Форсирование двигателя – основы форсирования ДВС

Литровой мощностью называют номинальную эффективную мощность, снимаемую с единицы рабочего объема двигателя:

Nл = Ne/iVh = pen/(30t)

Чем выше литровая мощность, тем меньше рабочий объем и соответственно меньшие габариты и массу имеет двигатель при одинаковой номинальной мощности.

По литровой мощности оценивают степень форсированности. Двигатели, имеющие высокие значения Nл называют форсированными.

Форсирование двигателя — это комплекс технических мероприятий, способствующих повышению литровой мощности.

Возможные способы форсирования двигателей следуют из выражения; Nл увеличивается с увеличением номинальной частоты вращения n, среднего эффективного давления ре или при применении двухтактного рабочего процесса.

Увеличение литровой мощности посредством повышения n широко используется в карбюраторных двигателях, для с временных моделей которых n достигает 6500 мин-1 и выше.

Дизели грузовых автомобилей, как правило, имеют номинальную частоту вращения, не превышающую 2600 мин-1.

По этой причине литровая мощность дизелей без наддува находится в пределах от 12 до 15 кВт/л и существенно уступает аналогичному показателю карбюраторных двигателей, имеющих Nл = 20…50 кВт/л.

Однако в настоящее время в ряде конструкций дизелей легковых автомобилей трудности форсирования их по частоте вращения удается преодолеть. Появляется все большее количество дизелей с номинальной частотой вращения n = 4500…5500 мин-1 и литровой мощностью до 20 кВт/л.

Для дизелей форсирование по частоте вращения менее характерно, чем для двигателей карбюраторных, для которых этот способ повышения литровой мощности является одним из основных.

Как следует из анализа зависимости, при переходе с четырехтактного рабочего цикла на двухтактный литровая мощность должна увеличиваться в два раза.

В действительности же при этом Nл увеличивается всего лишь в 1,5… 1,7 раза вследствие использования лишь части рабочего объема на процессы газообмена и снижения качества очистки и наполнения цилиндров, а также в результате дополнительных затрат энергии на привод продувочного насоса.

Большая (на 50…70%!) литровая мощность — существенное достоинство двухтактного двигателя. Однако недоиспользование части рабочего объема цилиндра для получения индикаторной работы приводит к тому, что они имеют заметно более низкие энергоэкономические показатели, чем аналогичные четырехтактные двигатели.

К недостаткам двухтактных ДВС следует отнести сравнительно большую тепловую напряженность элементов цилиндропоршневой группы из-за более кратковременного протекания процессов газообмена и, следовательно, меньшего теплоотвода от деталей, формирующих камеру сгорания, а также большего теплоподвода к ним в единицу времени, что объясняется вдвое более частым следованием процессов сгорания.

Большим недостатком двухтактных карбюраторных двигателей является потеря части горючей смеси в период продувки цилиндра, что значительно снижает их экономичность.

Особое место в ряду мероприятий, направленных на повышение литровой мощности, занимает форсирование двигателей по среднему эффективному давлению рс.

Однако существенного увеличения Nл путем повышения рс удается достигнуть лишь при увеличении тепловой нагруженности рабочего цикла из-за подвода к рабочему телу большего количества теплоты.

Необходимая для этого подача в цилиндр большего количества топлива (возрастание цикловой подачи qп) требует для его полного сжигания и большего количества окислителя. На практике это реализуется путем увеличения количества свежего заряда, нагнетаемого в цилиндр двигателя под давлением.

Этот способ носит название наддува двигателя. При этом ре возрастает практически пропорционально увеличению плотности свежего заряда.

На рисунке изображена схема двигателя с наддувом и механическим приводом компрессора от коленчатого вала.

Рис. Схема наддува двигателя с приводным компрессором

Одним из недостатков такой системы наддува является существенное снижение экономичности двигателя, обусловленное необходимостью затрат энергии на привод компрессора.

Рис. Схема турбонаддува

Наибольшее распространение в практике современного двигателестроения получил газотурбинный наддув, схема которого приведена на рисунке выше.

Здесь для привода центробежного компрессора 1 используется энергия ОГ, срабатываемая в газовой турбине 2, конструктивно объединенной с компрессором в единый агрегат, который называют турбокомпрессором (ТК).

Поскольку при газотурбинном наддуве отсутствует механическая связь агрегата наддува с коленчатым валом двигателя, применение ТК заметно ухудшает тяговые характеристики и приемистость двигателя. Это связано с инерционностью системы роторов ТК, а также с уменьшением энергии отработавших газов при малых нагрузках, в связи с чем, особенно в начале разгона, не обеспечивается подача в цилиндр нужного количества свежего заряда. Для преодоления этих недостатков нередко возникает необходимость использования комбинированного наддува. Система комбинированного наддува выполняется в различных конструктивных вариантах и обычно представляет собой определенные комбинации наддува с приводным компрессором и газотурбинного наддува.

Для повышения плотности свежего заряда, подаваемого в цилиндры двигателя, в ряде случаев используются колебательные явления в системах газообмена (пульсации РТ в системе впуска и выпуска), являющиеся результатом цикличности следования процессов газообмена в цилиндре.

Если, например, задать впускному патрубку такие конструктивные параметры (в основном длину и площадь проходного сечения), чтобы перед закрытием впускного клапана около него была волна сжатия, то масса поступающего в цилиндр заряда увеличивается.

Аналогичный эффект можно получить, «настроив» выпускной трубопровод так, чтобы при открытом выпускном клапане вблизи него была волна разрежения. В результате этого улучшится очистка цилиндров и в него поступит большее количество свежего заряда.

Рекомендуем:  Штраф за газовое оборудование (ГБО) на автомобиле в 2019 году

При правильном выборе геометрических параметров систем газообмена в отдельных случаях с помощью динамического наддува становится возможным увеличить эффективную мощность двигателя на 15…25%!

При использовании наддува увеличивается механическая и тепловая напряженность элементов, формирующих камеру сгорания, что является одним из основных факторов, ограничивающих возможное увеличение плотности свежего заряда, поступающего в цилиндр. Поэтому при конструировании двигателей с наддувом и выборе величины давления на выходе из компрессора р’х необходимо учитывать возможные последствия роста механических и тепловых нагрузок на его элементы.

По величине создаваемого на входе в цилиндр дизеля давления рк (или степени повышения давления Пк=pк/p0) различают наддув низкий Пк < 1,5, средний Пк > 1,5…2,0 и высокий Пк > 2,0. При этом эффективная мощность двигателя увеличивается соответственно на 20…30, 40…50 и более 50%!

Применение наддува в двигателях с искровым зажиганием требует принятия специальных мер по предотвращению нарушения процесса сгорания, называемого детонацией. Это обстоятельство, а также более высокая тепловая напряженность лопаток турбины из-за большей температуры ОГ существенно усложняют практические возможности использования наддува в двигателях данного типа.

Форсирование двигателя, или тюнинг двигателя – это определенный комплекс технических процессов, которые направлены на модернизацию двигателя. Целью такого усовершенствования двигателя является увеличение величины максимальных оборотов и крутящего момента, посредством чего происходит повышения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания.

  • 1. Какие бывают методы форсирования двигателя.
  • 2. Увеличение рабочего объёма двигателя.
  • 3. Увеличение степени сжатия в камере сгорания.
  • 4. Уменьшение механических потерь.
  • 5. Оптимизация процесса сгорания смеси.

В просторечии тюнингом двигателя называют доработку двигателя, которая преследует цель увеличения его мощности и эффективности. Помимо этого форсированием двигателя называется и полная его замена на более мощный. Для непосредственного форсирования двигателя внутреннего сгорания детали заводского стокового производства заменяются на новые усовершенствованные элементы (шатуны, поршни, клапаны). Помимо этого заводские стоковые детали двигателя могут дорабатываться и облегчаться.

Данная процедура проводится для того, чтобы уменьшить потери. Кроме того на сам двигатель устанавливаются механический нагнетатель (компрессор) или турбо надув, выхлопная система улучшается, а также устанавливаются воздушнее фильтры с уменьшенным сопротивлением. Очень распространенным являются и другие виды тюнинга. Тем не менее, каким бы ни был сам процесс форсирования двигателя главная цель не меняется – увеличение эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания.

1. Какие бывают методы форсирования двигателя.

На разных языках слово форсирование означает усиление, ускорение или силу. Именно из-за этимологии данного слова оно используется для обозначения корректировки мощности двигателя внутреннего сгорания. Что же касается автомобилей то форсирование двигателя должно расцениваться как ничто иное как тюнинг двигателя и все проводимые работы, которые преследуют цель увеличения мощности двигателя – доработки заводских деталей и конструкций.

При произведении процедуры форсирования двигателя значительно улучшаются и преодолеваются заводские параметры. В итоге можно получить результат, который знаменует существенное увеличение производительности механизмов и узлов. В определенный момент, когда у автомобилиста возникает мысль о форсировании двигателя необходимо, как, собственно, и при других мыслях о тюнинге иных систем транспортного средства, задать себе несколько вопросов: для чего нужно форсирование двигателя, будет ли улучшена работа двигателя и, самое главное, каковы материальные затраты на данную работу? Если все ответы являются положительными, то можно со спокойной душой и долей энтузиазма приступать к проведению форсирования двигателя автомобиля.

Первым методом, который подходит предпочтительно к современным автомобилям, является чип-тюнинг. По своей сущности данная процедура является вторжением со стороны автомобилиста во всю электронную систему транспортного средства, с целью коррекции его управляющих программ. Зачастую, этот метод порождает коррекцию блока управления двигателем, а также установкой дополнительных контроллеров, которыми выступают модули по увеличению мощности двигателя. Если нет специального оборудования и, самое главное, специальных знаний, не рекомендуется самостоятельно проводить чип-тюнинг.

Второй метод является более радикальным, так как затрагивает механическую часть. Он так и называется: механическое форсирование двигателя. В данную процедуру входит уйма процессов, как по доработке заводских стоковых уже существующих узлов, так и по замене этих узлов на новые, которые являются более эффективными и производительными. И при том, если автомобилист профессионал в использовании таких инструментов как молоток и зубило, не следует сразу же и без подготовки и знаний приступать непосредственно к тюнингу двигательной системы автомобиля. Важно помнить, что при любой форме тюнинга, или усиление подвески, или тюнинг салона, или форсирование двигателя, начало должно заключаться в расчете изменений в поведений транспортного средства.

Рекомендуем:  Регулировка развал-схождения: сложно ли произвести своими руками

2. Увеличение рабочего объёма двигателя.

Самым радикальным способом по увеличению мощностных показателей двигателя автомобиля является увеличение его рабочего объема. Количество цилиндров, их диаметр и величина перемещения поршня – вот от чего напрямую зависит рабочий объем двигателя. Из-за того, что цилиндры являются стационарным устройством и изменение их количества является невозможным, коррекции могут поддаваться только два последних вышеуказанных параметра.

Диаметр цилиндра напрямую зависит от конструкции двигателя. Чтобы произвести его увеличение в двигателе, которые имеют чугунные блоки цилиндров, должна применяться расточка блока цилиндров. Данная процедура служит плацдармом для установки новых поршней, имеющих больший диаметр. После этого на поршень наносятся микронеровности, которые способствуют задержанию на рабочей поверхности цилиндра масляной пленки.

Самым простым изменением рабочего объема является процесс, который осуществляется в двигателях, блок цилиндров который создан из алюминия, а сам носит в себе вставные мокрые гильзы. В данном случае, чтобы произвести изменение диаметра цилиндра используются соответствующие новые гильзы, которые имеются в ассортименте. Для того, чтобы увеличить ход поршня в цилиндре необходимо применять измененный коленчатый вал, который имеет увеличенный радиус кривошипа. В современном мире имеется огромный выбор коленвала для разного типа двигателя: как стандартного, так и форсированного.

При непосредственном определении конфигурации двигателя в ходе возрастания его объема применяются короткоходные и длинноходные варианты, которые определяют параметр, являющийся ходом поршня или диаметром цилиндра, которые будут преимущественно увеличиваться. Важно не забывать о том, что сам рабочий объем агрегата двигателя помимо того, что влияет на максимальную величину мощности, напрямую влияет на то, при каких оборотах можно достигать этих максимальных значений мощности, а также крутящего момента. Таким образом, максимальные значения крутящего момента и мощности, при увеличении хода, достигаются при наименьших значениях двигательных оборотов.

3. Увеличение степени сжатия в камере сгорания.

Одной из основных методик по увеличению мощности двигателя является увеличение уровня сжатия в камере сгорания. Именно из-за этой процедуры осуществляется получение большей отдачи от объема двигателя. Таким образом, расход топлива остается на том самом уровне, что и был, а мощность двигателя значительно увеличится. В таком случае возникает вопрос о том, почему же с самого завода на стоковых установках степень сжатия не поднимают до максимального возможного уровня? Ответ прост. Вся загвоздка заключается в характеристиках бензина, которые не позволяют поднимать степень сжатия более определенного указанного уровня, без образования различного рода детонации. Если степень сжатия будет значительно увеличен, то мощность двигателя также повысится в разы, но, тем не менее, проблема будет заключаться в том, что автомобиль придется заправлять более высокооктановым топливом. Но, с другой стороны, поскольку двигатель после всего этого будет работать эффективнее даже на той мощности, которая была у него раньше, расход и потребление топлива будут значительно меньше, а разности в цене будут несущественными.

Существуют два способа по увеличению степени сжатия в камере сгорания. Первым способом будет установка более тонкой прокладки самого двигателя. В данном случае, может возникнуть проблема столкновения клапана с поршнями, так что нужно все тщательно рассчитать. Вариацией может быть установка совершенно новых поршней в двигатель, которые будут иметь более глубокие выемки для клапанов. Помимо этого произойдет изменении в газораспределении двигателя, так что их придется полностью заново настраивать.

Вторым методом является растачивание цилиндров двигателя. Данный процесс потребует замены поршней. Тем не менее, данный метод способствует увеличению рабочего объема двигателя, и, в то же время, повышению степени сжатия, так как сама камера сгорания не изменяется, а вот происходит изменение объема цилиндра. Именно отношение первого объема камеры сгорания к объему возросшего цилиндра укажет большую величину уровня сжатия. Важно знать, что чем ниже степень сжатия стандартных настроек двигателя, тем прибавка мощности за счет сжатия камеры выше.

4. Уменьшение механических потерь.

Существует несколько видов механических потерь: трение в цилиндрах блока, насосные потери и потери вспомогательного оборудования.

Первой проблемой является трение непосредственно в цилиндрах блока. Уменьшение самих цилиндров может производиться за счет увеличения зазора между цилиндром и поршнем, использования сборных маслосъемных колец, а также за счет облегчения шатуна. Вообще, на практике рекомендуется проводить тщательную балансировку, а также подбор всех деталей кривошипно-шатунного механизма по весу.Возникают также и насосные потери. Зачастую, такие потери вызваны трением в шейках коленчатого вала. Данная проблема весьма решаема и может компенсироваться установкой распредвала с более широкими фазами. Помимо этого нужно применить систему «сухого картера», что способствует существенному снижению насосных потерь, которые затрачиваются коленчатым валом. Это связано с тем, что попадание на коленвал масла способствует торможению его вращения.

Помимо вышеуказанного может возникнуть проблема со вспомогательным оборудованием. Кондиционер, генератор, водяной насос и гидроусилитель – все это ведет к уменьшению эффективной работоспособности двигателя. Для решения проблемы рекомендуется: на автомобилях, где была произведена процедура форсирования двигателя увеличить придаточное отношение привода генератора и водяного насоса.

Рекомендуем:  Устройство вариатора CVT

5. Оптимизация процесса сгорания смеси.

Для того чтобы произвести, а точнее дать рекомендации по произведению оптимизации процесса сгорания воздушно-топливной смеси, не нужно вдаваться в глубокую теорию всей процедуры сгорания смеси в определенной камере сгорания. Важно запомнить, что сама камера сгорания должна быть компактной. Это необходимо для того, чтобы снизить все тепловые потери, а также вероятность детонации. Помимо этого будет обеспечено эффективное перемешивание топлива и воздуха. Только с помощью уменьшения и очистки камеры сгорания можно произвести оптимизацию всего процесса сгорания воздушно-топливной смеси.

Для того чтобы произвести увеличение наполнения цилиндров нужно понизить аэродинамической сопротивление во впускной и выпускной системах. Помимо этого необходимо снизить такое же сопротивление в каналах головки двигателя внутреннего сгорания. Огромное значение непосредственно для тюнинга двигателя имеют: конструкция резонатора, его местоположение, а также установка многодроссельной системы, которая имеет выпускную трубу на каждый отдельный цилиндр.

Вот и все. Форсирование двигателя – очень непростой и ресурсоемкий процесс. Тем не менее, полученный результат должен радовать автовладельца. Важно не забывать, что увеличение в мощности транспортного средства влечет за собою коррекцию и доработку многих других систем автомобиля: тормозной системы, коррекции в подвеске. Это связано с тем, что в процессе форсирования изменяются стоковые расчётные заводские параметры, которые были запрограммированы на все функции автомобиля, как одного единого устройства, а усиление или хотя бы затрагивание в коррекции одной подсистемы ведет к несомненному изменению других.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Форсирование двигателя – основы форсирования ДВС

Форсирование двигателя позволяет значительно повысить мощность мотора и получить разгонную динамику, как у гоночной машины. Но при этом есть несколько но… Стать владельцем настоящего гоночного автомобиля может далеко не каждый – слишком дорого обходится и сам автомобиль, и его содержание, обслуживание и ремонт.

Однако умеренное форсирование двигателя обычного автомобиля (чаще всего двигателя внутреннего сгорания), чтобы выигрывать “светофорные гонки”, вполне реально – этим занимаются многие тюнинговые фирмы. Каковы же основные принципы форсирования двигателя?

1. Увеличение рабочего объема камеры сгорания Повысить мощность мотора можно простым увеличением рабочего объема камеры сгорания – для гоночной машины данный параметр жестко прописан в техническом регламенте, а вот для обычной – он ограничивается только геометрическими размерами головки блока цилиндров. Но стоит помнить, что мелкосерийное производство коленвалов и поршней обходится довольно дорого, правда от этого уже никуда не денешься.

2. Установка приводного компрессора Еще один способ форсирования двигателя, очень популярный, например, в США – установка механического нагнетателя (приводного компрессора), приводящегося от коленчатого вала (подробнее читайте в статье об устройстве турбонаддува).

Достоинство первых двух способов форсирования заключается в том, что с их помощью крутящий момент поднимается во всем диапазоне работы двигателя.

3. Сдвиг пика крутящих оборотов Кроме того, можно применить опыт форсирования спортсменов, увеличивающих мощность мотора, сдвигая пик крутящего момента в направлении высоких оборотов. Здесь главная задача – уменьшение сопротивления при впуске воздуха в цилиндры. Этого добиваются, устраняя неизбежные ступеньки в районе соединения впускного коллектора с головкой блока цилиндров и карбюратором: изнутри полируют впускной коллектор, устанавливают клапаны большего диаметра и высоты подъема, используют многоклапанные головки. Часто обычный карбюратор заменяют сдвоенным с горизонтальным протоком. В результате такого форсирования двигателя увеличивается суммарное сечение диффузоров, смесь равномерно распределяется по всем цилиндрам, потоку топлива не приходится менять направление на выходе из карбюратора.

4. Установка распредвала с “широкими фазами” Еще для форсирования двигателя довольно часто ставят распредвал с “широкими фазами”, который улучшает наполнение камеры сгорания на высоких оборотах за счет некоторого снижения момента “на низах”. Такой автомобиль в движении вынуждает постоянно работать рычагом коробки переключения передач, чтобы обороты не падали и мотор не “тупел”.

5. Настройка впуска и выпуска Иногда для увеличения мощности мотора применяют настроенные впуск и выпуск, дающие некоторую прибавку крутящего момента в узком диапазоне оборотов за счет резонансных явлений. При таком форсировании обороты максимальной мощности двигателя вырастают, что требует применения легких кованых поршней для сохранения приемлемых инерционных нагрузок.

6. Увеличение степени сжатия Довольно часто при форсировании моторов увеличивают степень сжатия. Так как детонация на высоких оборотах возникает достаточно редко, а хозяин, выложивший немалую сумму за такой двигатель, видимо, может позволить себе раскошелиться и на высокооктановый бензин (кстати, интересная статья о том, как уменьшить расход топлива).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: