Тюнинг: от идеи до практики (Часть 3)
АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ,
кандидат технических наук,
директор фирмы «АБ-Инжиниринг»
Напомним, что с помощью минимального набора комплектующих (распределительный вал, разрезной шкив, карбюратор с увеличенным сечением и воздушный фильтр «нулевого» сопротивления) нам удалось повысить максимальную мощность стандартного двигателя ВАЗ-21083 на 9 л.с. Много это или мало? Возможно ли дальнейшее увеличение? И на сколько? Мы посчитали, что останавливаться на достигнутом пока рано.
Уверены, что полученная нами прибавка мощности в 9 л.с. при замене указанных деталей и узлов - отнюдь не предел. Незадействованные резервы еще остались. Можно «снять» с двигателя большую мощность, «поиграв», к примеру, с зажиганием, которое мы не трогали. Ведь изменились фазы газораспределения, поэтому регулировать угол опережения зажигания по оборотам и нагрузке надо по-другому.
Можно более точно настроить карбюратор, что тоже принесет свои маленькие «плюсы». И, наконец, не следует забывать об объективных факторах. Одинаковые серийные моторы в силу конструктивных нюансов (к примеру, заводских допусков на размеры) реагируют на доработку по-разному.
Однако в погоне за высокой мощностью не стоит забывать об экономической стороне вопроса. За любой работой стоят потраченные время и деньги, а не только «любовь к процессу». Именно поэтому, реализуя на практике наш вариант доводки двигателя, мы рассчитывали получить средний результат, а вовсе не рекорд. Иначе игра просто не стоит свеч.
Если мощности не хватает...
Анализируя полученные результаты, мы пришли к выводу, что резервы простого, т.е. без глубокого вмешательства в конструкцию двигателя, тюнинга можно считать почти исчерпанными. Значит, самое время задействовать более сложные варианты тюнинга.
Существуют, строго говоря, два варианта топ-тюнинга двигателя: увеличение его объема и модификация головки блока цилиндров. Первый вариант автоматически влечет за собой второй, поскольку установка старой ГБЦ на обновленный блок цилиндров нецелесообразна по причине ее несоответствия блоку. Поэтому вариант доработки ГБЦ в нашем случае имеет первостепенное значение.
Приступая к работе с ГБЦ, необходимо руководствоваться правилом «от простого к сложному», применяя его как к технической, так и экономической (от дешевого к дорогому) стороне нашего проекта. То есть, дорабатывая головку блока, необходимо начинать с более простых (а значит, относительно дешевых) операций.
Не просто и не дешево
Рассмотрим более подробно снятую с мотора и разобранную головку блока двигателя ВАЗ-21083. При этом не забудем обратить внимание на некоторые «мелочи». Например, клапаны в камере сгорания занимают «утопленное» положение - их тарелки расположены в своеобразных «колодцах».
Такая конструкция, возможно, хороша для обеспечения лучшей экономичности. Но для достижения высокой мощности, когда обороты и нагрузка максимальны, подобная конфигурация камер дает дополнительные потери - ухудшение наполнения и очистки цилиндра.
Смотрим дальше. Сечения каналов впуска и выпуска стандартной ГБЦ имеют отклонения от идеальной окружности диаметром 27 мм. По отпечаткам на прокладках коллекторов видно, что эти каналы не точно совпадают с каналами в коллекторах. Результат тот же, что и в предыдущем случае.
И, наконец, боковые стенки камеры сгорания довольно близко расположены к седлам - при открытии клапанов стенки камеры на части окружности тарелок клапанов мешают течению потока смеси или газов.
Все эти недостатки серийной головки блока можно устранить. Сформулируем основные задачи такой доводки:
1) выровнять каналы и убрать «ступеньки» по стыку головки блока с коллекторами;
2) изменить форму каналов в головке - вблизи седла со стороны коллекторов добиться плавного расширения с последующим плавным сужением канала на седле;
3) изменить форму камеры сгорания, убрав «колодцы» и отодвинув боковые стенки.
Лишь некоторые операции из перечисленных могут быть механизированы, т. е. выполнены не вручную, а на станочном оборудовании. Так, для изменения формы камеры сгорания целесообразно использовать вертикально-фрезерный станок, а для придания седлу нужной формы - соответствующий станок для обработки седел. Все остальные операции проводятся исключительно вручную и оказываются весьма и весьма трудоемки даже в случае минимальных доработок деталей.
Начинаем работу с удаления направляющих втулок клапанов, мешающих доработке каналов в головке блока. После этого каналы обрабатываются специальными шаровыми фрезами. Для «выпуска» с целью снижения трудозатрат используется «шар» диаметром 27 мм, в то время как для «впуска» желательно увеличить сечение каналов хотя бы до 29 мм.
Следующая операция - доработка камеры сгорания, включающая ее углубление на 3-4 мм и расширение по контуру прокладки головки блока. Далее необходимо обработать каналы вблизи седел шарошкой, чтобы придать им расширяюще-сужающуюся форму.
Теперь можно приступить к совмещению каналов ГБЦ и коллекторов. Для этого коллекторы шлифуются, чтобы зафиксировать их положение относительно головки. Затем с помощью гибкой насадки соответствующий «шар» заводится в канал ГБЦ (через седло) и делается «заход» в канал коллектора. Когда такие «заходы» будут выполнены во всех каналах, коллекторы снимаются с головки блока, а их каналы обрабатываются дальше: впускной - «шарами», выпускной - шарошкой.
Далее новые направляющие втулки устанавливаются на свои места. Перед установкой можно слегка «заострить» нижние края втулок, чтобы уменьшить потери на завихрения при их обтекании потоком.
Тарелки клапанов также дорабатываются - если тарелку сделать тоньше, сопротивление потоку будет меньше, а наполнение цилиндра и его очистка улучшатся. Правда, чрезмерно утоньшать тарелки, особенно выпускных клапанов, не следует, поскольку стандартный ВАЗовский выпускной клапан изготовлен из материала, склонного к растрескиванию и прогару с уменьшением толщины.
Седла клапанов обрабатываются традиционным способом - те же три угла на фаске, только рабочая фаска делается уже (около 1 мм) в соответствие с размером фаски на доработанных тарелках клапанов.
Остается скорректировать объем камеры сгорания. С этой целью все клапаны устанавливаются на свои места, все камеры сгорания «проливаются» маслом, а их объемы при необходимости доводятся до одинаковой величины. После этого рассчитывается объем камеры Vкс, соответствующий заданной степени сжатия e:
Vкс = Vh e-1 - 0,7854D2 1d -Vпор - (±0,7854D2h) ,
где Vh - рабочий объем цилиндра; D - диаметр цилиндра; D1, d - диаметр окантовки и толщина прокладки головки; Vпор - объем выборки в поршне (определяется «проливкой»); h - «недоход» (со знаком «+») или выступание (со знаком «-») поршня над привалочной плоскостью блока.
Поскольку между искомым Vкс и измеренным проливкой Vкс1 объемами камеры есть разница DV, рассчитываемая по формуле
DV=Vкс1 - Vкс ,
то плоскость головки блока фрезеруется на величину k:
k = DV 0,55D2
Далее методом «проливки» определяется фактический объем камер после доработки, дабы не ошибиться в соответствии реальной степени сжатия форсированного двигателя ее расчетному значению.
Таково краткое описание технологии доводки ГБЦ. И хотя мы старались избежать мелких технических подробностей, читатель вполне может согласиться с тем, что этот процесс сложнее описанного в предыдущей статье. И дороже - цена выполненного комплекса работ вместе с комплектующими практически удвоилась и достигла 18 000 руб.
Каков результат?
После установки доработанной головки блока цилиндров на двигатель и проведения всех настроек (см. № 8/2002) наш автомобиль ВАЗ-21093 отправился в сервисный центр фирмы «Аояма Моторс» на очередную серию испытаний на мощностном стенде (методику испытаний см. там же). И вот результат - максимальная мощность возросла до 70 кВт (95 л.с.), т.е. увеличилась на 13л.с. по сравнению с предыдущим вариантом тюнинга (стандартная головка блока, распредвал № 52).
При этом общее повышение мощности в сравнении с серийным двигателем составило 9 + 13 = 22л.с. Прямо скажем, не так мало, если учесть, что доработанная головка блока не сильно отличается от стандартной.
Отметим особо два момента. После доработки ГБЦ мощность и крутящий момент выросли во всем диапазоне средних и высоких оборотов двигателя. Это подтверждает правильность наших гипотез о влиянии формы каналов и камеры сгорания на наполнение и очистку цилиндра. Кроме того, максимум мощности с тем же распределительным валом № 52 теперь заметно сдвинулся в область высоких частот вращения - с 5700 до 6900 об/мин, но не в ущерб средним оборотам - крутящий момент достигает максимума (135Нм) примерно при 3700 об/мин. Это на 20 Нм больше, чем у серийного мотора.
Бросается в глаза еще одна особенность нашего мотора - на частотах вращения ниже 2700об/мин внешняя скоростная характеристика лежит заметно ниже, чем у серийного двигателя. Эта проблема, на наш взгляд, связана не с газовой динамикой, а с топливоподачей - настраивая карбюратор на режимы максимальной мощности, нам не удалось пока добиться его четкой работы при полностью открытом дросселе во всем диапазоне частот вращения.
Правда, такой задачи мы и не ставили. Нам предстоит дальнейшая доводка механической части двигателя, в окончательном варианте которой будут проведены и все окончательные настройки. Об этом - в следующих публикациях.
Оригинал статьи: http://www.ab-engine.ru/abs/09_02_tuning.html
кандидат технических наук,
директор фирмы «АБ-Инжиниринг»
Напомним, что с помощью минимального набора комплектующих (распределительный вал, разрезной шкив, карбюратор с увеличенным сечением и воздушный фильтр «нулевого» сопротивления) нам удалось повысить максимальную мощность стандартного двигателя ВАЗ-21083 на 9 л.с. Много это или мало? Возможно ли дальнейшее увеличение? И на сколько? Мы посчитали, что останавливаться на достигнутом пока рано.
Уверены, что полученная нами прибавка мощности в 9 л.с. при замене указанных деталей и узлов - отнюдь не предел. Незадействованные резервы еще остались. Можно «снять» с двигателя большую мощность, «поиграв», к примеру, с зажиганием, которое мы не трогали. Ведь изменились фазы газораспределения, поэтому регулировать угол опережения зажигания по оборотам и нагрузке надо по-другому.
Можно более точно настроить карбюратор, что тоже принесет свои маленькие «плюсы». И, наконец, не следует забывать об объективных факторах. Одинаковые серийные моторы в силу конструктивных нюансов (к примеру, заводских допусков на размеры) реагируют на доработку по-разному.
Однако в погоне за высокой мощностью не стоит забывать об экономической стороне вопроса. За любой работой стоят потраченные время и деньги, а не только «любовь к процессу». Именно поэтому, реализуя на практике наш вариант доводки двигателя, мы рассчитывали получить средний результат, а вовсе не рекорд. Иначе игра просто не стоит свеч.
Если мощности не хватает...
Анализируя полученные результаты, мы пришли к выводу, что резервы простого, т.е. без глубокого вмешательства в конструкцию двигателя, тюнинга можно считать почти исчерпанными. Значит, самое время задействовать более сложные варианты тюнинга.
Существуют, строго говоря, два варианта топ-тюнинга двигателя: увеличение его объема и модификация головки блока цилиндров. Первый вариант автоматически влечет за собой второй, поскольку установка старой ГБЦ на обновленный блок цилиндров нецелесообразна по причине ее несоответствия блоку. Поэтому вариант доработки ГБЦ в нашем случае имеет первостепенное значение.
Приступая к работе с ГБЦ, необходимо руководствоваться правилом «от простого к сложному», применяя его как к технической, так и экономической (от дешевого к дорогому) стороне нашего проекта. То есть, дорабатывая головку блока, необходимо начинать с более простых (а значит, относительно дешевых) операций.
Не просто и не дешево
Рассмотрим более подробно снятую с мотора и разобранную головку блока двигателя ВАЗ-21083. При этом не забудем обратить внимание на некоторые «мелочи». Например, клапаны в камере сгорания занимают «утопленное» положение - их тарелки расположены в своеобразных «колодцах».
Такая конструкция, возможно, хороша для обеспечения лучшей экономичности. Но для достижения высокой мощности, когда обороты и нагрузка максимальны, подобная конфигурация камер дает дополнительные потери - ухудшение наполнения и очистки цилиндра.
Смотрим дальше. Сечения каналов впуска и выпуска стандартной ГБЦ имеют отклонения от идеальной окружности диаметром 27 мм. По отпечаткам на прокладках коллекторов видно, что эти каналы не точно совпадают с каналами в коллекторах. Результат тот же, что и в предыдущем случае.
И, наконец, боковые стенки камеры сгорания довольно близко расположены к седлам - при открытии клапанов стенки камеры на части окружности тарелок клапанов мешают течению потока смеси или газов.
Все эти недостатки серийной головки блока можно устранить. Сформулируем основные задачи такой доводки:
1) выровнять каналы и убрать «ступеньки» по стыку головки блока с коллекторами;
2) изменить форму каналов в головке - вблизи седла со стороны коллекторов добиться плавного расширения с последующим плавным сужением канала на седле;
3) изменить форму камеры сгорания, убрав «колодцы» и отодвинув боковые стенки.
Лишь некоторые операции из перечисленных могут быть механизированы, т. е. выполнены не вручную, а на станочном оборудовании. Так, для изменения формы камеры сгорания целесообразно использовать вертикально-фрезерный станок, а для придания седлу нужной формы - соответствующий станок для обработки седел. Все остальные операции проводятся исключительно вручную и оказываются весьма и весьма трудоемки даже в случае минимальных доработок деталей.
Начинаем работу с удаления направляющих втулок клапанов, мешающих доработке каналов в головке блока. После этого каналы обрабатываются специальными шаровыми фрезами. Для «выпуска» с целью снижения трудозатрат используется «шар» диаметром 27 мм, в то время как для «впуска» желательно увеличить сечение каналов хотя бы до 29 мм.
Следующая операция - доработка камеры сгорания, включающая ее углубление на 3-4 мм и расширение по контуру прокладки головки блока. Далее необходимо обработать каналы вблизи седел шарошкой, чтобы придать им расширяюще-сужающуюся форму.
Теперь можно приступить к совмещению каналов ГБЦ и коллекторов. Для этого коллекторы шлифуются, чтобы зафиксировать их положение относительно головки. Затем с помощью гибкой насадки соответствующий «шар» заводится в канал ГБЦ (через седло) и делается «заход» в канал коллектора. Когда такие «заходы» будут выполнены во всех каналах, коллекторы снимаются с головки блока, а их каналы обрабатываются дальше: впускной - «шарами», выпускной - шарошкой.
Далее новые направляющие втулки устанавливаются на свои места. Перед установкой можно слегка «заострить» нижние края втулок, чтобы уменьшить потери на завихрения при их обтекании потоком.
Тарелки клапанов также дорабатываются - если тарелку сделать тоньше, сопротивление потоку будет меньше, а наполнение цилиндра и его очистка улучшатся. Правда, чрезмерно утоньшать тарелки, особенно выпускных клапанов, не следует, поскольку стандартный ВАЗовский выпускной клапан изготовлен из материала, склонного к растрескиванию и прогару с уменьшением толщины.
Седла клапанов обрабатываются традиционным способом - те же три угла на фаске, только рабочая фаска делается уже (около 1 мм) в соответствие с размером фаски на доработанных тарелках клапанов.
Остается скорректировать объем камеры сгорания. С этой целью все клапаны устанавливаются на свои места, все камеры сгорания «проливаются» маслом, а их объемы при необходимости доводятся до одинаковой величины. После этого рассчитывается объем камеры Vкс, соответствующий заданной степени сжатия e:
Vкс = Vh e-1 - 0,7854D2 1d -Vпор - (±0,7854D2h) ,
где Vh - рабочий объем цилиндра; D - диаметр цилиндра; D1, d - диаметр окантовки и толщина прокладки головки; Vпор - объем выборки в поршне (определяется «проливкой»); h - «недоход» (со знаком «+») или выступание (со знаком «-») поршня над привалочной плоскостью блока.
Поскольку между искомым Vкс и измеренным проливкой Vкс1 объемами камеры есть разница DV, рассчитываемая по формуле
DV=Vкс1 - Vкс ,
то плоскость головки блока фрезеруется на величину k:
k = DV 0,55D2
Далее методом «проливки» определяется фактический объем камер после доработки, дабы не ошибиться в соответствии реальной степени сжатия форсированного двигателя ее расчетному значению.
Таково краткое описание технологии доводки ГБЦ. И хотя мы старались избежать мелких технических подробностей, читатель вполне может согласиться с тем, что этот процесс сложнее описанного в предыдущей статье. И дороже - цена выполненного комплекса работ вместе с комплектующими практически удвоилась и достигла 18 000 руб.
Каков результат?
После установки доработанной головки блока цилиндров на двигатель и проведения всех настроек (см. № 8/2002) наш автомобиль ВАЗ-21093 отправился в сервисный центр фирмы «Аояма Моторс» на очередную серию испытаний на мощностном стенде (методику испытаний см. там же). И вот результат - максимальная мощность возросла до 70 кВт (95 л.с.), т.е. увеличилась на 13л.с. по сравнению с предыдущим вариантом тюнинга (стандартная головка блока, распредвал № 52).
При этом общее повышение мощности в сравнении с серийным двигателем составило 9 + 13 = 22л.с. Прямо скажем, не так мало, если учесть, что доработанная головка блока не сильно отличается от стандартной.
Отметим особо два момента. После доработки ГБЦ мощность и крутящий момент выросли во всем диапазоне средних и высоких оборотов двигателя. Это подтверждает правильность наших гипотез о влиянии формы каналов и камеры сгорания на наполнение и очистку цилиндра. Кроме того, максимум мощности с тем же распределительным валом № 52 теперь заметно сдвинулся в область высоких частот вращения - с 5700 до 6900 об/мин, но не в ущерб средним оборотам - крутящий момент достигает максимума (135Нм) примерно при 3700 об/мин. Это на 20 Нм больше, чем у серийного мотора.
Бросается в глаза еще одна особенность нашего мотора - на частотах вращения ниже 2700об/мин внешняя скоростная характеристика лежит заметно ниже, чем у серийного двигателя. Эта проблема, на наш взгляд, связана не с газовой динамикой, а с топливоподачей - настраивая карбюратор на режимы максимальной мощности, нам не удалось пока добиться его четкой работы при полностью открытом дросселе во всем диапазоне частот вращения.
Правда, такой задачи мы и не ставили. Нам предстоит дальнейшая доводка механической части двигателя, в окончательном варианте которой будут проведены и все окончательные настройки. Об этом - в следующих публикациях.
Оригинал статьи: http://www.ab-engine.ru/abs/09_02_tuning.html
Комментариев пока нет.