аспирация…
Электрические турбины – правда или вымысел?
Взгляните на любое обсуждение форума об «электрическом турбодвигателе», и вы обязательно откроете ящик Пандоры. Распространено мнение, что идея создания наддува с помощью электродвигателя смехотворна. Большая часть этого скептицизма (по понятным причинам) вызвана дешевыми продуктами, которые представляют собой не более чем компьютерные вентиляторы, и видеороликами о воздуходувках, прикрепленных к воздухозаборникам автомобилей.
Итак, да, большая часть негатива вокруг электрических турбин оправдана, но хорошая новость заключается в том, что они работают, они могут давать «настоящий» наддув, и мы, возможно, вот-вот вступим в эру, когда электрические турбины найдут свое применение.
путь на вторичный рынок в качестве законного производителя электроэнергии.
Давайте избавимся от одного аргумента — термина «электрический турбо». Точнее, это «электрический нагнетатель», поскольку он не использует выхлопные газы для вращения компрессора. Однако это вряд ли стоит обсуждать, так что называйте это как хотите, и давайте двигаться дальше!
Теперь давайте разберемся с откровенным неверием в то, что это вообще возможно. Три слова должны сделать это — F1, Audi и Tesla. F1 и Audi уже используют турбодвигатели с электроприводом уже несколько лет. Если Тесла разгоняется от 0 до 100 км/ч легко, как у суперкара, то почему так трудно представить себе электродвигатель, вращающий компрессор для ускорения? Опять же, это еще один аргумент, который не стоит иметь.
Теперь мы подошли к сути. Даже когда доказано, что это возможно, аргумент смещается в сторону осуществимости или рентабельности. На этом этапе нам, вероятно, нужно определить параметры аргумента, чтобы двигаться дальше.
Какой наддув должен производить электрический турбодвигатель на двигателе какого размера, чтобы к нему относились серьезно? Как долго он сможет производить этот импульс, если он питается от батарей? Сколько бы вы заплатили за это?
Конечно, существующие технологии имеют некоторые ограничения и просто не могут сравниться с «настоящим» турбодвигателем по мощности. В настоящее время электрические турбины в основном используются в качестве дополнения к традиционным турбинам, эффективно уменьшая или устраняя турбояму, а не являясь основным источником давления наддува. Электрический турбонаддув, используемый в качестве «дополнения», работает только в переходных условиях, а это означает, что небольшая и экономичная батарея может использоваться и заряжаться достаточно быстро, чтобы не отставать от спроса.
Несмотря на эти ограничения, есть два очень полезных и захватывающих применения электрического турбонагнетателя на вторичном рынке. Один из них — использовать его точно так же, как OEM-производители — добавить турбо, чтобы уменьшить отставание.