IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Повышение мощности часто называют модификацией или форсированием двигателя. Однако следует иметь в виду, что мощность – это как раз и есть объект модификации, т. е. предмет технического тюнинга. Увеличивая мощность двигателя, не следует забывать о таких его эксплуатационных качествах, как надежность, экономичность, плавность работы, т. е. о тех показателях, которыми отличаются двигатели современных автомобилей.

Конструкторам автомобилей известно, что можно получить довольно существенную прибавку мощности двигателя даже на автомобилях среднего класса. Но если от двигателя попытаться получить мощность, на которую он не рассчитан, его долговечность стремительно сокращается, поскольку нагрузки на детали выходят за допустимые пределы. Современный автомобильный двигатель может допустить увеличение мощности примерно на 50 % без особой подстраховки. Этим требованиям удовлетворяет большинство двигателей дорожных автомобилей с умеренным форсированием.

Реальную опасность для двигателя представляют собой спортивные гонки, требующие предельного напряжения всех систем двигателя, а также наддув и применение различных добавок в топливо, повышающих мощность (например, оксид азота).

Перед тюнингом двигатель обязательно нужно привести в идеальное техническое состояние. Если уплотнения клапанов недостаточно герметичны, поршневые кольца пропускают отработавшие газы в картер двигателя, а масло из картера – в цилиндры даже при стандартном давлении и частоте вращения коленчатого вала, то нетрудно представить, что произойдет при значительном повышении давления газов в цилиндрах и увеличении скорости вращения коленчатого вала двигателя [1].

Выявить резервы форсирования двигателя можно с привлечением формулы для расчета эффективной мощности, кВт:

, (1)

где - среднее эффективное давление, МПа;

- рабочий объем цилиндра, дм3;

- количество цилиндров двигателя;

- частота вращения коленчатого вала, 1/мин;

- тактность двигателя (для 2-тактных двигателей = 2, а для 4-тактных =4).

Принимая во внимание то обстоятельство, что современные автомобильные двигатели являются высокооборотными, можно утверждать, что дальнейшее форсирование их путем повышения частоты вращения коленчатого вала является мало перспективным. Оснований для такого вывода несколько. Во-первых, при возрастании неизбежно повышаются потери на трение в подшипниках и в сопряжении поршней с цилиндровыми втулками, растут потери на осуществление насосных ходов и т.п., что ведет к уменьшению механического КПД и снижению экономичности двигателя. Во-вторых, это ведет к уменьшению ресурса двигателя. Поэтому данный способ форсирования находит применение лишь на двигателях спортивных автомобилей, предназначенных для установления рекордов скорости и не претендующих на долговечность.

Из приведенной формулы видно, что повысить мощность можно также как за счет увеличения рабочего объема цилиндра путем изменения диаметра и хода поршня, так и за счет увеличения количества цилиндров. Увеличение количества цилиндров неизбежно связано с ростом габаритных размеров двигателя, что не всегда приемлемо из-за ограниченного пространства моторного отсека автомобиля. Увеличение хода поршня может быть осуществлено как путем замены коленчатого вала на новый, так и путем эксцентричного обтачивания, например, шатунных шеек на уменьшенный диаметр. Немаловажным здесь является и то обстоятельство, что замена коленчатого вала на новый, с увеличенным радиусом вращения кривошипа, сопровождается некоторым увеличением массы двигателя.

Поскольку:

, (2)

где D - диаметра цилиндра;

S - хода поршня.

То очевидно, что увеличение диаметра цилиндра D оказывает на повышение мощности большее влияние, чем такое же увеличение хода поршня S. Если принять во внимание, что многие автомобильные двигатели имеют резерв для увеличения диаметра поршня без изменения внешних габаритов блока цилиндров, т.е. за счет расточки цилиндровых втулок под поршни увеличенного диаметра, то этот путь для тюнинга двигателя выглядит достаточно привлекательным [2].

Наконец, повысить мощность двигателя можно за счет увеличения среднего эффективного давления. Наиболее действенным способом увеличения является наддув. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя [5].

В процессе тюнинга и модификации двигателя его долговечность и надежность снизятся. Поэтому нужно обязательно испытать автомобиль на динамометрическом стенде. Ведь некоторые дефекты двигателя проявляются только под нагрузкой.

Фирма, специализирующаяся на тюнинге автомобилей, обязательно должна располагать стендом с беговыми барабанами для получения тяговой характеристики автомобиля и динамометрическим стендом для испытаний двигателя. Непременно нужно иметь расходомер (воздуходувку) для измерения количества воздуха, проходящего через впускной коллектор двигателя, электро- и газо-сварочное оборудование, токарный и фрезерный станки.

Для тюнинга двигателя воздуходувка – это незаменимое оборудование. Поскольку мощность двигателя пропорциональна количеству воздуха, поступающего в цилиндры, то специалист по тюнингу с целью увеличения мощности ДВС постарается удалить из впускной системы двигателя все возможные сопротивления воздушному потоку, чтобы в цилиндры поступало как можно больше воздуха. Для этого необходимо контролировать количество воздуха, поступающего в цилиндры ДВС. Для продувки впускного тракта и измерения количества воздуха, проходящего через впускной коллектор, используется воздуходувка. Без нее невозможно получить желаемую внешнюю скоростную характеристику двигателя [1].

Испытывать автомобильный двигатель проще, если имеется динамометрический стенд с беговыми барабанами (роликами). На таком стенде характеристику двигателя можно получить, не снимая двигатель с автомобиля. Автомобиль устанавливается ведущими колесами на барабаны или ролики, которые соединены передачей с тормозом (обычно гидравлическим или электрическим). Затем запускается двигатель, включается передача, и после этого можно измерять тяговое усилие и характеристику двигателя. Оператор стенда может менять мощность, подводимую к тормозным барабанам, имитируя сопротивление движению автомобиля в различных условиях – при разгоне и замедлении, на подъеме, на спуске. На таком стенде можно измерять тяговую мощность, поскольку мощность измеряется на ведущих (тяговых) колесах, а не на хвостовике двигателя. При этом из расчета устраняются потери в трансмиссии и шинах.

Недостатком испытаний на стенде с беговыми барабанами является нестабильность повторения результатов испытаний в связи с переменчивостью потерь в силовой передаче. Даже температура окружающей среды, изменение давления воздуха в шинах в результате нагрева шин, сорт, количество и температура масла в редукторах трансмиссии и многие другие факторы влияют на результаты эксперимента [3].

Также используют динамометрические стенды позволяющие снимать мощность напрямую с двигателя. Этот стенд способен нагрузить двигатель так же, как двигатель нагружается в реальных условиях движения автомобиля и выполняет свою обычную работу. На стенде можно получить точную скоростную характеристику двигателя, поскольку мощность измеряется на хвостовике коленчатого вала и на нее не влияют потери в силовой передаче. Все системы, обслуживающие двигатель, установлены на нем: система питания воздухом и топливом, система охлаждения, система смазки, выхлопная система, электрооборудование. Для управления работой двигателя на стенд переносятся необходимые для этого приборы и датчики (датчик положения дроссельной заслонки, датчики температуры масла и охлаждающей жидкости, датчик частоты вращения коленчатого вала и др.). Обычно такие стенды размещаются в отдельных боксах со звукоизоляцией и отводом выхлопных газов.

Несмотря на определенную сложность динамометрических стендов для испытания двигателей, они широко используются автомобильными заводами, конструкторами двигателей, а также организациями, занимающимися ремонтом и тюнингом двигателей внутреннего сгорания. На стенде сравнительно просто воспроизводятся эксплуатационные условия; на нем легко внести любое изменение в системы двигателя, получить и записать любую информацию о рабочем процессе ДВС [4].

Список использованной литературы

1. Мирошниченко, А.Н. Тюнинг автомобиля: учебное пособие - Томск: Издательство ТГАСУ, 2015. – 340 с.

2. Степанов, В.Н. Тюнинг автомобильных двигателей: учебное пособие - СПб: Алфамер Паблишинг, 2004. - 82 с.

3. Динамометрические стенды теория // V-tech Dynamometers URL: http://vtechdyno.eu/dinamometricheskij-stend-teorija.html (дата обращения: 10.03.2017)

4. Бармашова Л. В., Матисов А. А. Испытание автомобилей. Учебное пособие, том 1. - Вязьма: филиал ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, 2012. – 316 с.

5. Струщенко А.Л., Щетинин Н.А. АНАЛИЗ И ОБЗОР СИСТЕМЫ «ТУРБО-АВТО» // Перспективные направления развития автотранспортного комплекса сборник статей IX Всероссийской научно-производственной конференции. МНИЦ ПГСХА; Под общей редакцией В.В. Салмина. 2015. С. 96-98.

Код для цитирования: Скопировать