Тюнинг
Процесс сгорания

Дела сердечные

Итак, в предыдущих номерах мы поговорили о том, как можно увеличить количество подаваемого в двигатель воздуха, о некоторых способах регулировки впрыскиваемого топлива, отладили систему выпуска. Все это дает свои определенные результаты, которыми многие остаются довольны и на достигнутом останавливаются. Но ведь есть и еще одна категория людей — те, кто жаждет продолжения «банкета». Для них в практически беспрерывном процессе тюнинга наступает следующий этап — доработка непосредственно двигателя. А он, как известно, является сердцем автомобиля. Простор для деятельности в процессе форсировки мотора — необъятный, главное — не слишком увлекаться. Увеличить мощность двигателя можно несколькими способами, среди них наиболее распространены регулирование степени сжатия и увеличение наполнения цилиндров рабочей смесью, что обеспечит образование большего количества тепла, которое затем сможет совершить механическую работу и обеспечить лучший крутящий момент.

Под мраком тайны

Stroker kit — «волшебный набор» для увеличения объема двигателя. Может существовать в разных комплектациях: все зависит исключительно от собственного желания

Итак, один из самых распространенных способов форсировки — регулирование степени сжатия. Физическая суть процесса проста: рабочая смесь попадая в камеру сгорания, сжимается под действием движущегося к верхней мертвой точке поршня. В определенный момент от искры свечи зажигания происходит воспламенение, первичный очаг которого постепенно начинает распространяться на всю рабочую смесь. Согласно законам физики, чем сильнее смесь в камере будет сжата, тем быстрее она сгорит, тем больше будет термический КПД. Изменить стандартную степень сжатия двигателя, которая для турбированных и атмосферных двигателей различна, можно посредством специальной обработки поверхности головки, либо заменой прокладки. В атмосферных двигателях прокладка заменяется на более тонкую, а поверхность, соответственно, «стачивается» на специальном фрезеровальном станке.

Впрочем, беспрерывно увеличивать степень сжатия не имеет смысла: ограничения обусловлены антидетонационными свойствами бензинов, которые связаны с их октановым числом. Пределом является появление детонации (самовоспламенение смеси еще до того момента, когда проскакивает искра). Данное явление производит очень сильные ударные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм мотора. Последствия самые печальные, вплоть до полного выхода двигателя из строя. Естественно, наблюдается и спад мощности. Кроме того, после определенного момента повышение степени сжатия будет нерациональным: каждое последующее повышение потребует использования бензина с большим октановым числом, а в нашем регионе выбор марок этого топлива ограничивается на 98-м. Достать, допустим, 102-й бензин, конечно, можно, но очень трудно, да и стоимость его велика. А количество полученных «сверх пакета» «лошадей» от повышения степени сжатия будет довольно небольшим: такой прирост мощности просто не окупит себя. Именно поэтому наиболее оптимальной степенью сжатия в свете параметров «цена-мощность» считается диапазон 9,5-11:1.

На двигателях с турбонаддувом «номер» по поднятию степени сжатия не пройдет, в данном случае прокладка на головке двигателя заменяется на более широкую: компрессия в таких моторах за счет давления и так достаточно велика, поэтому вероятность появления детонации в таких моторах возрастает. А ведь давление на моторах с турбонаддувом можно еще и поднять, приблизив тем самым детонационный «потолок». Поэтому на турбированных «монстрах» изначально устанавливают небольшую степень сжатия — в районе 8-9:1.

Производители прокладок — все те же HKS, APEX’i и Blitz. В магазинах Иркутска такую вещь как прокладка, особенно хорошего качества, найти довольно проблематично, поэтому намного проще будет заказать ее в специализированных магазинах и фирмах, занимающихся поставкой запчастей для тюнинга из Японии и Владивостока.

Теперь о наполнении цилиндров. Увеличение количества подаваемой в двигатель рабочей смеси напрямую ведет к увеличению производительности мотора: чем больше смешанного воздуха и топлива сгорит в цилиндре, тем больше тепловой энергии выделится, тем больше будет давление на поршень, тем лучше будут показатели крутящего момента. Самый незамысловатый способ сделать так, чтоб количество сгораемой смеси стало больше — купить новый автомобиль с более объемистым двигателем. Но приемлем он далеко не для всех и не всегда даст нужный результат, один лишь объем мотора — еще не самое главное. Как вариант — замена имеющегося двигателя на мотор большего литража. Это, кстати, один из самых «бюджетных» вариантов тюнинга в данном направлении: стоимость нового мотора намного меньше, чем все манипуляции по увеличению объема. Но для заядлых любителей покопаться во внутренностях сердца машины такой способ не подходит. Поэтому начинают рассматривать альтернативные варианты доработок имеющегося на автомобиле двигателя. Увеличить количество поступающей в камеру воздушно-топливной смеси можно самыми разнообразными способами: увеличение впускных и выпускных тарелок клапанов, увеличение рабочего объема мотора, в конце концов, изменение фаз газораспределения. Но начнем по порядку, и первым пунктом изберем регулировку фаз газораспределения.

Цель, которой добиваются с помощью регулировки фаз — обеспечить опережающее открытие впускных клапанов и запаздывающее закрытие выпускных, чтобы добиться более продолжительной фазы перекрытия. Один из самых распространенных вариантов тюнинга в этом направлении — замена стандартных распредвалов на так называемые «горбатые» с другим профилем кулачков, что обеспечит более длительную фазу перекрытия, когда впускные клапаны уже открыты, а выпускные еще не закрылись. Подробно об этом явлении мы уже говорили в разделе о тюнинге систем впуска-выпуска, сейчас скажем лишь, что фаза перекрытия позволит лучше наполнить цилиндр рабочей смесью. Но эффект будет достигнут только на определенных оборотах, причем в зависимости от профиля кулачков он может находиться в достаточно узком диапазоне, как правило, это высокие обороты. Того количества смеси, которое без всяких раздумий «сожрет» мотор на высоких оборотах, на низких он просто не получит. В результате машина на низких и средних перестанет тянуть.

Конечно, если автомобиль подготавливается исключительно для гонок, такой вариант вполне приемлем, и простор для деятельности здесь необъятный: при агрессивном гоночном стиле езды нижние и даже средние обороты волнуют мало. Но в случае, когда машина активно используется для езды в городских условиях, где зона низких и средних оборотов актуальна как никогда, такой вариант устроит далеко не всех — передвигаться по городу, постоянно держа стрелку тахометра, допустим, на 5000 об./мин. понравится далеко не каждому. Поэтому крупнейшие автопроизводители, столкнувшись с дилеммой между мощностью, экономичностью и экологичностью моторов, решили не отдавать предпочтение чему-то одному, а придумали системы фаз газораспределения, совместив приятное с полезным: экономичность и хорошая тяга на низких и средних оборотах, мощность на высоких и при этом экологическая чистота двигателей. Ни для кого не секрет, что системы фаз газораспределения уже достаточно давно устанавливаются на многие автомобили с завода. Не исключение и японский автопром, который для нас близок как никакой другой. Более того, именно Honda стала родоначальником систем «умного» газораспределения. Сейчас такие системы имеются на двигателях не только японских, но европейских и американских автомобилей.

Так устроена система SOHC VTEC-E — самый экономный представитель семейства VTEC: на низких оборотах работает на обедненной смеси

Но вернемся к Японии. У Toyota это системы VVT, VVT-i, VVTL-i; у Honda — семейство VTEC: DOHC VTEC, SOHC VTEC, SOHC VTEC-E, 3-stage SOHC VTEC и Hyper VTEC. Мы не будем сейчас подробно рассматривать преимущества каждой из разновидностей этих систем, отметим лишь главные их особенности.

VTEC полностью расшифровывается как Variable Valve Timing and Lift Electronic Control или электронная система управления временем открытия и высотой подъема клапанов. Во всех системах семейства VTEC, кроме SOHC VTEC-E, используется по три кулачка на распредвале на каждую пару клапанов, два из них расположены на внешней стороне, они по своему профилю рассчитаны для работы на низких оборотах. Один посередине, более «горбатый», рассчитан по профилю для работы на высоких оборотах. Кулачки воздействуют не на клапаны, а на толкатели — рокеры или коромысла, которые в свою очередь управляют работой клапанов. В обычном режиме клапан приводится в действие толкателем своего низкооборотного кулачка. Высокооборотный также движется, но не связан с клапанами и никакой работы на данном этапе не производит. На высоких оборотах по сигналу электроники клапаны начинают управляться высокооборотным кулачком, который сконструирован таким образом, чтобы клапаны открывались с некоторым опережением, изменяя длину фазы открытия клапанов и обеспечивая лучшее наполнение камеры рабочей смесью. Регулируется и высота подъема клапанов. По такой схеме работает, например, DOHC VTEC.

Отметим, что на данной системе фаз газораспределения имеется два распредвала — впускной и выпускной. Система SOHC VTEC отличается от нее тем, что распредвал у нее только один — на впуск. Работа выпускных клапанов у двигателей с такой системой фаз газораспределения идентична работе на моторах, не обладающих VTEC. Впрочем, одним распредвалом обладают и все остальные представители VTEC. У системы SOHC VTEC-E кулачка только два, причем профиль одного из них практически круглый. На низких оборотах фактическую работу по заполнению камеры сгорания рабочей смесью производит только один клапан. Второй, управляемый «круглым» кулачком, открывается ровно настолько, чтобы избежать скопления над ним топлива. На высоких оборотах по сигналу электроники кулачки соединяются в одну систему, и клапаны начинают работать на одной фазе. У системы 3-stage SOHC VTEC кулачка три, но один из них все так же имеет форму кольца. Здесь обеспечивается полноценная работа двигателя на трех стадиях — низких, средних и высоких оборотах, тогда как все предыдущие системы различали только две стадии: низкие и средние обороты были для них едины. С точки зрения тюнинга наиболее интересной представляется система DOHC VTEC — с ней достигается высокая удельная мощность свыше 100 л.с. с литра объема и неплохая тяга на низких оборотах. DOHC VTEC оснащены, например, легендарные хондовские B16A (те, что имеют мощность в 160 л.с.). Именно на них эта система и была впервые применена. Система SOHC VTEC менее производительна с точки зрения мощности, но тем не менее это не самый «худой» вариант. Не столь интересна в свете форсировки будет и система SOHC VTEC-E — ее разработчики преследовали главным образом одну цель — экономичность, но не мощность.

Одно из отличий «семейства» систем фаз газораспределения у Toyota от хондовского VTEC заключается в том, что в них клапаны управляются непосредственно кулачками, без «посредников» в виде рокеров или коромысел. Кулачок в системах семейства VVT-i всего один, а не три, как то наблюдается на большинстве систем VTEC, на VVTL-i кулачков уже два. Еще одно отличие — по достижении определенных оборотов через специальную муфту на несколько градусов поворачивается весь распределительный вал. Теперь кулачки производят свою работу в другой фазе, как следствие длина фазы открытия и закрытия клапанов теперь смещена, обеспечивая тем самым более продолжительную фазу перекрытия и лучше наполняя цилиндры смесью. В системе VVTL-i помимо фазы перекрытия регулируется также и высота подъема клапанов. С точки зрения мощности интересен так называемый «двойной VVT-i», где поворачиваются оба распредвала — впускной и выпускной. Основное преимущество систем VTEC заключается в том, что каждый представитель этого семейства помимо фазы перекрытия обеспечивает еще и высоту подъема клапанов.

Конечно, для гражданского тюнинга изначально будут интересны двигатели, уже оснащенные системами фаз газораспределения. Практикуется на таких автомобилях перед участием в гонке искусственно смещать момент так называемого включения VTEC (допустим, с 5000 об./мин. на 4000 об./мин.), «удлиняя» время работы режима высоких оборотов.

Это вкратце о системах фаз газораспределения. Увеличить наполнение цилиндров воздушно-топливной смесью можно не только заменой распредвалов на «горбатые». Как вариант или следующий этап в этом начинании — увеличение размера тарелок впускных и выпускных клапанов и растачивание подводящих каналов в блоке. Естественно, что вместе с этим придется вносить соответствующие коррективы и в конструкцию головки. Увеличенные размеры тарелок клапанов смогут пропустить в камеру сгорания большее количество воздушно-топливной смеси, соответствующая процедура на выпуске послужит для качественной очистки: увеличившееся количество отработавших газов нужно как можно более качественно из камеры сгорания удалить, чтобы потом опять-таки более качественно ее наполнить. Но при этом стоит учитывать индивидуальную конструкцию каждого двигателя: на некоторых моторах, например, клапаны и так достаточно большие и расположены друг к другу очень близко. Так что возможности увеличить тарелки клапанов практически не остается.

Этим возможности по улучшению наполнения цилиндров воздушно-топливной смесью, естественно, не ограничиваются, а у многих только начинают развиваться. И следующим этапом на этом пути может стать увеличение объема двигателя: мотор — он не девушка, полнеть ему в разумных пределах только полезно. Можно не мучиться со всеми манипуляциями по увеличению объема по отдельности, тем более, что их не так уж и мало, инженерные расчеты для таких процедур очень сложны, а купить полный боекомплект — Strocker kit.

Strocker kit — это своеобразный набор, куда входят коленчатый вал и шатуны (хотя в зависимости от вашего же собственного желания и финансовых возможностей в комплект могут входить и вкладыши, и поршни, и кольца), в общем, все, что нужно для полноценного тюнинга в данном направлении. Естественно, что покупать такой комплект необходимо у хорошо зарекомендовавшего себя производителя, потому что получить за весьма немалые деньги «пустышку» будет очень обидно. Стоимость такого набора $1000-15000. Правда, иногда случается так, что коленчатый вал из данного «чемоданчика» не подходит к имеющемуся блоку — запчасть вполне может оказаться больше. Тогда придется столкнуться еще и с доработкой блока.

И раз уж тема заходит о двигателе и его кардинальных переменах, то многие решаются на установку кованых поршней, причем происходит это зачастую даже до того, как начались работы с объемом. Такие поршни несомненно хороши по нескольким параметрам: во-первых, они легче и работают тем самым на общее уменьшение центростремительных нагрузок на ШПГ, что также играет немаловажную роль при тюнинге: чем меньше эти центростремительные нагрузки, тем дальше будут смещены «критичные» обороты, по достижении которых наступает закономерная смерть мотора. Но перед тем, как решение об установке кованых поршней созреет окончательно, стоит учесть один немаловажный факт: устанавливают их в основном в моторах, которые подверглись серьезной форсировке, в результате чего температура и давление в камере сгорания увеличились до нескольких раз. Стойкость «кованых» поршней к воздействию температур и давления в данном случае просто необходима, стандартные поршни могут просто расплавиться и прогореть. Неоднократно приходилось сталкиваться и с жалобами тюнеров на то, что после установки «кованых» поршней мотор начинает потреблять масло в диких количествах. Расход масла будет большим до тех пор, пока мотор не нагреется, и масляный клин между поршнем и стенкой цилиндра не придет в рабочую норму. А для этого нужно как следует притопить педаль газа к полу. К тому же распространенное мнение о том, что кованая поршневая обладает бешеной износостойкостью, ошибочно — на практике это часто подтверждается.

Мы не будем слишком подробно останавливаться на данной теме: нюансов здесь огромное количество, обо всех просто не расскажешь. Мы перечислили лишь то, что является наиболее частотным в среде тюнеров. Но даже все эти вышеуказанные процедуры, да и вообще любое вмешательство в размеренную жизнь мотора должно быть обдуманным. Дело это чрезвычайно тонкое, требующее большой отдачи и немалых познаний.

И еще один немаловажный вывод из всего вышесказанного: прежде чем начать производить форсировку любым из вышеописанных методов, стоит приготовиться к тому, что за этим грядут и определенные финансовые потери, которые коснутся, в частности, расхода бензина. Во-вторых, осуществлять все эти процедуры стоит либо строго следуя инструкции по установке или демонтажу того или иного агрегата, либо у специалистов. Последний аспект, кстати, рекомендуется. Инструкции были написаны грамотными людьми не зря, нарушать строгие инженерные расчеты не стоит, спускать какие-то несоответствия тоже. Любые отклонения от положенной нормы в двигателе могут повлечь не только моральные страдания, но и изрядно прохудить карман, и даже навсегда отбить страсть к искусству тюнинга.

Наталья НОВИКОВА

"Автомаркет + Спорт"