Збільшення об'єму двигуна внутрішнього згоряння є найпростішим способом підняти моментні (більшою мірою) і потужності характеристики мотора.
Існує кілька можливих варіантів по збільшенню об'єму двигуна ВАЗ-21083 (і його похідних - ВАЗ 2111, 2112, так як всі вони використовують практично однакові блоки циліндрів, за винятком застосування масляних форсунок в 16-ти клапанних моторах ВАЗ-2112):
Перший (більш «народний» - тому що дешевий) - розточування блоку циліндрів під більший діаметр поршня. Витратна частина - роботи по розточуванню блоку, вартість комплекту поршнів і кілець більшого діаметру.
Другий спосіб (більш дорогою) - заміна штатного колінчастого вала на інший, що має більший радіус кривошипа - більше хід поршня - більше об'єм. Витратна частина - колінчастий вал (діаметр кривошипа від 74,8 мм до 80 мм), комплект спеціальних поршнів під даний колінчастий вал (тому що блок циліндрів має певну кінцеву висоту), поршневі кільця, ну і роботи по розточуванню блоку під заданий комплект поршнів.
На подив, зростання робочого об'єму поршневого двигуна не завжди найвигідніший спосіб форсировки - іноді, в залежності від того, що ви хочете отримати від мотора, вигідніше допрацювати головку блоку циліндрів з установкою відповідного розподільного валу і після цих операцій «зняти» велику потужність з вашого силового агрегату.
Природно, щоб можливості розподільного валу розкрилися в повну силу, необхідне доопрацювання ГБЦ - часто досить серйозна - аж до перепрессовки сідел і установку клапанів більшого діаметра (на 8-ми клапанні мотори добре підходять клапани від BMW, а на 16-ти клапанні - від різних VW і Opel). Крім того, не можна забувати про впускні і випускні канали, за якими паливно-повітряна суміш надходить в циліндри, а відпрацьовані гази «вириваються» з великою швидкістю - їх необхідно допрацьовувати, збільшуючи до певних меж їх перетин, виробляючи внутрішню полірування і змінюючи їх профіль.
Крім ГБЦ, чималий вплив на характер мотора надає вміст і «геометрія» блоку циліндрів. Ми не будемо обговорювати різні типи поршнів і їх форму, вагові характеристики колінчастих валів, хоча безперечно вони вносять певний вклад в характер майбутнього мотора.
Існує таке поняття, як відношення довжини шатуна до ходу поршня, ця характеристика і сам діаметр кривошипа колінчастого вала (хід поршня) істотно впливають на «дихання» мотора: адже за своєю суттю, ДВС - це насос, який прокачує через себе певний об'єм суміші повітря з паливом за певний проміжок часу.
У даній статті ми розглянемо вплив співвідношення довжини шатуна і діаметру кривошипа колінчастого вала на «характер» мотора двигунів сімейства ВАЗ-2108. В англомовній літературі це співвідношення називається R / S - rod to stroke ratio, і йому приділяється досить серйозну увагу при доопрацюванні моторів. Багато джерел вважають, що «золотою серединою» є величина R / S, що дорівнює 1,75.
В Інтернеті ви самі можете при бажанні знайти досить багато викладок і розрахунків по геометрії моторів Honda. Почасти все вони будуть справедливі і для моторів ВАЗ, так як в обох випадках мова йде про двигуни відносно невеликого робочого об'єму (мотори Honda серій В16А - В20У з об'ємом відповідно від 1,6 до 2,0 літрів, що цілком співвідноситься з літражем моторів ВАЗ 21083 (2112), одержуваних при форсуванні шляхом збільшення робочого об'єму). Ось для прикладу геометрія легендарного мотора В16А (об'єм одна тисячу п'ятсот вісімдесят сім см. Куб. Потужність 160 л.с .; це перший «цивільний» мотор, що має питому потужність 100 к.с. \ літр):
Довжина шатуна: 134 мм
Хід поршня: 77 мм
Співвідношення R / S: 1,74: 1 (що як бачимо практично близько до «золотої середини»)
Подивимося яка обстановка з вітчизняними двигунами (беремо тільки ВАЗ 8-го сімейства, тому що інші не настільки актуальні)
21081 - обсяг 1099 куб. см
- хід 60,6 мм
- діаметр поршня 76 мм
- довжина шатуна 121 мм
- R / S = 1,996
2108 - обсяг 1288 куб. см
- хід 71 мм
- діаметр поршня 76 мм
- довжина шатуна 121 мм
- R / S = 1,7
21083 - обсяг 1 499 куб. см.
- хід 71 мм
- діаметр поршня 82 мм
- довжина шатуна 121 мм
- R / S = 1,7
21084 - обсяг 1580 куб см.
- хід 74,8 мм
- діаметр поршня 82 мм
- довжина шатуна 121 мм
- R / S = 1,61
Нестандартні конфігурації двигуна 21083 (табл. 1):
Хід поршня, мм Довжина шатуна, мм R / S
74,8 121 1,62
78 121 1,55
80 121 1,51
74,8 129 1,72
78 129 1,65
80 129 1,61
74,8 132 1,76
78 132 1,69
80 132 1,65
Шатун 132 мм можуть встановлюватися в стандартний блок циліндрів ВАЗ 21083 тільки при використанні 2-х колечних поршнів.
Ефект великого R / S:
ЗА: Дозволяє поршню довше перебувати в ВМТ, що забезпечує краще горіння паливної суміші, тобто більш повне згорання паливної суміші, більш високий тиск на поршень після проходження ВМТ, більш висока температура в камері згоряння. В результаті хороший момент на середніх і високих оборотах.
Довгий шатун зменшує тертя пари «поршень-циліндр», а це особливо важливо при робочому ході поршня.
ПРОТИ: Мотор, зібраний з досить великим значенням R / S не забезпечує хороше наповнення циліндрів на низьких і середніх частотах обертання КВ, через зниження швидкості повітряного потоку (через зменшення швидкості руху поршня після ВМТ, в момент відкриття впускного клапана).
Велика ймовірність появи детонації через високу температуру в камері згоряння і тривалого часу знаходження поршня в ВМТ.
Ефект малого R / S:
ЗА: Забезпечує дуже хорошу швидкість наповнення циліндрів на низьких і середніх частотах обертання КВ, так як швидкість руху поршня від ВМТ більше, розрядження наростає швидше, що покращує наповнення циліндрів, більш висока швидкість руху паливо-повітряної суміші робить суміш більш гомогенної (однорідної) що сприяє кращому згорянню.
переваги: більш низькі вимоги до доопрацювання і діаметрам каналів ГБЦ, ніж на моторі з високим співвідношенням R / S.
Мала величина R \ S означає, більший кут нахилу шатуна. Це означає, що велика сила буде штовхати поршень в горизонтальній площині. Для мотора це означає наступне:
1) Велике навантаження на шатун (особливо на центр шатуна), що робить руйнування шатуна більш імовірним. Руйнування шатуна саме по собі мало ймовірно, крім випадків обриву, при заклинювання і гідроударі, як правило, шатун рветься у верхній або
нижньої головки під кутом приблизно 45 градусів до осі шатуна.
2) Збільшення навантаження на стінки блоку циліндрів, велике навантаження на поршні і кільця, збільшення робочої температури внаслідок підвищеного тертя, як результат, більш швидкий знос стінок циліндра, кілець, і погіршенні умов змащення. Знос цієї ділянки залежить від величини зсуву осі пальця отн. осі поршня і від значення максимального кута нахилу шатуна, тобто при застосуванні "кованих" поршнів зі зміщеним пальцем, знос буде менше ніж при застосуванні стандартних Порше.
3) Більш короткий шатун також збільшує швидкість руху поршня, що впливає на знос і збільшення тертя. Максимальна швидкість поршня доводиться на кут близько 80 градусів повороту колінчастого вала від ВМТ, для мотора з коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотів в хвилину вона дорівнює 22,92 м / с при шатуне 121 мм. і 22,80м / с. при шатуне 129 мм.
Найбільш вагомим є залежність прискорення поршня від довжини шатуна. Великі значення прискорення позитивно впливають на наповнення циліндрів на малих обертах, що веде до «тяговитости» двигуна в слідстві кращого наповнення. Але на високих оборотах через інерційності потоку у впускний трубі відбувається ефект замикання на впускному клапані (тобто обсяг циліндра над поршнем зростає швидше, ніж може заповнюватися через клапанну щілину, що веде до погіршення наповнення і потужних характеристик на високих оборотах). У разі довгого шатуна на малих обертах відбувається зворотний викид суміші, але на високих немає явища замикання.
З цілком зрозумілих причин, АВТОВАЗ комплектує свої мотори шатуном 121мм (він забезпечує 83-му мотору R / S = 1,7, що цілком задовільно). Але для «тюнінгаторов», що використовують КВ з великим радіусом кривошипа, шатун 121 мм забезпечує не дуже добре ставлення R / S (див. Табл. 1), тому на ринку «нестандартних», а-ля «спортивних» запчастин існують і продаються шатуни з більшою довжиною - 129, 132 мм, ціна їх правда не настільки приваблива, вона коливається від 70 до 200 доларів за комплект. Ще не варто забувати, що «екстра ходи" поршня компенсуються зменшенням компресійної висоти поршня (зсувом поршневого пальця вгору) або збільшенням висоти блоку циліндрів. Оскільки компресійну висоту можна зменшувати до певної межі, то наступним кроком буде заміна блоку циліндрів на більш високий, що спричинить за собою чималі витрати фінансових коштів. Всі ці дії спрямовані для того, щоб збільшити значення R / S.