Что такое форсирование двигателя?

Форсированный двигатель

Форсирование двигателя подразумевает под собой комплекс мер по улучшению показателей стандартной комплектации силовой установки. Под показателями в основном подразумевается мощность, поскольку она главным образом отвечает за разгонную динамику автомобиля. Таким образом, пользователь, за относительно невысокую цену может добиться от обычного автомобиля спортивных характеристик.

Форсировать двигатель, это устранить энергетические потери, возникающие внутри мотора, уходящие на трение и работу дополнительного оборудования. Пустить эту энергию на увеличение коэффициента полезного действия силовой установки, и повысить её мощность в целом. Форсирование позволяет воспользоваться всеми возможностями мотора, заложенными на этапе проектирования.

Для повышения мощности агрегата используют различные методы: меняют штатные детали мотора на улучшенные; заново прошивают электронный блок управления; дорабатывают заводские узлы и многое другое.

Доработка силовой установки

Для начала стоит заметить, что практически любой двигатель, не зависимо от вида топлива, на котором он работает, можно форсировать. Если перебрать заводской мотор и учесть все тонкости и нюансы, пропущенные при конвейерной сборке, можно получить прирост мощности в размере 10-20%. Дело в том, что при массовой сборке не применяется индивидуальная настройка и подгонка под каждый агрегат. Задача конвейера в том, что бы мотор попал в установленный диапазон допусков и посадок.

При индивидуальной сборке, учитываются даже самые мелкие погрешности, для достижения максимальных показателей при выходе на форсаж двигателя. Кроме того, меняются детали и узлы на более прочные, способные вынести серьёзные нагрузки.

Минусом метода является значительная цена и необходимость замены других узлов автомобиля (тормозная система, коробка передач и др.).

Основные методы форсирования силовой установки

Улучшение показателей мотора за счёт форсирования набирает все большую популярность. Существует целый ряд фирм, проводящих доводку и модернизацию агрегатов сразу, после их выхода с конвейера завода. Форсирование ДВС, как правило, происходит за счёт каких-то изменений в его конструкции, к ним можно отнести:

Изменения в головке блока цилиндров

Доработка головки блока цилиндров играет одну из важнейших ролей в модернизации. Правильно проведённая работа способна добавить 20% мощности установке. Форсированный двигатель не только демонстрирует улучшенные характеристики, а так же имеет повышенный ресурс за счёт большего наполнения цилиндров смесью, правильного и полноценного сгорания топлива, и отвода продуктов сгорания.

Поскольку камера сгорания является местом, в котором протекают основные рабочие процессы силовой установки, именно на её улучшение направлена основная работа. От камеры сгорания напрямую зависят такие процессы, как смесеобразование, продувка, воспламенение, горение. Что бы улучшить их, камеру полируют, увеличивают впускные и выпускные каналы, проходные сечения головки блока цилиндров, улучшают клапана, коллекторы и др.

Замена распределительного вала

Положительным моментом в применении такой модернизации является отсутствие необходимости изменять рабочий объём установки. Такое конструктивное решение позволяет сдвинуть диапазон мощности относительно условий эксплуатации агрегата. Таким образом, на определённых режимах работы мотора, будут изменены фазы газораспределения, и двигатель получит прирост мощности.

Однако есть и недостатки, например, на низких оборотах тяга будет поднята, тогда как при достижении высоких, динамика упадёт

Увеличение объёма силовой установки

Данный метод форсирования является самым простым и популярным. Для его осуществления можно прибегнуть к нескольким действиям: увеличить диаметр цилиндров, или установить коленчатый вал, имеющий больший ход.

Увеличение степени сжатия

Метод позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия силовой установки. Степень сжатия напрямую зависит от задержки закрытия впускного клапана, а так же от угла открытия дроссельной заслонки. Процесс достигается при помощи установки специального распределительного вала, который позволяет повлиять на фазы газораспределения, расширив их.

Способ обеспечивает прирост мощности агрегата во всем диапазоне оборотов. Кроме того, требует применения другого сорта топлива, с увеличенным показателем октанового числа.

Увеличение наполнения цилиндров

Принцип метода: снизить аэродинамическое сопротивление во впускной и выпускной системе, в каналах головки блока цилиндров. Для увеличения коэффициента наполнения цилиндров выполняются работы по полной замене впуска и выпуска или их модификации.

Кроме того, параллельно устанавливается раздельный выпускной коллектор, прямоточная выхлопная система и воздушный фильтр нулевого сопротивления. Как пример, ВАЗ 2108 с коэффициентом 0,75 после доработки имеет коэффициент 1,0 и выше.

Недостатком метода является его значительная стоимость по отношению к прибавке мощности, полученной на выходе.

Уменьшение механических потерь

К механическим потерям при работе силовой установки можно отнести: потери на трение, насосные потери, потери на привод механизмов мотора.

Самое сильное трение происходит в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Для уменьшения силы одними из способов является установка поршней с меньшей площадью юбки. Кроме того, уменьшают ход поршня, подгоняют поршни и детали кривошипно-шатунного механизма по весу, производят балансировку. К насосным потерям относят потери мощности на всасывание двигателем воздуха.

В этот момент все системы агрегата работают на преодоление аэродинамического сопротивления. Снизив его, можно получить дополнительную экономию мощности.

Приводы газораспределительного механизма, генератора, помпы и др. так же требуют энергии. В идеале при форсировании силовой установки все их необходимо уравновесить, с целью уменьшения и равномерного распределения мощности. Иногда для этого достаточно воспользоваться изменением передаточного отношения.

Установка сухого картера так же положительно сказывается на экономии мощности. При движении транспортного средства, в обычном картере происходит колебание излишков масла, которые, попадая на коленчатый вал и другие механизмы, вызывают их дисбаланс. Как следствие, потери мощности на противостояние ему. Сухой картер минимизирует эти потери.

Методы форсирования двигателя

Тюнинг мотора – это целая наука, тернистый путь постижение которой связан с множеством проб и ошибок. Поместить в одну статью все множество решений, а также информацию, позволяющую улучшить любой двигатель – невозможно. Но дать четкое представление о том, что такое форсирование двигателя, и какие методы стоит применять для улучшения динамических характеристик авто – вполне осуществимо.

Определение форсирования

Форсирование (от английского «force» – сила) ДВС – это улучшение мощностных показателей, характеризующихся крутящим моментом и максимальной мощностью.
Условно такое улучшение разделяется на работы в двух направлениях:

1. видоизменение электронных настроек, корректирующих время, продолжительность впрыска, степень «опроса» датчиковой аппаратуры и характер команд исполнительным устройствам;
2. механическая доработка узлов и агрегатов, влияющих на работу ДВС. Это целый комплекс работ по модернизации цилиндропоршневой группы, ГБЦ, впускной и выпускных систем. Далее в статье мы рассмотрим эти составные части более подробно.

С чего начинается и чем завершается улучшение мотора

Самый простой способ улучшить динамику автомобиля – это чип-тюнинг. Стоит сразу оговорить, что эффективность такого метода зависит от вычислительной мощности электронного блока управления двигателем (далее ЭБУ) и типа программного обеспечения.

Именно ЭБУ управляет зажиганием и моментом впрыска. Программа управления записана в ПЗУ (постоянное записывающее устройство) блока управления. Способ управления двигателем зависит от калибровок, который прописаны для всех режимов работы мотора (холостой ход, режим максимальной нагрузки и т. д). Именно изменение калибровок позволяет получить прибавку в мощности. Порой этот показатель достигает 20%. Достичь этого можно даже без потери ресурсности. Объясняется это тем, что заводская прописка мотора является во многом компромиссной. Часто даже излишне зажатой из-за экологических норм либо маркетинговых предпосылок.

Как улучшают «железо»

Комплексное форсирование двигателя включает в себя доработку:

• деталей мотора;
• впускной системы;
• выпускной системы;
• системы приготовления топливно-воздушной смеси.

Остановимся на всех пунктах по порядку.

Доработка «сердца»

В кругу тюнеров до сих пор не угасают споры о правильной последовательности проведения работ. Поэтому мы просто дадим перечисление возможных методов форсирования мотора:

• доработка ГБЦ, которая может в себя включать увеличения сечения впускных и выпускных каналов, что позволит мотору лучше дышать, замена седл, установку больших клапанов, стачивание толщины ГБЦ, приводящее к увеличению степени сжатия;
• блок двигателя может быть расточен до желаемого ремонтного размера, что позволит увеличить объем двигателя. В случае с гильзованными блоками, возможна установка гильз с увеличенным внутренним диаметром. Это влечет за собой установку больших поршней, а также иных колец;
• установка распредвалов, изменяющих процесс газообразования в камере сгорания. Изменение происходит за счет подбора формы кулачков, что влияет на величину подъема клапанов и степень перекрытия. В зависимости от настройки, распределительные валы могут быть низовыми (машина хорошо разгоняется с низких оборотов), верховыми («в полную грудь» мотор дышит лишь на высоких оборотах), а также с усредненным значением. К примеру, мотор будет выдавать хороший момент на «низах», неплохой в среднем диапазоне оборотов, но затухать на «верхах»;
• замена коленчатого вала на изделие с большим радиусом кривошипа. Величину стоит подбирать с учетом длины шатуна. Зарубежная литература называет это отношение «R/S». Правильно подобранное соотношение может сделать мотор «верховым» либо низовым;
• установка облегченных компонентов ЦПГ, маховика. Такое решение позволяет мотору легче набирать обороты. Для облегчения используют кованные шатуны и поршни. Для особо «злых» моторов это жизненно необходимо еще и потому, что используемый материал позволяет переносить большие механические и термические нагрузки.

Впуск и выпуск

Для увеличения количества поступающего воздуха рекомендуют:

• установить фильтр нулевик, реализовав холодный забор воздуха;
• подобрать оптимальное сечение каналов впускной системы; возможна установка равнодлинного впускного коллектора.

Отдельным пунктом при форсировании стоит установка турбины либо турбкомрессора. Каждое из решений имеет свои преимущества и недостатки.
Доработка выпускной системы начинается с установки коллекторов, именуемых «пауками». Форма и длина выпуска должны подбираться индивидуально. Сечение трубы выхлопной системы должно быть увеличено. Обязательны к удалению катализаторы, сажевые фильтры.

Зажигание

Форсирование старых моторов, на которых применяется контактная система зажигания, обязательно требует доработки узлов искрообразования. Причина этого в том, что искра в таких системах слабая, а на высоких оборотах и вовсе не стабильная.

Решением этой проблемы – в переходе на бесконтактную систему зажигания. Еще лучших показателей можно добиться с микропроцессорной системой управления искрообразованием.

Подача топлива

Логично, что увеличение количества поступающего воздуха, приводит к возможности подачи большей порции топлива. Этого можно достичь, установив жиклеры с большей пропускной способностью, большие форсунки в случае с инжекторными ДВС, а также топливного насоса большей производительности.

Финальная настройка

Если вы улучшили «железо», это еще не значит, что вы провели грамотное форсирование двигателя. Каждое изменение в конфигурации требует настройки и соответствующей прошивки ЭБУ. Лучше всего, если настройка мотора будет осуществляться онлайн в процессе движения. Только в таком случае можно получить действительно хороший результат.

Теория форсировки автомобильного двигателя.

Cегодня, в городском транспортном потоке, автомобили ВАЗ , ЗАЗ особенно ранних годов выпуска, уже не удовлетворяют современным требованиям ни по разгонной динамике, ни по эластичности двигателя.

Автомобили, выпускавшиеся в ныне несуществующей стране, сходили с конвейера не одно десятилетие без больших изменений. Автозаводы занимались не совершенствованием производства автомобилей, а в основном выполнением плана по их выпуску. Конструкторам было некогда исправлять мелочные огрехи и “детские” ошибки в конструкции, в результате чего автомобили, зачастую еще до своего рождения, потеряли возможность конкурировать со своими европейскими и заокеанскими собратьями.

Первыми, кто осознал это и стали искать пути улучшения конструкции двигателя, были спортсмены. Некоторые из методов, найденных ими и опробованных во множестве соревнований, хотелось бы осветить в этой статье . Но прежде, вкратце рассмотрим теоретические аспекты работы двигателя внутреннего сгорания, что впоследствии поможет лучше понять логику вмешательства в работу двигателя.

Эффективная мощность четырехтактного двигателя определяется по формуле :

Ne=0,000475 hm hg hf hv Vh Hg n (л.с.)

hm -механический КПД (определяет потери на трение и насосные потери);

hg -относительный КПД (определяет потери тепла в системе охлаждения);

ht – термический КПД (определяет потери вследствие неполноты расширения продуктов сгорания в идеальном цикле при нетеплопроводном цилиндре); hv – коэффициент наполнения – отношение действительной массы свежего заряда к теоретической массе заряда при давлении и температуре атмосферы (определяет совершенство наполнения цилиндра рабочей смесью);

Vh -рабочий объем двигателя, л;

Hg -теплотворная способность 1 м3 рабочей смеси при нормальном давлении и температуре и при коэффициенте избытка воздуха ?=1 для всех видов жидкого топлива почти одинакова, среднее значение Hg=825 кал/м3;

n -число оборотов коленчатого вала в минуту.

Рабочий объем двигателя определяется по формуле:

Vh=0,785 D2 Si (см3)

D -диаметр цилиндра, см;

S -ход поршня, см;

i -число цилиндров.

Повышение мощности путем повышения рабочего объема является наиболее простым и результативным способом создания форсированных модификаций. Этот способ наиболее часто используется при выпуске переходных моделей серийных двигателей – одним из примеров такого подхода есть создание двигателя ВАЗ 2106 на базе двигателя 2103, ЗАЗ 1102 сначала 1,1, потом 1,2, 1,3 и 1,4 , ВАЗ 2108 1,1-1,3-1,5-1,6.

Увеличение хода поршня S требует замены коленчатого вала, наиболее простым с технической точки зрения, является увеличение диаметра цилиндра D , которое проще всего произвести применив поршневую группу ремонтного размера, а в дальнейшем и поршневую группу от другой модели. Увеличить коэффициент наполнения можно благодаря применению нескольких карбюраторов, лучше всего, по одному на каждый цилиндр. В инжекторном двигателе многодроссельного впрыска (для повышения коэффициента наполнения в инжекторном двигателе применяются иные, отличные от данного методы, но о них мы поговорим позже).

Другим способом повышения коэффициента наполнения hv является применение головки блока с 3,4,5 клапанами на цилиндр, а также снижение потерь скорости движения горючей смеси в приборах питания, впускных трубах (коллекторах) и клапанной щели, а также от степени очистки цилиндров от отработанных газов. Поскольку величины этих потерь пропорциональны квадрату скорости движения смеси, то у впускного коллектора форсированного двигателя увеличивают проходные сечения. Производится также установка клапанов большего диаметра, увеличивают подъем клапанов и расширение фаз газораспределения, для чего необходим новый (тюнинговый) распределительный вал. Впускные каналы должны иметь плавные изгибы, увеличенные проходные сечения, высокую чистоту внутренней поверхности . Совершенно недопустимы несовпадения каналов в местах соединения коллекторов (ресиверов), поскольку турбулентность способствует снижению скорости потока. Улучшение очистки цилиндров от отработавших газов достигается такой же доработкой выпускного коллектора двигателя. Относительный КПД hg двигателя зависит от тепловых потерь в процессе горения, которому наиболее соответствует камеры сгорания полусферической, сегментно-сферической и шатровой формы.

Снижению тепловых потерь ht способствует, также, увеличение степени сжатия, так как при этом можно уменьшить поверхность камеры сгорания и увеличить количество оборотов, благодаря чему сократится время соприкосновения газов со стенками камеры сгорания .

Увеличить механический КПД можно за счет снижения потерь на трение. Трение поршней, в основном, вызывается боковой нагрузкой на юбку поршня, которая определяется силами инерции поступательно движущихся частей. Снизить массу поршня можно механической обработкой, спец покрытиями, а поршневого пальца и шатуна – путем облегчения и изготовления их из более прочных титановых сплавов. В общем балансе механических потерь, потери на трение в подшипниках коленчатого вала составляют около 16% при использовании подшипников скольжения.

Наиболее рациональным является форсировка двигателя по степени сжатия до 9,8-10, что подтверждалось опытом участия в соревнованиях ведущих гонщиков, при большей возможно возникновение детонации.

На собранном и обкатанном двигателе истинная величина степени сжатия проверяется компресометром, на прогретом двигателе с вывернутыми свечами при 200-250 об/мин, т. е. при оборотах, даваемых стартером при полностью заряженном аккумуляторе . Замеренное компресометром значение давления конца такта сжатия в каждом цилиндре пересчитывается в степень сжатия по эмпирической формуле:

e=(Pc + 3,9)/1.55 Пример: e=(12 + 3,9)/1.55=10,25

е – степень сжатия;

Рс – давление, замеренное компресометром, кгс/с.м2.

Замеренная по давлению Рс степень сжатия должна соответствовать расчетной, и разница в замерах в каждом цилиндре не должна превышать 0,5-1 кгс/см2, это залог успешной работы двигателя, в противном случае надо обязательно выяснить причину отклонений и устранить ее, даже если это связано с разборкой и повторным ремонтом двигателя.