Якщо подивитися на статистичні дані, то більшість автовласників мають автомобілі з двигунами об'ємом до двох літрів. При цьому, потужність автомобілів не перевищують 120 кінських сил. Саме цей факт, змушує багатьох автолюбителів звернути увагу на можливість збільшення потужності. Тим більше, якщо знати, робочий об'єм моторів у болідів Формули 1 з потужністю в 600 кінських сил при робочому обсязі в 1,6 літра, або звернути увагу на сучасні розробки інших моторів можна порівняти обсягом. Тому, більшості автолюбителів буде цікаво знати, що саме дозволяє розвивати моторам з малим робочим об'ємом таких потужностей, і як самостійно цього домогтися на звичайному атмосферному двигуні.
Що таке потужність автомобільного двигуна?
Для повного розуміння доробок, необхідно розібратися в теоретичних питаннях потужності двигуна внутрішнього згоряння. Але заглиблюватися в тему не будемо, а розглянемо тільки короткі принципи і саму суть. Для початку, потрібно засвоїти головне поняття, що потужність - це крутний момент помножений на кількість оборотів колінчастого вала в хвилину з коефіцієнтом.
По суті, результатом таких обчислень, стане певне число, що виражає роботу за одиницю часу, але оперувати цією формулою простіше, ніж обчислювати кінські сили. З вище зазначеної формули, з'являється єдиний висновок - що б підняти потужність двигуна, необхідно збільшити крутний момент або обороти мотора в хвилину.
Нічого складного в розумінні немає, але складність полягає в методах і наслідки підйому оборотів або крутного моменту. Здавалося б, чому не можна збільшити обороти колінчастого вала до 9 000-10 000, замість 5 або 6 тисяч? Справа в тому, що кожен мотор має свої межі міцності, а підвищення оборотів збільшує навантаження на двигун в квадратичної прогресії. Тому, неможливо збільшувати обороти без серйозних змін в конструкції двигуна. Природно, при самостійній форсування двигуна, немає можливості пристосувати мотор до високих оборотом, і доводиться збільшувати крутний момент.
Що таке крутний момент
Вирішивши підняти крутний момент, автовласник також зіткнеться з проблемою збільшення навантаження на мотор, але вже в лінійної прогресії. Тому, з'являється можливість акуратного підняття, до прийнятного рівня.
Для цього, потрібно збільшити кількість паливної суміші в камері згоряння. При цьому, збільшується споживання палива і необхідність більшої кількості повітря. Тільки при ефективному спалюванні всього бензину, можна домогтися високих показників від мотора. Але відомо, для того що б спалити кілограм бензину, необхідно до 15 кг повітря, що складе близько 12 кубометрів на 1,4 літра палива. Тому, залишається питання щодо підвищення кількості повітря, адже збільшити обсяг палива, що подається не так складно.
Виходячи з вище написаних відомостей, випливає те, що необхідно встановити турбіну або компресор на Ваш мотор, або збільшити обсяг камери згоряння. Саме це дозволить додати крутного моменту автомобілю, а відповідно і потужності.
Залежність крутного моменту від робочого об'єму
На даному пункті варто зупинитися докладніше, на атмосферний двигун в повній мірі поширюється правило: «на 1 літр робочого об'єму, доводиться від 85 до 120 Нм крутного моменту». Дане правило зберігається протягом багатьох десятиліть, і навіть сучасні технології не здатні його подолати. Тільки мотори зовсім старих модифікацій вибиваються із загальної маси, і не в кращу сторону.
Наприклад, ВАЗОВСКИЙ двигун, який встановлювався на «копійці». Мав робочий об'єм 1,2 літра, при моменті в 87 Нм. Але це застарілий силовий агрегат з неефективним запалюванням і карбюраторної системою впорскування палива. А сучасний двигун з таким же робочим об'ємом, встановлений в Skoda Fabia, здатний розвинути до 112 Нм. А популярний мотор від Toyota з об'ємом 1,8 літра розвиває до 170 Нм крутного моменту. У той же час, німецький двигун М111 з робочим об'ємом 2,3 літра має 220 Нм, М272 з трьома літрами розвиває до 300 Нм крутного моменту.
В принципі, серйозних винятків з цього правила не існує, навіть найбільш просунуті атмосферні мотори, що встановлюються на боліди формули 1. які мали обсяг в 2,4 літра, що не розвивали більше 260 Нм крутного моменту, але завдяки високих обертів за хвилину (до 17 000 - 18 000), мали величезну потужність.
Це відбувається через те, що крутний момент залежить від ступеня наповнення камери згоряння, а в нетурбірованних двигуні, вона повністю залежить від атмосферного тиску повітря. Тому, без збільшення робочого об'єму та модифікацій двигуна - збільшити крутний момент дуже складно. Звичайно, можна домогтися позитивного результату поліпшивши систему впуску та випуску, але приріст у порівнянні з вкладеними коштами - буде незначний.
Зовсім інакше, виглядає ситуація з турбованим мотором. Завдяки турбіні або компресора, в камеру згоряння можна нагнати будь-яку необхідну кількість повітря. Наприклад, силовий агрегат ЕА111, встановлений на Skoda Octavia, має робочий об'єм 1,4 літра при 250 Нм крутного моменту. Тому, обмеження в турбированних моторах полягає тільки в міцності компонентів, які повинні витримати збільшуються навантаження.
З цього, слід єдиний висновок - без турбіни або компресора, неможливо на порядок збільшити крутний момент. Навіть серйозні і повномасштабні модифікації силового агрегату приведуть до незначного збільшення крутного моменту в співвідношенні на літр об'єму.
Але якщо, Ви залишаєтеся строгим прихильником атмосферних агрегатів, то далі спробуємо розповісти про можливі дії для форсування мотора, і способах домогтися максимальної віддачі від двигуна.
Переробка двигуна при форсуванні
Не варто розслабляти і вважати, що збільшити потужність на атмосферному моторі можна без особливих клопотів. Тим більше, якщо Ви хочете піти шляхом збільшення максимальних обертів (найефективніший спосіб збільшити потужність мотора), то доведеться міняти поршневу групу на більш легку і міцну, що може обійтися в значну суму.
І так, для комплексної переробки мотора знадобитися придбати кований і полегшений колінчастий вал, такі ж Н-образні шатуни, Т-образні ковані поршні зі зменшеною висотою і природно нові болти шатунів зі збільшеною міцністю. Також, варто подбати про новий масляному насосі з підвищеною продуктивністю, для більшої ефективності на підвищених обертах. Можна придбати спеціальні поршні, які використовуються при екстремальному збільшенні потужності двигуна, вони спроектовані для використання всього двох поршневих кілець для зниження втрат на терті, при мінімальній товщині для зниження ваги.
Не варто думати, що всі зміни закінчилися на даному етапі. Крім поршневий групи, доведеться модифікувати систему газорозподілу, для відповідності підвищеним оборотам. Для того, що б клапана встигали вчасно закриватися і відкриватися на підвищених обертах, доведеться полегшувати самі клапана з використанням нових матеріалів, і купити спеціальні пружини з більшою еластичністю. Також, доведеться встановити нові розподільчі вали, що дозволяють швидше відкривати і закривати клапана. А підвищене навантаження на всі компоненти зобов'язує використовувати дорогі матеріали і високу точність виробництва, що призводить до високої вартості всіх компонентів.
Далі, залишається модифікація систем впуску та випуску. Для цього встановлюються нові колектора з продуманою формою для зменшення опору і ретельно поліруються канали в ГБЦ.
Приклади доопрацювання мотора професіоналами і комплекти модифікації
Далі ми розглянемо приклади тюнінгу атмосферних моторів на прикладі професійних команд і зарекомендували себе двигунів. Наприклад, мотор Opel C20XE, який спеціально створювався для можливості подальшої модифікації. Заслужив популярність серед багатьох гоночних команд, в тому числі і Opel. Chevrolet і Lada. Тим більше, що використовувався протягом двох десятиліть. Що говорить про крайню надійності і ефективності даного агрегату.
При випуску з заводу, двигун від Opel C20XE має робочий об'єм в два літри і максимальну потужність до 150 кінських сил. Довгий використання мотора в ролі основного силового агрегату для долі в різних гоночних змаганнях, дозволило багатьом фірмам набрати великий досвід по його модифікації. Тому, є можливість придбати готові комплекти тюнінга, які дадуть вже відомий результат без ризику на поломку. Але двигун повинен знаходитися в робочому стані, і не бути на межі утилізації.
Кожен з комплектів відрізняється за ціною, комплектації і підсумкової потужності. Наприклад, найдешевший комплект від знаменитої фірми Qedmotorsport обійдеться в 129 000 рублів за актуальним курсом рубля до фунта. Не дешево? Але весь комплект перевірений часом і опрацьований до дрібниць. У набір включили модифікований впускний колектор з дросельною заслінкою на кожен циліндр, модифікована паливна рампа зі збільшеною продуктивністю і регулятором тиску, оновлений електронний блок управління силовим агрегатом, нова проводка і двоступеневий обмежувач максимальних обертів коленвала. Також, доведеться встановити нові розподільчі вали і нові болти шатунів зі збільшеною міцністю. Це дасть приріст потужності до 190 кінських сил з гарантією надійності.
Якщо автовласникові буде мало нової потужності, то можна придбати більш дорогий комплект і домогтися потужності до 210 кінських сил. Для цього, доведеться викласти на 36 000 рублей більше. В даний комплект додатково увійдуть полегшені, але міцніші поршні, спеціальні шестерні ГРМ з можливістю більш тонкої настройки фаз та інші розподільні вали для прискорення роботи клапанів.
Для того, що б двигун працював при потужності в 220 кінський сил, потрібно буде викласти ще 18 000 рублів, або всього 183 000. При цьому, покупець отримає комплект запчастин для модифікації клапанів і всієї системи газорозподілу. У комплект увійдуть розподілвали зроблені для роботи без гидрокомпенсаторов, інші пружини для клапанів і оновлені штовхачі.
Самий топовий комплект для даного двигуна дозволить розвивати до 245 кінських сил, але доведеться витратити 197 000 рублей. При цьому, він нічим не буде відрізнятися від попереднього, крім налаштувань на більш високі обороти і навантаження. При цьому, доопрацьований двигун до 250 - 260 кінських сил, і має сертифікат про проходження перевірки на спеціальному стенді, може обійтися від 250 000 рублів до 360 000 рублей. Дані ціни вказані без урахування податків і вартості доставки.
Варто відзначити, що двигун даної моделі міг розвивати потужність в 320 кінських сил, при модифікації його заводськими командами, що мають необмежений бюджет і будь-які тестові стенди для тестування.
Така ж ситуація стосується і іншого двигуна, зарекомендував себе в ралійних перегонах - це Duratec з робочим об'ємом 2 літри і потужністю в 150 кінських сил. Технічні характеристики дуже схожі на попередній мотор, але він має більш сучасну конструкцію.
Для прикладу, будемо брати розробки однієї з компаній Omex Technology Systems, яка самостійно допрацьовує мотори і продає їх у форсованому варіанті. Початковий набір, дозволить збільшити потужність двигуна до 180 кінських сил, завдяки модифікованому впускного колектора з окремими дросельними заслінками на кожен циліндр, оновлений електронний блок управління, «агресивні» розподільні вали, болти шатунів з високоміцних сплавів і нова випускна система. Це дозволить автомобілю витримувати до 7,8 тисячі обертів коленвала, а заявлена потужність агрегату досягається при 6 500 оборотах в хвилину. Але вартість форсованого двигуна складе 430 000 рублей.
Силовий агрегат доопрацьований до 200 кінських сил, обійдеться в 494 000 рублей. При цьому, в двигуні буде доопрацьована головка блоку циліндрів і камери згоряння, а заявлена потужність досягається при 7 000 оборотах коленвала.
За максимальну потужність даного двигуна, доведеться викласти 830 000 рублів. В даному випадку, мотор отримає 260 кінських сил, завдяки новому комплекту кованої поршневий групі, посилення і полегшення газорозподільного механізму, збільшення продуктивності паливної системи і інших модифікацій. При цьому, максимальні оберти коленвала збільшені до 8 700 в хвилину, а максимальна потужність досягається при 8 500 оборотів в хвилину.
З цих прикладів видно, що форсування атмосферного двигуна - це дорога процедура при мінімальних поліпшення технічних характеристик.
Тепер стало ясно, при тюнінгу атмосферного двигуна, вигідніше підняти межу максимальних обертах. Ще кращий ефект, вийде при зменшенні падіння крутного моменту на максимальних обертах, або його збільшення. В такому випадку, можна домогтися до 40% підйому потужності, але вартість такого тюнінгу перевищить всі мислимі межі.
Тому, правильніше за все, буде форсувати мотор за допомогою турбіни або компресора. В такому випадку, можна отримати більш прийнятний варіант при менших витратах коштів.