Для чего увеличивают количество цилиндров (5 видео)

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 10 октября 2018 .
Категория: Автотехника.

Любому автовладельцу хотелось бы сделать мощность двигателя более высокой. Простой и действенной мерой улучшения мощностных и динамических показателей автомобиля может стать модификация уже имеющегося в транспортном средстве мотора путем увеличения его объема. Естественно, если в машине установлен 2-х литровый двигатель (или больше), то «добавка» в 100÷200 см³ к его объему не будет заметна. А для автомобилей, оснащенных малолитражными или среднеобъемными бензиновыми атмосферными моторами, подобная модернизация будет весьма ощутимой.

Содержание

Варианты увеличения рабочего объема
Расточка цилиндров и замена поршней
Замена коленвала
Комплексный метод
Выводы
Происхождение лошадок: как правильно форсировать атмосферный мотор
Два слова о мощности
Чуть о природе крутящего момента
Крутящий момент и объем
Работы по «железу»
Эффект
Предел конструкции
🎬 Видео

Видео:МОЩНОСТЬ мотора УВЕЛИЧИТСЯ если СДЕЛАТЬ так...Скачать

Варианты увеличения рабочего объема

Расчет рабочего объема двигателя достаточно прост. Для стандартного 4-х цилиндрового двигателя он равен V=4×(S×H), где S – площадь поршня («пистона»), H – расстояние, которое он проходит от нижней до верхней мертвой точки (то есть, его ход).

Исходя из этой простой арифметической формулы, логично вытекают три доступных способа повышения объема силового агрегата:

увеличиваем S (то есть, растачиваем цилиндры и устанавливаем поршни большего диаметра);
изменяем в сторону увеличения H путем установки длинноходного колевала;
используем одновременно два вышеописанных метода.

Перечисленные способы имеют не только достоинства, но и недостатки (более подробную информацию о каждом из них на примере очень популярного в свое время двигателя ВАЗ-2103 читайте в разделах ниже).

Видео:Зачем нужен БОЛЬШОЙ обьем двигателя?Скачать

Расточка цилиндров и замена поршней

О том, что расточка цилиндров и замена поршней необходима, свидетельствует снижение компрессии, увеличенный расход масла и уменьшение мощностных и динамических показателей автомобиля. И если капитального ремонта не избежать, то его лучше совместить с мероприятиями по увеличению объема двигателя. Причем, дополнительных затрат на такой тюнинг не потребуется.

На заметку! Если сборку и разборку силового агрегата вы сможете произвести самостоятельно (естественно, имея соответствующие навыки в проведении таких работ), то саму расточку вы вряд ли сделаете, так как ее проводят с использованием специальных станков на станциях техобслуживания или в ремонтных организациях.

Очень часто завод-изготовитель транспортного средства выпускает и специальные поршни ремонтных размеров, которые можно приобрести в магазинах автозапчастей. Например, для проведения первого ремонта двигателя классического ВАЗ-2103 (стандартный диаметр поршня составляет 76 мм) понадобится изделие Ø=76,4 мм, а для второго уже 76,8 мм. Подобная замена, естественно, не приведет к увеличению объема двигателя. Об этом свидетельствуют следующие расчеты:

V=4×(S×H), где S=π×R² – площадь поршня, R – его радиус, H – ход.

Тогда рабочий объем заводского мотора будет равен: V=4×(3,14×3,8²×8)=1451 см³, а после первого капитального ремонта: V=4×(3,14×3,82²×8)=1466см³. То есть, практически, ничего не поменялось.

Но, если расточить цилиндры под установку поршней от ВАЗ-21011, которые имеют больший диаметр (79 мм), то получаем двигатель с рабочим объемом: V=4×(3,14×3,95²×8)=1568 см³. То есть, увеличение составляет более чем 100 см³ (а это уже дает существенный прирост мощности – дополнительные 4÷5 лс).

Важно! Растачивать же блок двигателя от ВАЗ-2103 до размеров поршней с Ø=82 мм нельзя, так как это приведет к критическому снижению толщины стенок цилиндров.

Видео:(0.02 мм) ДВЕ СОТКИ которые СПАСУТ твой двигательСкачать

Замена коленвала

При минимальном износе поршней и внутренних поверхностей стенок цилиндров объем мотора можно увеличить за счет замены заводского коленвала на более длинноходный. Чтобы осуществить подобную модернизацию придется либо приобрести новые шатуны (более короткие), либо установить специальные «пистоны» с крепежными отверстиями под пальцы, смещенными вверх (так как ход «пистонов» увеличится). В первом случае, из-за увеличения угла перекладки шатунов, усилится давление поршней на внутренние поверхности стенок цилиндров, что приведет к уменьшению ресурса всей конструкции двигателя. Во втором случае снизится надежность самих «пистонов», так как их верхние части имеют меньшую толщину (по сравнению со стандартными) и велика вероятность их прогорания.

На заметку! Некоторые компании по производству запчастей предлагают готовые наборы для проведения такого тюнинга моторов.

Возвращаемся к нашему ВАЗ-2103. Если оставить заводские поршни (Ø=76 мм) и установить коленвал ВАЗ-2130 (с величиной хода H=84 мм), то рабочий объем модифицированного двигателя составит: V=4×(3,14×3,8²×8,4)=1524 см³. Получается, что при такой модернизации увеличение объема составит всего лишь около 70 см³, а значит и прирост мощности будет незначительным. К тому же менять «неизношенную» поршневую исправно работающего двигателя на новый коленвал и поршни (а иногда и более короткие шатуны) довольно затратно. Однако, учитывая то, что при таком методе не требуется расточка цилиндров (то есть, отпадает необходимость обращаться за услугами в специализированные мастерские), такой способ находит достаточное количество «поклонников», так как все работы можно осуществить самостоятельно.

Видео:Влияние R/S и веса поршневой на мощность двигателяСкачать

Комплексный метод

Третий способ увеличения объема мотора сочетает в себе оба вышеописанных метода. Естественно, при комплексном подходе (расточив блок цилиндров и установив длинноходный колевал) владелец сможет получить максимальный прирост объема двигателя, и, как следствие, значительное увеличение его мощности.

Например, если расточить цилиндры ВАЗ-2103 под установку поршней ВАЗ-21011 (Ø=79 мм) и установить коленвал ВАЗ-2130 (с величиной хода 84 мм), то рабочий объем модернизированного силового агрегата составит: V=4×(3,14×3,95²×8,4)=1646 см³.

То есть, при комплексном подходе удается увеличить рабочий объем заводского двигателя почти на 200 см³ (а это уже 10 дополнительных «лошадок» под капотом автомобиля). И хотя такой метод является наиболее дорогостоящим, он принесет владельцу транспортного средства ощутимые результаты (как в увеличении мощности, так и в улучшении динамики езды).

Читайте также: Компрессия в цилиндре бензопилы штиль 180

Видео:ВДОХНУЛИ НОВУЮ ЭНЕРГИЮ В ДВИГАТЕЛЬ ВАЗ. Сделано у нас. Подробное секретное руководство 🚀Скачать

Выводы

Если вы решили увеличить рабочий объем двигателя вашего автомобиля с помощью одного из предложенных способов, то следует помнить о некоторых моментах тюнинга подобного рода:

Двигатель станет более «прожорливым» (то есть, расход топлива в любом случае увеличится).
Растачивая цилиндры под максимально возможный диаметр поршней, вы заведомо соглашаетесь с тем, что проведенная модернизация автоматически становится последним капитальным ремонтом силового агрегата вашего автомобиля.
Увеличение мощностных показателей требует повышенного внимания к исправности тормозной системы.
После изменения рабочего объема может понадобиться перенастройка системы впуска/выпуска (так как изначально она была оптимизирована под меньший объем).
Приступать к увеличению объема двигателя следует только после того, как вы убедились, что в продаже имеются все необходимые детали (поршни, кольца, шатуны или коленвал) для вашего конкретного двигателя.

На заметку! Для проведения предварительных расчетов увеличения объема двигателя можно воспользоваться он-лайн калькуляторами. Подставив в нужные «окна» все технические характеристики деталей, которые вы планируете установить (а именно ход и диаметр поршня, длину шатуна, толщину прокладки, количество цилиндров и так далее), вы не только получите величину рабочего объема модернизированного двигателя, но и степень его сжатия.

Мощности двигателей современных автомобилей можно увеличить и другими способами (например, с помощью ЧИП-тюнинга или установки так называемых спортивных распредвалов). Поэтому прежде чем повышать рабочий объем, следует внимательно ознакомиться со всей информацией касательно этого вопроса в отношении вашего конкретного двигателя. И только после этого следует выбрать наиболее приемлемый вариант.

Видео:НАСТОЯЩАЯ ГЕОМЕТРИЯ ДВИГАТЕЛЯ B/SСкачать

Происхождение лошадок: как правильно форсировать атмосферный мотор

Сколько в вашем моторе сил? А какой у него рабочий объем? Если бы все автовладельцы России честно ответили на вопрос, то получилось бы в среднем что-то около 1,6-1,8 литра рабочего объема и 110-120 лошадиных сил. И почти каждый, у кого мощность примерно «средняя», мечтает ее увеличить до… А тут сколько хватает куража и фантазии. Вот в Формуле 1 с такого же объема «снимают» минимум 600 л. с., а Mercedes в прошедшем сезоне говорил об отдаче гибридной силовой установки в 900 л. с. Сколько из них приходится на сам ДВС, не сообщается, но вряд ли меньше 750. А чем вообще отличается форсированный мотор от «обычного», что позволяет ему быть настолько мощнее? В этой части сфокусируемся на атмосферных моторах.

Два слова о мощности

В таком вопросе нельзя без щепотки теории, поэтому позвольте пару слов о природе мощности, чтобы смысл всяких «железных» доработок был понятнее. Подробно на этом вопросе я останавливался в одном из прошлых материалов, а тут лишь обозначу коротко по сути. Мощность для любого двигателя внутреннего сгорания может быть выражена как крутящий момент, умноженный на обороты, с коэффициентом.

Не волнуйтесь, на выходе это все та же работа в единицу времени, просто так куда удобнее оперировать цифрами из технических характеристик машины.

Поэтому очевидно: для увеличения мощности нужно увеличивать крутящий момент и обороты. Ну или один из этих параметров.

На словах задача выглядит просто. Казалось бы, какая разница, 5 тысяч оборотов или 8? На практике зависимость нагрузок на цилиндропоршневую группу от оборотов – квадратичная. Если по-простому, то безоглядно поднимать рабочие обороты нельзя – мотор быстро получит необратимые механические повреждения. Поэтому нужно либо «затачивать» мотор под высокие обороты, либо все-таки идти путем увеличения крутящего момента.

На фото: Koenigsegg Regera, мощность: 1 100 л.с., максимальный крутящий момент: 1 280 Н*м при 4 100 об/мин

Чуть о природе крутящего момента

С ним тоже не так все просто. При поднятии момента нагрузка на поршневую группу растет уже не квадратично, а линейно, но увеличивается нагрузка иначе. Сильнее нагружаются коленчатый вал, шатуны, поршневые пальцы и сам блок цилиндров.

Ну хорошо, будем увеличивать момент осторожно. А что для этого надо сделать? «Вогнать» в мотор больше воздуха для окисления большего количества топлива. Как известно, для сжигания одного килограмма бензина нужно 14,7-15 килограммов воздуха. В пересчете на литры это выглядит куда внушительнее: 1,4 литра бензина против 12 кубометров, или же 12 тысяч литров воздуха. Поэтому-то, как вы понимаете, не так сложно подать в мотор нужное количество бензина, как обеспечить его воздухом.

Поэтому крутящий момент будет зависеть от количества воздуха, подаваемого в цилиндр за такт, а мощность – от того, сколько мотор может переварить в единицу времени.

Выводы напрашиваются сами собой: для форсировки нужно либо увеличивать рабочий объем, либо применить наддув!

Крутящий момент и объем

Так уж получилось, что в отношении почти любого атмосферного двигателя действует эмпирическое правило: 85-100 ньютон-метров приходятся на 1 литр рабочего объема. Моторчик объемом 1,6 литра будет иметь 140-160 Нм, двухлитровый – 180-200. Это фактический предел.

Правило это довольно универсальное и применимое к моторам как давним, так и совсем новым. Мощным и совсем слабеньким. Разве что совсем старые моторы отклоняются от него. Вот МеМЗ-968, мотор от Запорожца, его рабочий объем 1,2 литра, момент – 80 Нм. Но при этом ВАЗ-2101 – те же 1,2 литра, но уже 87 Нм. И это старые карбюраторные двигатели с совершенно ужасными по современным меркам характеристиками системы питания и зажигания!

Читайте также: Как снять шпильку с блока цилиндров остался внутри сломано

У современного моторчика Skoda Fabia 1,2 выдает уже 112 Нм. Тойотовский 1ZZ-FE на 1,8 литра объема выдает 171 Нм, а куда более мощный 2ZZ-GE – всего 180 Нм. Мерседесовский М111 2,3 литра выдает 220 Нм, а куда более новый и мощный М272 3,0 – ровно 300 Нм. Экстремально форсированный Honda K20A 2,0 имеет момент 215 Нм – чуть лучше «среднего». Ну и так далее.

Кстати, даже формульные атмосферные моторы 2,4 имели момент в пределах 260 Нм. При оборотах за 18 тысяч этого хватало для получения очень высокой мощности.

Причина столь малого разброса в «форсировании по моменту» именно в том, что он зависит от степени наполнения, площади поршня и хода поршня. Степень наполнения ограничена атмосферным давлением и еще немного можно выжать за счет хорошо проработанной системы впуска. Поэтому сильно поднять крутящий момент без увеличения рабочего объема не только нельзя, этого попросту не нужно.

Вот моторы с турбонаддувом делают, что хотят. Хотите 250 Нм с мотора 1,4? Пожалуйста, двигатель 1,4 TSI EA111 на Skoda Octavia это может. На Fabia RS тот же мотор мощнее, но момент такой же. А на Мерседесах мотор M274 2,0 DE20 AL может иметь как 350 Нм, так и 370. В общем, любые варианты возможны. Турбина наддует столько, сколько выдержит механическая часть мотора.

На фото: двигатель M274, мощность: 245 л.с., крутящий момент: 370 Н*м при 1 300-4 000 об/мин

Главный вывод, который нужно сделать: без наддува нет момента. Даже самые серьезные изменения дадут лишь небольшой прирост. И то в основном на высоких оборотах.

Про форсировку турбомоторов я подробно расскажу в следующей статье. Но если вы противник турбин и все же решились «допилить» свой атмосферный мотор, двинемся дальше. Что такого происходит с мотором, что с атмосферного 1,6 какой-нибудь Fiesta получают 180-220 лошадиных сил без всякого наддува, а мощность скромных двухлитровых с турбонаддувом переваливает за 400 или даже 800 сил? И что придется поменять в вашем совершенно обычном двигателе, чтобы он выдавал хотя бы 180-200 «лошадей»? Глобально вроде бы все понятно: либо «дуть» во имя момента, либо «крутить» во имя оборотов. А что придется менять в конструкции для достижения фантастических результатов?

Работы по «железу»

Даже если мотор остается атмосферным, хлопот немало. Увеличение рабочих оборотов – дело сложное и затратное. В первую очередь заботятся о том, чтобы поршневая группа вообще выдержала нагрузки. Улучшения идут в двух направлениях: увеличивают прочность и вместе с тем снижают массу поршневой группы.

Нам необходимы: кованый коленчатый вал, кованые Н-образные шатуны, Т-образные поршни пониженной высоты, особо прочные болты шатунов. Ну а более производительный маслонасос позволит снизить потери и обеспечить приемлемую прочность. У особенно форсированных двигателей для гонок поршень может остаться всего с двумя поршневыми кольцами для снижения массы, а для снижения потерь на трение их делают минимальной толщины.

Если в ваших планах – обороты свыше 10 тысяч в минуту, шатуны придется делать из титановых сплавов, хотя это не самый лучший материал для деталей двигателя. Несмотря на высокую прочность, его сплавы слишком пластичны, а в ДВС точность изготовления идет на микроны. Очень высокая нагрузка приходится на нижнюю головку шатуна, и потому требования к их шпилькам или болтам очень высоки, и тюнинговые детали стоят крайне дорого именно по этой причине.

Конечно, новой поршневой группой изменения не ограничиваются. Требования к механизму ГРМ тоже растут. С ростом оборотов должна возрастать упругость клапанных пружин, чтобы они успевали возвращать тарелки в закрытое положение. Тут нужно снижать массу клапанов, а заодно и их возможности по теплоотдаче. К тому же с более агрессивными распределительными валами скорость открытия и закрытия клапанов увеличивается, и растет нагрузка на все компоненты механизма. В общем, клапаны обычно заменяют на облегченные и особо прочные. Титановые детали изредка применяют и тут, но чаще в ход идут высокопрочная сталь и металлокерамика.

Ну а дальше вопрос в настройке резонансных явлений на впуске и выпуске мотора с помощью впускного коллектора, выпуска и распредвалов. Разумеется, расширяют «узкие места» в виде дросселя, а то и переходят на многодроссельный впуск, с отдельной заслонкой для каждого цилиндра.

Если действовать по уму, то оптимизации обычно требует также форма каналов в ГБЦ и остальных местах впускного тракта. Для этого мотор «продувают» и ищут точки потери давления – места с повышенным сопротивлением течению воздуха. Процессы доработки впуска на практике ничуть не проще доработки поршневой группы мотора, а при «легком» тюнинге и вовсе съедают основную долю бюджета доработок.

Вот, например, мотор Opel C20XE. Двигатель дорабатывался специалистами Lotus и является типичным примером «двигателя для омологации» – мотора, изначально подготовленного к переделкам самим производителем. Не зря его использовали в WTCC команды Opel, а затем Chevrolet и Lada добрых полтора десятка лет. Его конструкция неплохо переносит форсирование, и потому список необходимых изменений выглядит достаточно скромным.

Читайте также: Цилиндр замка мастер лок 65 35

С мотором изначально менее «прочным» бюджет был бы выше, причем в разы. Стоковый C20XE имеет объем 2,0 литра и мощность 150 л. с. Английские компании набрали большой опыт по подготовке этого двигателя к различным гонкам и существуют так называемые «киты», которые можно купить и установить на свой мотор. Разумеется, двигатель должен быть идеально собран и не иметь значительного износа. Для примера воспользуемся продуктами компании Qedmotorsport.

Любой комплект доработок включает в себя впускной коллектор с индивидуальными дросселями на каждый цилиндр диаметром 45 мм, новый регулятор давления топлива, топливную рампу, новую систему управления двигателем (ECU), двухступенчатый ограничитель максимальных оборотов и поставляется в сборе с комплектом проводки. Система омологирована для применения в автоспорте.

Минимальный уровень доработок гарантирует мощность 190-200 л. с. при установке распределительных валов с большой высотой кулачков и более крепких болтов шатунов. Цена такого комплекта – 1 800 фунтов. Небюджетно, зато все рассчитано не в гараже на коленке, а профессионалами.

Хотите больше? Набор доработок C20XE до 210 л. с. включает в себя замену поршней для работы на более высоких оборотах, разрезные шестерни ГРМ для тонкой настройки фаз и еще более «агрессивные» распределительные валы. Цена такого комплекта уже 2 300 фунтов.

Для получения еще 10 л.с. сверху, с пределом мощности 215-220 л.с., комплект получает новые распредвалы, предназначенные для работы без гидрокомпенсаторов, новые толкатели, новые клапанные пружины. Цена такого комплекта уже 2 550 фунтов.

Топовый комплект, с максимальной мощностью до 245 л.с., включает в себя тот же набор, что и предыдущий, но настроенный на более высокие обороты и нагрузку. Цена – 2 750 фунтов. Готовый же двигатель с сертификатом стенда на 240-260 л.с. имеет цену порядка 3 500-5 000 фунтов, в зависимости от производителя.

Максимальный уровень мощности, который имели заводские гоночные команды с таким мотором, – порядка 280-320 лошадиных сил при неограниченном бюджете.

Другой пример – очень популярный на раллийных Fiesta и Focus мотор 2,0 Duratec. Те же 2 литра и 150 л.с., но более современная конструкция. Для примера возьмем английские доработки Omex Technology Systems.

Мотор с комплектом доработок до мощности в 180 л.с. стоит 5 995 фунтов без учета налога с продаж. В комплект входит новый впускной коллектор с индивидуальными впускными патрубками и дроссельными заслонками, система управления, «злые» распределительные валы, усиленные болты шатунов и выпускная система. Максимальные обороты – 7 800 в минуту, максимальная мощность достигается при 6 500.

Мотор с комплектом доработок до 200 л. с. включает в себя уже доработки ГБЦ и камер сгорания. Цена такого мотора – 6 895 фунтов без учета налогов. Максимальная мощность достигается при 7 000 оборотов.

Максимальный уровень доработки до мощности 260 сил – это кованые поршни для высочайших нагрузок, Н-образные кованые шатуны, более эластичные пружины клапанов и комплект облегчения ГРМ, более производительные форсунки и другие доработки. Максимальные обороты 8 700, максимальная мощность при 8 500 оборотах. Цена такого двигателя уже 11 595 фунтов.

В общем, как видите, правильный «атмосферный тюнинг» – это довольно дорого, сложно, а отдача на выходе не то чтобы ошеломляющая.

Эффект

Даже при небольшом увеличении максимальных оборотов можно существенно прибавить в мощности, если уменьшить падение крутящего момента или даже чуть увеличить его на максимальной скорости вращения.

При сохранении величины крутящего момента за счет его переноса в зону более высоких оборотов можно получить рост мощности на 30-40%. Фактически именно перестройка впуска является залогом высокой мощности атмосферного двигателя, а ограничением здесь выступают возможности поршневой группы.

Предел конструкции

Чем выше степень форсирования атмосферного мотора, тем больше усилий нужно прилагать. Обороты до 7 тысяч не требуют особых усилий, если максимум стокового мотора был на уровне 6 тысяч.

Каждая тысяча оборотов сверх дается дорогой ценой. Все элементы должны становиться легче и прочнее, а это не просто сложно, а очень сложно сочетать. Уже 10 тысяч оборотов для стандартной поршневой группы типичного «квадратного» мотора – недостижимая мечта. Большая часть сильно форсированных двигателей ограничивается оборотами 8 500-9 000 в минуту. Конструкции с особо коротким ходом поршня могут попытаться получить и более высокие обороты. Скажем, малоразмерные мотоциклетные моторы вполне неплохо себя чувствуют на оборотах за 13 тысяч, но форсировать до такой степени «гражданский» автомобильный мотор нереально.

Все ухищрения бесполезны, потери в поршневой группе возрастают слишком быстро. И даже серьезные переделки механизма ГРМ для повышения КПД уже не помогут, хотя для мотоциклетных и гоночных короткоходных есть еще пути. Скажем, есть такая штука как десмодромный клапанный механизм, где не используются пружины – они выдерживают экстремально высокие обороты. Но это дорого и неоправданно – сейчас такой механизм используют только на мотоциклах Ducati, и в основном ради имиджа. А на машинах формулы использовали «пневмопружины» клапанов, позволяющие «играть» упругостью в широких пределах.

Словом, еще раз повторю уже сказанное выше. Серьезно поднять мощность мотора без применения того или иного наддува невозможно. О «наддувном тюнинге» я расскажу во второй части рассказа о форсировке.