Как поднять мощность...

[Daemon]

...на всем диапазоне оборотов на примере двигателя ВАЗ 21083.
Автор - Дмитрий Зайцев

В этой статье не будет затронуто какое-то вмешательство в двигатель. Здесь я опишу кое-что из так называемого "джентльменского набора" как можно проще- без умных слов и выражений. Все описано просто до безобразия.
Здравствуйте, Уважаемый любитель тюнинга. Раз это читаешь, значит, любишь автомобили и тюнинг, соответственно уважаемый с большой буквы.
Я серьезно увлекаюсь тюнингом, даже пытаюсь придумать что-то новое на автомобильную тему и на тему тюнинга конечно, и мне кажется, что я в этом преуспел. Ну а теперь обо всем по порядку.
В очередной раз, зайдя на сайт Спорт Тюнинг, увидел информацию о конкурсе, плюс на страничке было написано все про меня.
Вы увлекаетесь автомобильным тюнингом? Да
Вы знаете в этом толк? Еще бы
Вы неплохо излагаете свои мысли в письменном виде? Здесь могут возникнуть проблемы, но думаю все получится

У Вас есть чем поделиться с единомышленниками? Конечно, и конечно еще и потому, что мне даже не с кем серьезно поговорить о машинах, о моторах. Живу я в Омске, в том смысле, что у нас нет тюнинг-ателье там каких ни будь. Есть автоцентры, где тебе «сделают звук », навесят побрякушек на ВАЗ или Гелендваген. С такими вещами нет проблем, мне это едва, едва интересно, да и я думаю, что на дороге произведу большее впечатление, допустим, если буду ехать на «восьмерке» с угле или стеклопластиковыми передними крыльями и капотом (не крашенными). На капоте вырез, над двигателем обрамленный для красоты заклепками из которого выглядывает монументальных форм металлический воздухозаборник как бы говорящий водителям, стоящим рядом с тобой на светофоре – слева на купе Мерседес, справа на навороченном седане Лексус: «Только попробуйте погазуйте моторами и еще долго будете пробираться на ощупь до следующего перекрестка сквозь клубы белого дыма» Ну, это я увлекся. Кстати крылья и капот я бы выклеил сам взяв за болванки стандартные (естественно) и занялся бы этим, если бы эти новые детали закрывали мотор, имеющий уже как минимум 150 сил.

Теперь о моих задумках, идеях. Для меня тюнинг не только внешняя атрибутика, а прежде всего технические усовершенствования. Я надеюсь встретить среди участников конкурса своих единомышленников, которые порадуют серьезными статьями.

[Daemon]

Как поднять мощность на всем диапазоне оборотов на примере двигателя ВАЗ-21083

Никакой замены распредвала. Немного о устройстве двигателя 21083: поршни имеют эксцентрично расположенное отверстие под поршневой палец, а именно смещенное на 1,2мм от диаметральной плоскости поршня в сторону расположения клапанов. Смещение небольшое, но нельзя сказать, что двигателю это ничего не дает. Поршни для спортивных двигателей имеют большее смещение и сделано это для того, чтобы поршень при движении вниз имел несколько меньшую скорость в сравнении с поршнем на другом двигателе с отверстием без смещения – по центру, но насколько медленнее будет перемещаться поршень вниз, настолько он будет быстрее двигаться вверх. Такой эффект на высоких оборотах двигателя позволит продлить время впуска и следовательно увеличить коэффициент наполнения цилиндра. Кстати в книжке по устройству ВАЗ-21083, 93, 99 про смещение отверстия в поршне сказано, что благодаря этому поршень всегда прижат к одной стенке цилиндра, и устраняются стуки поршня о стенки цилиндра при переходе его через ВМТ и ни слова о разных скоростях движения вверх и вниз. Еще пишут, что в связи с этим установку поршней производить в строго определенном положении стрелками вперед.

Я думаю, вы поняли, что я предлагаю – развернуть все поршни на 180°, получится стрелками к маховику. При работе мотора максимальный крутящий момент должен сместится на обороты гораздо ниже, чем 3400. Самара для повседневной езды и не только эксплуатируется в зоне оборотов до 4000 максимум – больше крутить даже не хочется. Максимум мощности на 5600 оборотах редко реализуется, поэтому тюнинг направленный на повышение мощности на всем диапазоне оборотов без ущерба для низов для машины на каждый день кажется очень заманчивым. А точнее от него нельзя отказаться, ведь он бескомпромиссный! Потенциальная мощность на 5600 об/мин остается, да и в любом случае терять максимальную мощность, соглашаясь на повышение момента на низах не хочется, пусть даже она редко когда используется.

При разворачивании поршней характер их перемещения резко изменится – вниз они будут двигаться быстрее, а вверх медленнее. Как я уже говорил, фазы газораспределения не трогаем (распредвал тот же). Теперь, при перемещении поршня вниз при такте впуска, он будет создавать большее разрежение вследствие большей скорости движения и начнет засасывать больше свежей смеси. Плюс скорость движения воздуха во впускном коллекторе возрастет, значит, при положении поршня в НМТ наполнение цилиндра будет продолжаться, а, пройдя НМТ, вверх поршень будет двигаться медленнее и не столь энергично как раньше выталкивать смесь обратно во впускной коллектор. Выталкивание смеси обратно в коллектор происходило на 21083-ем движке при полностью открытой дроссельной заслонке на оборотах до 3400. На 3400 об/мин наполнение цилиндра будет максимальным и именно в этом диапазоне оборотов будет проявляться детонация, если увеличить степень сжатия. На оборотах 3400 в обычном двигателе 21083 поршень двигается вниз, с какой-то скоростью «X» при, которой происходит максимальное наполнение цилиндра. В двигателе с развернутыми поршнями поршни будут двигаться вниз с такой же скоростью «X» при более низких оборотах, чем 3400 коленчатого вала. Зная длину шатуна, величину смещения отверстия в поршне, радиус шатунной шейки можно высчитать теоретически, на сколько упадут обороты, на которых достигается максимальный момент. Может показаться, что теперь максимальный крутящий момент в 10,85 кгс/м будет развиваться на подсчитанных оборотах, но это не так. Итак, такт впуска при меньших оборотах, при выше указанной скорости поршня «X» будет происходить аналогично нормальному 21083-му двигателю. Но после НМТ хоть поршень и будет подниматься вверх медленнее, не сильно стремясь выпихнуть поступивший заряд, впускной клапан закроется довольно поздно (обороты двигателя ведь небольшие) и часть смеси все равно выйдет обратно во впуск. Поэтому подсчитать обороты наибольшего момента через длину шатуна, коленвал и смещения отверстия в поршне не получится. Зато ясно другое: при небольшом повышении оборотов движка, поршень создаст большее разрежение, а в каком-то диапазоне оборотов впускной клапан начнет отсекать максимум заряда, все еще поступающего в цилиндр вследствие инерции во впускном коллекторе и вот-вот направляющегося обратно во впуск.

[Daemon]

Так как все это происходило на оборотах менее 3400, в цилиндр, скорее всего, попало больше смеси, чем попадало на 3400 об/мин в стандартный 21083-ий. Поучается весьма интересно: максимальный крутящий момент не только достигается на меньших оборотах, но он еще и вырос. Но не все гладко как может показаться.

Теперь еще о нескольких изменившихся процессах в двигателе. Изменятся процесс сжатия и рабочего хода. Вернемся к скоростям движения поршня. Почему они разные при движениях вверх и вниз. Обратимся к схеме 1.

На ней слева схематично изображен поршень, круг образован траекторией движения шатунной шейки при вращении коленчатого вала по часовой стрелке. Это лишь схема и к настоящим размерам одноименных деталей двигателя 21083 не привязана. Отверстие под поршневой палец для наглядности сильно смещено. От центра поршневого отверстия вертикально вниз идет линия по траектории, которой двигается поршень и в частности поршневой палец. Далее из центра отверстия, это точка 1 прочерчен радиус, равный ближайшему расстоянию до круга. Длина радиуса равна длине воображаемого шатуна и положение шатунной шейки в точке 1 на круге соответствует положению поршня в ВМТ. Расстояние на вертикальной прямой от точки 1 до точки 8 равно диаметру круга и поделено на семь равных частей. Из каждой точки на прямой проведен радиус равный длине шатуна и точки его пересечения с кругом обозначены одноименными цифрами (как радиус, прочерченный из точки 5).

[Daemon]

После вычерчивания последнего радиуса выясняется, что ход поршня больше диаметра круга. И НМТ поршня соответствует положение шатунной шейки в точке 9.

Разность скоростей поршня между движением вверх и вниз объясняется разной длиной дуги от ВМТ до НМТ, то есть понятно, что при вращении коленвала короткую дугу шатунная шейка пройдет быстрее. На рисунке отчетливо видно, в каких положениях шатунной шейки, какая скорость поршня. Обратите внимание на точки на круге, образованные пересечением радиусов с окружностью. Минимальное расстояние между точками на окружности, например, между точками 5 и 4 с левой стороны, будет соответствовать максимальной скорости поршня на вертикальной прямой между соответствующими точками 5 и 4. Это нам обязательно понадобится дальше.

На правой стороне рисунка, находится, можно сказать, зеркальное отображение левого. На нем поршень развернут на 180°.

Итак, ранее было сказано, что с развернутыми поршнями изменятся вдобавок к благоприятно изменившемуся для низких оборотов процессу впуска процесс сжатия и рабочего хода. Обратимся к скоростям движения поршня. Процесс впуска был разобран выше, но теперь разберем его еще раз, глядя на правую часть рисунка, и акцентируем внимание на фазы газораспределения. Толстыми штришками отмечено начало открытия впускного клапана (верхний) и его закрытие (нижний). Клапан начинает открываться за 33° до наивысшего положения шатунной шейки и закрываться на 79° после нижнего положения шейки. Теперь уже ясно видно что, время на впуск одинаково, а величина разряжения, создаваемого поршнями разная. На левом рисунке поршень начнет движение вниз, когда впускной клапан открывается больше времени, чем на правом. Значит, слева начало процесса впуска происходит при большем значении подъема клапана и значит при более выгодных условиях. Далее на самом впуске поршень справа создаст большее разряжение и это хорошо.

Теперь еще взгляните на рисунок и посмотрите, в каких положениях будут поршни при закрывании впускного клапана. Слева поршень окажется на вертикальной прямой ближе к цифре 7, а на правом аж на 5-ерке. Получается, справа уже начало процесса впуска неудовлетворительно и после НМТ поршень хоть и двигался медленнее, но оказался выше в момент закрытия клапана и однозначно выдавил из цилиндра больше смеси, чем слева. Эти минусы не перекрыть большей скоростью поршня на впуске. Значит, развернув поршни и не сдвинув фазы газораспределения, мощность не вырастет, а упадет. И на высоких оборотах мощность уменьшится еще сильней, если вообще двигатель окажется работоспособным.

[Daemon]

Вспомним фазы газораспределения двигателя 21083.

Впускной клапан открывается за 33° до ВМТ, закрывается на 79° после НМТ, выпускной открывается за 47° до НМТ и закрывается на 17° после ВМТ по повороту коленчатого вала.
I – впуск
Ii – сжатие
Iii – раб. Ход
Iv - выпуск

Сдвинем фазы в обоих случаях так, чтобы впускной клапан открывался на 33° с опережением до ВМТ по повороту коленчатого вала, и наложим их на прежний рисунок. Так, чтобы начало процесса впуска проходило в обоих случаях в равных условиях.

[Daemon]

Обратимся к новой схеме. На этот раз на вертикальных прямых цифрами обозначены положения поршней при открывании и закрывании впускных и выпускных клапанов. Цифрами 1, 2, 3, 4 на окружности обозначены соответственно начало открытия впускного, закрытие выпускного, открытие выпускного и закрытие впускного клапана. Что же получилось, при открывании впускного и закрытии выпускного клапанов поршни находятся в одних и тех же положениях. При закрытии впускного и открытии выпускного ситуация совсем другая. Теперь при открытии выпускного клапана на правой стороне рисунка поршень оказался гораздо ниже, а при закрытии впускного гораздо выше. Получается, что опять таки справа поршень в конце такта впуска при закрытии клапана оказывается выше, чем слева. Да, коэффициент наполнения цилиндра вновь не вырос, но зато на этот раз он и не уменьшился. Судите сами, начало процесса впуска проходит одинаково в обоих случаях, далее впуск энергичнее во втором варианте и конец впуска хуже там же. То есть в данном случае со сдвинутыми фазами газораспределения назад по повороту коленчатого вала неудачное завершение такта впуска компенсируется большим разряжением в середине самого такта.

[Daemon]

Мощность двигателя все равно вырастет! Изучим схему 3 Прямые 1-4, 1-3 и 1-4 на правой стороне равны длине шатуна.

Тут все просто. Предположим, что поршни при рабочем ходе начали воздействовать на шатунные шейки коленчатого вала при положении поршней в ВМТ. Просто так легче разбираться в схеме. Далее при прохождении поршнями одинакового расстояния от ВМТ до точки 1 они сообщат коленчатому валу одинаковую работу. Вспомним золотое правило механики еще из школы: во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в длине. Во втором варианте шатунная шейка оказалась в точке 3. Значит, коленвал, провернувшись от ВМТ до точки 3, сообщал трансмиссии больший крутящий момент, но меньшее время, а значит, в итоге сообщит ту же самую мощность. Но мощность на правом рисунке будет больше, ведь у поршня справа есть еще запас хода до открытия выпускного клапана от точки 1 до точки 2. И он сообщит коленвалу еще работы, пусть даже она будет не очень продуктивна, ведь шатунная шейка уже на подходе к НМТ. И самое главное, сколь сомнительно повышение мощности при измененном процессе рабочего хода, столь очевидно ее повышение при снижении потерь энергии при такте сжатия. На сжатие смеси отбирается часть энергии при рабочем ходе. Но теперь при той же скорости коленчатого вала, вверх поршень идет медленнее и в данном случае получен выигрыш в силе, (проигрыш в скорости) и коленчатому валу требуется меньше энергии для сжатия. Долгожданная дополнительная мощность получена на всем диапазоне оборотов. Стоит отметить, что подобные манипуляции с поршнями на спортивном двигателе снизят мощность и сократят его ресурс. Ресурс уменьшится из-за появления таково же эффекта как при установке коленвала с большим ходом совместно с укороченными шатунами, чтоб не заменять поршни. Наверное, то же может ждать двигатель 21083 с развернутыми поршнями, но в связи с небольшим смещением поршневого отверстия думаю, ему не грозит уменьшение ресурса цилиндра поршневой группы. Сейчас разобрано почти все. Конечно, понятно, что обязательно изменение момента зажигания на более раннее, впрочем, как и фаз. Кстати о фазах: думаю, однозначно потребуется разрезной шкив привода распредвала. Если сдвинуть фазы довольно просто, как и изменить и правильно отрегулировать момент зажигания на карбюраторном двигателе, то изменить момент зажигания на инжекторе будет не легкой задачкой. Как изменится момент зажигания, на сколько градусов нужно сдвинуть фазы и какой примерный прирост по мощности получит двигатель ВАЗ 21083 с развернутыми поршнями можно подсчитать, зная: величину смещения отверстия в поршне, радиус шатунной шейки и длину шатуна. В итоге получился небольшой прирост мощности на всем диапазоне оборотов. Понятно, что у автомобиля увеличится разгонная динамика, в городе можно реже переключать передачи. В итоге получился теоретически бескомпромиссный тюнинг.

В заключение должен признаться, что практическое внедрение этой идеи еще предстоит.

Источник - http://www.sporttuning.ru.