Что такое мощность, знают все автомобилисты.Любой водитель скажет, что 100 л.с. вполне достаточно для компактного хэтчбэка и маловато для тяжелого седана бизнес-класса. И что 400 л.с. — это очень много для автомобиля любого типа. Но когда речь идет про кутящий момент и про «ньютон-метpы», в которых он измеряется, возникает заминка. Например 100 Нм — это много или мало? И почему «…очень хорошо, что мотор развивает 200 Hм всего при 1750 об/мин»? Итак, pечь пойдет о величине, непонятной большинству водителей. Кpутящий момент. Что это такое? Для начала вернемся к «лошадиным силам». То есть к мощности. Этот показатель характеризует силу мотора. Однако запас силы зависит от оборотов. Наибольшую мощность современные моторы выдают в среднем при 5000–6500 об/мин. Но кто ездит в таких режимах? В обычной городской езде тахометр показывает 2000–3000 об/мин. Получается, если двигатель вашего автомобиля развивает порядка 100 л.с. почти на предельном режиме, то двигаясь в городском потоке на средних оборотах, вы имеете в запасе около 40–50 сил. Теперь представим, что нужно обогнать грузовик. Сейчас вам потребуются все 100 л.с. мотора. Но их нельзя вот так, сразу, собрать в единый табун. Только постепенно: сначала двигатель раскрутится до 4000 об/мин — и поголовье под капотом увеличится примерно до 70 л.с. Затем стрелка тахометра доберется до отметки 5000 об/мин — в вашем распоряжении окажутся 90 лошадей. И только когда мотор достигнет пика, скажем в 6000 об/мин, педаль акселератора будет повелевать полноценными, обещанными по паспорту 100 лошадиными силами. В таких ситуациях и вступает в игру кутящий момент (далее КМ). Это «пастух», который на разгоне «сгоняет» в единую упряжку все лошадиные силы мотора. Чем больше КМ, тем быстрее двигатель набирает обороты. И тем скорее собирается в единый кулак вся мощь мотора. И соответственно тем лучше ускоряется автомобиль. Второй важный нюанс — обороты, на которых мотор развивает максимальный КМ. Скажем максимум выдается при 4000 об/мин. До них и нужно раскрутить двигатель, чтобы рассчитывать на приличное ускорение. А разгоняться придется с тех самых 2000–3000 об/мин, которые поддерживаются при нормальной езде. Здесь-то и теряется время, столь драгоценное при том же обгоне. Другое дело, если максимальный КМ двигатель выдает, скажем, при 2000 об/мин. Тогда нет проблем. Вы просто давите на газ, и машина сразу напористо набирает ход, не теряя времени на раскрутку мотора. Теперь ясно, почему выгодно, чтобы двигатель выдавал много КМ на низких оборотах? И почему «…очень хоpошо, что мотор развивает максимальные 200 Hм всего пpи 1750 об/мин»? В последнем контексте упор делается не столько на КМ как таковой, сколько на завидно малые обороты, при которых он развивается. Такие двигатели называют «тяговитыми». Кстати КМ впрямую зависит от литража. Наименее тяговиты моторы малолитражек. Например, на ВАЗ 2108 с объемом двигателя 1,5 л и ниже хороший КМ не получишь. Их водители часто переключаются на более низкие передачи, чтобы искусственно поддерживать высокие обороты. В противном случае мотор, как говорят автомобилисты, не тянет. Чтобы здесь получить «момент на низах» необходимо увеличивать объем двигателя. Мощность двигателя является главным показателем для оценки транспортного средства и его эксплуатаци онных характеристик. В некоторых странах этот показатель служит также для расчета налогов и стоимости страхования.К сожалению, употрбляемые в международной практике показатели мощности двигателя во многих случаях не поддаются прямому сравнению друг с другом, хотя и существуют четкие зависимости между отдельными единицами измерения, например: киловатт (кВт) 1 кВт = 1,35962 л.с. = 1,34102 hp лошадиная сила (л.с.) 1hp = 1,0139 л.с. лошадиная сила США (hp) 1 л.с. = 0,9862 hp И хотя уже достаточно прочно вошел в обиход киловатт, все же мощность продолжают определять согласно различным стандартам и инструкциям по испытаниям. Ниже перечислены организации, разработавшие методы измерения мощности двигателя. От отдельных методов измерения частично уже отказались, с тем чтобы добиться по возможности оптимальной гармонизации в этой сфере. DIN — Германский институт стандартизации ЕСЕ — Европейская экономическая комиссия ООН, ЕЭК ООН EG — Европейское экономическое сообщество, ЕЭС ISO — Международная организация по стандартизации, ИСО JIS — Японский промышленный стандарт SAE — Общество инженеров автомобильной промышленности (США) В принципе, мощность двигателя (Р) рассчитывают исходя из крутящего момента двигателя (Ма) и частоты вращения двигателя (n): Р = Ma ? n Крутящий момент двигателя (Ма) выражается через силу(Р), которая действует на плечо рычага (I): Р = F ? I ? n Для определения мощности двигателя эти показатели измеряют на стенде, а не на транспортном средстве, используя гидравлические тормоза или электрогенераторы. При этом произведенная двигателем работа преобразуется в тепло. Чтобы определить характеристику мощности двигателя при полной нагрузке, измерения проводятся, как правило, через 250 — 500 об/мин. При этом следует различать два метода определения мощности: Мощность нетто, или реальная Испытываемый двигатель оборудован всеми вспомогательными, необходимыми для эксплуатации транспортного средства агрегатами — генератором, глушителем, вентилятором и пр. Мощность брутто, или «лабораторная мощность» (стендовая) Испытываемый двигатель не оборудован всеми вспомогательными, необходимыми для эксплуатации транспортного средства агрегатами. Эта мощность соответствует прежней по системе SAE; мощность брутто выше мощности нетто на 10–20%. В обоих случаях ее называют «эффективной мощностью»: Рэфф — измеряемая установленная мощность двигателя Рприв = Рзфф ? К Рприв — приведенная мощность, или пересчитанная на определенное эталонное состояние К — поправочный коэффициент. Эталонное состояние В связи с различной плотностью воздуха (из-за атмосферного давления, температуры и влажности воздуха) всасываемый двигателем воздух бывает «тяжелее или легче», при этом количество топливно-воздушной смеси, поступающей в двигатель, будет больше или меньше. Поэтому измеряемая мощность двигателя будет выше или ниже. Кол***ния атмосферных условий при испытании учитывают с помощью поправочного коэффициента, пересчитывая измеряемую мощность на определенное эталонное состояние. Например, мощность двигателя снижается примерно на 1% на каждые 100 м увеличения высоты, а 100 м высоты соответствуют примерно 8 мбар атмосферного давления. Различные стандарты и инструкции по испытаниям предусматривают различные эталонные состояния и методы пересчета мощности, измеренной при фактических атмосферных условиях в момент испытаний: Стандарт DIN 70020 Стандарт ЕЭС 80/1269 (88/195) Стандарт ЕЭК ООН-R 85 Стандарт ИСО 1585 t 20 °C 25 °C P 1013 мбар 99 кПа K 1013 / P ? кв.корень (273 + t / 293) (99 / Ps)1,2 ? (T / 198)0,6 Р — атмосферное давление воздуха Рs — атмосферное давление воздуха в су**ю погоду (за вычетом парциального давления водяного пара) t — температура, С° Т — температура, К Но такой пересчет приемлем только для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием (бензиновых). Для дизелей применяются более сложные формулы. Мощность двигателя по стандарту DIN на 1–3% меньше мощности, пересчитанной по стандарту ЕЭС или по стандартам ИСО/ЕЭК ООН, из — за различных методов расчета поправочных коэффициентов. Прежние довольно существенные отличия в показателях мощности по японскому стандарту JIS или по SAE от германского стандарта DIN объяснялись использованием мощности брутто или смешанных форм мощности брутто/нетто. Однако действующие современные стандарты все больше соответствуют переработанному стандарту ИСО 1585 (мощность нетто), поэтому прежние существенные различия (до 25%) в настоящее время уже не встречаются. В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объемом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной "восьмеркой". Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная "шестерка" объемом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана... Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости все расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далеком прошлом. Средний объем цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трехсот до шестисот кубических сантиметров (плюс-минус сто "кубиков" в исключительных случаях вроде трехцилиндровой мотоколяски Smart или рядной 4,5-литровой "шестерки" внедорожника Nissan Patrol). Литровая мощность — от 35 л. с./л для безнаддувного дизеля до 100 л. с./л для форсированного бензинового мотора. Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно. Силы инерции от двух масс, вращающихся на одном валу поодаль друг от друга, создают свободный момент В простейшем моторе есть свободные силы инерции, но нет моментов. Цилиндр-то один! Сегодня двигатель мощностью 100 л. с. будет четырехцилиндровым, двухсотсильный будет иметь четыре, пять или шесть цилиндров, трехсотсильный — восемь... Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель? О чем болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании. Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие двигатели индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объем. Рядный трехцилиндровый горизонтальный мотор микроавтобусов Subaru серии Е (рабочий объем — 1,0 или 1,2 л) снабжен балансирным валом. Двух- и трехцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, и рядные в том числе. Зато рядная "четверка" попала в самый массовый диапазон рабочего объема легковых автомобилей — от 1,0 до 2,3 л. Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными "пятерками" — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х годов такие моторы сделали Volvo и FIAT. Рядные "шестерки", до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную "восьмерку" и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему? Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создает массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперек моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную "шестерку" удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и новейший Volvo S80 с суперкомпактной КПП. Как укоротить рядный мотор? Его можно "распилить" пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60 о и 90 о. А V-образный мотор с углом развала блока 180 о, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или "боксером" — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer). Двигатель R3. Угол между кривошипами — 120 о Добиться равномерности вспышек в таком двухцилиндровом двигателе можно только при двухтактном цикле. А такой мотор, например, стоит на Оке. Поршни движутся синфазно. Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели еще и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей "боксеров" можно пересчитать по пальцам. А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — сделать угол развала блока менее 60 о. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23 о. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит еще одна проблема — вибрации. Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров. Пример рядной "четверки" с балансирными валами — 2,3-литровый двигатель Saab. Валы располагаются по обе стороны от коленвала и с удвоенной скоростью вращаются в противоположные стороны Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями... Отчего происходят вибрации? Во-первых, в некоторых схемах двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Таких схем конструкторы по возможности избегают или стараются делать массивней маховик — это помогает сгладить пульсации крутящего момента. Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они то разгоняются, то замедляются, из-за чего возникают силы инерции — они сродни тем силам, что заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливают их в спинки сидений при разгоне. В-третьих, шатун в двигателе движется вовсе не вверх-вниз, а совершает сложное движение. Да и возвратно-поступательное перемещение поршня от верхней мертвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой. Это знакомая всем рядная "четверка" Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверенной частотой вращения коленвала... Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс к этому, пары сил, приложенные на определенном расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны. Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны. А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель. Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зеленым в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля). Что же получается? Из распространенных типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная "шестерки". Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну, а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали. Пятицилиндровый турбодизель Fiat TD 125 объемом 2387 куб. см образован путем добавления одного цилиндра к 1,9-литровой "четверке" TD 100. Балансирный вал — слева, в нижней части картера Под каким углом расположить кривошипы коленвала рядной "пятерки"? 360 о делим на пять... Правильно — 72 о! Subaru из компоновочных соображений предпочитает рядной "четверке" оппозитную. Что до вибраций, то силы инерции второго порядка у "боксера" уравновешены, но момент от них все же остается свободным Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону. Впрочем, это еще ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата... Но мотор зато получался простым и дешевым! Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180 о), можно встретить только на мотоциклах. Поскольку поршни в нем всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели можно было встретить на довоенных DKW и их прямых наследниках, пластиковых гэдээровских Трабантах. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились. Автомобиль с двухцилиндровым V-образным мотором припоминается только один — отечественный НАМИ-1. А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их V-образными "двойками" во всей хромированной красе. Такой мотор можно уравновесить практически полностью с помощью противовесов на коленчатом валу, но достичь равномерного чередования вспышек невозможно. По такой схеме обычно строят оппозитные "четверки" Хорошо, что байкеры особого внимания на вибрации не обращают... Автомобилей c оппозитным мотором, наиболее уравновешенным из всех двухцилиндровых, было немного — по экономическим и компоновочным соображениям. Можно упомянуть, например, французский Citroen 2CV. Оппозитная "двойка" (Citroen 2CV, мотоциклы) — неп***о уравновешенная, но не очень удобная для автомобилестроителей. Трехцилиндровый двигатель уравновешен **же, чем рядная "четверка", и поэтому производители трехцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. Однако опелевские двигателисты, недавно снабдившие Opel Corsa новым трехцилиндровым мотором семейства Ecotec, и конструкторы двигателя "городского купе" Smart в целях удешевления и уменьшения механических потерь отказались от балансирного вала. Правда, трехцилиндровая Corsa уже была раскритикована немецкими автожурналистами: "По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно". ЗАЗ и Ford выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90. Угол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25 о до 90 о В самой популярной среди двигателистов рядной "четверке" остается свободной сила инерции второго порядка. Ее можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью (вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?). А для компенсации момента от балансирного вала придется ставить еще один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако, моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat, VW. Самый свежий пример — 2,2-литровая "четверка" из семейства Opel Ecotec. Кстати, оппозитная "четверка" уравновешена лучше, чем рядная — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и "оппозитник" воздушного охлаждения легендарного Жука, и знаменитые "боксеры" Subaru обходились и обходятся без балансирных валов. У рядных "пятерок" с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил... Во время работы двигателя по блоку постоянно "пробегает" волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жестким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата. И только фиатовские мотористы применяют балансирный вал, который полностью уравновешивает все моменты. Кстати, практически все "пятерки" образованы путем прибавления еще одного цилиндра к четырехцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от "четверки". Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72 о. О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. Новое семейство А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные, ситуация с уравновешенностью такая же, как у "трешки", то есть не ахти. Поэтому балансирные валы можно увидеть на трехлитровом двигателе V6 Citroen/Peugeot или на новом 3,2-литровом моторе Mercedes-Benz М112. А на других моторах пытаются не усложнять конструкцию и стараются свести уровень вибраций к минимуму за счет усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещенного расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6). "Подноготная" нового шестицилиндрового "оппозитника" водяного охлаждения Porsche 996. С левой и правой сторон блока в целях экономии стоят одинаковые головки, поэтому цепные приводы распредвалов пришлось устраивать и спереди, и сзади Добавим сюда еще одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90 о не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счет утяжеленного маховика, но лишь отчасти. Вот вам и еще один источник вибраций... V-образные "восьмерки" с углом развала цилиндров в 90 о и коленвалом, кривошипы которого располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неп***о уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров. В моторе V6 с углом развала блока 90 о сдвоенные кривошипы расположены под углом 120 о. А в моторах с развалом 60 о каждый шатун приходится устанавливать на своем кривошипе Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть V-образных моторов? Для уравновешивания свободного момента от сил второго порядка мотору V6 90 о необходим один балансирный вал(показан стрелкой). В двигателе Citroen 3.0 V6 он установлен в одной из головок блока. Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят... Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала можно вспомнить про моторы V4. Таких было немного — европейский Ford образца 60-х годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного Запорожца. Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность. А что насчет V-образных "десяток"? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы некоторых моторов Формулы-1 или монстров Chrysler Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думают далеко не в первую очередь. Ну, а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная "восьмерка" (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две "четверки", работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровы е двигатели можно свести к двум рядным "шестеркам". Помните, мы упоминали о V-образных моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? 2,3-литровый двигатель VR5 конструкторы VW получили, отняв один цилиндр от мотора VR6. Угол развала компактного блока — 15 о, все пять цилиндров укрыты одной головкой блока Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60 о или 90 о, а выигрыш в компактности тогда ценили не так... Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, созданы и применяются гидроопоры силового агрегата, которые могут значительно ослабить вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь — пожалуйста: VW Golf VR6 предыдущего, третьего, поколения! Этот знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, "V-образно-рядный" мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на еще меньший угол, чем на Лянчах — всего на 15 о. Гениальное решение — 2,8-литровая "шестерка" компактнее, чем обычный мотор V6, да еще и имеет одну головку блока! А в прошлом году на автомобилях Volkswagen Golf IV появился двигатель VR5 — это VR6, от которого "отрезали" один цилиндр. После этого мотористы концерна VW вообще словно с цепи сорвались. Они придумали суперкомпактный W-образный двигатель. W12, которым снабжен концепт-кар W12 Roadster, — это два двигателя VR6, установленные под углом 72 о на одном коленвале. А мотор W8, которым будут оснащать VW Passat Plus, — это два мотора VR6, от которых "отрезано" по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Два мотора R3, составленные друг за другом, дают великолепный результат — абсолютно уравновешенную рядную "шестерку" Двигатель V8: и развал блока, и угол между кривошипами — 90 о А еще в Вольфсбурге подумывают о восемнадцатицилиндро вом двигателе — страшно подумать, на какую он будет похож букву... Почему же таких моторов не было раньше? О новых гидроопорах мы уже упоминали. Есть причины чисто технологического свойства. Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! А еще создателям новых схем помогает... компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без компьютера обойтись очень сложно. W-образный супермотор, который пока стоит на концепт-родстере и купе VW W12, — это два блока цилиндров VR6 (на фото хорошо видно шахматное расположение цилиндров), объединенных в одной отливке под углом 72 о. Длина 5,6-литрового 420-сильного мотора — всего 51 см, ширина — 70 см Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности. Потом, двигатели сейчас все чаще строятся по модульному принципу, и кульминацией этого стали фольксвагеновские изыски. Говоря упрощенно, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трехцилиндровый, и W12. А вибрации... Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную "шестерку". А потом, действительная уравновешенность всегда значительно **же теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации деталей под нагрузкой. Так что вибрации "прорываются" из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле, конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора... Неважно, какая надпись нанесена на ваш автомобиль: "TURBO" или "TWIN TURBO", речь в том и другом случае идет о турбонаддуве. В этой статье речь пойдёт о том, что же такое турбонаддув, как с ним обращаться, чтобы он как можно дольше не доставлял хлопот, и что можно сделать, если эти хлопоты возникнут. Принципиальных различий в устройстве турбонаддува (далее по тексту - т/н) нет, есть различия в размерах, конструкции некоторых узлов, исполнении т/н. Рассмотрим его работу и устройство на примере одного из самых массовых, хотя и не самого надежного т/н Toyota СТ-20. Термин "турбина", часто применяемый для обозначения т/н, не совсем соответствует истине, так как турбина является всего лишь одной из составных частей т/н. Т/н состоит из корпуса, вала с крыльчатками, двух опорных и одного упорного подшипников скольжения, системы уплотнений, двух улиток, в которых вращаются крыльчатки. На всю эту конструкцию навешен пневмопривод, приводящий в действие байпасный (перепускной) клапан (на некоторых моделях он отсутствует). Назначение байпасного клапана - регулировать обороты турбины и, соответственно, производительность компрессора. Когда давление воздуха на выходе из компрессора начинает превышать оптимальное, срабатывает пневмопривод, открывающий клапан. В результате часть выхлопных газов напрямую выходит в выхлопную систему, и обороты турбины снижаются. Сама турбина - это крыльчатка, неразъемно насаженная на вал и приводящая во вращение другую крыльчатку - компрессор. Турбина изготовлена из жаростойкого сплава, компрессор - алюминиевый, вал - обычная среднелегированная сталь. Отремонтировать эти детали невозможно, их можно только заменить. Исключение составляет изношенный вал, который иногда можно перешлифовать и под получившийся размер изготовить новые подшипники. Корпус т/н представляет собой сплошную отливку из чугуна, в которой на подшипниках вращается вал. Изнашиваются обычно постель под подшипники и гнездо под уплотнительное кольцо. Исправить можно расточкой под новый размер. Улитка турбины - чугунная деталь сложной формы. Именно она формирует газовый поток, вращающий турбину. Улитка компрессора представляет собой алюминиевую отливку с механически обработанным местом под компрессор. Вращающийся компрессор засасывает воздух через центральное отверстие, сжимает его и по кольцевому каналу подает в двигатель. На первый взгляд, конструкция проста. Но высокая точность изготовления всех без исключения деталей, сложные поверхности, точное литье могут создать много проблем даже в условиях хорошо оборудованной мастерской. Тем более что далеко не каждый конкретный т/н можно отремонтировать, порой проще собрать из имеющихся деталей другой. "Турбина включилась, и я попер..." Это в корне неправильно, так как т/н начинает свою работу с первыми оборотами двигателя и заканчивает ее уже после того, как двигатель остановился. При первых вспышках в цилиндрах двигателя выхлопные газы из коллектора сразу же попадают в улитку турбины и начинают вращать вал с крыльчатками. Пока обороты двигателя невелики, давление и скорость выхлопных газов недостаточны, поэтому компрессор вращается на холостом ходу, не создавая излишнего сопротивления на всасывании, просто перемешивает воздух. Нажимаем на педаль газа. Обороты двигателя растут, на панели загорается зеленая лампочка "TURBO" (если она есть), и вы чувствуете ощутимый толчок в спину. Помните: "Турбина включилась..." Она просто вышла на свои рабочие обороты, кстати, очень высокие: 110-115 тысяч об/ мин. Теперь компрессор не просто месит воздух, а эффективно сжимает его и посылает в двигатель. При этом срабатывает соответствующая сервисная система в карбюраторе (ТНВД ли, EFI, неважно), двигатель получает в цилиндры больший весовой заряд топливной смеси, резко (на 50-70 %) возрастает его мощность и, соответственно, расход топлива. Турбонаддуву приходится работать в далеко не легких условиях: высокая температура, высокие окружные скорости (скорость на концах лопаток, в зависимости от модели т/н, примерно такая же, как у пистолетной пули - около 300 м/сек). Скорости вращения подшипников также близки к предельно допустимым, чтобы снизить их, приходится идти на различные ухищрения. Что же позволяет работать т/н в таких условиях долго и надежно? Как только вы завели двигатель, начинает работать масляный насос. Масло по системе каналов под давлением поступает на подшипники т/н, и вал начинает вращаться на масляном клине. При этом свою порцию масла получает и упорный подшипник. Чем больше обороты двигателя, тем больше масла поступает на вал турбины и его подшипники. Эти подшипники изготовлены из специально подобранных материалов, для них выбраны оптимальные зазоры: при меньших зазорах возникает опасность подклинивания подшипников при тепловом расширении, при больших - опасность срыва масляного клина и работы в условиях полужидкостного трения, к тому же возникает перекос вала и идет интенсивный износ уплотнительного кольца. Поскольку зазоры в парах вал - подшипник, подшипник - корпус очень малы и соизмеримы с размерами ячеек масляного фильтра, то следует помнить о чистоте масла и состоянии масляного фильтра. Долговечность подшипников скольжения, в отличие от подшипников качения, не зависит в такой мере от частоты вращения. Коэффициент трения у правильно рассчитанных и работающих в условиях жидкостной смазки подшипников скольжения равен 0,001-0,005. Однако, при неблагоприятных условиях работы (высокая вязкость масла, высокие окружные скорости, малые зазоры) коэффициент трения достигает 0,1-0,2, что приводит к снижению оборотов т/н, а следовательно, и снижению его эффективности и повышению нагарообразования из-за повышения теплоотвода. Подшипники скольжения надежно работают при температуре не более 150 градусов С. При более высоких температурах возникает опасность разрыва масляного слоя в результате разжижения масла. Кроме того, при высоких температурах обычные минеральные масла быстро окисляются и теряют свои смазочные свойства. При полужидкостной смазке непрерывность масляного слоя нарушена, и поверхности вала и подшипника на участках большей или меньшей протяженности соприкасаются своими микронеровностями. При граничной системе смазки поверхности вала и подшипников соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, разделительный масляный слой здесь вообще отсутствует. Пока двигатель вращается, и масляный насос создает давление, исправный т/н работает нормально. Но рано или поздно вы заглушите двигатель, он остановится, остановится и масляный насос, давление масла в системе мгновенно упадет до нуля, а вал с крыльчатками, который имеет приличный вес и вращается с очень большой скоростью, мгновенно остановиться не сможет. Но масляного клина уже нет. Возникает полужидкостная смазка, переходящая в граничную. В тяжело нагруженных подшипниках возникает перегрев, расплавление, схватывание и заедание подшипника. Плюс грязное масло, и в результате идет интенсивный износ. А допустимый износ подшипников составляет 0,03-0,06 мм в зависимости от модели т/н. Выводы делайте сами. Это одна из проблем, возникающих в ходе работы т/н. Для того, чтобы она не стала основной, во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое несложно выбрать среди большого числа существующих хороших масел. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув - не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр. И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы т/н. Как мы уже отмечали, в жизни т/н есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей т/н, а следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю и т/н прогреться. Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут. В процессе работы крыльчатка турбины и вал сильно нагреваются. Масло, поступающее для смазки подшипников, нагнетается с большой интенсивностью и успевает снять нагрев с вала, не успев перегреться само. При резкой остановке двигателя прокачка масла прекращается, раскаленная крыльчатка турбины отдает большую часть тепла валу, и масляная пленка, покрывающая детали, разогревается до температуры горения. Идет интенсивное нагарообразование в районе уплотнительного кольца и несколько меньшее - в районе подшипников и на внутренних поверхностях корпуса т/н. Спасает только то, что масло, предназначенное для таких двигателей, изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но и оно имеет свои пределы. Владельцам автомобилей Nissan следует помнить, что в этих автомобилях т/н работают в более напряженном тепловом режиме, чем, например, у автомобилей Toyota. Значительно облегчает жизнь и продлевает срок службы т/н турботаймер. Он установлен не на всех автомобилях, но эта функция есть во многих охранных сигнализациях. Приведем пример из практики. Отремонтированный турбонаддув, отработав 6000 км без всяких замечаний, вдруг резко заверещал. Дело было зимой, в морозы. Как рассказывал хозяин машины, он спешил, поэтому, выехав из Арсеньева во Владивосток (путь неблизкий), всю дорогу гнал, сколько можно, благо машина и дорога позволяли. Приехал домой, поставил машину на стоянку, сразу же заглушив двигатель. На улице мороз далеко за 20 градусов С. Утром завел - резкий, неприятный металлический вой турбонаддува. Оказалось, что от резкого перепада температур чугунная улитка турбины деформировалась, и крыльчатка стала ее задевать. Под увеличительным стеклом на подшипниках отчетливо просматривались следы станочной обработки, износ отсутствовал. После замены улитки т/н работал без замечаний. Это был т/н фирмы Toyota СТ-20, двигатель 2LT. Аналогичные случаи были и на других т/н этой фирмы - СТ-9, СТ-12. Но может возникнуть ситуация еще **же, когда от перепадов температур и старости возникает трещина в конце кольцевого канала улитки турбины. Распространяясь дальше, она может привести к разрыву окна байпасного клапана и, в результате, к полному выходу т/н из строя. Ремонт в этом случае невозможен. Подобные моменты делают ремонт т/н фирмы Toyota похожим на лотерею - кому как повезет: может проработать и 3 месяца, и 3 года. Поэтому лучше всего заменить т/н на новый, хотя это и значительно дороже. Такая же беда часто случается с т/н Garret, изготовленными в Японии, крайне редко с т/н фирмы Mitsubishi, но никогда не встречалась нам на т/н Nissan Motors. Последние, несмотря на большие неудобства при снятии - постановке и разборке - сборке, поражают своей добротностью. Встречаются они и на тойотовском двигателе MTEU. но уже без надписи Nissan Motors. Заменить их можно турбонаддувом от двигателя VG-20. Если у вашей машины пошел интенсивный белый дым из глушителя и упала мощность - т/н надо срочно сдавать в ремонт или менять на новый, потому что в нем изношены подшипники и уплотнительное кольцо около крыльчатки турбины. В результате масло под давлением устремляется в выхлопную трубу, где испаряется и вылетает наружу, создавая дымовую завесу. Расход масла может возрасти до 2-3 литров на 100 км пробега. Бывает и так, что дымовой завесы нет, но автомобиль не может развить мощность, лампочка "TURBO" не загорается, у дизельных двигателей появляется постоянный черный дым на оборотах - все это говорит о том, что скорее всего т/н тоже изношен, и к тому же основательно забит нагаром, поэтому компрессор из-за повышенного сопротивления вращению не развивает рабочих оборотов, а двигателю не хватает воздуха. Эта неисправность характерна в основном для т/н Nissan Motors и Garret. Несколько слов о снятии и установке турбонаддува, хотя это в большей степени представляет интерес для специалистов. При демонтаже очень неудобно, а порой просто тяжело отсоединить т/н от выхлопного коллектора и приемной трубы глушителя. Поэтому многие автомеханики, стремясь сделать все как можно проще, допускают распространенную ошибку: они снимают стяжной хомут между улиткой турбины и корпусом, а затем с помощью молотка и зубила снимают т/н. В результате они деформируют посадочные плоскости и гнут вал турбины. Теперь эти железки можно только выбросить. Снимать турбонаддув надо целиком, только после этого можно отсоединять улитку турбины, так как эта операция сама по себе требует зачастую больших физических усилий. При демонтаже надо внимательно и аккуратно обращаться с подающей трубкой масляной системы. Эта трубка имеет очень тонкие стенки, ее легко можно перегнуть, и т/н, сев на голодный масляный паек, работает после такого ремонта очень недолго. Порой хватает 15-20 мин, чтобы окончательно привести в негодность только что отремонтированный или новый агрегат. При установке т/н сложностей обычно не возникает, хотя есть некоторые тонкости: перед установкой через сливное отверстие в т/н надо залить 30-50 граммов моторного масла (в зависимости от размеров) и пальцем (пальцем, а не отверткой) повращать вал. Затем масло можно слить, так как свою роль оно уже выполнило, масляная пленка на деталях теперь есть, а при установке т/н на место вы все равно разольете это масло или на себя, или на двигатель - по вашему усмотрению. Еще раз убедитесь в исправности масляной магистрали, проверьте, чтобы в т/н не попали посторонние предметы, наличие которых может привести к печальным последствиям, и установите турбонаддув на место.Итак, т/н установлен, все подсоединено, можно заводить. Не спешите. Заведите двигатель, дайте ему прогреться до рабочей температуры, и лишь когда двигатель и т/н прогреются, начинайте постепенно увеличивать обороты. 1500 об/мин - на 5-10 секунд задержитесь и прислушайтесь к работе т/н. Сбросьте обороты секунд на 20-30. Увеличьте обороты до 2000 и проделайте все то же самое. И так далее, вплоть до красной зоны, Примерно на 2500-3000 об/мин должен появиться характерный звук работающего турбонаддува: легкий чистый свист (некоторые говорят "вой", кому как нравится). Особенно отчетливо этот звук слышен в течение нескольких секунд при резком сбросе оборотов. Если в процессе запуска послышался металлический звук на каких-то оборотах и выше (звук характерный и отличный от звука, издаваемого исправным т/н), не насилуйте напрасно турбонаддув, он не притрется, а неприятности могут быть. Надо сразу заглушить двигатель, снять т/н, найти и устранить причину этого звука. Но прежде чем снимать, вспомните, что очень похожий звук издает ненатянутый ремень генератора. Поэтому если есть подозрения, что это он может быть источником подобного звука, смочите ремень водой. Звук исчез? Значит, причина действительно была в ремне, и его надо подтянуть. Остался? Значит, надо все-таки снимать турбонаддув и искать неисправность в нем. После замены или ремонта турбонаддува желательно сразу же заменить масло и фильтр. А лучше это сделать еще перед демонтажем, чтобы новый т/н сразу работал на чистом масле. Как видите, ничего сложного в эксплуатации турбонаддува нет, требуется лишь элементарная аккуратность: вовремя меняйте масло и масляный фильтр, используйте нужные сорта масла, не перегревайте т/н (к перегреву приводят неисправности в системе зажигания или впрыска, длительная езда на высоких оборотах). Следите за состоянием воздушного фильтра, забитый воздушный фильтр создает повышенное сопротивление на всасывании и производительность компрессора резко снижается. Порванный фильтр пропускает частицы пыли, которые, соударяясь с крыльчаткой компрессора на высокой скорости, изнашивают ее, а заодно и двигатель. Таким образом, срок службы турбонаддува, в основном, зависит от вашего с ним обращения. Выполняя перечисленные выше рекомендации, вы сможете избавить себя от лишних проблем. Но если возникли какие-то неполадки с т/н, не затягивайте с ремонтом, так как порой хватает нескольких дней для того, чтобы сделать ремонт вашего турбонаддува невозможным. Если т/н не подлежит ремонту, а заменить его нечем, можно попытаться заменить его турбонаддувом с другой модели, от двигателя, обладающего примерно такими же характеристиками, хотя это тоже не всегда возможно и связано с большими переделками. Работать такой т/н будет, хотя и **же штатного, при условии, что вы найдете человека, который возьмется за такую работу, да и стоить это будет дороже, чем просто ремонт т/н. Но этот путь все-таки лучше, чем заглушка на месте турбонаддува, потому что двигатель изначально все-таки был изготовлен для работы с турбонаддувом и очень отличается от такого же двигателя без т/н (например, двигатели 2L и 2LT). У турбинированного двигателя усилены вкладыши, более мощный коленвал, совершенно другие фазы газораспределения, по-другому отрегулированы и настроены топливная аппаратура, система зажигания и т.д. К тому же машина с заглушенным турбонаддувом по динамике напоминает утюг. И если тот же Nissan Largo даже с работающим т/н не отличается особой резвостью, то об автомобиле с заглушенным и говорить нечего. Но если вам все же придется заглушить турбонаддув, постарайтесь сделать это грамотно, не создавая лишнего сопротивления на всасывании и выхлопе, это осла***ет и без того ослабленный двигатель. А лучше походите по разборкам и постарайтесь найти свой агрегат, пусть не рабочий, но подлежащий восстановлению. Начало использования закиси азота (N20) как способа повышения результативности двигателей внутреннего сгорания относится к временам второй Мировой Войны. Эти системы использовали в авиации, чтобы дать самолетам преимущества в скорости и высотных характеристиках. Однако, с пришествием реактивной тяги на завершающей стадии войны, интерес правительства в поршневых самолетах уменьшился. Именно поэтому, дальнейшие разработки, финансируемые государством, были отложены. В дальнейшем, если и возникали небольшие прорывы в изучении этого вопроса, в основном они касались использования закиси азота в гоночных автомобилях. Осложнялось это тем фактом, что закись азота в то время приравнивалась к боевым отравляющим веществам. Кроме того, с проблемы не был снят гриф государственной секретности, и не слишком много людей вообще знали о существовании этой технологии. Наконец, в 1970-ых, нитрос вышел из подполья и стал острой темой для дискуссий среди производителей двигателей и гонщиков. К тому времени ряд небольших компаний стали предлагать нитрос-системы к продаже. Но они были малоэффективны - в лучшем случае. В это вовремя, пара талантливых автомобильных техников - Mike Thermos и Dale Vaznaian разработала успешную, практически универсальную схему применения закиси азота на двигателях внутреннего сгорания. В 1978 Thermos и Vaznaian сформировали компанию "Системы Закиси Азота". Они не изобрели закись азота с нуля - просто усовершенствовали ее использование и повысили ее производительность. По общему признанию, ранние годы компании были в основном потрачены на демонстрацию того факта, что закись азота безопасная и наиболее эффективная форма увеличения эффективности двигателей. Компания NOS всегда была известна как изготовитель наиболее технологичной в применении системы, использующая только лучшие, высококачественные материалы, и поставляющая системы наиболее простые в установке, монтаже и обслуживании. Известные сейчас, а в то время издаваемые энтузиастами, журналы подобно Hot Rod Car Craft и Popular Hot Rodding Systems по сей день, тестируя разработки NOS, признают лидерство за этими системами, как наиболее универсальными. Возможно, самым большим стимулированием роста популярности закиси азота было ее пришествие на профессиональные гонки Drag Racing. Успехи на трассе ранних первооткрывателей, подобно Charles Carpenter, Bill Kuhlmann и Robby Vandergriff захватили воображение последовавших за ними гонщиков своей внушительной эффективностью и существенным повышением мощности автомобиля. С использованием в двигателе N20 был достигнут первый в истории результат скорости - 200 миль в час, первое 6-ти секундное прохождение 1/8 мили, и т.д. Фактически, каждый ключевой показатель времени и скорости был достигнут гонщиками, использующими системы закиси азота. Сегодня NOS выпускается под маркой Holley, с накопленным более чем двадцатилетним опытом строительства профессиональных N20 систем специализированных для участия в гонках, а так же, приспособленных для монтажа на "повседневные" автомобили и мотоциклы. Много компаний-последователей выпускают обширный список систем работающих с N20. Но ключевой фактор - отношения, которые NOS ковали с ведущими профессиональными гонщиками, стали основой их лидерства. Сотрудничество и консультации с ними позволяют компании находится на уровне передовых технологий. N20 - первый шаг к тюнингу вашего двигателя. На сегодняшний день использование систем закиси азота для моментального увеличения мощности двигателя - единственная возможность для большинства гонщиков. Причем речь идет не только об узкоспециализированн ых гоночных машинах. N20 можно рассматривать как вариант для большинства пользователей, кто хочет получить большую отдачу от своего мотора, используемого в повседневных поездках. На сегодняшний день, компании, специализирующихся в производстве систем повышения мощности на основе N20, предлагают внушительный список оборудования высочайшего качества. Эти системы достаточно просты и надежны в установке и эксплуатации. Перед тем как Вы задумаетесь КАК оттюнинговать свой двигатель, вы должны понимать, что в результате двигатель вашего автомобиля/мотоцикла будет выдавать всю свою потенциальную мощность. Вы должны ответить себе на два вопроса: как часто и насколько долго вы будете заставлять свой двигатель работать на пределе; какая система повышения мощности наиболее приемлема для вас в удобстве и управлении. Если вы подходите к вопросу с точки зрения "доллар за лошадиную силу", вы придете к решению, что система закиси азота дает максимальную отдачу за каждый доллар ваших вложений при минимальном изменении двигателя. Двадцатилетний мировой опыт использования N20 доказал возможность прибавки мощности от 10 до 200 лошадиных сил для серийных автомобилей, без кардинальной переделки двигателя. С тщательно выбранной, правильно настроенной системой, вы будете уверены в увеличении мощности при сохранении надежности, что можно сравнить только с увеличением объема вашего двигателя. Как повысить мощность? Двигатель функционирует сжигая топливо, которое в момент вспышки в камере сгорания создает избыточное давление, толкая поршни вниз. Хотите добиться большей мощности - сжигайте большее количество топлива. При этом будет высвобождаться более количество энергии, а, соответственно, с большим усилием толкать поршни вниз. Звучит довольно просто. Но это не настолько просто сделать. Имеются разные факторы, влияющие на увеличение мощности двигателя. Мы рассмотрим три самых основных: Любое топливо требует для горения кислород. Если вы хотите сжечь большее количество топлива, вы должны также включить в состав смеси большее количество кислорода. Фактически все схемы увеличения мощности двигателя работают на основе увеличение потока топлива и кислорода. Распредвалы, клапаны и карбюраторы большего диаметра, впускные и выпускные каналы, их расположение и качество обработки поверхности, нагнетатели и турбокомпрессоры, закись азота - яркие примеры тюнинга двигателя позволяющего большему количеству кислорода сжигать большее количество топлива, что и дает вам увеличение в мощности. Системы впрыска закиси азота, вероятно, наиболее эффективный способ увеличить поток кислорода, а соответственно и топлива в двигатель. Это основная причина, по которой N20 системы дают такое большое увеличение мощности по сравнению с другими способами. Другой основной фактор повышения коэффициента мощности - испарение топлива. Бензин (как и другие используемые в гонках топлива) не будет гореть в жидком состоянии в замкнутом пространстве камеры сгорания. Топливо должно быть превращено в "пар" (смесь топлива с воздухом) для наилучшего сгорания. Это достигается термомеханическим способом в карбюраторах, либо прямым инжекторным впрыском. Температура двигателя и механическое распыление - ключи к ускорению испарения. Обработанное термомеханическим способом, распыленное топливо превращается в крошечные капельки, которые быстро испаряются в камере сгорания до момента полного сжатия. Размер топливных капель очень важен. Топливо, подающееся в камеру сгорания должно состоять из капелек, размером в десятки раз меньше обычной капли бензина. Третий фактор повышения мощности, который мы рассмотрим - воздух (качество смеси). Попробуйте бегать на вершине 10,000 метров в горах. Вы очень быстро задохнетесь, выбьетесь из сил из-за нехватки кислорода. Почему? Потому что воздух более разряжен, менее насыщен кислородом, его давление меньше, чем на уровне моря. Сила воздействия атмосферного давления, температура воздуха и его влажность - крайне важны для работы двигателя. Мы не можем повлиять на окружающую среду, но мы можем до некоторой степени регулировать качество смеси на входе. Мы охлаждаем топливную смесь, чтобы сделать ее более плотной до подачи в двигатель. И чем более плотной будет смесь - тем больше ее наполнение топливом и воздухом, что дает дополнительную мощность. Подающаяся в состав смеси в виде сжиженного газа, закись азота приводит к ее немедленному охлаждению, т.к. температура испаряющегося сжиженного газа всегда на несколько порядков ниже температуры окружающей среды. Кроме всего прочего, задача систем закиси азота состоит в том, что бы повысить плотность подаваемого топлива минимум на 65% по отношению к стандарту. Более плотная смесь, подающаяся в двигатель, даст большую дополнительную мощность в сочетании с N20. Когда-то давным-давно советские автолюбители были знакомы исключительно с автомобилями отечественного производства, технический уровень которых по объективным причинам на десятки лет отставал от лучших мировых образцов. Теперь же и массовый потребитель на подержанном Opel или Ford и избалованный, но также уже достаточно массовый зажиточный на новом Volvo или BMW хорошо изучили пресловутый мировой уровень. Одно из самых значительных, сразу ощутимых отличий иномарок от российских автомобилей - их насыщенность электронными системами. Размеры собственно компьютеров далеки от привычных нам настольных PC. Миниатюризация была главным условием, обеспечившим их широкое распространение на автомобилях начиная с 80-х годов. В качестве носителей памяти используются микросхемы, а не привычные нам дискеты. В остальном же, и особенно в уровне сложности, они очень близко подходят к "настоящим" компьютерам и в последнее время конструкторы строят настоящие "локальные вычислительные сети" на борту отдельно взятого авто. Рассмотрим в качестве первого примера систему управления двигателем и подачи топлива (Engine Management System - EMS). В процессе эволюционных изменений в последние тридцать лет электронные компоненты постепенно замещали механические датчики и регуляторы. Однако, сегодня даже функциональное сравнение системы EMS с самым совершенным карбюратором практически невозможно, настолько они отличаются идеологически и по принципам исполнения. Система управления двигателем состоит из трех групп компонентов - устройства сбора информации, ее обработки и исполнительных механизмов. К первой группе относятся всевозможные датчики, собирающие максимально полную информацию о состоянии автомобиля, режимах его движения и процессах, происходящих в двигателе. Как правило, среди них датчики количества и температуры поступающего воздуха, скорости вращения и точного положения кулачкового вала, температуры охлаждающей жидкости, температуры и состава выхлопных газов, угла открытия дроссельной заслонки и датчик детонации двигателя. В качестве дополнительной информации могут использоваться также показания спидометра и тахометра, а также сигналы от систем АБС и ПБС. Второй "группой" является, собственно, модуль микропроцессора ECU (Engine Control Unite "Европейское" название) или ECM (Engine Control Module - "Американское" название). Микропроцессор анализирует информацию, поступающую к нему от датчиков скорости вращения и точного положения коленчатого вала, уровня содержания кислорода в выхлопных газах, температуры охлаждающей жидкости и поступающего воздуха, детонации, скорости автомобиля и другие вспомогательные данные. Эта информация сравнивается с записанной в памяти математической моделью сотни и тысячи раз в секунду. При обнаружении расхождений с желаемым значением того или иного параметра выдаются команды исполнительным механизмам для коррекции. Действенность принятых мер проверяется и, в случае необходимости, цикл повторяется. Исполнителями команд компьютера являются форсунки, подающие топливо в необходимом количестве в точно выверенные изменяемые промежутки времени, свечи, зажигающие это топливо в заданном временном интервале и другие механизмы. Они, собственно, и являются третьей группой компонентов. Существует два принципиальных отличия электронных систем от механических. Первые могут изменять режим работы двигателя непрерывно и практически мгновенно все время его работы. В отличие от EMS карбюраторы можно регулировать только до эксплуатации автомобиля, а значит такая регулировка будет также точна, как и стоящие часы, показывающие точное время два раза в сутки. Сочетание режимов работы форсунок и свечей динамично задает и изменяет виртуальный "угол опережения зажигания". Второе отличие - возможность организации "обратной связи". Датчик содержания кислорода (лямбда-датчик) устанавливается в выхлопном коллекторе и на основании его информации компьютер определяет состав газов, при этом критическим является уровень содержания в них углеводородов СН, окислов азота и недогоревшего топлива. Они жестко регулируются в различных государствах и при превышении установленных норм процессор корректирует состав рабочей смеси, делая ее беднее. При этом желание водителя получать больше мощности полностью игнорируется. Именно ужесточение государственного контроля за содержанием вредных веществ в выхлопе стало причиной повсеместного практически мгновенного распространения систем электронного управления двигателем. Дело дошло до того, что в начале 90-х многие страны Европы практически запретили эксплуатацию автомобилей с карбюраторными двигателями. Есть тем не менее ситуации, когда игнорируются ограничения по содержанию выхлопа. Речь идет о старте двигателя, особенно зимой. Тут уж деваться некуда, какие бы ядовитые газы не шли из выхлопной трубы, а заводиться надо. Для этих целей существуют программы запуска двигателя, зашитые в ПЗУ компьютера. Они заставляют его "наступить на горло собственной песни" (игнорировать истерические сигналы лямбда-датчика) и подавать в цилиндры обогащенную смесь. Кроме самого факта работы специальных режимов, производители автомобилей настраивают процессоры для работы в различных климатических зонах. Понятно, что условия пуска двигателя в Перу отличаются от условий пуска в Норвегии. Важнейшей и, безусловно, невозможной при "механическом" решении, чертой современных электронных систем EMS является их способность к самообучению. Память микропроцессора условно делится на три типа. Первый из них - ROM (Read Only Memory) предназначен для выдачи заранее запрограммированных команд в соответствии с характером поступающих сигналов. Эти команды нестираемы и сохраняются при отключении питания автомобиля. Именно этот блок содержит команды, определяющие старт двигателя; он может быть сравнен с ПЗУ обычного "деск-топ компьютера". Второй раздел памяти процессора называется RAM (Random Access Memory) и отвечает за гибкую подстраиваемость двигателя автомобиля к меняющимся условиям. Именно RAM обеспечивает "обучаемость" современных автомобилей. С его помощью компьютер анализирует режимы работы и выбирает из них лучшие, как правило по критерию экономичности и чистоты выхлопа. В следующий раз, когда вы заведете двигатель и отправитесь в путь RAM будет стараться воссоздать именно ту комбинацию характеристик работы исполнительных устройств, которая обеспечивала оптимальный режим. Память этого модуля стираемая, кроме информации о режимах работы, в нее записываются также коды ошибок двигателя. В случае появления видимых или "ощущаемых" отклонений в его работе (отсутствие тяги, рывки и провалы, появление черного дыма) техник на СТО может при помощи уже диагностического компьютера может считать эти коды и определить причину неприятностей. Однако, если пропадает питание электрической системы, обычно вследствие выхода из строя или отсоединения аккумулятора, информация в блоке RAM стирается. После этого можно заметить, что автомобиль некоторое время ведет себя "как-то не так", снова собирая и записывая информацию об оптимальных режимах. Третий блок называется PROM (Programmable Read Only Memory) и, в отличие от первого, может быть изменен. Эту микросхему обычно можно вынуть из блока, для чего сделано специальное отверстие и специальное крепление. Народное название этой микросхемы (как, впрочем и всех микросхем) - чип (не путать с картофельными чипсами!). С его помощью можно изменять отдачу двигателя в границах до 30-40%. Общее правило здесь такое: увеличивая мощность (л.с.) двигателя мы снижаем его крутящий момент (Нм) и наоборот. Можно одновременно повысить и мощность и крутящий момент, но тогда у**дшится содержание выхлопа двигателя. Содержание этого блока памяти, в основном и определяет "персонализацию" системы управления двигателя по его типу, размеру, числу цилиндров, характеристике трансмиссии и другим особенностям. Изменять характеристики можно не только в стремлении сделать автомобиль более спортивным или более экономичным. Со временем происходит износ его рабочих поверхностей и еще до проведения дорогостоящего капитального ремонта можно подкорректировать параметры двигателя, заменив чип PROM. Точно также производители заменяют один только модуль процессора и не меняя "железа" получают модификации автомобилей для работы в жарком или холодном климате и приспособленных к различным "местным" вариациям в топливе. Кроме подстраиваемости и точной дозировки топлива для его экономии и уменьшения загрязнения окружающей среды электроника в двигателях обеспечила возможность применения прогрессивных способов подачи топлива. Если вспомнить старину карбюратор, то в его годы образование рабочей смеси происходило в специальной камере впускного трубопровода. Далее готовая смесь (газообразная смесь паров бензина и воздуха) по впускному коллектору доставлялась к впускным клапанам. Недостатки здесь очевидны: неодинаковая дистанция до каждого из цилиндров (неодинаковые условия), оседание и накопление паров на стенках, особенной зимой при пуске непрогретого двигателя, невозможность индивидуальной регулировки условий для каждого цилиндра. Впрыск топлива позволяет решить эти проблемы. Сама схема впрыска была известна задолго до распространения электроники и компьютеров на автомобилях и, более того, широко применялась на дизельных моторах. Решение же этого вопроса на бензиновых двигателях механическим путем было неоправданно дорогим и, поэтому, здесь так долго царствовали карбюраторы. Как только электронная компонентная база перешагнула определенную границу миниатюризации и надежности в начале 80-х появилась реальная возможность и началось повсеместное внедрение систем впрыска бензинового топлива. Первоначально сама система подачи топлива не претерпела значительных изменений. Просто вместо карбюратора появился иной механизм дозирования - с электронным управлением. Такая схема получила, в частности, название TBI (Throttle Body Injection). При ее применении не требуется переделывать "железо" двигателя. Ей одновременно присущи достоинство впрыска по более точной дозировке и возможности изменения и адаптации и недостатки карбюратора с точки зрения подачи и распределения бензина. Дальнейшее логическое развитие - подача топлива индивидуально к каждому из цилиндров. В этом случае смесеобразование происходит непосредственно в камерах перед впускными клапанами. Топливо подается по трубопроводу высокого давления и распыляется индивидуальными форсунками, работа каждой из них может регулироваться. Одно из названий такой системы - MPFI (Multi Port Fuel Injection). Здесь устраняются почти все недостатки карбюратора и единственный шаг вперед, который остается сделать - непосредственный впрыск. Серийный двигатель с непосредственным впрыском топлива показал на MIMS'98 японский концерн Mitsubishi. Наладив их массовое производство для легковых автомобилей в 1996 году, Mitsubishi Motors на 3-4 года опередила ближайших конкурентов в этой области, которые только с 1999-2000 года собираются производить собственные серийные моторы такого типа. Свою технологию японцы назвали GDI (Gasoline Direct Injection). Воздух здесь доходит до самой границы впускного клапана и камеры сгорания и встречает струю бензина уже непосредственно в цилиндре. Это дополнительно на 20% снижает расход топлива, сокращает содержание вредных выбросов и, к тому же, повышает мощность и крутящий момент. Благодаря компьютеризации автомобили стали "умными" и в их поведении уже проявляются признаки интеллекта. Только применение микропроцессорного управления двигателем позволяет реализовать такую удобную и полезную функцию, как круиз контроль. При поездках на длительные дистанции и, особенно, по монотонному однообразному шоссе он позволяет нажатием клавиши перейти на постоянный режим движения с заданной скоростью. При этом можно (нужно) убрать ногу с педали газа - топливо будет подаваться само по мере необходимости. После увеличении скорости, например для обгона, двигатель затем сам плавно уменьшит поступление бензина для достижения заданного режима. Компьютер, управляющий двигателем, по сети "общается" с другими компьютерами автомобиля. Так в новейшем BMW 7 серии Е65, BMW 3 серии Е90 устанавливается радар, измеряющий расстояние до идущего впереди автомобиля. После вычисления допустимости этого расстояния, что занимает тысячные доли секунды, в режиме круиз контроля он может подать соответствующую команду, которой будет уменьшена подача топлива и снижена скорость движения. Точно также происходит координация действий систем управления двигателем и систем АБС и ПБС. Многие новые функции существуют на уровне полезных, но все-таки игрушек. Автомобиль может заводиться одновременно с открытием дверных замков и снятием режима "охраны" пультом дистанционного управления. При этом может происходить персонализация рабочего места водителя. Для этого делаются индивидуальные брелки и, например, если в семье автомобилем управляют муж и жена, компьютеры управления параметров салона настроят его под индивидуального человека. Автомобиль сам поменяет углы наклона и высоту сиденья, положение рулевого колеса, включит радио на желаемом уровне громкости и настроит его на любимую частоту. Режим работы двигателя и коробки передач также может быть настроен на более "спортивный" или, скажем "комфортный". Некоторые функции могут быть отнесены одновременно к "игрушкам", "рекламным трюкам" и "спасителям жизни в критических ситуациях". Cadillac Seville, оснащенный двигателем Northstar, позволяет продолжать движение даже в пустыни при полной потере охлаждающей жидкости. Соответствующие датчики информируют об этом процессор и он организует работу двигателя в совершенно необычном режиме. Мощность снижается до 30% так, что можно только-только доехать до ближайшей СТО. Ровно половина цилиндров отключается от подачи топлива и "гоняет" воздух, охлаждая остальные работающие. После некоторого промежутка времени пары меняются. Не стоит, однако, забывать, что главный толчок развитию компьютеризованных двигателей дали не эгоистичные водители, а неутомимые защитники окружающей среды. Естественным продолжением их борьбы и развития EMS стали бортовые системы самодиагностики OBD (On-Board Diagnostics systems). Запись ошибок и неисправностей, таких, как засорившийся топливный фильтр или неисправный датчик температуры, помогает при их быстром поиске и устранении на технических станциях. Конструкторы пошли дальше. Они внедрили систему, ставшую частью EMS, которая непрерывно собирает и анализирует информацию о работе двигателя и в случае серьезных нарушений просто не позволяет водителю продолжать движение. Прежде всего это относится к каталитическому нейтрализатору выхлопных газов. Раньше, до появления OBD-II при выходе его из строя автомобиль продолжал ездить до следующего визита на СТО и инструментального контроля систем. Система самодиагностики второго поколения практически является непрерывным бортовым инструментальным контролем. При первых же признаках "смерти" катализатора она резко снижает мощность двигателя автомобиля так, что его владельцу волей-неволей приходится ехать на станцию и менять неисправный узел. Последнее, безусловно, произвол и нарушение прав водителей. Последние, правда, не очень ропщут и предпочитают сотни других преимуществ электронного управления и контроля, а также чистый воздух для себя и своих детей. Механический нагнетатель (Super Charger, Kompressor) - получил большое распространение в Америке, позже в Европе. В основе своей имеет роторный (Roots) или центробежный компрессор. Не имеет эффекта "турбоямы" и начинает "качать" с холостых оборотов. Минус таких систем в том что компрессор в силу законов физики не может быть раскручен до больших оборотов, а так же забирает часть КПД на привод. Современные компрессора не требуют подвода смазки, потому к качеству масла не категоричны. Суперчарджеры или механические нагнетатели являются сейчас одним из лучших средств для повышения мощности и тяги. В автомобилестроении эти устройства появились более 80 лет назад. Принцип работы суперчарджера достаточно прост. В двигателе внутреннего сгорания топливно-воздушная смесь засасывается в цилиндр, где сжимается поршнем и воспламеняется свечой зажигания. В результате взрыва поршень движется вниз, и процесс повторяется. Чем больше объем двигателя, тем больше топливно-воздушной смеси в него влезет, тем больше будут мощность и тяга. Суперчарджер нагнетает смесь в двигатель под давлением, увеличивая мощность и тягу, т.е. как бы увеличивая объем двигателя. Существует несколько типов суперчарджеров с разной степенью эффективности, но принцип их действия практически одинаков. Все они приводятся в движение от коленвала с ремнем и содержат одну или несколько крыльчаток, которые, вращаясь, загоняют воздух в двигатель. В настоящее время существует два вида суперчарджеров: с внутренней и с внешней компрессией. Суперчарджер с внутренней компрессией сжимает входящий воздух изнутри самого себя, работая как компрессор. Суперчарджер с внешней компрессией работает как обычный насос, просто закачивающий воздух в двигатель, нагнетатель Рутса. Раньше они были наиболее распространены, но сейчас стремительно набирают популярность суперчарджеры внутреннего типа. К этому типу относятся Paxton, Pro Chager. Винтовой нагнетатель Whipple также относится к этому типу. 1. Нагнетатель Рутса. В нем обычно 2 ротора. В полость между роторами и корпусом воздух по внешнему периметру корпуса попадает в нижнюю часть. Каждый ротор имеет 2 или 3 кулачка. Например, у B&M и Weiand их два, а у нагнетателей для автомобилей General Motors и у аналогичных Weiand, BPS, Hempton Kuhl, Littlefield, Dyer, Mooneyham-ux3; Если придать роторам спиральную форму, 2-х кулачков будет недостаточно для нагнетания – суперчарджер не будет работать. Необходимо установить 3-ий кулачок, что и сделали конструкторы GMC. Кстати, на замерах мощности прямых 2-х кулачковых нагнетателей, никаких заметных отличий мощности найдено не было. 2. Суперчарджеры с внутренней компрессией - центробежные. При ровном давлении центробежный нагнетатель дает больший прирост мощности, чем нагнетатель Рутса. Причина в том, что центробежный нагнетатель не так сильно нагревает воздух. С другой стороны, прирост мощности от центробежного суперчарджера пропорционален оборотам, а значит, он уступает нагнетанию Рутса на низких оборотах. Одним из самых важных достоинств чарджеров с внутренней компрессией является их хорошая совместимость с инжекторами. Эти нагнетатели устанавливаются сбоку двигателя как компрессор кондиционера. Как правило, клапан тяги системы впрыска крепится на входе чарджера, а выход чарджера – на вход инжектора; Что касается их установки на Хот Роды, то следует отметить любопытную ситуацию: нагнетатель Рутса не собирается сдавать свои позиции. Суперчарджеры этого типа, чье применение изначально и ограничивалось установкой на Street rod и ранние Street machine, и сейчас благополучно используются. Причина в том, что для установки centrifugal supercharger на Street rod придется прорезать боковую поверхность капота. К тому же на старых машинах контроль над выхлопом менее жесткий и для них чаще всего выбирают именно Roots, не столько из-за эффективности, сколько из-за внешнего вида; Centrofugal Superchargers выпускаются разными компаниями. Между тем, объединенные одной целью, они имеют различия. Paxton – центробежный суперчарджер, приводится в движение от коленвала ремнем, но у него есть одна внутренняя шарикоподшипниковая передача, позволяющая разгонять крыльчатку до 30000 об/мин. Недостаток – ограниченный диапазон нагнетания, т.к. при слишком большом давлении шарики начинают проскальзывать, что приводит к повреждению суперчарджера. Сейчас выпускается модель NOVI2000 со спиральной передачей. Спиральные шестерки работают тише. Paxton утверждает, что нагнетание на этой модели – до 17 psi; Vortech появилась в начале 90-х и стала первым серьезным конкурентом Paxton. В суперчарджерах Vortech для внутренней передачи используются прямозубые шестерни. Их недостатком, особенно на холостых оборотах, является шум. Такие суперчарджеры увеличивают мощность в 1,5-2 раза, так как промежуточное охлаждение позволяет использовать больший напор. Цена увеличивается одновременно с эффективностью.