Главная       Вокруг авто       Общий тюнинг      Автолегенды      Практические советы      Полезно знать


    Тюнинг двигателя по давлению



    Повысить мощность двигателя можно различными путями: установкой новых систем управления двигателем, изменением рабочего объема, доработкой головки блока, перенастройкой фаз газораспределения, систем впуска и выпуска, топливоподачи и другими сложными операциями. А можно просто увеличить количество топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя. Делается это достаточно легко, достаточно прибегнуть к наддуву двигателя. Наддув существует двух типов: естественный и при помощи нагнетателей (компрессоров). Действие естественного наддува не зависит от нагнетателя, а основано на физических процессах. Первый вид естественного наддува — инерционный, акустический или резонансный, возникающий при колебательном движении газов при такте впуска в коллекторе. Переменное возникновение волн давления и разряжения можно использовать для увеличения наполнения цилиндров, при этом, как бы возникает эффект дозарядки цилиндра. Еще один вид естественного наддува — скоростной или динамический. Он основан на использовании скоростного напора воздушного потока на высоких скоростях движения автомобиля. При использовании естественного динамического наддува на капот автомобиля устанавливают специально спроектированный воздухозаборник. Если первый слишком «слабо» увеличивает наполнение цилиндра и не пользуется большой популярностью у любителей быстрой езды, то нагнетатели очень часто используют для увеличения крутящего момента и мощности ДВС. Компрессор любого типа предназначен для сжатия воздуха (а иногда и смеси) и его подачи в цилиндр двигателя. Наиболее важными параметрами нагнетателя являются степень повышения давления, подача, КПД и массово-габаритные характеристики. Исходя из этого, в форсаже по давлению различают четыре системы наддува с помощью компрессоров-нагнетателей: турбокомпрессором (Turbocharger), объемным и центробежным приводными нагнетателями (Supercharger) и комбинированную систему. Признаться, существует великое множество нагнетателей иного типа, которые на современном витке развития тюнинговой техники применения пока не нашли:
    Для максимального увеличения момента и мощности нужно стремиться к возможно большему давлению наддува, чтобы вводить в цилиндр большее количество горючей смеси. А если нам не требуется для повседневной езды «рекордный» автомобиль? Тогда разделим все системы наддува ДВС на низкий (0,2-0,4 бара), средний (0,4-0,8 бара) и высокий (0,8-2 бара). В тюнинге для форсирования атмосферных двигателей наддувом, как правило, применяют низкий и средний наддув. При этом улучшается коэффициент наполнения цилиндров, однако, возрастают нагрузки на многие детали двигателя, снижается запас их прочности, возникают условия для детонации, снижается моторесурс. Впрочем, атмосферные двигатели, которые подвергаются такой переделке и выдерживают нагрузки, сохраняют необходимые эксплуатационные свойства. Причем без каких-либо существенных изменений в их конструкции, можно применить низкий, а иногда и средний наддув. Высокий наддув чаще всего применяют, для дальнейшего повышения мощности двигателей с нагнетателями низкого или среднего наддува, а также для специально переконструированных атмосферных двигателей. Необходимо отметить, что компрессоры практически не изменяют форму кривых ни мощности, ни момента, а изменяют лишь числовые значения в сторону увеличения.
    Первый вид компрессора это многим известный турбокомпрессор, который получил широкое распространение лет 20 назад благодаря своим высоким техническим характеристикам: малым габаритам, простоте установки и высокому давлению нагнетаемого воздуха. Схема турбо наддува проста. Она состоит из двух турбин: газовой и центробежной. Газотурбина, которую врашают выхлопные газы двигателя, используется в качестве привода нагнетающей центробежной турбины. В последней вращается «крыльчатка», которая отбрасывает воздух центробежной силы от центра к периферии. Чем больше обороты лопаток, тем больше сила и выше скорость схода воздушного потока с лопаток, соответственно, большее давление развивает нагнетатель, которое может составлять у различных турбокомпрессоров от 0,4 до 2 бар. К недостаткам турбокомпрессора следует отнести дороговизну, сложность обслуживания и известный «провал» при малой частоте вращения. Частота вращения, крыльчаток современных турбокомпрессоров составляет 40—150 тыс. об/мин (и более). Она ограничивается прочностными характеристиками и температурой выхлопных газов. Максимальную подачу воздуха и высокое давление конструкция обеспечивает при максимальных оборотах рабочей лопатки, т.е. коленвала двигателя, когда выхлопные газы имеют наибольшую энергию для «раскрутки» газовой турбины.

    двигатель с турбонадувом

    Принадлежность турбокомпрессоров к категориям низкого и высокого наддува зависит от размеров и массы подвижных частей турбины (инерционности вращения лопаток) и схемы установки на выпускной трубопровод. Сейчас широко используют три схемы питания турбокомпрессора. Самая простая и наиболее применяемая схема, при которой турбокомпрессор питается от всех цилиндров, т.е. колесо газотурбины раскручивает выхлоп всех цилиндров. Примером такой схемы является двигатель VW 1.8, который имеет много вариантов мощности, в зависимости от степени наддува. Серийный атмосферный 1,8-литровый агрегат выдает лишь 125 л.с, серийные турбированные 150 л.с, (при абсолютном давлении наддува 1,4 бара), 180 л.с. (1,65 бара) и 225 л.с. (1,9 бара). Их прекрасно дополняют тюнинговые от АВТ (235 л.с.) и ТЕС (330 л.с.) и другие. Американская фирма EIP Tuning подготовила детали для турбирования двигателя VW VR6. За комплект детален для переделки, включая турбокомпрессор Garrett Т-4, попросят $5995, но и мощность существенно увеличится со 174 л.с. до 380 л.с. при избыточном давлении 1 бар. А немецкая фирма Rothe Motorsport предлагает три варианта этого же мотора на 310,380 и 450 л.с.

    Вторая, наиболее сложная схема, это Bi Turbo или Twin Turbo со средним и высоким наддувом. В такой схеме на ДВС работают уже два нагнетателя и каждый приводится в действие от своей группы цилиндров. Это, как бы параллельная работа нагнетателей на двигатель. Нагнетатель в этом случае требуется меньшего размера (с меньшей инерцией вращения лопаток турбин), поэтому выхлопным газам группы цилиндров легче его раскрутить и избежать «боя» на малых оборотах коленвала, пока кинетическая энергия выхлопа еще низка. Такая схема подключения компрессоров имеет преимущества по тяге на низких оборотах и по высокому давлению при максимальной частоте вращения лопаток. Такие схемы подходят 6—цилиндровым рядным и V-образным многоцилиндровым моторам. Первым позволяет использовать выхлоп от трех цилиндров для вращения лопаток одной турбины. Пример такой схемы—двигатель VW VR6, созданный специалистами фирмы HGP. Два турбонагнетателя ККК К04 наполняют шесть цилиндров избыточным воздухом, при этом мощность увеличивается до 460 л.с. В планах фирмы увеличить этот показатель до 500 л.с.(и это все при объеме 2,8 л.). Тюнйнговщик с североамериканского континента Lingenfelter повышает мощность Corvette. В первом случае за $20 000 с 345 л.с. до 500 л.с. Во втором — за $44690 до 650 л.с.
    Третья, менее распространенная схема, это асимметричный или импульсный наддув. В этой схеме только один нагнетатель приводится в действие выхлопными газами от одной группы цилиндров, но форсирует все цилиндры двигателя. При этом технология позволяет форсировать двигатель низким наддувом уже на малых оборотах. Такая технология применяется на SAAB 9-5 с 3-литровым мотором V6 мощностью в серийном исполнении 200 л.с.

    двигатель с турбонадувом

    Следующий вид компрессора — объемный приводной нагнетатель. Принцип его работы заключается в объемном вытеснении, выжимании воздуха между корпусом и двумя роторами специальной формы. При этом воздух в нагнетательный трубопровод подается отдельными толчками. Роторы компрессора приводятся во вращение через повышающую передачу (обычно поликлиновым ремнем от коленвала посредством алюминиевых шкивов. Замена шкива компрессора на меньший по диаметру — повышает давление, поскольку увеличивается частота вращения ротора нагнетателя. Преимущества этой конструкции заключаются в ее простоте и надежности. Главное, объемное вытеснение воздуха позволяет получить и поддерживать постоянное среднее избыточное давление на выходе из компрессора 0,4-0,8 бара во всем диапазоне частот вращения роторов нагнетателя 3-10 тыс. об/мин и, соответственно, коленвала двигателя. Это нагнетатели типа Roots (роторный), Lysholm (винтовой), G — Lader («бегущая волна»). Роторные и винтовые нагнетатели применяются на Mercedes, «бегущая волна» — на VW. Установленный фирмой TRD объемный роторный нагнетатель для мотора Toyota Camry V6 3,0 24V при избыточном давлении 0,6 бар увеличил мощность со 194 л.с. до 240 л.с. Заметим, приводной нагнетатель установлен вместо ресивера впуска. Для Pontiac Grand Am с нагнетателем Eaton М-62 с 3,4 л OHV V6 составила 245 л.с. против серийных 170 л.с. установка нагнетателя сократила время разгона 0-100 км/ч с 7,5 до 5,9 сек. Цена приводных нагнетателей более $1000, а установка от $500.
    Нагнетатель типа Roots устанавливают, как перед, так и после карбюратора. Включение нагнетателя между карбюратором и двигателем способствует энергичному перемешиванию топливовоздушной смеси и лучшему испарению бензина. Однако, при этом необходимо вносить изменения в конструкции карбюратора и нагнетателя. Таким способом пользуются американцы при тюнинге двигателей — огромных «восьмерок».

    Третий вид компрессора — центробежный приводной компрессор. Он как бы состоит из двух уже знакомых деталей: улитки центробежной турбины и системы привода с повышающей передачей, как и у объемного. Из-за привода от коленвала (с ограниченными оборотами ) рабочее колесо турбины имеет «малые» обороты, раскручиваясь лишь до половины турбокомпрессорных оборотов. Давление на выходе из компрессора составляет лишь 0,2-0,4 бара или чуть более. Тем не менее, повышение мощности мотора достигается существенное. Скажем, серийный двигатель Mercedes 300 GE имеет мощность 170 л.с, а при установке центробежного приводного нагнетателя от Mosselman Turbo Systems его мощность поднялась до 265 л.с, а момент возрос с 255 до 385 Нм, при абсолютном давлении 1,48 Бара. Мощность двигателя MB 500 SL (R129) увеличилась с 320 л.с. до 497 л.с. при использовании нагнетателя Lotee Двигатель VW Vento VR6 увеличил мощность до 335 л.с. при давлении наддува 0,4 бар. Преимущества этого нагнетателя низкого наддува заключаются в его компактности, что позволяет расположить его в моторном отсеке самых «упакованных» автомобилей. При этом, остается еще много места для воздуховодов, интеркулера и другого дополнительного оборудования. Однако, несмотря на простоту, надежность, малый вес и габариты, приводные нагнетатели довольно редко встречаются под капотами «заряженных» автомобилей. Цена комплекта до $6000.
    Комбинированный, четвертый вид нагнетателя — это комбинация компрессоров при совместной работе на двигатель, т. н. «двухступенчатый наддув». Первая ступень — это, как правило, объемный приводной нагнетатель, а вторая—турбокомпрессор. Такое соединение нагнетателей называют последовательным. При такой схеме обеспечивается стабильная подача воздуха и его высокое давление во всем диапазоне вращения коленчатого вала. Но в тюнинге применяются редко, т.к. больше подходят для спортивных автомобилей. Для установки и работы нагнетателей применяют дополнительные устройства: установочную раму, крепеж, воздухопроводы, интеркулеры и т. д. Стоит подробно познакомиться с некоторыми из них.
    Для воздуховодов подачи и отвода воздуха от компрессора и интеркулера применяют алюминиевые, пластиковые или силиконовые трубы различного профиля. Материалы из резины стараются не использовать, ибо резина растягивается при большом давлении, имеет малый температурный запас. Диаметр трубопроводов специально рассчитывают, он зависит от объема двигателя и давления наддува. Это правило справедливо, как для системы впуска, так и системы выхлопа. Примерный диаметр выхлопной трубы (из нержавеющей стали или титана) для двухлитрового турбо мотора 70 мм. А для соединения всех труб системы применяют переходники, тройники и муфты из этих же материалов. Большое внимание уделяется компоновке и креплению трубопроводов в моторном отсеке.
    При среднем и высоком наддуве температура сжатого воздуха за компрессором повышается. Для получения еще большего массового наполнения цилиндров двигателя устанавливают «холодильники», которые предназначены для промежуточного охлаждения воздуха между компрессором и впускным трубопроводом. Воздух можно охлаждать специальными охладителями (теплообменниками — интеркулерами), либо посредством испарительного охлаждения. Испарительное охлаждение заключается во впрыскивании в воздух смеси легко испаряющихся веществ: воды, спирта, аммиака или оксида азота (система NOS). Эти вещества, кроме охлаждения, выступают в роли катализаторов химической реакции, улучшая процесс сгорания и повышая, тем самым, давление сгорания. Чаще применяют впрыск воды в воздушную смесь, до улитки нагнетателя, перед интеркулером и в ресивер впуска. Теплообменники бывают двух типов: воздушные и водовоздушные. В первом варианте охлаждающей средой сжатого воздуха в радиаторе выступает окружающий воздух. Существуют и более оригинальные системы — подача воды на соты. Во втором, охлаждающая вода, которая затем сама охлаждается в водяном радиаторе. К преимуществам второй, более сложной схемы, можно отнести более интенсивный отвод тепла и возможность размещения небольшого маленького теплообменника в любом месте подкапотного пространства. Для интенсификации теплообмена применяют вентилятор, установленный за интеркулером. В кулере воздух охлаждается с 90-100°С до 80-90°С. Введение в конструкцию вентилятора снижает температуру до 60-70°С. А вышеописанное введение впрыска воды на радиатор еще понижает температуру в пределах 5-10°С. При использовании интеркулера двигатель BMW 325 TD увеличивает мощность со 115 до 143 л.с, двигатель популярного внедорожника Nissan Patrol 2,8 TD со 115 до 138 л.с. Комплект интеркулера стоит $300-1500.

    Для управления давлением турбокомпрессора вводят простую механическую систему — Waste Gate — перепускной клапан на выпуске. Он отводит «лишние» выхлопные газы, на крыльчатку турбины, при достижении заданного давления наддува.

    Зачастую, в систему впуска вводят специально рассчитанный ресивер, который служит для сглаживания пульсации Давления от компрессора, аккумулируя воздух для наилучшего распределения по цилиндрам. Это делается для более «мягкой» работы мотора. В нагнетательном воздуховоде или ресивере обычно устанавливают предохранительный клапан, который регулирует давление нагнетаемого воздуха, и стравливает его при резком скачке давления, предохраняя двигатель от перегрузок и разрушения. Такой прибор называется Blow Off.

    Для более полного контроля за двигателем устанавливают дополнительные приборы. Такие как датчик давления на впуске, датчик температуры выхлопных газов, датчик детонации и другие.
    Иногда требует доводки система питания. Устанавливают высокопроизводительные электри-ческие бензонасосы, форсунки большей подачи, устанавливают управляемый регулятор давления топлива. Часто устанавливают ресивер топлива, который служит для выравнивания подачи топлива при резких маневрах. Расход топлива при установке нагнетателя возрастает в среднем на 10 — 15%, а иногда и в два раза и в большинстве своем зависит от степени «резвости» водителя. В зависимости от степени наддува и «экстримальности» движения. Для питания двигателя желательно использовать высокооктановое топливо АИ — 98.
    Доработки часто требует система зажигания. Изменяют начальный угол опережения зажигания и применяют свечи с измененным калильным числом. Но, в большинстве случаев, при экстремальном форсаже мотора необходимо полностью заменить штатный контроллер на гоночную систему управления двигателем. Дополнительно к системе управления добавляют Boostcontroller и Turbotimer. Первый прибор позволяет с места водителя регулировать давление наддува, подачу топлива и угол опережения зажигания, а соответственно, мощность двигателя. Второй прибор — заглушит мотор при выключенном зажигании через несколько минут, которые необходимы для охлаждения крыльчатки турбокомпрессора. Стоимость приборов $150-600. Стоит отметить, что вторую функцию уже может исполнять охранная система.



    Для уменьшения потерь на всасывании топлива при входе в компрессор, наряду со стандартными воздухофильтрами, устанавливают спортивные, со сниженным сопротивлением от фирм-производителей INXX, Jamex, K&N, Ramair, Green, Pipercross и других.
    Как правило, при установке нагнетателей в систему смазки добавляют масляный радиатор большей производительности, дабы обеспечить лучшую защиту двигателя от перегрева. А при установке центробежных компрессоров, обеспечивают подвод масла к подшипникам турбины для смазки и охлаждения. Также рекомендуется переход на более качественное моторное масло специально для наддувных двигателей.
  (c) moskvich2140.ru