Если посмотреть на статистические данные, то большинство автовладельцев имеют автомобили с двигателями объемом до двух литров. При этом, мощность автомобилей не превышают 120 лошадиных сил. Именно данный факт, заставляет многих автолюбителей обратить внимание на возможность увеличения мощности. Тем более, если знать, рабочий объем моторов у болидов формулы 1 с мощностью в 600 лошадиных сил при рабочем объеме в 1,6 литра, или обратить внимание на современные разработки других моторов сравнимым объемом. Поэтому, большинству автолюбителей будет интересно знать, что именно позволяет развивать моторам с малым рабочим объемом таких мощностей, и как самостоятельно этого добиться на обычном атмосферном двигателе.
Что такое мощность автомобильного мотора?
Для полного понимания доработок, необходимо разобраться в теоретических вопросах мощности двигателя внутреннего сгорания. Но углубляться в тему не будем, а рассмотрим только краткие принципы и саму суть. Для начала, нужно усвоить главное понятие, что мощность — это крутящий момент умноженный на количество оборотов коленчатого вала в минуту с коэффициентом.
По сути, результатом таких вычислений, станет определенное число, выражающее работу за единицу времени, но оперировать данной формулой проще, чем вычислять лошадиные силы. Из выше указанной формулы, появляется единственный вывод — что бы поднять мощность двигателя, необходимо увеличить крутящий момент или обороты мотора в минуту.
Ничего сложного в понимании нет, но сложность заключается в методах и последствиях подъема оборотов или крутящего момента. Казалось бы, почему нельзя увеличить обороты коленчатого вала до 9 000-10 000, вместо 5 или 6 тысяч? Дело в том, что каждый мотор имеет свои пределы прочности, а повышение оборотов увеличивает нагрузку на двигатель в квадратичной прогрессии. Поэтому, невозможно увеличивать обороты без серьезных изменений в конструкции мотора. Естественно, при самостоятельной форсировки двигателя, нет возможности приспособить мотор к высоким оборотом, и приходится увеличивать крутящий момент.
Что такое крутящий момент
Решив поднять крутящий момент, автовладелец также столкнется с проблемой увеличения нагрузки на мотор, но уже в линейной прогрессии. Поэтому, появляется возможность аккуратного поднятия, до приемлемого уровня.
Для этого, нужно увеличить количество топливной смеси в камере сгорания. При этом, увеличивается потребление топлива и необходимость большего количества воздуха. Только при эффективном сжигании всего бензина, можно добиться высоких показателей от мотора. Но известно, для того что бы сжечь килограмм бензина, необходимо до 15 кг воздуха, что составит около 12 кубометров на 1,4 литра топлива. Поэтому, остается вопрос в повышении количества воздуха, ведь увеличить объем подаваемого топлива не так сложно.
Исходя из выше написанных сведений, следует то, что необходимо установить турбину или компрессор на Ваш мотор, или увеличить объем камеры сгорания. Именно это позволит добавить крутящего момента автомобилю, а соответственно и мощности.
Зависимость крутящего момента от рабочего объема
На данном пункте стоит остановиться подробнее, на атмосферный двигатель в полной мере распространяется правило: «на 1 литр рабочего объема, приходится от 85 до 120 Нм крутящего момента». Данное правило сохраняется на протяжении многих десятилетий, и даже современные технологии не способны его преодолеть. Только моторы совсем старых модификаций выбиваются из общей массы, и не в лучшую сторону.
К примеру, ВАЗовский двигатель, который устанавливался на «копейке». Имел рабочий объем 1,2 литра, при крутящем моменте в 87 Нм. Но это устаревший силовой агрегат с неэффективным зажиганием и карбюраторной системой впрыска топлива. А современный двигатель с таким же рабочим объемом, установленный в Skoda Fabia, способен развить до 112 Нм. А популярный мотор от Toyota с объемом 1,8 литра развивает до 170 Нм крутящего момента. В то же время, немецкий двигатель М111 с рабочим объемом 2,3 литра имеет 220 Нм, М272 с тремя литрами развивает до 300 Нм крутящего момента.
В принципе, серьезных исключений из этого правила не существует, даже самые продвинутые атмосферные моторы, устанавливаемые на болиды формулы 1. которые имели объем в 2,4 литра, не развивали более 260 Нм крутящего момента, но благодаря высоким оборотам в минуту (до 17 000 — 18 000), имели огромную мощность.
Это происходит из-за того, что крутящий момент зависит от степени наполнения камеры сгорания, а в нетурбированном двигателе, она полностью зависит от атмосферного давления воздуха. Поэтому, без увеличения рабочего объема и модификации двигателя — увеличить крутящий момент очень сложно. Конечно, можно добиться положительного результата улучшив систему впуска и выпуска, но прирост по сравнению со вложенными средствами — будет незначителен.
Совершенно иначе, выглядит ситуация с турбированными моторами. Благодаря турбине или компрессору, в камеру сгорания можно нагнать любое необходимое количество воздуха. К примеру, силовой агрегат ЕА111, установленный на Skoda Octavia, имеет рабочий объем 1,4 литра при 250 Нм крутящего момента. Поэтому, ограничение в турбированных моторах заключается только в прочности компонентов, которые должны выдержать увеличивающиеся нагрузки.
Из этого, следует единственный вывод — без турбины или компрессора, невозможно на порядок увеличить крутящий момент. Даже серьезные и полномасштабные модификации силового агрегата приведут к незначительному увеличению крутящего момента в соотношении на литр объема.
Но если, Вы остаетесь строгим приверженцем атмосферных агрегатов, то далее попытаемся рассказать о возможных действиях для форсирования мотора, и способах добиться максимальной отдачи от двигателя.
Переделка двигателя при форсировании
Не стоит расслаблять и считать, что увеличить мощность на атмосферном моторе можно без особых хлопот. Тем более, если Вы хотите пойти по пути увеличения максимальных оборотов (самый эффективный способ увеличить мощность мотора), то придется менять поршневую группу на более легкую и прочную, что может обойтись в значительную сумму.
И так, для комплексной переделки мотора понадобиться приобрести кованный и облегченный коленчатый вал, такие же Н-образные шатуны, Т-образные кованные поршни с уменьшенной высотой и естественно новые болты шатунов с увеличенной прочностью. Также, стоит позаботиться о новом масляном насосе с повышенной производительностью, для большей эффективности на повышенных оборотах. Можно приобрести специальные поршни, которые используются при экстремальном увеличении мощности двигателя, они спроектированы для использования всего двух поршневых колец для снижения потерь на трении, при минимальной толщине для снижения веса.
Не стоит думать, что все изменения закончились на данном этапе. Кроме поршневой группы, придется модифицировать систему газораспределения, для соответствия повышенным оборотам. Для того, что бы клапана успевали вовремя закрываться и открываться на повышенных оборотах, придется облегчать сами клапана с использованием новых материалов, и купить специальные пружины с большей эластичностью. Также, придется установить новые распределительные валы, позволяющие быстрее открывать и закрывать клапана. А повышенная нагрузка на все компоненты обязывает использовать дорогостоящие материалы и высокую точность производства, что приводит к высокой стоимости всех компонентов.
Далее, остается модификация систем впуска и выпуска. Для этого устанавливаются новые коллектора с продуманной формой для уменьшения сопротивления и тщательно полируются каналы в ГБЦ.
Примеры доработки мотора профессионалами и комплекты модификации
Далее мы рассмотрим примеры тюнинга атмосферных моторов на примере профессиональных команд и зарекомендовавших себя двигателей. К примеру, мотор Opel C20XE, который специально создавался для возможности дальнейшей модификации. Заслужил популярность среди многих гоночных команд, в том числе и Opel. Chevrolet и Lada. Тем более, что использовался в течении двух десятилетий. Что говорит о крайней надежности и эффективности данного агрегата.
Opel C20XE
Стоит немного отвлечься от тюнинга и дать небольшие пояснения. Данная статья не рассчитана на пошаговую инструкцию по переделки моторов, так как к каждому конкретному случаю требуется индивидуальный подход. Тут же, мы пытаемся пояснить принципы форсирования, и объяснить, что и для чего делается. Поэтому, далее будут приведены цены на комплекты от тюнинговых ателье, которые разрабатывали и проверяли свои детали, а не сделали все «на коленке». Также, стоит учитывать, что данный силовой агрегат обладает хорошим запасом прочности, что делает его модификацию несколько дешевле. Поэтому, качественная переделка массовых или недорогих агрегатов может обойтись дороже.
При выпуске с завода, двигатель от Opel C20XE имеет рабочий объем в два литра и максимальную мощность до 150 лошадиных сил. Долгое использование мотора в роли основного силового агрегата для участи в различных гоночных соревнованиях, позволило многим фирмам набрать большой опыт по его модификации. Поэтому, есть возможность приобрести готовые комплекты тюнинга, которые дадут уже известный результат без риска на поломку. Но двигатель должен находиться в рабочем состоянии, и не быть на грани утилизации.
Каждый из комплектов отличается по цене, комплектации и итоговой мощности. К примеру, самый дешевый комплект от знаменитой фирмы Qedmotorsport обойдется в 129 000 рублей по актуальному курсу рубля к фунту. Не дешево? Но весь комплект проверен временем и проработан до мелочей. В набор включили модифицированный впускной коллектор с дроссельной заслонкой на каждый цилиндр, модифицированная топливная рампа с увеличенной производительностью и регулятором давления, обновленный электронный блок управления силовым агрегатом, новая проводка и двухступенчатый ограничитель максимальных оборотов коленвала. Также, придется установить новые распределительные валы и новые болты шатунов с увеличенной прочностью. Это даст прирост мощности до 190 лошадиных сил с гарантией надежности.
Если автовладельцу будет мало новой мощности, то можно приобрести более дорогой комплект и добиться мощности до 210 лошадиных сил. Для этого, придется выложить на 36 000 рублей больше. В данный комплект дополнительно войдут облегченные, но более прочные поршни, специальные шестерни ГРМ с возможностью более тонкой настройки фаз и другие распределительные валы для ускорения работы клапанов.
Для того, что бы двигатель работал при мощности в 220 лошадиный сил, нужно будет выложить еще 18 000 рублей, или всего 183 000. При этом, покупатель получит комплект запчастей для модификации клапанов и всей системы газораспределения. В комплект войдут распредвалы сделанные для работы без гидрокомпенсаторов, другие пружины для клапанов и обновленные толкатели.
Самый топовый комплект для данного двигателя позволит развивать до 245 лошадиных сил, но придется потратить 197 000 рублей. При этом, он ничем не будет отличаться от предыдущего, кроме настроек на более высокие обороты и нагрузки. При этом, доработанный двигатель до 250 — 260 лошадиных сил, и имеющий сертификат о прохождении проверки на специальном стенде, может обойтись от 250 000 рублей до 360 000 рублей. Данные цены указаны без учета налогов и стоимости доставки.
Стоит отметить, что двигатель данной модели мог развивать мощность в 320 лошадиных сил, при модификации его заводскими командами, имеющими неограниченный бюджет и любые тестовые стенды для тестирования.
Такая же ситуация касается и другого двигателя, зарекомендовавшего себя в раллийных гонках — это Duratec с рабочим объемом 2 литра и мощностью в 150 лошадиных сил. Технические характеристики очень похожи на предыдущий мотор, но он имеет более современную конструкцию.
Duratec
Для примера, будем брать разработки одной из компаний Omex Technology Systems, которая самостоятельно дорабатывает моторы и продает их в форсированном варианте. Начальный набор, позволит увеличить мощность двигателя до 180 лошадиных сил, благодаря модифицированному впускному коллектору с отдельными дроссельными заслонками на каждый цилиндр, обновленный электронный блок управления, «агрессивные» распредвалы, болты шатунов из высокопрочных сплавов и новая выпускная система. Это позволит автомобилю выдерживать до 7,8 тысячи оборотов коленвала, а заявленная мощность агрегата достигается при 6 500 оборотах в минуту. Но стоимость форсированного двигателя составит 430 000 рублей.
Силовой агрегат доработанный до 200 лошадиных сил, обойдется в 494 000 рублей. При этом, в двигателе будет доработана головка блока цилиндров и камеры сгорания, а заявленная мощность достигается при 7 000 оборотах коленвала.
За максимальную мощность данного двигателя, придется выложить 830 000 рублей. В данном случае, мотор получит 260 лошадиных сил, благодаря новому комплекту кованной поршневой группе, усилению и облегчению газораспределительного механизма, увеличение производительности топливной системы и других модификаций. При этом, максимальные обороты коленвала увеличены до 8 700 в минуту, а максимальная мощность достигается при 8 500 оборотов в минуту.
Из этих примеров видно, что форсирование атмосферного двигателя — это дорогостоящая процедура при минимальных улучшениях технических характеристик.
Вывод
Теперь стало ясно, при тюнинге атмосферного двигателя, выгоднее поднять предел максимальных оборотах. Еще лучший эффект, получится при уменьшении падения крутящего момента на максимальных оборотах, или его увеличения. В таком случае, можно добиться до 40% подъема мощности, но стоимость такого тюнинга превысит все мыслимые пределы.
Поэтому, правильней всего, будет форсировать мотор при помощи турбины или компрессора. В таком случае, можно получить более приемлемый вариант при меньших расходах денежных средств.
