Сегодня мы предлагаем обсудить, пожалуй, наиболее сложный и интересный этап модернизации автомобиля - доработку двигателя.

Автомобильный поршневой двигатель - изобретение по современным меркам очень древнее. И если значительных успехов в доводке, скажем, адаптивной электроники автоматических трансмиссий автомобильные инженеры добились лишь в самое последнее время, то методы форсирования двигателей стары, как мир. Сто лет назад, сразу после появления первых поршневых моторов, на повестке дня уже стоял вопрос о повышении их мощности: создатели первых самобеглых колясок стремились заставить их двигаться быстрее лошади.

А в середине прошлого века мерседесовские Серебряные стрелы удивляли мир своей быстроходностью. Даже по нынешним представлениям они имели совершенные, высокофорсированные двигатели с непосредственным впрыском бензина в цилиндры. Существенную роль в развитии "науки о мощности" сыграла и авиация: ведь на самолете мощный и легкий (то есть форсированный) двигатель - жизненная необходимость. Кстати, тот же непосредственный впрыск топлива Серебряные стрелы получили в наследство от мерседесовского же 12-цилиндрового мотора, стоявшего на знаменитых истребителях Мессершмит 109 времен Второй мировой войны.

Другими словами, теория вопроса разработана давно. Почему же тогда мощностные характеристики многих современных двигателей, что называется, оставляют желать лучшего? Позволю себе высказать крамольную мысль. Двигатель, как никакой другой узел в автомобиле, является результатом очень сложного компромисса (да простят меня инженеры-подвесочники). Я уже упоминал, что в силу ряда факторов мотор не может иметь одинаково высокую отдачу во всем диапазоне оборотов: выигрываем в максимальной мощности - неизбежно проигрываем в моменте "на низах". Найти оптимальную для ходовых качеств "золотую середину" непросто - "макушкой" мощностной характеристики часто приходится жертвовать ради тяговитости, приличного крутящего момента на умеренных оборотах.

Есть, конечно, довольно сложные технические средства, которые позволяют чуть раздвинуть границы высокой отдачи по оборотам. Но ведь двигатель должен быть технологичным, надежным и недорогим... Кстати, достижение всех этих качеств так же не очень хорошо согласуется и с форсировкой. Добавьте сюда все возрастающие экологические требования - и станет понятно, почему более новые моторы нередко получаются слабее своих прародителей. И все-таки максимальную мощность недаром называют в числе первых характеристик двигателя. Во-первых, именно она определяет наибольшую скорость, которую способен развить автомобиль. Во-вторых, от нее в немалой степени зависят и разгонные характеристики. Ведь на небольших скоростях неплохо ускоряется и трактор - мало-мощный, но с большим количеством "коротких" передач в трансмиссии.

Однако если речь идет об ускорении, к примеру, от ста километров в час, то мотор должен развивать не только большой крутящий момент, но и высокую мощность - на таких скоростях немалая ее часть уйдет на преодоление аэродинамического сопротивления. Так что в качестве гимнастики для ума мы разберемся, что такое мощность и откуда она берется (в будущем эти знания пригодятся). Тем более что факторов, от которых она зависит, совсем немного.

Три кита

Если быть точным, то формула мощности содержит не три, а четыре "неизвестные", которые могут изменяться в процессе тюнинга двигателя. Но лишь одну из них при доработке стараются оставить неизменной, такой же, как у серийного мотора-прототипа. Речь идет о механическом КПД, который учитывает трение в механизмах, затраты энергии на прокачивание масла по магистралям и другие непроизводительные потери. Серьезно (хотя бы на десяток процентов) улучшить серийный двигатель по этой части вряд ли получится, особенно если учесть, что при форсировке почти всегда увеличивают частоту вращения коленвала. В лучшем случае, двигатель как механизм остается столь же эффективным, что и прежде.

Впрочем, при сборке не очень "заряженных" моторов это обычно удается без труда: достаточно тщательно выдерживать необходимые зазоры и применять нормальные, небракованные комплектующие. Совсем другое дело, если вам нужен кольцевой мотор-монстр, который с легкостью "винтится" под 10000 об/мин. Тут могут сыграть свою роль даже такие "мелочи", как трение о воздух вращающихся в картере шатунов и коленвала. Чтобы его избежать, этим деталям иногда придают аэродинамически выгодную форму и полируют поверхность. Но создание таких чудо-двигателей на базе стандартных вазовских - это отдельная и очень дорогая "песня" (подготовка 200-сильного агрегата может стоить больше 5000$).

Поэтому пока мы лучше вернемся к остальным трем "китам", на которых зиждется искомая мощность. Все они примерно равноценны, как сомножители в уравнении. То есть увеличение одного из параметров (при одновременном сохранении двух других), к примеру, в два раза придведет к удвоению мощности. Итак, первый "кит" - это рабочий объем. Здесь все ясно без дополнительных пояснений. Второй- это частота вращения. Связанный с ней нюанс мы уже обсуждали в прошлый раз. Напомню, если речь идет именно о максимальной мощности мотора, то нас интересует одно-единственное, строго определенное значение частоты, при котором она достигается (во всех других случаях мощность будет ниже).

Наконец, третий "кит" - среднее давление в цилиндре. Это самый сложный параметр, который зависит от наполнения цилиндров со всеми влияющими на него факторами. Начнем с рабочего объема двигателя.Строго говоря, его увеличение - это не есть форсировка. В самом деле, мотор "Волги" гораздо больше любого мотоциклетного, но по мощности с ним могут поспорить многие "шестисотки", не говоря уже о "литрах". И все же этот путь "накачивания мускулов" - один из самых простых, надежных, а потому -популярных, причем не только у тюнингеров, но и у производителей автомобилей. Ведь, как шутят мотористы, недостаток рабочего объема можно исправить только одним способом - его увеличением. Это и вправду так: все остальные методы наращивания мощности далеко не универсальны и зачастую ухудшают другие характеристики мотора.

Будь пухленьким

Итак, рабочий объем. Как же его можно увеличить? Есть лишь два пути:можно изменить диаметр цилиндров, а можно -ход поршня. Первый путь выглядит как бы более эффективным, ведь диаметр входит в формулу объема в квадрате. А значит, если бы удалось увеличить диаметр цилиндров в два раза (хотя на практике это, конечно, невозможно), то их объем вырос бы вчетверо. С ходом поршня проще: если он станет длиннее, к примеру, на десять процентов, то настолько же увеличится и рабочий объем.

Но это в теории. А на практике процедура его увеличения имеет множество нюансов. Возьмем расточку цилиндров. Она хороша тем, что помимо рабочего объема иногда позволяет увеличить и сечение клапанов, что улучшает наполнение цилиндров. Но и недостатков много. Во-первых, вместе с размером поршней быстро растет их масса, а значит, и нагрузки от инерционных сил на весь кривошипно-шатунный механизм. Во-вторых, резко усложняются условия работы прокладки между головкой и блоком - не исключено ее прогорание. А в-третьих (и это самое главное), возможности этого способа сильно ограничены толщиной стенки цилиндров -средний мотор позволяет растачивать их максимум на 1,5-2 мм. Но и за эту работу возьмется не всякий мастер: случайная раковина под зеркалом цилиндра после расточки сделает блок негодным. В общем, дело непростое: скажем, чтобы увеличить диаметр цилиндров обычного вазовского мотора с 82 до 84 мм, для них изготавливают специальные толстостенные блоки!

А еще камеры сгорания в больших цилиндрах получаются менее стойкими к детонации - это вынуждает уменьшать степень сжатия или использовать бензин с большим октановым числом. Да и поршни большего диаметра тоже придется поискать - хорошо, если вы затеяли доработку по какому-либо известному варианту, и нужный вам размер кто-нибудь выпускает. В противном случае их придется специально заказывать, а это удовольствие не из дешевых. Изменить ход поршня на первый взгляд проще: новый коленвал все-таки дешевле блока. Но и здесь нас поджидает немало трудностей.

Сначала разберемся с теорией вопроса.Первый недостаток: у длинноходных моторов при той же частоте вращения коленвала средняя скорость поршня выше, чем у короткоходных. Это приводит к увеличению потерь на трение, страдает экономичность, а главное - выигрыш в мощности оказывается меньше расчетного. По этой же причине мотор может просто разрушиться от "перекрута": на высоких оборотах инерционные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм становятся выше всяких допустимых пределов. На этом фоне возможное улучшение формы камеры сгорания с точки зрения ее детонационной стойкости и повышение мощности от большей степени сжатия выглядит несущественным.

Другие проблемы имеют технологический характер. Установка "колена" с большим радиусом кривошипа опять-таки потребует других, более низких поршней - их придется покупать или делать заново. Можно обойтись более короткими шатунами. Но сделать новые шатуны еще сложнее, чем поршни, поэтому обычно осаживают старые. Это вполне работоспособный на "гражданских" моторах, но все-таки не лучший вариант: масса таких деталей не уменьшается, а прочность - точно не увеличивается. Помимо этого, короткие шатуны сами по себе увеличивают боковую силу на поршне, а это опять рост механических потерь и нагрузок. Из описанного выше может возникнуть впечатление, что увеличить объем серийного мотора - чрезвычайно сложная задача. И это действительно так. Но сложная - не значит невыполнимая! Например, объем двигателей вазовских переднеприводных машин (как 8-, так и 16-клапанных) запросто можно довести до 1,6 литра увеличением хода поршня до 74,8 мм. Есть на рынке коленвалы, обеспечивающие ход в 78 и 80 мм.

С ними объем достигнет и превысит 1700 "кубиков". А применением оригинального толстостенного блока и увеличением диаметра цилиндров до 84 мм получают 1800-"кубовые" моторы, дорогие, но очень мощные. Есть неплохие варианты и для "классических" двигателей. Так, к объему популярного мотора "Нивы" можно легко добавить 100 кубиков -уникальный случай, когда получается использовать стандартные шатуны и одновременно "родные", пусть и доработанные, поршни. Двигатель получается отменный - мощный,тяговитый и надежный. Вот только поставить его можно лишь на "Жигули", да на почивший в бозе "Москвич". Впрочем, есть надежда увидеть такие агрегаты на "Шеви Ниве" - там и мотор схож с "классическим", и недостаток мощности ощущается очень остро.

Кстати, а насколько все описанные переделки эту самую мощность увеличивают? Вот этого я вам сейчас не скажу. И не только из вредности, а потому, что в каждом конкретном случае возможны варианты.

Ведь рабочий объем -это лишь первый и далеко не самый главный "кит", рождающий мощность.А о двух других мы поговорим чуть позже.


Резьба по алюминию

Расточка цилиндров у двигателей с безгильзовым алюминиевым блоком (таких, как изображенный на фото BMW N62) отличается особой сложностью. При этом неизбежно удаляется тонкое износостойкое покрытие зеркала и в цилиндры приходится вставлять "сухие" стальные гильзы. Да и стенки алюминиевых блоков, конечно, не столь прочны, как у чугунных

Шатуны

Шатуны для кольцевых моторов разительно отличаются от обыкновенных. Они должны иметь небольшое аэродинамическое сопротивление и минимальную массу при высочайшей прочности