Методи форсування двигунів

Коли мається на увазі потужність двигуна, необхідно не забувати про те, що ця величина є розрахунковою. Реальна величина механічної енергії, яка видається двигуном внутрішнього згоряння, вимірюється в моменті, що крутить при певних оборотах. Твір крутного моменту і оборотів, при яких він виміряно, і називають потужністю.

Не будемо вдаватися глибоко в теорію. Розглянемо практичні методи підвищення потужності двигуна:

1. Збільшення робочого об'єму двигуна.

2. Збільшення ступеня стиснення.

3. Зменшення механічних втрат.

4. Оптимізація процесів горіння суміші.

5. Збільшення наповнення циліндрів.

Розглянемо кожне з цих методів окремо.

• Збільшення робочого об'єму двигуна.

Збільшити робочий об'єм двигуна можна: замінивши колен.вал на інший з великим ходом, збільшивши діаметр циліндра або те й інше одночасно. Не треба забувати, що при зміні обсягу двигуна, необхідно збільшити обсяг камери згоряння - для компенсації збільшення об'єму циліндра.

Для ВАЗівських двигунів, використовуваних на задньопривідних автомобілях існують колен.вали з ходом 66, 80, 84, 86, 88 мм.

Для ВАЗівських двигунів, використовуваних на передньопривідних автомобілях існують колен.вали з ходом 60.6, 71, 74.8, 75.6, 78, 80, 84 мм.

При установці колен.вала з великим ходом необхідно доопрацювати (або замінити) шатуни або поршні.

До расточке циліндрів блоку на значну величину (2 мм.) Потрібно підходити обережно. Наприклад, при расточке серійного блоку ВАЗ 21083 з 82мм. до 84 мм. у двигуна спостерігається підвищена витрата масла. Це відбувається за рахунок втрати жорсткості блоку. В цьому випадку краще використовувати спеціальну товстостінну виливок блоку. Такі блоки ВАЗ випускає дрібними серіями.

Збільшення об'єму двигуна призводить до збільшення максимального крутного моменту, але при цьому відбувається зниження оборотів максимальної потужності. Це відбувається через зменшення механічного ККД. Якщо підвищення обсягу відбувається за рахунок збільшення діаметра циліндрів, то зростає площа контакту між стінками циліндра і поршнем з поршневими кільцями. Як наслідок підвищується тертя. Якщо підвищення обсягу відбувається за рахунок збільшення ходу колен.вала, то зростає середня швидкість поршня, що призводить до тих же результатів.

У будь-якому випадку підвищення обсягу призводить до падіння загального ККД двигуна.

• Збільшення ступеня стиснення.

Найбільш значна частина втрат викликана тертям в циліндрі. Втрати залежать від площі деталей, що труться, жорсткості і кількості поршневих кілець, товщини масляної плівки і середньої швидкості поршня.

При перевищенні середньої швидкості поршня вище 20 м. / Сек. різко зростають втрати на тертя і навантаження на деталі КШМ. Тому на високофорсованих двигунах для збільшення механічного ККД необхідно зменшувати хід поршня.

Для зменшення втрат на тертя в парі поршень - циліндр, необхідно використовувати збірні маслознімні кільця, також доцільно дещо збільшити зазор між поршнем і циліндром. Полегшення шатуна, особливо верхньої головки, зменшує бічний тиск на поршень, з цією ж метою потрібно використовувати по можливості більш довгий шатун, що сприятливо позначиться на зменшенні втрат на тертя. Теоретично необхідно підігнати по вазі і отбалансировать всі деталі КШМ.

Нами був проведений експеримент. Був випробуваний на стенді серійний двигун ВАЗ 21083. Після чого його розібрали, всі деталі КШМ ретельно підігнали по вазі. Збалансовані колін. вал і шатуни (шатуни балансуються на спеціальному пристосуванні, що дозволяє розвісити шатуни так, щоб центр мас у всіх знаходився в одній точці). Після повторних випробувань на стенді ми не помітили збільшення потужності. Можна себе заспокоювати тим, що гірше не буде.

Для зменшення втрат на тертя в наші гоночні мотори ми встановлюємо нові поршні зі значно зменшеною площею спідниці, одним компресійним кільцем, висотою 1.2мм. і збірним маслос'емниє кільцем висотою 2 мм. Також використовуємо спеціально виготовлені шатуни Н-образного перетину, які довший серійного 2108 на 12 мм. і набагато жорсткіше і легше.

Для зменшення тертя в шийках колен.вала, необхідно хонингованием збільшити на 0.02мм. (Від номінального вазовского розміру) внутрішній діаметр нижньої головки шатуна і ліжок колен.вала. Падіння тиску масла при цьому не відбувається. Також необхідно проконтролювати легкість обертання распред.вала.

При наповнення циліндрів повітрям виникає перепад тисків між циліндрами двигуна і атмосферою. Двигун в цій частині циклу працює як насос і на його привід витрачається частина потужності. Чим менше аеродинамічний опір впускної системи, тим менше втрати енергії. Отже зменшення опору в голівці призводить не тільки до збільшення наповнення, а й до зменшення насосних втрат. Таким же чином благотворно позначається установка распред.валов з більш широкими фазами.

Рівень масла в піддоні серійного двигуні знаходиться в безпосередній близькості від обертового колен.вала. При бічних і лінійного прискорення автомобіля масло потрапляє на противаги і шийки колен.вала і гальмує його обертання. Застосування системи "сухий картер", коли масло відкачується з піддону в окрему ємність, дозволяє збільшити потужність двигуна, особливо при високих оборотах.

Частина енергії двигуна використовується на привід допоміжного обладнання, такого як: привід механізму ГРМ, водяний насос, генератор і т.д. Для форсованих двигунів, використовуваних на високих оборотах, доцільно збільшити передавальне відношення приводу водяного насоса і генератора. При установці кондиціонера і гідропідсилювача керма ефективна потужність двигуна знижується.

• Оптимізація процесів горіння суміші.

Характеристики ДВС в кінцевому рахунку залежать від процесів, що відбуваються в камері згоряння, де відбувається перетворення теплової енергії в механічну роботу. Перемішування свіжого заряду з залишковими газами, займання суміші, протікання горіння і втрати теплоти залежать від конструкції камери згоряння.

Конструкція камери згоряння повинна забезпечити перемішування свіжого заряду - для поліпшення процесів згоряння, бути компактною - для зменшення теплових втрат і зменшення ймовірності виникнення детонації. Чим більше площа поверхні камери згоряння, тим більше тепла виділяється назовні і втрачається, отже зменшуватися потужність. Чим на більшу відстань переміщується фронт полум'я, тим більше ймовірністю виникнення детонації тому, що збільшується час контакту ще не воспламенившейся суміші з палаючим зарядом.

Велика частина обсягу в камері згоряння повинна бути сконцентрована близько свічки. Під час руху поршня до ВМТ суміш видавлюється з зазору між головкою поршня і площиною головки в бік свічки запалювання, при цьому відбувається інтенсивний рух (турбулізація) заряду, що сприяє кращому згорянню. Чим менше зазор, тим менше ймовірність виникнення детонації, тому що зменшується загальна кількість суміші віддаленій від свічки запалювання. Правда при цьому робота двигуна стає жорсткішим, через більш високої швидкості наростання тиску.

Не слід розпилювати камеру згоряння з боку свічки до розмірів циліндра, хоча при цьому і відбувається велика концентрація суміші в оптимальній зоні. Необхідно створити невелику зону противодавления, що перешкоджає забризкування свічки запалювання.

Полірування поверхні камери згоряння і днища поршня, сприяє деякому зменшенню теплових втрат (підвищення відносного ККД), хоча в процесі тривалої роботи двигуна вони покриваються нагаром.

• Збільшення наповнення циліндрів.

Збільшення коефіцієнта наповнення циліндрів є дуже ефективним способом підвищення потужності двигуна. Максимальний коефіцієнт наповнення серійного двигуна ВАЗ 21083 приблизно дорівнює 0,75. При правильному налаштуванні двигуна з низьким опором впускної системи, можна домогтися показників коефіцієнта наповнення вище 1 (одиниці). Для збільшення коефіцієнта наповнення необхідно знизити аеродинамічний опір у впускний і випускний системах і каналах головки двигуна. Для досягнення цієї мети встановлюються і налаштовуються нові впускная і випускна системи.