Очевидно, що виробники автомобілів будують «правильні» серійні мотори. Тоді звідки взятися резерву, що дозволяє зняти з нього «зайві», точніше, додаткові кінські сили?
Глобально весь тюнінг двигуна можна розділити на два основних способи. Перший спосіб - збільшення крутного моменту на колінчастому валі. Другий - за винятком гуру величину крутного моменту, перемістити його в зону високих оборотів. Перш ніж розглядати нюанси настройки мотора, хотілося б відзначити, що робота з мотором найбільш відповідальна у тюнінгу автомобіля. Налаштування мотора неминуче спричинить за собою цілий ряд заходів, таких, як робота з трансмісією, з підвіскою, з гальмами. Теоретично, та й практично, потужність двигуна можна збільшити має велике значення, але питання в розумності цього заходу, тому що рано чи пізно сам автомобіль конструктивно перестане відповідати своєму силовому агрегату. Є якась межа, який обмежує развесовка автомобіля, коефіцієнт зчеплення його шин з дорогою. Сенсу «накрутити» двигун і в результаті просто палити зчеплення, палити гуму і кришити ШРУСи - просто немає.
Збільшення крутного моменту.
Перший варіант. Абсолютно точно відомо, що обертає момент на колінчастому валі - це в чистому вигляді обсяг двигуна при інших рівних умовах. З простих міркувань зрозуміло, що чим більше за один робочий хід ми отримаємо заряд паливо-повітряної суміші в циліндрі і спалимо її, тим більше отримаємо енергії, яка потім перетвориться в рух механічних частин. Це справедливо для атмосферних моторів.
Другий варіант застосуємо до сімейства наддувних двигунів. Змінивши характеристику блоку управління, можна дещо збільшити величину наддуву, завдяки чому вдасться зняти більший момент з колінчастого вала.
І третій варіант - домогтися кращого наповнення циліндрів, поліпшивши газодинаміку, - найпоширеніший і самий ... негарантований. Ідея в тому, що потрібно зробити щось з каналами і камерою згоряння ... Але все по порядку.
Робочий об'єм.
Один з основних варіантів - збільшення робочого об'єму циліндрів настільки, на скільки це можливо. У розумних межах, звичайно. Для дорожнього автомобіля цей підхід найбільш правильний, тому що, збільшивши обсяг, при цьому не змінюючи распредвал, тобто залишивши моментную криву в тому ж діапазоні оборотів, в якому вона і була, ми не змусимо водія переучуватися манері водіння. А на виході отримаємо шукане - більш динамічний автомобіль.
Робочий об'єм можна збільшити двома способами - замінивши стандартний колінвал на колінвал з великим ексцентриситетом або розточивши циліндри під поршні більшого діаметру. Можливий і робочого об'єму. Логічно поцікавитися - що більш ефективно і що менш затратно. Потрібно, звичайно, розточити циліндри. Адже що таке об'єм двигуна: це є твір площі поршня на його хід. Збільшивши, умовно кажучи, в два рази діаметр, ми в чотири рази збільшуємо площу. Тому що в квадраті. А збільшивши в два рази хід, ми лише в два рази збільшуємо обсяг. Ось така математика. Тепер про економіку питання. На перший погляд здається, що заміна кривошипного механізму менш затратна, ніж розточування блоку в більший розмір. Нюанс в тому, що колінвал з великим ексцентриситетом ще знайти треба. Роблять їх на замовлення рідкісні фірми, виробництво дороге і складне. Розумно в цьому випадку сподіватися на стандартизацію виробника. Наприклад: Volkswagen робить сімейство моторів в равноразмерних блоках. Об'ємом 1,6; 1,8; 1,9 і 2,0 літра. З ходом 77,4мм; 80мм; 86,4мм; 92,8мм і 95,5мм. Ви можете підібрати в свій блок відповідний колінвал з більшим, ніж був, ексцентриситетом. Тому логічно купити серійний виріб, в нашому випадку колінвал, і вже під нього підбирати поршневу групу. Звичайно, знадобляться інші поршні і шатуни. Це складно, але підібрати можна.
Для мотоциклів дещо простіше - багато виробників, наприклад SS, Wiseco, Axtell, Zippers професійно займаються виробництвом ЦПГ і навіть двигунів в зборі.
Питання в іншому. Конструктивно такий хід закладає якісь додаткові механічні втрати в роботі двигуна, винуватцями яких стануть коротші шатуни. Це аксіома - поставивши колінвал з великим ексцентриситетом, доведеться поставити коротші шатуни, адже наростити блок ми не зможемо. У чому їх мінус і чому? Чим коротше шатун, тим з більшим кутом він «переламується», тим з більшим зусиллям він притискає поршень до стінки циліндра. А чим більше зусилля притиску, при тому ж коефіцієнті тертя, тим більше величина опору руху. І цей фактор слід розглядати не тільки з точки зору механічних втрат, але і з точки зору надійності, тому що короткі шатуни піддаються великим навантаженням. В тюнінгу, як правило, такими «дрібницями» нехтують. Коли не можна, але дуже хочеться, то можна. Очевидний виграш в плані мінімізації витрат - збільшення робочого об'єму за рахунок збільшення діаметра циліндра. Як правило, всі двигуни мають досить товсту стінку циліндра, запас по міцності. Якщо, скажімо, на два міліметри збільшити діаметр, то можна отримати додатковий обсяг. При товщині стінки 7-8 мм одним міліметром можна пожертвувати. І досить часто можна обійтися серійними поршнями. Адже всі поршні круглі. І механіка всіх двигунів диктує приблизно одні й ті ж пропорції. Наприклад в гаммі Volkswagen немає поршня з діаметром 84мм, є тільки 81,5, а у BMW є.
Подивимося, чим же вони відрізняються. Так, отвір під палець у поршня BMW менше на 2 мм, в цьому випадку можна під баварський поршень в отвір в «рідному» шатуне вставити втулку з товщою стінкою і розточити її під палець діаметром 20 мм. Або обробити отвори в поршні під «рідний» фольксвагеновский палець. Ці операції вимагають точних верстатних робіт, але ... Одягти поршень на шатун ми вже зможемо. Тепер виміряємо відстань від осі пальця до днища поршня. У поршня BMW на 0,25 мм більше. Акуратно візьмемо його в оправу і на токарному верстаті зріжемо днище. Або на один мм коротше - не проблема! Беремо блок циліндрів, ставимо на фрезерний верстат і з верхньої плити знімаємо «зайвий» міліметр. Правда, однозначно заявляти, що збільшення діаметра циліндрів дешевше, ніж заміна колінчастого вала, не можна. Кожен з цих двох способів розумно розглядати в ракурсі специфіки окремо взятого двигуна.
Сімейство турбірованних двигунів цікаво для тюнінгу своїми конструктивними особливостями, серйозно спрощують настройку мотора. У нашому випадку можна отримати більший момент, знову-таки не чіпаючи ні моментную криву, ні обсяг і навіть не розбираючи двигун, лише незначно змінивши величину наддуву. У чому особливість конструкції наддувних двигунів? Перш за все в особливостях управління компресором, будь то турбіна або механічний компресор. Привід і першого, і другого залежить від кількості оборотів двигуна. Чим більше оборотів, тим вище тиск. Але збільшувати його можна тільки до певної величини. За цим стежить якийсь блок управління, нацьковуючи надлишковий тиск. Змінивши характеристику, тобто злегка піднявши планку цього самого підбурювання, ми збільшимо тиск, з яким паливо-повітряна суміш «забивається» в обсяг циліндра. І забиває реально більший обсяг, ніж у випадку «щадять» параметрів у серійного двигуна.
Роботи по збільшенню тиску не безболісні - у серійних двигунів є якийсь запас по механічним і тепловим навантаженням, по детонаційної стійкості. В розумних межах збільшити наддув можливо. Але якщо переступити, то ми або зламаємо двигун, або доведеться виконати додаткові заходи - збільшення обсягу камери згоряння, інша система охолодження, додатковий радіатор, додаткові дірки, повітрозабірники, проміжний охолоджувач повітря. Напевно доведеться чавунний колінчастий вал замінити на сталевий, підібрати більш міцні поршні і забезпечити їм охолодження.
Суть зрозуміла - для того щоб отримати більший момент, треба збільшити заряд паливо-повітряної суміші. Що можна зробити? Можна взяти інструмент і прибрати якісь дефекти серійної зборки - зробити впускні і випускні канали більш гладкими і рівними, прибрати в камері згоряння не продуваються зони, модифікувати самі клапана ... Роботи багато, але гарантії немає. Чому? Аеродинаміка - річ непроста. Математично описати процеси, що виникають в двигуні, складно. Взяти ручку, папір і зробити обчислення і виходячи з результатів щось підрізати, відрізати, загнути - складно ... Або «кинути оком» і сказати, де тут зайве ... Часом результат прямо протилежний очікуваному або ніякої. Заради справедливості треба сказати, що в аеродинаміці є резерви. Але витягти їх гарантовано можна, тільки виконавши ряд експериментів, що можуть провітрювати пластилінові макети каналів на спеціальній установці, підбираючи форму відповідно до вимог нових умов роботи двигуна. Малоймовірно, що це можна зробити «на коліні». Якщо в першому випадку можна говорити про те, що збільшили на 30% обсяг - отримали момент більше на 30%. У другому - збільшили тиск нагнітання на 10% - отримали момент більше на 10%. А от у випадку модифікації газодинаміки сказати з упевненістю, що момент збільшиться на 10-15% або збільшиться взагалі ... Складно.
Перенесення «моменту» в зону високий обертів
Що таке потужність? Цей твір крутного моменту на швидкість обертання двигуна. Таким чином, змістивши стандартну характеристику моменту в зону високих оборотів, ми отримаємо шукану збільшення потужності. Мінуси насамперед ті, про які ми говорили вище - на низах мотор погано «їде». Будь газорозподільний механізм (без механізму змінюваних фаз) дозволяє добре наповнювати циліндри тільки в своєму діапазоні оборотів. І як тільки ми переміщаємо обертаючий момент в область більш високих обертів, ми тут же втратимо його внизу. На низьких обертах він буде погано продуватися, а для звичайного дорожнього автомобіля це погано - тиснемо на газ, а він не їде. Водій повинен тримати стрілку в зоні високих оборотів. Рушати з місця - зчеплення палити. Тому все серійні двигуни мають максимальний момент десь в області розумних 2-3 тисяч, щоб внизу нічого не провалилося.
Звичайно, сучасні двигуни із змінними фазами газорозподілу такими провалами не страждають. На низьких оборотах за допомогою якогось механізму (в рамках цього матеріалу не має значення (VANOS)) фази стають вузькими, перекриття маленьким, і на низьких оборотах відбувається хороше наповнення циліндрів. Як тільки цей двигун забирається в зону високих оборотів, щось робиться з механізмом газорозподілу, фази розширюються, з'являється велика фаза перекриття, циліндри починають добре продуватися на високих оборотах, і ми маємо хороший крутний момент.
Отже, якщо у нас традиційний мотор (без змінних фаз), ми можемо сказати собі: плювати нам на низькі обороти, ставимо широкофазних распредвал в двигун, тим самим дозволяємо мати хороше наповнення в зоні високих оборотів. Правда, малоймовірно, що ми отримаємо великий крутний момент, швидше за все, ми його по абсолютній величині отримаємо такий же, як у серійного, тільки в зоні високих оборотів. Але твір його на обороти, на яких він досягається, буде істотно більше, ніж у серійного мотора, отже, і потужність вище. Двигун буде мати яскраво виражений спортивний характер. Використовувати таким чином отриману потужність можна, тільки підігнавши передавальні числа в трансмісії. Це той шлях, який, безсумнівно, застосовується в спорті зважаючи обмежень, що диктуються техвимоги.
Коли ми говоримо «чіп-тюнінг», абсолютно зрозуміло, що ми маємо на увазі внесення деяких змін в програму управління двигуном. Розглянемо на трьох прикладах, які привели вище, коли чіп-тюнінг потрібно, а коли ні.
У разі сімейства моторів з нагнітачем зрозуміло, що чіп-тюнінг - це основна ідея, тому що необхідно підкоригувати програму управління механізму. Відслідковує величину наддуву. Всі інші зміни в двигуні швидше за все будуть наслідком зміни програми. Коли ми збільшуємо тільки обсяг - найбільш ймовірно, що чіп-тюнінг не потрібно, з двох причин. Якщо ми не чіпали фази і залишили моментную криву без зміни, тільки її підняли вгору, то тоді зміщувати запалювання нам не доведеться. Вносити зміни в систему управління паливом теж - якщо у двигуна є витратометр повітря, він виміряє його і отдозірует витрата палива. Якщо ми сильно збільшили обсяг двигуна, тоді може просто палива не вистачити. Так як продуктивність серійної форсунки обмежена, форсунок просто не вистачить часу, щоб «плюнути» потрібну кількість палива. У такому випадку потрібно ставити інші форсунки, з більшою продуктивністю, що в деяких випадках потребують зміни в програмі управління. До робіт з Газодинаміка можна в повній мірі віднести все вище сказане.
Коли чіп-тюнінг обов'язковий?
У другому способі, коли ми отримуємо потужність за рахунок зміщення моменту в область більш високих обертів, - просто без варіантів. Чіп-тюнінг без питань. Адже в цьому випадку програма управління двигуном стає абсолютно непридатною в тому вигляді, в якому вона використовувалася для серійного мотора.
Справа в тому, що характеристика управління запалюванням двигуна нерозривно пов'язане з коефіцієнтом наповнення. А крутний момент - відображення коефіцієнта наповнення. Для широкофазних двигунів все настройки стають більш критичними. Зміна складу суміші може значно вплинути на стабільність роботи. Коригування в програмі просто необхідні. Правда, якщо ми змінили фази газорозподілу, то зміни програми управління називати чіп-тюнінгом навіть не хочеться. Правильно говорити, що ми програму управління двигуном привели у відповідність з новими вимогами зміненого двигуна.
Чіп-тюнінг в чистому вигляді
У середовищі любителів тюнінгу чіп-тюнінг є певним божеством, завдяки якому без будь-яких конструктивних змін двигун отримує вагому прибавку в потужності. Навіть маститим Настроювач, які будують спортивні мотори, іноді складно зрозуміти, як з двох літрового мотора, змінивши тільки програму управління, можна зняти додаткові 20 к.с. Є якісь моменти, в рамках яких можна маневрувати з допомогою чип-тюнінгу. Так, з метою мати адаптацію двигуна до різних видів палива, до коливання октанового числа бензину виробник деяким чином занижує кут випередження запалювання. Але це не факт, тому що сучасні двигуни мають датчики детонації, які чують детонацію і відбудовують кут випередження. Тому теоретично, змінюючи програму управління, можна підібратися ближче до порога детонації.
Можна говорити і про те, що ми отримаємо додаткову потужність, якщо зроблено не економічну, а мощностную суміш. Так, сучасний серійний двигун з метою мінімізацій екології має коефіцієнт надлишку повітря, що дорівнює одиниці або навіть 1.2. Це так звані бідні або надбідних суміші. Ми, звичайно, можемо наплювати на екологію, економіку і зробимо коефіцієнт альфа (лямбда) в районі 0,85 - будемо більше лити палива і отримаємо бол Однак в режимах, близьких до максимальних, стандартна програма, швидше за все, налаштована на мощностную суміш. У всіх програм управління сучасними двигунами, як правило, є дві зони управління - економічний режим і режим потужності. Різні виробник розбивають їх по-різному. Наприклад, якщо кут відкриття дросельної заслінки до 60%, а обороти до 4000, то це режим економічний. І серійна програма управляє так, що альфа в районі 1 і кут випередження відповідний. Ми економимо паливо і не забруднюємо навколишнє середовище. А коли програма розуміє, що ми починаємо «помсти». тобто заслінка відкривається більше ніж на 60% і обороти двигуна вище 4000, вона встановлює нам максимальні режими. У сенсі чіп-тюнінгу можна пограти межами - не 60%, а 30%. Це дасть зміна характеру двигуна, щось в розгоні ви, напевно, позитивне відчуєте. Але на максимальну потужність і максимальний крутний момент ви навряд чи вплинете. У цьому режимі всі вже відбудовано напевно по максимуму.
Розглянуті в цій статті варіанти, звичайно ж, якимось чином ідеалізовані. Розглядалися методи тюнінгу. Зрозуміло, що кількісними заходами ми не оперували, деякі конкретні приклади і чисельні значення дані з метою ілюстрації методів. Питання «на скільки?» Залишився за рамками статті і має вирішуватися в кожному конкретному випадку фахівцем, який виконує роботи виходячи з його знань і досвіду. У реальному житті роботи з доведення двигуна включають в себе, як правило, комбінацію наведених способів. І зовсім не тому, що «чим більше, тим краще». Просто тому, що двигун автомобіля - складний організм з безліччю взаємопов'язаних параметрів, які необхідно враховувати, якщо отримання результату є мета роботи, а не задоволення від процесу.