Увеличение рабочего объема двигателя

Мы переезжаем на новый информационно-новостной портал - www.stierlitz-rc.ru , велкам, камрады )

Одним из путей форсировки двигателя является увеличение его рабочего объема. В этой статье мы опишем большинство нюансов, связанных с этой операцией, применительно к двигателям автомобилей ВАЗ.

Когда экономически выгодно проводить увеличение объема двигателя? Лучше всего это делать, когда износ цилиндров минимален или, наоборот, требует ремонта с переходом на ремонтный диаметр. При минимальном износе цилиндров можно, подобрав поршни, не переходить на ремонтный размер цилиндров. Так же существует возможность использования тех поршней, которые были установлены на двигателе до его переделки, при условии минимального износа и зазоре с цилиндром не более 0,05 мм, их необходимо только доработать, как описано ниже.

Если износ цилиндро-поршневой группы значителен и двигатель требует ремонта с расточкой в следующий ремонтный размер, экономически целесообразно совместить ремонт с увеличением рабочего объема.

При удовлетворительном состоянии цилиндро-поршневой группы увеличение объема проводить не выгодно. Для ремонта с расточкой в следующий ремонтный размер еще рано, а точно подобрать поршни уже не получится из-за износа цилиндров. Единственный выход, если позволяет износ цилиндров - это хонинговка цилиндров под поршни большего класса.

Начнем с переднеприводных моделей ВАЗа. Двигатель 2108 (1300 куб.см) в этой статье затрагиваться не будет, так как увеличение его рабочего объема хотя и возможно, но не получило широкого распространения ввиду экономический нецелесообразности. Скажем лишь, что рабочий объем этого двигателя можно увеличить за счет установки коленчатых валов с увеличенным ходом поршня (74,8 и 78,0 мм) и увеличения диаметра цилиндра до 79 мм. Максимально возможный рабочий объем данного двигателя 1530 куб. см (геометрия 79Х78 мм).

Двигатель 21083 является продолжением ряда двигателей 2108. Увеличив диаметр цилиндра при неизменном межцилиндровом расстоянии, конструкторам ВАЗа пришлось отказаться от рубашки охлаждения между стенками соседних цилиндров. В итоге это сказалось на ресурсе, так как более напряженный тепловой режим работы цилиндро-поршневой группы требовал более строгого соблюдения всех норм и допусков для её деталей. Плюс к этому блок цилиндров стал более теплонагруженным.

На данный момент АвтоВАЗ прекратил производство двигателей обьемом 1500 куб. см. Им на замену пришли двигатели с увеличенной на 2,3 мм высотой блока и коленчатым валом с ходом 75,6 мм. Такие двигатели, обьемом 1600 куб.см существуют как в «простом» варианте – со стандартным шатуном 2110 (121 мм), так и в варианте «приора» с цилиндро-поршневой группой TRW.

Данный материал был написан в 2000 году, когда еще небыло серийных двигателей объемом 1,6 л. Сейчас материал отредактирован в соответствии с духом времени :)

Увеличение рабочего объема двигателей семейства 21083 до 1600 куб. см.

Наиболее распространенным вариантом увеличения рабочего объема до 1600 куб. см является увеличение хода поршня до 74,8 мм либо 75,6 мм (стандартный - 71 мм) путем замены коленчатого вала. Эта операция почти во всем схожа с ремонтом двигателя: снятие, разборка, измерение и дефектовка деталей, при необходимости - расточка цилиндров в следующий ремонтный размер, полная динамическая балансировка нового коленчатого вала с маховиком и корзиной сцепления и так далее. Но на двух операциях следует остановиться подробнее. При увеличении хода поршня, не могут быть использованы стандартные поршни, так как в ВМТ они выйдут из блока на 1,4 мм (именно на 1,4 мм, а не на 1,9, как следует из расчетов, так как в стандартном двигателе 21083 существует "недоход" поршня на 0,5 мм). При ходе поршня 75,6 мм данная величина равна 1,8 мм. Эта проблема решается несколькими путями.

Первый способ - использование специальных горячештампованных (так называемых "кованых") поршней, которые изготовлены специально для данного коленчатого вала. Существует несколько фирм, занимающихся изготовлением таких поршней. Легче всего найти такие поршни диаметром 82,0, 82,4, 82,5 (тонкие кольца 1,2/1,5/2,0 VW), 84,0 мм различных классов. "Кованые" поршни бывают как обычной формы, так и Т-образные. Последние значительно легче по массе. Обычно такие поршни не имеют инваровых вставок, поэтому рекомендуемый зазор для них составляет 0,06 - 0,08 мм (как в двигателях "классических" ВАЗов). Цена на эти поршни колеблется в пределах от $130 до $350 за комплект. Средняя цена за комплект таких поршней (82,0-82,4 мм, со смещенным пальцем, ход 74,8 мм) составляет 3000-4000 рублей. К недостаткам данного способа следует отнести лишь относительно высокую стоимость. Второй способ подразумевает использование стандартных поршней, прошедших доработку. Путем механической обработки с днища поршня снимаются требуемые 1,4 мм (1,8 мм при ходе 75,6 мм). Вместе с данной операцией имеет смысл углубить на те же 1,4 - 1,7 мм циковки под клапаны. К минусам данного способа следует отнести следующие факторы:

• если состояние цилиндро-поршневой группы двигателя 21083 позволяет использовать те поршни, которые были установлены на двигателе до его переделки, то возникает необходимость выпрессовывать поршневой палец. В ходе данной операции существует вероятность повреждения поршня с невозможностью его дальнейшего использования. Данный фактор отсутствует в двигателях «десятого» семейства, так как в них применен "плавающий" поршневой палец.
• увеличение степени сжатия (более 10,5) из-за уменьшения объема камеры сгорания в поршне. Возможна корректировка степени сжатия путем снятия более чем 1,4 мм с днища поршня. Либо увеличение объема камеры сгорания в ГБЦ.

Одним из вариантов данного способа является использование поршней 21213. Данная мера позволяет без значительного ущерба для прочности поршня снимать с его днища большое количество металла, так как поршень 21213 имеет значительно более толстое днище, чем поршень 21083. Это позволяет скорректировать степень сжатия, если это необходимо, даже до значений приемлемых для турбированных двигателей. При съеме металла необходимо оставлять максимально возможный огневой пояс поршня для данной конфигурации двигателя. Огневой пояс – высота от днища поршя до канавки первого компрессионного кольца. Как и в случае с поршнями 21083, необходимо сделать циковки под клапаны. В двигателе 21083 потребуется замена шатунов на 2110, так как в поршнях 21213 используется "плавающий" поршневой палец.

Третий способ - применение укороченных шатунов. На первый взгляд - самый выгодный, так как позволяет использовать стандартные поршни. Этот вариант является наименее желательным, настоятельно рекомендуем не пользоваться им.

Увеличение рабочего объема двигателей 21083 более 1600 куб. см.

При определенных обстоятельствах или при целенаправленном получении максимального рабочего объема, возможна расточка стандартого блока 21083 до диаметра цилиндров 84,0 мм (кольца FIAT). Если все работы проделаны на должном техническом уровне, возможно увеличение рабочего объема двигателя 21083 до 1773 куб. см (84,0х80 мм). Можно так же увеличить диаметр цилиндра до 84,40 (кольца FIAT) или до 84,50 (кольца BMW). Не так часто, но все-же случается, что при расточке цилиндров до 84+ мм открываются дефекты литья. Если это случилось – вы однако лузер, ибо встречается такое редко. В основном нормальные блоки, расточенные до 84+ мм живут вполне полноценной жизнью с обычным ресурсом. Следует заметить, что при построении двигателей такого объема, очень важно контролировать геометрическую степень сжатия, так как основной проблемой в данных двигателях является детонация, которая возникает при завышенной степени сжатия и неправильной регулировке угла опережения зажигания.

Помимо коленчатых валов с ходом поршня 74,8 и 75,6 мм, существуют еще коленчатые валы с ходом поршня 78,0 мм и 80,0 мм. При использовании этих коленчатых валов можно получить следующие варианты геометрии цилиндро-поршневой группы:

82Х78 мм (рабочий объем до 1680 куб. см)

82Х80 мм (рабочий объем до 1720 куб. см)

84Х78 мм (рабочий объем до 1750 куб. см)

84Х80 мм (рабочий объем до 1798 куб. см)

С данными коленчатыми валами используются только "кованые" поршни рассчитанные на ход поршня 78 и 80 мм соответственно.

Материалы: http://stierlitz.narod.ru/engine.html

Рабочий объем определяется количеством цилиндров, их диаметром и величиной перемещения (ходом ) поршня. Поскольку количество цилиндров — величина неизменная, варьировать можно только два последних параметра.

Диаметр цилиндра определяется конструкцией двигателя. Для его увеличения в двигателях с чугунными блоками цилиндров (F3R и ВАЗ) применяется расточка блока цилиндров для установки поршней большего диаметра с последующим хонингованием (нанесением микронеровностей) для задержки масляной пленки на рабочей поверхности стенки цилиндра. Наиболее просто изменение рабочего объема осуществляется в двигателях с алюминиевым блоком цилиндров и вставными мокрыми гильзами (двигатель УЗАМ). В этом случае для изменения диаметра цилиндра используют соответствующие новые гильзы, имеющиеся в ассортименте. Следует иметь в виду, что посадочный диаметр гильз для двигателя УЗАМ имеет различные типоразмеры — для двигателей УЗАМ-412 и УЗАМ-331.10 рабочим объемом 1.5 л применялись гильзы внутреннего диаметра 82 мм с посадочным диаметром 89 мм, а для двигателей УЗАМ большего рабочего объема — гильзы с посадочным диаметром 92 мм. Для установки гильз внутренним диаметром 85 мм в стандартный блок 1.5 л можно проточить наружный диаметр посадочной части гильзы до 89 мм; в продаже также встречаются уже проточенные гильзы внутренним диаметром 85 мм под блок цилиндров 1.5. Установить в такой блок без его доработки гильзы внутренним диаметром 88 мм невозможно, т.к. толщина стенки получается всего 0,5 мм. Однако можно расточить блок цилиндров 1.5 л под установку гильз с посадочным диаметром 92 мм, но это требует применения сложного специального оборудования. Блоки же цилиндров рабочим объемом более 1.5 л имеют посадочные места под гильзы диаметром 92 мм, поэтому в них можно установить гильзы как с внутренним диаметром 85 мм, так и с внутренним диаметром 88 мм.

Необходимо иметь в виду, что до 1992 г. блоки цилиндров УЗАМ для двигателей с рабочим объемом 1.5 л выпускались для установки гильз с посадочным диаметром 89 мм и уплотнительной медной прокладкой между гильзой и головкой блока цилиндров. Позже эти прокладки были исключены во избежание коррозии в этом месте вследствие образования гальванической пары на участке силумин-медь-чугун, а блок цилиндров стал выполняться с более высокой посадкой под гильзы на величину толщины этих прокладок. Поэтому при установке проточенных гильз в блоки цилиндров УЗАМ, выпущенных до 1992 г., необходимо также установить медные прокладки. В любом случае необходимо проконтролировать выступание гильз из блока на соответствие заданным параметерам.

Для увеличения хода поршня в цилиндре применяют измененный коленчатый вал с увеличенным радиусом кривошипа. Существует большой выбор коленчатых валов для двигателей ВАЗ и УЗАМ, как стандартных, так и изготавливаемых тюнинговыми фирмами. Для двигателей УЗАМ выпускаются стандартные стальные коленчатые валы с радиусами кривошипа 35, 37.5 и 40 мм, обеспечивающие ход поршня соответственно 70, 75 и 80 мм. Фирма «Автотехнология » изготавливает коленчатые валы из высокопрочного чугуна ВЧ-70 с радиусом кривошипа 42.5 мм для двигателей УЗАМ, обеспечивающий ход поршня 85 мм. Эта величина хода поршня для данного двигателя является предельной, т.к. при больших его значениях нагрузки при перекладке поршня превышают допустимые.

При значительном форсировании двигателей УЗАМ применяют гильзы и поршни от автомобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-3110, предварительно расточив посадочное отверстие в блоке цилиндров под гильзу. При использовании гильз такого большого диаметра необходимо выполнить доработку ГБЦ, заключающуюся в упрочнении каналов в местах сопряжения гильзы с ГБЦ посредством их частичной заварки.

Ниже показаны примеры комбинаций диаметра цилиндра камеры сгорания и хода поршня для различных двигателей УЗАМ и их рабочий объем. В скобках показаны индексы названия двигателей, если двигатели в такой комбинации выпускались.

ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ ДВИГАТЕЛЕЙ УЗАМ

Диаметр цилиндра, мм

* применение поршней диаметром 92 мм требует серьезной доработки конструкции головки блока цилиндров

Двигатели ВАЗ выпускаются рабочим объемом 1.3, 1.5, 1.6, 1.7 и 1.8. Серийно на автомобилях «Москвич » применялись двигатели ВАЗ с рабочим объемом 1.6 (2106 ) и 1.8 (2130 ).

ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВАЗ

Увеличение рабочего объема двигателей ВАЗ за счет увеличения диаметра цилиндра трудно реализуемо в связи с близостью каналов системы охлаждения к стенкам чугунного блока цилиндров.

При выборе конфигрурации двигателя в процессе увеличения его рабочего объема выбирают между «длинноходным » и «короткоходным » вариантами, определяющими, какой из параметров — ход поршня ( «длинноходный » вариант) или диаметр цилиндра ( «короткоходный » вариант) преимущественно будет увеличиваться. При этом не следует забывать, что рабочий объем двигателя влияет не только на величину максимальной мощности, но и на то, при каких оборотах будут получены максимальные значения мощности и крутящего момента. В общем случае, при увеличении хода поршня максимальные значения мощности и крутящего момента достигаются при меньших значениях оборотов двигателя. К тому же, более «длинноходный » двигатель обеспечивает меньшее значение максимальной мощности, но большее значение крутящего момента по сравнению с «короткоходным ». «Короткоходные » двигатели при этом достигают максимальной мощности при более высоких оборотах и при том же рабочем объеме развивают большую мощность, но почти всегда это сопровождается меньшими значениями крутящего момента на низких оборотах [19].

В разное время преобладали различные тенденции при увеличении рабочего объема двигателей. Так, в 70-х годах был разработан и прошел полный цикл испытаний «короткоходный » двигатель УЗАМ-327 рабочим объемом 1.7 л. По ряду причин этот двигатель не был запущен в производство, а позже появился более «длинноходный » вариант двигателя с рабочим объемом 1.7 с индексом 3317, выпускавшийся с двумя вариантами поршней — первоначально с поршнями, имеющими клиновидную поверхность без проточек и уникальной головкой блока цилиндров, а позже — с поршнями с поверхностью в форме усеченных конусов с проточками под клапана, рассчитанный на унифицированную головку блока цилиндров. Конструкция поршней в этих разновидностях двигателя невзаимозаменяема и поршни старой конструкции могут использоваться только с уникальной головкой блока цилиндров и не могут использоваться с унифицированной головкой.

Выбор поршней при форсировании двигателя

В случае увеличения рабочего объема двигателя с получением «стандартных » вариантов (например , при переходе на следующий уровень двигателей УЗАМ) есть возможность использования стандартных поршней. Разновес поршней в одном двигателе не должен превышать 3 г, стандартные поршни подразделяются на 4 весовых группы, номер которой выбит на днище поршня. Для поршней, поставляемых в з/ч, вместо номера группы указывается непосредственно масса поршня в граммах.

Однако для реализации нестандартных вариантов встает вопрос изготовления нестандартных поршней. Обычно такие поршни изготавливают специализированные фирмы (например , фирма «Автотехнология ») методом ковки или изотермической штамповки. При этом выбирают между стандартными (литыми ) и штампованными поршнями. Бытует мнение о неоспоримых преимуществах кованых поршней, однако это не совсем так.

В стандартных и умеренно-форсированных двигателях литые поршни обеспечивают большую мощность, чем кованые [19]. Происходит это по следующим причинам:

— литые поршни имеют имеют меньший износ канавок для поршневых колец и очень малую теплопроводность, оставляя больше тепла в камере сгорания, что улучшает термический КПД двигателя;

— литые поршни обеспечивают меньший зазор в цилиндре и обеспечивают более стабильное положение поршневых колец;

— литые поршни в большинстве случаев легче кованых;

— литые поршни имеют существенно меньшую стоимость.

Для двигателей повседневного применения литые поршни более предпочтительны. Лишь при работе двигателя постоянно при высоких нагрузках и повышенной температуре предпочтительнее использование кованых поршней [19]. Если удельная мощность и другие особенности конструкции двигателя, например, уникальный размер, форма или положение относительно поршневого пальца, требуют применения кованого поршня, необходимо обеспечить требуемый рабочий зазор между поршнем и стенкой цилиндра, что для кованых поршней является технически непростой задачей в связи с тем, что зачастую кованые поршни изготавливаются из сплавов с высоким коэффициентом термического расширения. Такие поршни будут обладать стабильными характеристиками при высоких температурах и больших оборотах, но в обычном режиме движения их показатели невысоки — поршни, имеющие большие зазары между поршнем и стенками цилиндра в холодном двигателе, отрицательно влияют на топливную экономичность и увеличивают расход масла и токсичность выхлопных газов [19].

При выборе поршня необходимо обеспечить возможно меньший зазор у его юбки при всех, а не только «щадящих » условиях эксплуатации. Чем больше термическая стабильность сплава материала поршня, тем меньше поршень будет расширяться при нагревании и тем меньше будет минимально гарантированный зазор между поршнем и стенкой цилиндра.

Для продления срока службы поршней иногда применяют их покрытие специальными материалами — твердыми молекулярными покрытиями или керамикой. Получение твердого молекулярного покрытия подобно процессу металлизации. Такие покрытия имеют очень жесткую поверхность, которая хорошо отражает тепло. Керамика же поглощает тепло, но только в слоях, близких к поверхности. Эти слои в конечном счете действуют как очень эффективные изоляторы, удерживая тепло и предотвращая его проникновение в материал поршня. Нанесение керамического покрытия на верхнюю часть поршня предотвращает поглощение тепла головкой поршня. Непоглощенное тепло удерживается в камере сгорания и увеличивает давление газов, повышая термический КПД двигателя. Покрытие днища поршня способствует увеличению мощности двигателя на 4-8% [19]. Кроме того, головка поршня с покрытием намного меньше чуствительна к тепловыделению, вызванному детонацией.

Немаловажное значение имеет также форма поршня. Поршни с плоским днищем обеспечивают лучший фронт пламени в камере сгорания, чем поршни с выпуклым или вогнутым днищем.

Особое внимание следует уделить подбору поршневых колец для форсируемого двигателя. Общим направлением в конструкциях высококачественных поршней является использование узких поршневых колец. Считается, что тонкое кольцо предотвращает вибрацию колец на высоких оборотах и уменьшает трение в цилиндре. Однако при этом тонкие кольца вследствие меньшей поверхности соприкосновения со стенкой цилиндра оказывают на стенки большее давление, такие кольца вызывают ускоренный износ цилиндров и самих колец. Поэтому если двигатель не используется преимущественно при оборотах более 6000 1/мин, предпочтительнее использовать широкие кольца. Практически улучшение характеристик двигателя при использовании тонких колец столь невелико, что может быть обнаружено только на испытательном стенде или при большом количестве испытательных заездов [19].

При изготовлении поршней важно также положение поршневых колец в поршне, особенно положение верхнего кольца. Если верхнее кольцо расположено высоко на поршне около его верхней части, характеристики двигателя будут лучшими вследствие того, что меньший объем недоступных газов будет захвачен в перемычке между кольцами. Однако если кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня, то тонкая перемычка над канавкой кольца может перегреться и разрушиться, так как верхнее поршневое кольцо и перемычка над ним работают в очень жестких условиях. Верхнее кольцо не только должно обеспечивать качественное уплотнение у рабочих поверхностей при очень высоких температурах, но и работает в окружении высокотемпературных газов, сохраняя свою упругость и хорошее уплотнение, что определяет технологию производства и металлургические особенности колец [19].

Материал кольца должен иметь низкий коэффициент трения, хорошие характеристики против заедания и низкий коэффициент износа. Одним из первых эффективных материалов, используемых для поршневых колец, был ковкий чугун. Он хорошо сочетается с характеристиками чугуна, используемого в блоке цилиндров, а его пористая структура хорошо удерживает масло, уменьшая износ. Широко также применяется его разновидность — пластичный чугун, обладающий большинством качеств чугуна и кроме того может гнуться, что упрощает установку колец.

В форсированных двигателях применяются более сложные по конструкции кольца. Первоначально на чугунные кольца наносился слой хрома, помогающий противостоять истиранию и заеданию даже при очень высоких температурах и больших давлениях, к тому же обеспечивающий очень высокую износоустойчивость. Недостатком хромированных колец является их очень высокая твердость — необходимо очень точно выдержать размеры цилиндра для нормальной работы таких колец. Позже стали применять кольца из нержавеющей стали — в этот материал входит большое количество хрома, поэтому кольца из нержавеющей стали обладают большинством свойств хромированных чугунных колец [19]. Нержавеющая сталь противостоит высокой температуре лучше, чм хромированный чугун.

Для увеличения срока службы колец и обеспечения их быстрой приработки появились молибденовые кольца — кольцо с основой из чугуна с молибденовым покрытием. Молибден обладает противоизносными слоями хрома и зачастую превосходит их, эти кольца долговечнее, легко прирабатываются, более надежны. В настоящее время молибденовые кольца наиболее широко применяются в форсированных двигателях.

Существуют также керамические поршневые кольца из твердого и износостойкого неметаллического материала, однако их применение в двигателях пока сталкивается с трудностями сопряжения таких колец со стенками цилиндра, эта технология в настоящий момент находится в стадии развития.

Кроме материала поршневого кольца важное значение имеет его конструкция. Например, кольцо может иметь преднамеренное небольшое перекручивание, т.е. верхняя и нижняя поверхности кольца не лежат плоско в канавке, а слегка наклонены, и только верхний или нижний край рабочей поверхности кольца контактирует с отверстием цилиндра. Кольца сконструированы таким образом, чтобы ускорить приработку поверхностей поршневых колец и стенок цилиндров и помогать уплотнению кольца в верхней и нижней частях канавки. Величина перекручивания кольца очень незначительна и обычно получается путем стачивания фаски на внутреннем крае кольца. Фаска уменьшает небольшие напряжения вдоль внутреннего края и позволяет кольцу неравномерно ослабиться, приводя к его незначительной деформации, вызывающей требуемое перекручивание [19].

Для улучшения уплотнения цилиндров от повышенного давления газов также применяют сверление в верхней части поршня ряда очень мелких отверстий, доходящих до внутренней части канавки верхнего компрессионного кольца. Когда в цилиндре появляется давление, газы проходят через эти каналы и прижимают верхнее компрессионное кольцо к стенке цилиндра, обеспечивая очень хорошее уплотнение, но увеличивая износ цилиндра в его верхней части. Однако при этом весьма значительно увеличивается трение колец о стенки цилиндра, что приводит к дополнительным потерям.

Второе компрессионное кольцо обеспечивает дополнительное уплотнение для газов, прошедших через верхнее кольцо, поэтому их рабочие давление и температура существенно меньше, и, как следствие, требования к материалам их изготовления существенно ниже. Однако второе кольцо имеет важную дополнительную функцию — помогает маслосъемному кольцу, действуя как «скребок », предотвращая попадание масла в камеру сгорания и возникновение детонации. Иногда эти кольца спесиально делают скошенными, так, чтобы скос был меньше у верхнего края кольца, что помогает работе маслосъемного кольца — такое кольцо будет двигаться поверх масла при движении поршня вверх и будет удалять его при движении вниз.

Нередко применяют вторые компрессионные кольца без зазора, точнее — с очень маленьким зазором — при их использовании двигатель быстрее прирабатывается и выдает несколько большую мощность, так как предотвращает потери мощности за счет уменьшения прорыва картерных газов [19].

Важное значение также имеет конструкция маслосъемного кольца. Моторное масло, остающееся в камере сгорания, уменьшает октановое число топлива, что может приводить к детонации, а также приводит к образованию нагара в камере сгорания и на днище поршня, что вызывает снижение мощности двигателя. Хорошее маслосъемное кольцо поддерживает свои верхнюю и нижнюю кромки центральным разделителем. В дешевых кольцах используются волнообразные разделители верхней и нижней кромок, однако это не обеспечивает правильного положения кромок — при увеличении оборотов двигателя силы инерции стремятся распрямить волнообразный разделитель и кольцо вкручивается внутрь канавки, а масло проходит поверх кромок.

Обычно при форсировании двигателя используют стандартные для данной модели двигателя шатуны. Однако необходимо оценить их состояние. Разновес шатунов в одном двигателе не должен превышать 4 г, излишки металла следует удалить. Для этого на шатуне имеются большие балансировочные подушки на обеих концах шатуна. Желательно добиться минимально возможной массы всех шатунов, удаляя металл с этих подушек и постоянно при этом производя его взвешивание.

Изогнутые и даже незначительно деформированные шатуны будут уменьшать мощность двигателя, т.к. они держат поршень под углом, увеличивая трение. Разумеется, обязательно должно быть проверено совмещение шатунов перед сборкой двигателя, а также размер большого отверстия шатуна — если шатун подвергался повышенным нагрузкам или детонации, отверстие в головке шатуна может быть деформировано или увеличено. Также следует проверить шатуны на наличие трещин.

Если двигатель предполагается эксплуатировать на высоких оборотах, то лучше подобрать шатуны с отверстием большого конца таким, чтобы оно укладывалось в нижний предел допуска, что увеличивает сжатие шатунного подшипника.

Необходимо также обратить внимание на болты шатунов — если эти болты растянулись под нагрузкой, то это ослабит зажим и может привести к проворачиванию вкладышей. Если при разборке двигателя обнаружено, что вкладыши проворачивались, не следует повторно использовать этот шатун.

Материалы: http://azlk-team.ru/articles/stati_s_clubazlknet/uvelichenie_rabochego_obema_dvigatelja/

Рассмотрим некоторые результаты увеличения рабочего объема двигателя, устанавливаемого на наиболее популярные модели автомобилей ВАЗ.

Увеличение хода поршня с 71 мм до 74,8 мм путем замены KB на новый, с противовесами на всех щеках, и доработка клиновидной камеры сгорания двигателя ВАЗ-21083 позволяют увеличить его рабочий объем с 1500 см3 до 1600 см3. Заметим, что наличие противовесов на всех щеках KB позволяет разгрузить коренные подшипники двигателя от действия центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс и тем самым увеличить их срок службы. Чтобы сохранить неизменной степень сжатия, имеющийся комплект поршней или дорабатывается или заменяется на новый. Одновременно несколько увеличивается объем камеры сгорания в головке цилиндров. При доработке днище поршней обтачивается, в результате чего высота головки поршня уменьшается на 1,5 мм. Утопание поршней при положении их в ВМТ относительно торца блока цилиндров не должно превышать 0,1 мм.

При увеличении частоты вращения KB с 5550 1/мин до 5800 1/мин мощность двигателя возрастает с 52,3 кВт (71 л.с.) до 62,6 кВт (85 л.с.). Максимальный крутящий момент двигателя в диапазоне средних и низких частот вращения KB увеличивается на 10%. В результате выполненного тюнинга коэффициент приспособляемости уменьшается с значения =1,18 до =1,15. Полученные результаты достигаются при соответствующей настройке и регулировке систем питания и зажигания двигателя. У двигателя с системой впрыскивания производится, кроме того, замена программы управления.

Для придания двигателю ВАЗ-21083 "спортивного характера", при котором сохраняются названные выше преимущества в диапазоне средних и низких частот вращения KB, а мощность повышается до 69,9 кВт (95 л.с.) при 6200 1/мин с сохранением "эластичности" во всем диапазоне нагрузок - настройка "спорт", в дополнение к уже перечисленным мероприятиям производятся следующие работы:

· имеющиеся поршни заменяются на "спортивные", изготовленные методом ковки, с эксцентричным расположением отверстия под поршневой палец;

· стандартный распределительный вал заменяется на новый, обеспечивающий ход клапанов 10,26 мм;

· клапаны регулируются на новую базу распределительного вала; для тонкой настройки фаз газораспределения на распределительный вал устанавливается разрезная шестерня, зубчатый венец которой можно перемещать относительно ступицы;

· впускные и выпускные каналы головки цилиндров спрямляются и увеличиваются в сечении, после чего подвергаются полированию;

· контуры фланцев впускных и выпускных каналов в головке цилиндров и обоих коллекторов обрабатываются по шаблону, после чего их центрирование производится посредством штифтов;

· для улучшения теплоотвода от клапанов их чугунные направляющие в головке цилиндров заменяются на бронзовые;

· для уменьшения сопротивления на впуске-выпуске радиус перехода от стержня клапана к его головке уменьшается.

Тюнинг двигателя ВАЗ-21083 в указанном объеме еще не позволяет раскрыть полностью его имеющийся потенциал. При наличии системы впрыскивания мощность двигателя может быть доведена до 81 кВт (110 л.с.) - настройка "супер". Справедливости ради следует отметить, что при этом не удается сохранить "эластичность" работы двигателя во всем диапазоне нагрузок - до частоты вращения 2500 1/мин наблюдаются "провалы". Однако, такой двигатель может доставить настоящее удовольствие любителям спортивной езды.

Для получения указанной мощности тюнинг двигателя включает следующие дополнительные мероприятия:

· установка впускного коллектора объемом 3 л;

· стандартный распределительный вал заменяется на новый, обеспечивающий ход клапанов 11,2 мм.

При выполнении всех видов названных выше мероприятий удается устранить ряд недостатков, заложенных в двигатель на стадии производства, и при сохранении его ресурса и ремонтопригодности существенно увеличить мощность за счет внесения конструктивных изменений, разработанных для двигателей спортивных автомобилей.

Мощность двигателя с наддувом в значительной мере пропорциональна давлению наддува. Это позволяет ориентировочно оценить значение мощности, получаемое при наддуве двигателя, по формуле:

,

где - мощность двигателя с наддувом; - мощность двигателя без наддува; - абсолютное давление наддува; - атмосферное давление.

Применение наддува влечет за собой увеличение и тепловой нагрузки на детали двигателя. Решение этой проблемы может быть достигнуто, например, путем охлаждения поршней маслом через специальные форсунки со стороны картера, а также установкой жаростойких клапанов. Система охлаждения также должна быть рассчитана на отвод большего количества теплоты. Это достигается установкой радиатора большего размера, а у двигателей с воздушным охлаждением - увеличением количества охлаждающего цилиндры воздуха. В зависимости от уровня форсирования двигателя может потребоваться и эффективное охлаждение смазочного масла.

Следует иметь в виду, что при отсутствии наддува мощность наддуваемого бензинового двигателя, как правило, ниже, чем у двигателя без наддува, который не предназначается для наддува. Основная причина здесь в том, что у двигателя с наддувом для предотвращения детонационного сгорания геометрическую степень сжатия несколько уменьшают.

Вопрос о правильном выборе степени сжатия для двигателя с наддувом имеет очень важное значение, особенно для бензиновых двигателей. В этой связи необходимо различать степень сжатия геометрическую и степень сжатия эффективную .

Для пояснения здесь следует вспомнить формулу для определения геометрической степени сжатия, которая имеет вид

,

где - рабочий объем цилиндра; - объем камеры сгорания. Т.е. геометрическая степень сжатия (далее - степень сжатия) представляет собой отношение полного объема над поршнем (при положении поршня в НМТ) к объему над поршнем при положении его в ВМТ.

В современных автомобильных двигателях стремятся иметь значение степени сжатия максимально возможным, так как при этом достигаются наиболее высокие значения мощности и крутящего момента, а удельный эффективный расход топлива будет меньше. И все же верхнее значение не может быть безгранично высоким.

В бензиновых двигателях значение ограничивают из условия недопустимости возникновения детонационного сгорания. Удовлетворяющую этому условию границу называют границей детонации. Граница детонации зависит не только от значения , но и от других конструктивных параметров двигателя (например, от формы камеры сгорания, количества свечей зажигания на один цилиндр и т.п.), а также качества используемого топлива.

В дизельных двигателях в связи с особенностями процесса смесеобразования (в цилиндре сжимается чистый воздух, а не готовая к сгоранию смесь) проблема возникновения детонационного сгорания отсутствует. Здесь необходимо избегать пониженных значений степени сжатия, с тем чтобы и при неблагоприятных условиях (например, при очень низкой температуре окружающей среды) обеспечить надежное самовоспламенение смеси в цилиндре. Поэтому легковые автомобили оснащаются дизельными двигателями со степенью сжатия от 19 до 23. При этом более высокие значения назначаются в двигателях с предкамерным и вихрекамерным смесеобразованием, где поверхность камеры сгорания увеличенная. Большие значения е являются основной причиной высокой экономичности дизельных двигателей. Дальнейшее увеличение не дает существенного выигрыша в экономичности, но требует более жесткой конструкции основных деталей двигателя, а следовательно, увеличения его металлоемкости, что для автомобильного двигателя крайне нежелательно.

Степень сжатия автомобильных дизельных двигателей с наддувом оставляют практически такой же, как и в двигателях без наддува. При возникновении значительной тепловой нагрузки на поршни проблема решается, например, путем опрыскивания днища поршней моторным маслом через специальные форсунки со стороны картера.

Степень сжатия бензиновых двигателей без наддува при используемом в центральной Европе топливе составляет от 7 до 11. Для нижней границы этого диапазона применяется бензин А-76, тогда как для верхней требуется бензин Super с октановым числом, определенным по исследовательскому методу, не менее 98 единиц (соответствует АИ-98).

В бензиновых двигателях за счет настройки систем впуска и выпуска даже при отсутствии наддува давление конца сжатия в цилиндре может превышать давление, обеспечиваемое только за счет геометрической степени сжатия. А в случае применения наддува уровень давления, при котором осуществляется рабочий цикл, становится выше, поэтому, если не принять специальных мер, легко может быть достигнута и даже превышена граница детонации.

Между геометрической и эффективной степенью сжатия, действительно имеющейся в двигателе, часто возникает значительная разница. Определить значение эффективной степени сжатия приближенно можно по формуле

где k - показатель адиабаты (численное значение равно 1,41). Формула дает удовлетворительные результаты при допущении, что температура в конце процесса сжатия у двигателя с наддувом и без наддува одинаковая. Очевидно, что для обеспечения бездетонационного сгорания при увеличении наддува геометрическую степень сжатия необходимо уменьшать. Например, если двигатель без наддува имеет степень сжатия 10, то в случае наддува его при давлении = 1,3 бар следует геометрическую степень сжатия уменьшить до 8,3, а в случае наддува при давлении = 1,8 бар - до относительно низкого значения 6,6.

Важным фактором, позволяющим повысить степень сжатия без риска возникновения детонационного сгорания, является охлаждение наддувочного воздуха. Например, если двигатель с наддувом и без холодильника наддувочного воздуха уже при степени сжатия 8 работает близко к границе детонации, то при оснащении его эффективным холодильником степень сжатия удается повысить до 9.

Материалы: http://megalektsii.ru/s894t2.html