Форсирование двигателя — как можно повысить мощность мотора?

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.

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.

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.

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).

Выберите правильный турбокомпрессор Garrett

Повышение производительности

Правильный выбор турбонагнетателя

Boost Advisor — это программа, разработанная для того, чтобы помочь вам выбрать турбокомпрессор, соответствующий вашим требованиям к мощности и двигателю. Введите запрошенные входные данные, и пусть Boost Adviser найдет для вас турбо-соответствия. Эта новая функция также отображает точки на разных картах компрессоров соответствующих турбин.

Boost Advisor

Garrett Boost Adviser — это инструмент, разработанный для быстрого и легкого проведения турбоматча.

Введите несколько параметров для вашего двигателя и целевую мощность, и Garrett Boost Advisor за считанные секунды предоставит вам турбокомпрессоры, максимально соответствующие вашим запросам. Он также направляет вас к ближайшим дистрибьюторам, где можно купить турбокомпрессор.

 

Подробнее

Turbo Tech

Турбонаддув любого двигателя может быть трудным процессом, который нужно выполнить с первого раза. Мы разделили основные темы на 3 категории: базовая, расширенная и экспертная.

Базовый:    Принцип работы турбокомпрессора, компоненты турбокомпрессора, подшипниковые системы, перепускные клапаны и перепускные клапаны.

ПОДРОБНЕЕ

 

Расширенный:  Турбо-термины, такие как отделка салона, A/R, выбор коллектора, обогащение и обеднение и степень сжатия

ПОДРОБНЕЕ

 

9002 1 Эксперт:  Узнайте, как читать карту компрессора, рассчитать мощность в лошадиных силах на основе рабочего объема двигателя, нанести точки на карту компрессора, чтобы определить совпадение турбонаддува

ПОДРОБНЕЕ

System Optimization

Turbo System Optimization охватывает вспомогательные системы и способы правильного расчета, установки, выявления проблем, а также советы по устранению распространенных проблем, возникающих из-за неправильной установки. Вы узнаете о водопроводных линиях, эффекте сифонирования, трубопроводах наддувочного воздуха, подаче и сливе масла, ограничителях масла и рекомендуемом давлении масла. В конце концов, вы будете готовы понять, как оптимизировать систему турбокомпрессора.

ПОДРОБНЕЕ

 

 

Водяное охлаждение

Водяное охлаждение повышает механическую прочность и продлевает срок службы турбокомпрессора. Шарикоподшипниковые турбины Garrett серий GTX и G предназначены для масляно-водяного охлаждения. Основное преимущество водяного охлаждения на самом деле проявляется после остановки двигателя. Тепло, хранящееся в корпусе турбины и выпускном коллекторе, «впитывается» в центральную часть турбокомпрессора после остановки. Если вода подается неправильно, это сильное тепло потенциально может разрушить систему подшипников и маслоуплотняющие поршневые кольца за турбинным колесом.

ПОДРОБНЕЕ

 

 

О характеристиках автомобиля

Просмотрите данные динамометрического стенда для различных турбонагнетателей, используемых гонщиками и влиятельными лицами, спонсируемыми Garrett.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

 

 

Как выбрать турбину, часть 1

Имея на выбор более 35 турбин Garrett, как выбрать правильную? Это дает некоторое представление о сложном процессе.

Турбонаддув на высоте

Двигатель внутреннего сгорания без наддува теряет 3% своей мощности на каждые 1000 футов подъема. Добавьте турбокомпрессор Garrett, чтобы минимизировать потери

Что мне нужно знать, чтобы правильно выбрать турбокомпрессор для модернизации дизельного двигателя?

Мощность, которую производит дизельный двигатель, прямо пропорциональна количеству топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и этому топливу требуется достаточное количество воздуха для полного сгорания. Для бездымной работы двигателю требуется примерно в 18 раз больше воздуха (по массе), чем топлива. Так что ясно, что чем больше топлива добавляется, тем больше необходимо добавлять воздуха. В большинстве случаев стандартный турбонаддув имеет некоторую дополнительную мощность для увеличения мощности, но когда компрессор достигает предела дросселирования (максимального расхода), скорость турбонаддува быстро увеличивается, эффективность резко падает, а температура нагнетания компрессора очень быстро возрастает. Это создает эффект «снежного кома», поскольку более высокие температуры нагнетания означают более высокие температуры во впускном коллекторе и более высокие температуры выхлопных газов.

Подробнее

Более низкий КПД означает, что для достижения того же наддува требуется большая мощность турбины, что приводит к более высокому противодавлению в выпускном коллекторе. Обычно это можно увидеть на двигателе с чипом производительности (при максимальной мощности) и, возможно, с модернизацией впуска или выпуска. При резком ускорении из выхлопной трубы идет дым, поскольку обороты выхлопных газов и турбонаддува достигают опасной зоны, требуя от осторожного водителя заранее отпустить педаль акселератора, чтобы не повредить двигатель. В этих условиях штатная турбина работает в отведенное время.

С модернизированным турбонагнетателем, выбранным в дополнение к дополнительному топливу, дым значительно снижается, выхлопные газы находятся под контролем, а поскольку турбонаддув работает в более эффективном диапазоне, мощность и управляемость повышаются. Когда модификации становятся более серьезными, турбонаддув большего размера просто необходим, чтобы дополнить еще больше топлива.

Чтобы выбрать подходящий турбокомпрессор для вашего дизельного двигателя, самое первое, что необходимо установить, — это заданную мощность. Поскольку размеры турбокомпрессоров зависят от того, сколько воздуха они могут подать, а воздушный поток пропорционален мощности двигателя, для правильного выбора крайне важно установить реалистичную цель по мощности.

Реалистичная цель

Предполагаемое использование и важные факторы

Необходимо подчеркнуть концепцию реалистичной цели, чтобы обеспечить максимальную производительность и удовлетворение. Конечно, каждый хотел бы иметь мегамощный автомобиль, но за разумным пределом, когда мощность растет, надежность, управляемость и повседневная полезность уменьшаются. Скорее всего, что-то пойдет не так, изнашивается и ломается по мере роста производительности. Большинство транспортных средств проекта можно отнести к одной из следующих общих категорий:

Использование по назначению	Приблизительное увеличение мощности по сравнению со стандартным	Важные факторы
Ежедневный водитель / рабочий грузовик / тягач	+ 150 лошадиных сил	Надежность, управляемость, производительность, пониженное количество выхлопных газов, низкий уровень дыма
Воин выходного дня	+ 250 лошадиных сил	По-прежнему нужно выполнять обычные обязанности в течение недели и развлекаться по выходным
Экстремальная производительность	+ 350 лошадиных сил	Движение по улицам, но повседневное вождение в ущерб производительности
Конкурс	+ 400 лошадиных сил и выше	100% производительность — без компромиссов

Отлично, так какую турбину выбрать?

Давайте рассмотрим каждый случай и рассчитаем выбор турбонагнетателя на основе предполагаемого увеличения мощности. Первый шаг — прочитать Раздел Turbo Tech Expert . В этой статье объясняется, как читать карту компрессора и уравнения, необходимые для правильного согласования с турбонаддувом. Однако приведенные примеры относятся к бензиновым двигателям, поэтому здесь мы собираемся работать с некоторыми дополнительными примерами, используя те же уравнения, но с дизельным двигателем. Совпадения будут рассчитаны с соотношением воздух-топливо (AFR) 22 к 1 для характеристик с низким или полным отсутствием дыма. Точно так же типичный удельный расход топлива (BSFC) находится в диапазоне 0,38.

Реалистичная цель

См. тег «Пример», чтобы начать!

Этот пример относится к категории Daily Driver/Work Truck/Tow Vehicle. Это включает в себя автомобили мощностью до 150 л.с. по сравнению со стоком. Но подождите, этот уровень мощности может быть достигнут только с помощью чипа или модуля настройки. Так зачем возиться с новым апгрейдом турбо? Турбо-обновление увеличит прибыль, полученную за счет установки чипа и других обновлений. Дополнительный воздух и более низкое противодавление, обеспечиваемые обновленным турбонаддувом, снизят EGT, позволят увеличить мощность при меньшем дыме и решить проблемы с долговечностью стандартного турбонаддува при более высоких давлениях наддува и уровнях мощности. Поскольку это будет умеренное обновление, отклик на ускорение и управляемость будут улучшены по всем направлениям.

Пример

У меня есть 6,6-литровый дизельный двигатель, заявленная мощность которого составляет 325 л.с. на маховике (около 275 л.с. при измерении на динамометрическом стенде). хотелось бы сделать колесные 425 л.с.; увеличение мощности колес на 150 лошадиных сил. Подставив эти числа в формулу и используя приведенные выше данные AFR и BSFC:

Вызов из Turbo Tech 103:

Где,
• Wa = фактический расход воздуха (фунт/мин)
• л.с. = целевая мощность в лошадиных силах (маховик)
• A/F = соотношение воздух/топливо
• BSFC/60 = Удельный расход топлива тормозной системы (фунты/(л. с.*ч))/60 (для преобразования часов в минуты)

Таким образом, нам нужно будет выбрать карту компрессора, которая имеет производительность не менее 59,2 фунтов в минуту. Далее, какое давление наддува потребуется?

Рассчитайте давление в коллекторе, необходимое для достижения заданной мощности.

Где,
• MAPreq = абсолютное давление во впускном коллекторе (фунт/кв. дюйм), необходимое для достижения целевого значения мощности в лошадиных силах
• Wa = фактический расход воздуха (фунт/мин)
• R = газовая постоянная = 639,6
• Tm = температура во впускном коллекторе (градусы по Фаренгейту)
• VE = объемная эффективность
• N = частота вращения двигателя (об/мин)
• Vd = объем двигателя (кубические дюймы, конвертировать из литров в КИ путем умножения на 61, например, 2,0 литра * 61 = 122 КИ)

Для двигателя нашего проекта:
• Wa = 59,2 фунта/мин, как было рассчитано ранее
• Tm = 130 градусов по Фаренгейту
• ВЭ = 98%
• Н = 3300 об/мин
• Vd = 6,6 л * 61 = 400 ДИ

= 34,5 фунтов на квадратный дюйм (помните, что это абсолютное давление; вычтите атмосферное давление, чтобы получить манометрическое давление, 34,5 фунтов на квадратный дюйм – 14,7 фунтов на квадратный дюйм (на уровне моря) = 19,8 фунтов на квадратный дюйм)

Итак, теперь у нас есть Массовый расход и Давление в коллекторе . Мы почти готовы нанести данные на карту компрессора. Следующим шагом является определение потери давления между компрессором и коллектором. Лучший способ сделать это — измерить падение давления с помощью системы сбора данных, но во многих случаях это нецелесообразно. В зависимости от скорости потока и размера охладителя наддувочного воздуха, размера трубопровода и количества/качества изгибов, ограничения корпуса дроссельной заслонки и т. д. вы можете оценить от 1 фунта на кв. дюйм (или меньше) до 4 фунтов на квадратный дюйм (или выше). Для наших примеров мы оценим потери в 2 фунта на квадратный дюйм. Поэтому нам нужно будет добавить 2 фунта на квадратный дюйм к давлению в коллекторе, чтобы определить Давление нагнетания компрессора (P2c).

• Где,
  • P2c = Давление нагнетания компрессора (psi)
  • MAP = абсолютное давление в коллекторе (psi)
  •  = потеря давления между компрессором и коллектором (psi)

= 36,5 фунтов на квадратный дюйм

Чтобы получить правильное состояние впуска, теперь необходимо оценить воздушный фильтр или другие ограничения. Ранее в обсуждении соотношения давлений мы сказали, что типичным значением может быть 1 фунт на квадратный дюйм, поэтому именно это значение будет использоваться в данном расчете. Кроме того, мы предполагаем, что находимся на уровне моря, поэтому будем использовать давление окружающей среды 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Нам нужно будет вычесть потерю давления в 1 psi из давления окружающей среды, чтобы определить Давление на входе компрессора (P1) .

• Где:
  •  = Давление на входе компрессора (psi)
  •  = Давление окружающего воздуха (фунт/кв. дюйм)
  •  = Потеря давления из-за воздушного фильтра/трубопровода (psi)

      = 13,7 фунтов на квадратный дюйм

Таким образом, мы можем рассчитать коэффициент давления ( ), используя уравнение.
Для двигателя 2,0 л:

= 2,7

Теперь у нас достаточно информации, чтобы нанести эти рабочие точки на карту компрессора. Сначала мы попробуем GT3788R. Этот турбокомпрессор имеет колесо компрессора диаметром 88 мм с диаметром наконечника 52 и индуктором 64,45 мм.

Как вы можете видеть, эта точка хорошо ложится на карту с некоторым дополнительным пространством для увеличения наддува и массового расхода, если целевая мощность поднимается. По этой причине семейство турбодвигателей GT37R используется во многих турбокомплектах Garrett Powermax, рассчитанных на этот диапазон мощности.

В качестве следующего примера рассмотрим Weekend Warrior. Эта категория предназначена для ежедневных транспортных средств, которые имеют мощность до 250 л.с. по сравнению со стандартной или 525 л.с.

Включение этого целевого значения мощности в нашу формулу дает потребность в воздушном потоке:

И коэффициент давления:

= 45,5 фунтов на квадратный дюйм

= 3,3

Судя по предыдущей карте, производительность компрессора недостаточна для удовлетворения этого требования, поэтому мы должны рассмотреть следующий компрессор большего размера.

(Технически двигатель, вероятно, мог бы легко развивать такую ​​мощность с предыдущим компрессором, но это было бы сопряжено с риском большего количества дыма, более высокими значениями температуры выхлопных газов и противодавления; это похоже на то, как если бы штатный компрессор работал слишком далеко…)

Следующим большим турбодвигателем является GT4094R, он показан ниже.

Другим вариантом, который также можно было бы рассмотреть, является GT4294R, который имеет несколько более крупный индукторный компрессор и турбинное колесо большего размера.

Большая инерция колеса немного замедлит реакцию, но обеспечит лучшую производительность в верхней части диапазона оборотов.

В качестве следующего примера рассмотрим Экстремальную производительность. Эта категория предназначена для настоящих хот-родов, мощность которых превышает стандартную на 350 лошадиных сил, и владельцев, которые готовы отказаться от части ежедневной полезности, чтобы добиться более высокого прироста мощности.

Включение этого целевого значения мощности в нашу формулу дает требуемый расход воздуха:

И степень сжатия:

= 50,8 фунта на кв. дюйм абс.

= 52,8 p sia

=3,8

Для этого потока и коэффициент давления, GT4202R подходит и показан ниже. Поскольку это приближается к соотношению давлений 4 к 1, мы находимся примерно на пределе одиночного турбонагнетателя для двигателя такого размера.

Последний случай: категория соревнований

Последний кейс — категория «Соревнование». Поскольку это особый случай, и существует так много способов применения дизеля максимальной мощности, в этой статье невозможно адекватно осветить его. Однако есть некоторые общие рекомендации. При таком уровне мощности, как указано выше, рекомендуется рассмотреть применение серийного турбодвигателя. Это ситуация, когда одна турбина питает другую турбину, разделяя работу по сжатию воздуха между обоими компрессорами. Турбина большего размера обозначается как турбина «низкого давления», а меньшая вторичная ступень — как турбина «высокого давления». Компрессор низкого давления питает компрессор высокого давления, который затем питает воздухозаборник. Со стороны турбины выхлоп сначала проходит через турбину высокого давления, а затем в турбину низкого давления, а затем выходит через выхлопную трубу. Мы по-прежнему можем рассчитать требуемый массовый расход, но отношение давлений более важно, и вопросы следует обсуждать с вашим местным дистрибьютором Garrett Powermax. Для расчета требуемого массового расхода воспользуемся нормальным уравнением. На этот раз целевая мощность будет на 500 лошадиных сил больше, чем у стоковой, что в сумме составит 775 лошадиных сил.0007

Этот расход воздуха применим только к компрессору низкого давления, так как компрессор высокого давления будет меньше, поскольку он увеличивает давление уже сжатого воздуха. В большинстве случаев турбонаддув высокого давления имеет тенденцию быть примерно на два размера рамы меньше, чем ступень низкого давления. Таким образом, в этом случае, после выбора подходящей турбины низкого давления (подсказка: посмотрите на карту компрессора GT4718R), вероятными кандидатами будут GT4088R или GT4094R.

Подробнее

Еще один комментарий по выбору подходящего размера корпуса турбины A/R. Меньшее значение A/R поможет турбонагнетателю быстрее включиться в работу и обеспечит лучшую реакцию турбонагнетателя, но за счет более высокого противодавления в зонах с более высокими оборотами и, в некоторых случаях, риска подталкивания компрессора к помпажу, если наддув растет слишком быстро. С другой стороны, больший A/R будет реагировать медленнее, но с лучшими верхними характеристиками и меньшим риском запуска компрессора в помпаж. Вообще говоря, правильный корпус турбины — это самый большой корпус, который дает приемлемую характеристику наддува на низких частотах, обеспечивая при этом более оптимальную производительность на высоких частотах.

Эту информацию следует использовать в качестве отправной точки для принятия решений о правильном выборе размера турбонагнетателя. Конечно, для получения более подробной информации о вашем двигателе обратитесь к дистрибьютору Garrett Powermax.

10 советов по сборке двигателя с турбонаддувом

Видео по теме

Сборка двигателя для работы с турбонаддувом для многих является неизведанной территорией. Наддув — это знакомый рог изобилия наддувных нагнетателей, но идея о том, что его источник подключен к выхлопу, чужда. Хотя конечный результат обоих — положительное давление на впуске и вызывающий улыбку скачок мощности — один и тот же, турбонаддув двигателя имеет некоторые уникальные требования, которые следует учитывать при сборке. Легко думать, что наддув влияет на детали только от поршней и ниже, но это далеко не так. Двигатель — это экосистема, и изменение любой ее части влияет на всю пищевую цепочку сверху донизу. Вот 10 быстрых советов, которые сделают вашу следующую усиленную сборку, будь то малый блок, большой блок, LS или LT, плодотворной.

Литые компоненты продемонстрировали способность к ускорению, особенно в мире LS, но это не означает долговечности. Кованые шатуны и коленчатые валы, такие как эти детали K1, следует считать обязательными для любого применения с форсированным двигателем.

Шатуны и коленчатый вал

Можно сказать, что любое приложение для увеличения мощности может выиграть от усиленного нижнего конца, и это будет правдой. Но, учитывая потенциал мощности даже самых экономичных турбокомпрессоров, модернизация шатуна является мудрым шагом. Когда в уравнение входит наддув, давление в цилиндрах резко возрастает, и большинство стандартных шатунов, особенно с большим пробегом, не справляются с этой задачей. Часто выходит из строя не сам шатун, а крепежные детали, которые никогда не были рассчитаны на давление в цилиндре или обороты, которые может предложить приложение с турбонаддувом.

Для приложений с низким наддувом (6-8 фунтов на квадратный дюйм) стандартные коленчатые валы, особенно в семействе LS, оказались более чем подходящими. Турбокомпрессоры по своей природе прогрессивны и обычно не имеют скачков мощности и крутящего момента, характерных для закиси азота и нагнетателей. Эта особенность избавляет коленчатый вал от ударной нагрузки, которая может быть потенциально катастрофической. Тем не менее, если ваши цели по мощности превышают 500 лошадиных сил или планируется использование в соревнованиях, инвестиции в кованый коленчатый вал для вашего приложения должны считаться обязательными.

Boost меняет правила игры, когда речь идет о потоке напора. Для большинства применений бюджетная головка блока цилиндров, такая как Edelbrock Performer RPM, является отличным выбором. Толстые деки для прочности и лучшего охлаждения, а также легкий алюминий делают их большим обновлением по сравнению со штатным железом, и они не будут обходиться в кругленькую сумму.

Головки цилиндров

Boost — отличный выравниватель. Он может иметь маленький порт, паршивый угол клапана и низкий подъем кулачка и дуть в цилиндр ураганным ветром. В то время как головка блока цилиндров с лучшим потоком всегда будет перемещать больше воздуха — с наддувом или без наддува — важно учитывать ваши цели по мощности и бюджет. Например, головка Edelbrock Performer RPM выдает солидные 253 кубических фута в минуту при подъеме на 0,500 дюйма и стоит около 730 долларов за штуку (собрана на Summit Racing). На рынке есть более дорогие головки с лучшим потоком, но с несколькими фунтами на квадратный дюйм наддува, принудительно питающими бегунов, бюджетные головки могут генерировать серьезную мощность. Вместо конечного потенциала воздушного потока, который гораздо более важен в безнаддувном применении, учитывайте цену, материал и толщину деки, что имеет решающее значение для герметизации высокого давления в цилиндре.

Шпильки головки блока цилиндров и прокладки MLS на вторичном рынке играют ключевую роль в усилении герметизации цилиндра. Дополнительная зажимная нагрузка шпилек и сопротивление подъему головки прокладок MLS — верный способ предотвратить неприятный выход из строя прокладки головки.

Болты, шпильки и прокладки головки MLS

Наддув бесполезен, если вы не можете удержать его в цилиндре, где он должен находиться. Высококачественные болты с головкой, например, от ARP, являются хорошим началом; шпильки лучше. Шпильки не подвергаются такому сильному скручивающему усилию, как болты с головкой. Металл чрезвычайно прочен при растяжении, что позволяет головным шпилькам создавать повышенное усилие зажима по сравнению с болтами. По мере увеличения наддува шипы становятся предпочтительным вариантом.

Современные прокладки ГБЦ на много световых лет опережают прокладки эпохи маслкаров. Но когда дело доходит до форсированных применений, нет никакой замены хорошей детали MLS (многослойная сталь). В прокладках MLS используется несколько слоев рельефной стали для герметизации сгорания в цилиндре. Их конструкция, благодаря жесткости сжатых слоев, может фактически компенсировать небольшой подъем головки блока цилиндров, поскольку попытка выхода из сгорания отталкивает головку от поверхности деки. Одним из соображений, касающихся прокладок MLS, является качество поверхности. Для надлежащей герметизации поверхности блока и крышки головки цилиндров должны быть очень гладкими. Большинство механических мастерских способны на это, но абсолютно необходимо поговорить с машинистом, чтобы убедиться в этом.

Заводские толкатели из двух частей оставляют желать лучшего с точки зрения прочности. Цельный толкатель с формованным концом значительно прочнее. Слева находится OEM 5/16-дюймовый толкатель, а справа — 3/8-дюймовый блок от Trend Performance. Толщина стенок и общий диаметр делают его большим обновлением по сравнению со стандартным. Для двигателей с наддувом потребуются модернизированные клапанные пружины. Обратите внимание, что пружина слева выше и при установке оказывает большее давление на седло клапана. Этот коромысло Comp Cams изготовлено из хромомолибденовой стали. Несмотря на то, что он тяжелее алюминиевого коромысла, он намного прочнее и имеет более длительный усталостный срок службы, что выгодно для двигателя, который проедет много миль по улицам.

Рокеры, толкатели и пружины клапанов

Легко думать, что наддув влияет только на опускание поршней. На самом деле, клапанный механизм в равной степени затронут. Когда впускной клапан открывается и сжатый воздух устремляется в цилиндр, задняя часть клапана также находится под давлением. Когда клапан начинает закрываться, наддув давит на него, затрудняя работу клапанной пружины. По этой причине часто необходимо установить более жесткую пружину клапана, способную эффективно закрыть клапан по графику.

Выпускной клапан также подвергается дополнительной нагрузке. При воспламенении свечи зажигания в цилиндре создается давление, которое толкает поршень вниз. Но прежде чем поршень достигнет нижней мертвой точки, открывается выпускной клапан. Например, у популярного кулачкового шлифовального станка LS точка открытия выхлопа составляет 83 градуса до нижней мертвой точки (BBDC). Это означает, что выпускной клапан фактически открывается против давления сгорания, которое действует на его поверхность, пытаясь удерживать его закрытым.

Эта сила передается вверх по штоку клапана, через коромысло и на толкатель. Хотя это происходит во всех двигателях, более высокое давление в цилиндре, связанное с двигателями с турбонаддувом, оказывает дополнительное давление на клапанный механизм, что необходимо учитывать. Более толстый толкатель — хорошее начало, и Билли Годболд из Comp Cams предпочитает стальные коромысла для этих целей. Стальные коромысла более устойчивы к усталости, чем алюминиевые, и по цене обычно прочнее.

Прочный поршень и шток являются ключом к долговечной конструкции турбокомпрессора. Поршень, предназначенный для наддува, в целом будет толще. Обратите внимание, как кольцевая кромка правого поршня JE значительно сместилась вниз. Это сделано для того, чтобы изолировать кольцо от разрушительного тепла сгорания. В безнаддувном варианте (слева) верхний край кольца расположен намного выше.

Поршни и кольца

Литые поршни — это бомбы замедленного действия, когда речь идет о наддуве. Дело не в том, что они не обладают прочностью, поскольку многие заводские поршни удивительно прочны, а в их неспособности выдерживать детонацию, что неизбежно произойдет в двигателе с турбонаддувом на вторичном рынке. Двигатели последних моделей имеют датчики детонации, точно настроенные на заводе. При обнаружении детонации/детонации ЭБУ может замедлить синхронизацию, чтобы снизить давление в цилиндре, устранить детонацию и защитить вращающийся узел. Немногие двигатели вторичного рынка имеют такую ​​роскошь. Вместо этого переход на кованый поршень, который значительно прочнее и устойчивее к детонации, следует считать обязательным.

Правильный выбор поршня требует большего внимания, чем простое снижение степени сжатия. Поршень, предназначенный для наддува, будет иметь больше материала в ключевых областях. В поршнях с наддувом верхняя кромка кольца перемещается вниз по днищу поршня, что помогает защитить его от тепла сгорания, а также создает большую жесткость самой кромки. Также играет роль материал поршня. Кованые поршни обычно изготавливаются из двух сплавов: 4032 и 2618. Кованые поршни 4032 содержат больше кремния в своем составе и не расширяются так сильно, как поршни 2618, что делает их идеальными для уличных двигателей, которые испытывают более широкий температурный перепад и нуждаются в холодном запуске. . Кованые поршни 4032 идеально подходят для сборок среднего уровня, но им не хватает предельной прочности, обеспечиваемой поршнями 2618. Кованые поршни из сплава 2618 пластичны и терпимы к суровым условиям эксплуатации при высоких мощностях, но они мягче и изнашиваются быстрее, чем поршни из поршня 4032.

Поршневые кольца в двигателях с турбонаддувом требуют большего торцевого зазора, чем в сопоставимом безнаддувном двигателе. Поскольку принудительная индукция подает в двигатель больше воздуха и, следовательно, больше топлива, он также будет выделять больше тепла, что приводит к большему расширению колец. При выборе материала колец кольца из углеродистой стали, в отличие от серого чугуна, часто встречающегося в более дешевых и старых стандартных комплектах колец, являются предпочтительным вариантом. Углеродистая сталь намного прочнее, лучше противостоит детонации, и ее не нужно делать такой толстой, что снижает трение о стенку цилиндра.

Двигатели с турбонаддувом предъявляют особые требования к кулачкам, которые сильно зависят от противодавления выхлопных газов. Превышение кулачка двигателя и добавление слишком большого перекрытия в приложениях с высоким противодавлением может вызвать серьезные проблемы с разбавлением выхлопных газов.

Притирка распределительного вала

В двигателе с турбонаддувом тщательное внимание к выбору распределительного вала может принести огромные дивиденды в плане мощности, крутящего момента и управляемости. Поскольку положительное давление во впускном коллекторе (наддув) принудительно подает воздух в цилиндры, турбо-кулачок часто может быть очень мягким по сравнению с безнаддувным двигателем, требуя меньшего подъема и продолжительности для достижения аналогичной цели в лошадиных силах. Кроме того, поскольку между выпускным отверстием и турбинным колесом неизбежно возникает противодавление, особое внимание необходимо уделить перекрытию клапанов. Слишком большое перекрытие для применения может привести к обратному затеканию выхлопных газов в цилиндр и сильному разбавлению воздушного заряда.

«Честно говоря, повышение противодавления — это то, что нам действительно нужно знать, чтобы выбрать распределительный вал», — сказал Билли Годболд из Comp Cam. «Кулачок в 270 (продолжительность градусов) при 0,050 с 110 LSA может быть правильным для системы с очень небольшим ограничением и очень небольшим противодавлением».

Большие турбосистемы с низким противодавлением, установленные, скажем, на мощных гоночных автомобилях, гораздо более терпимы к распределительным валам с большим перекрытием. Вот почему многие тюнеры добились успеха с почти стандартными кулачками в уличных турбо-приложениях с высоким противодавлением, поскольку они предлагают очень широкие углы разделения лепестков и очень минимальное перекрытие. Высокое противодавление может показаться непривлекательным, но такое соотношение давлений может быть полезно для создания турбоустановки с превосходной приемистостью и минимальной турбо-задержкой, что идеально подходит для уличного автомобиля.

Сегодняшним водителям предоставляется больше вариантов топлива, чем предыдущим поколениям. E85 — это фантастическое топливо на основе этанола с октановым числом 100+ (в зависимости от смеси) и превосходным охлаждающим эффектом. Однако для этого требуется увеличенная топливная система из-за требуемого объема по сравнению с бензином.

Топливо

Для заправки двигателя с турбонаддувом всегда требуется более высокое октановое число, чем для сопоставимого безнаддувного двигателя. Существует множество способов добиться этого. Насосное топливо премиум-класса, когда наддув, момент зажигания и температура всасываемого воздуха поддерживаются в безопасных диапазонах, является наиболее удобным, но, вероятно, наиболее ограниченным по мощности. Топливо E85 (на основе этанола), которое часто дешевле бензина, хотя и менее доступно, является еще одной отличной альтернативой.

E85 имеет более высокую скрытую теплоту парообразования, чем бензин, что означает, что он может помочь отводить тепло от воздушного заряда, и имеет октановое число более 100, хотя оно может незначительно колебаться в зависимости от смеси, которая редко содержит 85 процентов этанола. 15-процентный бензин, как заявлено. E85 имеет стехиометрическое соотношение 9,75: 1, что ниже, чем у бензина (14,7: 1), и означает, что для достижения того же уровня мощности, что и у бензина, потребуется больший объем. У E85 есть некоторые преимущества охлаждения, которых нет у бензина. Кроме того, всякий раз, когда используется наддув, потребуется регулятор давления топлива с переменной скоростью, чтобы поддерживать давление топлива равным давлению наддува и избегать обеднения мелодии при увеличении наддува.

Промежуточное охлаждение

Наддув, создаваемый вентилятором или турбокомпрессором, неизбежно нагревает всасываемый воздух как побочный продукт сжатия. Горячий воздух менее плотный, что означает меньшую мощность, и более склонен к детонации. Чтобы подавить риск детонации и повысить мощность, идеально отводить тепло. Это может быть достигнуто несколькими способами. Впрыск воды/мета, такие как комплекты, поставляемые Snow Performance, распыляют тонкий туман смеси воды и метанола в поток всасываемого воздуха. Когда частицы воды и метанола переходят из жидкости в газ (известный в физике как фазовый переход), они поглощают энергию. Это высасывает тепло из окружающих частиц воздуха и может радикально охладить всасываемый заряд. Более традиционные формы промежуточного охлаждения, такие как промежуточные охладители типа «воздух-воздух», основаны на потоке воздуха через пластинчато-стержневой теплообменник для отвода тепла от воздушного заряда.

Промежуточные охладители типа «воздух-вода» аналогичны промежуточным охладителям типа «воздух-воздух», за исключением того, что в них используется жидкая среда. В некоторых случаях это ледяная баня, которая невероятно эффективно отводит тепло, но непрактична для трамвая из-за нехватки места и постоянной потребности пополнять быстро тающий лед.

Вопросы синхронизации

Особенно в карбюраторных и послепродажных двигателях с впрыском топлива момент зажигания является важным фактором. Распределители — отличное средство передачи энергии искры в цилиндр, но они довольно тупые. Без обид, но дистрибьюторы не получают никакой обратной связи от двигателя — и они не были бы оснащены, чтобы справиться с этим, если бы он это сделал — и не знают о любом стуке. По этой причине крайне важно иметь интеллектуальное устройство зажигания, подающее сигнал на распределитель, который может обнаруживать ускорение и замедлять опережение зажигания соответственно. Программируемый 6AL MSD в сочетании с датчиком MAP отлично справляется с этой задачей. Большинство ЭБУ вторичного рынка могут выполнять те же функции, а заводские ЭБУ в сочетании с датчиком MAP, способным считывать показания повышения (2 бара и выше), также могут контролировать синхронизацию.

Не утихают споры между простотой карбюратора и полным контролем над впрыском топлива. Наука и опыт позволяют обеим сторонам работать, и в то время как система впрыска топлива предлагает огромные преимущества в управляемости, система Вентури карбюратора обладает охлаждающим эффектом, который инжекция топлива не может имитировать.

Топливный впрыск по сравнению с продувочным карбюратором

Это дорогостоящий пункт, который пугает многих поклонников карбюраторов старой школы: впрыскивать или не впрыскивать. Все сводится к контролю. Продувочные углеводы — это не черная магия, которой они когда-то были. Они хорошо работают и имеют дополнительное преимущество в виде химического промежуточного охлаждения заряда воздуха. Зона низкого давления, создаваемая трубкой Вентури, наряду со скрытой теплотой парообразования, возникающей при распылении бензина в верхней части впускной камеры, отводит значительное количество тепла от заряда всасываемого воздуха. Недостатком является то, что углеводы глупы. Они часто плохо запускаются, когда двигатель холодный, и они не особенно прощают перепады высоты и температуры окружающей среды. Для сравнения, впрыск топлива умный, он может адаптироваться к изменяющимся условиям и соответствующим образом изменять подачу топлива. В целом, особенно когда в смеси есть наддув, это лучший вариант, который обеспечивает превосходную управляемость по сравнению даже с лучшими карбюраторами с продувкой, хотя он часто имеет небольшую надбавку к цене. ТЭЦ

Источники

ARP

800.826.3045

arp-bolts.com

Компрессоры

800.999.085 3

compcams.com

Holley Performance

866.464.6553

holley.com

JE Pistons

714.898.9763

jepistons.com

Snow Performance

719.633.3811

snowperformance.net

Summit Racing Equipment 900 07

800.230.3030

Summitracing. com

Trend Performance

586.447.0400

trendperform.com

Trending Pages

• Honda Pilot 2023 года и Mazda CX-90 2024 года: голова против сердца This 3-Row Battle

• Polestar 2024 года 2 получает новое лицо, модернизированные двигатели и задний привод0173

  Остерегайтесь покупателей автомобилей: почему процентные ставки имеют значение

Рекомендованные истории MotorTrend

Тысячи автомобилей заполняют гоночную трассу Atlanta Motor Speedway в первый день HOT ROD Power Tour!

Джон МакГанн| 12 июня 2023 г.

Что такое Rat Rod Truck? 12 примеров, которые помогут разобраться во всем

Джонни Ханкинс | 13 июня 2023 г.

Как создать индивидуальную приборную панель на основе двигателя

Тони Такер |