КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ
/ПЕРСПЕКТИВА
УЗАМ: С НОВЫМИ СИЛАМИ
«ОДА» ПОЛУЧИТ СВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
ТЕКСТ, ФОТО / НИКОЛАЙ МОРДОВЦЕВ
Финансовые вливания в «Иж-Авто» от управляющей компании СОК дали результат: рост производства ижевской «шестерки» и стабильный выпуск «Оды». К 2005 году планируется делать 160 тыс. автомобилей. Объем нешуточный, а вот ВАЗ сможет дать для них не более 30–40 тыс. силовых агрегатов в год. Дефицит двигателей должен восполнить Уфимский завод автомобильных моторов.
РАЗ МОДЕРНИЗАЦИЯ, ДВА...
Завод, в лучшие времена выпускавший по 42 тыс. двигателей в месяц, в 2000-м едва дышал. Объемы упали прежде всего из-за остановки АЗЛК. Конвейер замер, квалифицированные рабочие и специалисты уходили с завода. Упало и качество.
Добрую репутацию мотора 412, заработанную в 70-80-х годах не только в повседневной эксплуатации у сотен тысяч водителей, но и победами в автоспорте, подорвали смутные времена перестройки, а еще модернизированный двигатель УЗАМ-331 для модели АЗЛК-21412. В погоне за экономичностью «Москвича» уфимцев вынудили поднять степень сжатия до 9,5. Низкое качество тогдашнего бензина и другие особенности машины провоцировали детонацию — она резко сокращала срок службы мотора. Лопались поршневые кольца, прогорала прокладка головки, выгрызался металл камеры сгорания.
А ИЖи со старым добрым «412-м» благополучно дожили до серийной «Орбиты-Оды». В середине 90-х по заказу АЗЛК двигатель вновь начали модернизировать: на этот раз уменьшили степень сжатия до «правильных» 8,5, увеличили объем до 1,7–1,8–2,0 л. Специалисты говорят, что можно сделать даже 2,2–2,3 л и вступить в конкуренцию с мотором ЗМЗ.
УФИМЕЦ — В ЕВРО II
Ныне готов к производству двигатель УЗАМ-248 с распределенным впрыском топлива. Одна из его особенностей — короткая передняя крышка с масляным насосом, схожим по конструкции с «восьмерочным». Корпус подшипников помпы тоже укоротили на 45 мм. Двигатель стал компактнее и без особых переделок встанет на «Жигули». Привод генератора и водяного насоса — поликлиновым ремнем: он более гибкий и надежнее работает на шкивах малых диаметров, тем более, что производительность помпы выросла на 30%. Форсунки, микропроцессор и другие элементы впрыска унифицированы с вазовскими.
Глубокие изменения претерпела головка блока: камеры сгорания полисферические, образованы тремя сферами — две под клапанами и одна под свечой. Моторы с камерами такой формы менее склонны к детонации, а в сочетании с распределенным впрыском — меньше расход топлива, больше мощность и крутящий момент. Это первый мотор УЗАМа, уложившийся в нормы токсичности Евро II. Выпуск его должен начаться уже в III квартале 2002 года.
«Ижмаш-Авто» готов закупать эти двигатели объемом 1,8 л, мощностью 74 кВт/ 100 л.с. и моментом 140 Н.м. Двухлитровый же, 82 кВт/ 112 л.с., 161,7 Н.м с насосом гидроусилителя руля и компрессором кондиционера, разработанный в свое время для московских «князей-святогоров», видимо, найдет иное применение. Его намерены покупать китайцы для своих микроавтобусов — переговоры уже идут. По планам выпуск в Уфе карбюраторных моторов к 2005 году сойдет на нет, а впрысковых достигнет 120 тыс. в год.
Другие новости. На должность заместителя генерального директора по производству приглашен Петр Бывшев, ранее работавший на ВАЗе начальником отдела доводки двигателей. Именно он, опытный конструктор, опираясь на традиции УЗАМа, должен возглавить разработку совершенно нового мотора. Пока рано говорить о деталях конструкции, но, видимо, основу составят алюминиевый блок с залитыми гильзами, 16-клапанная головка и привод ГРМ цепью. Несколько позже наступит черед дизеля.
Пока же на «Оду» ставят карбюраторные двигатели 1,7–1,8 л. Чтобы увидеть сегодняшние УЗАМы в деле, отправимся в Ижевск, где с недавних пор их ставят на серийные «оды».
ПОТЯНЕТ ЛИ УЗАМ ИЖа?
Начнем с того, чем, пожалуй, стоило бы закончить — с наших выводов. Мотор 1,7 разгоняет «Оду» заметно лучше «шестерочного». В диапазоне 2700–3200 об/мин чувствуются хороший подхват и уверенный выход на 5000–5500. Характеристика такова, что позволяет уверенно двигаться на 80 км/ч уже на пятой передаче.
На «Оде» с уфимским мотором 1,8 л (бензин А-92) динамика разгона существенно выше, чем с VAZ 2106 или УЗАМ-1,7. На первых двух «коротких» передачах даже с полной нагрузкой двигатель легко «перекручивается», вдавливая в спинки сидений водителя и пассажиров. Третья передача получилась «длинная» и весьма тяговитая, а на четвертой и пятой мотор хорошо тянет уже со скорости 50 и 80 км/ч соответственно.
Однако бесплатной динамики не бывает. Несколько возрос расход топлива в сравнении с «шестым» вазовским и 1,7-литровым уфимским. Правда, аппетит в городе увеличился на 0,3 л, а на шоссе — лишь на 0,1 л/100 км. Не такая уж
www.zr.ru
1,7-литровый уфимский мотор раньше ставили на «Святогор», а теперь — на «Оду». Любят УЗАМ за большой ресурс, простоту и ремонтопригодность. Одна беда — тяги на низких оборотах ему явно не хватает, до 3000 об/мин двигатель везет вяло, машина дергается при трогании.
Причин тому две. Во-первых, на малых оборотах «плавает» контактное зажигание. Во-вторых, из-за широких, растянутых фаз газораспределения на низких частотах топливовоздушная смесь выталкивается обратно во впускную трубу. И только с ростом оборотов, когда инерционность потока увеличивается, наполнение нормализуется. Между тем проблему можно решить быстро и относительно недорого. Приступим?
На кулачках
Итак, смесь в цилиндр надо подать быстро. Каким образом? Сузить фазу открытия впускного клапана. Для этого достаточно изменить профиль кулачков распредвала*. Вооружаться напильником и доводить вал, конечно же, не стоит — его можно просто купить. Выпускает уфимская фирма «МастерМотор»**, цена комплекта — около 3000 руб. Выбирать стоит по характеристикам: разные валы поднимают момент на низких, средних или высоких оборотах (рис. 1). Кулачки всех валов с исключительно плавным профилем, и потому ГРМ работает ровно и надежно при суженных фазах.
Мы выберем самый «низовой» вал по трем причинам. Во-первых, уфимский мотор не слишком любит раскручиваться, хотя бы потому, что у него недостаточно уравновешенный коленвал. Во-вторых, рачительный водитель не станет использовать предельные режимы двигателя. В-третьих, изначальная наша задача была поднять момент в диапазоне 1000-3500 об/мин. Максимальная мощность мотора останется прежней — те же самые 85 л.с. Для обычного водителя она представляет лишь теоретический интерес — кто же ездит, постоянно держа 5000 оборотов? Впрочем, спортсмены могут подобрать валы, прибавляющие именно мощность.
Установить распредвал сможет каждый, кому по силам снять головку цилиндров. Дело в том, что распредвалы поставляются в комплекте с коромыслами измененной геометрии***, а их без снятия ГБЦ не поменять. Не беретесь сделать сами — с задачей справится любой автосервис. А решите покопаться в моторе — не забудьте, что в уфимском моторе оси коромысел нельзя путать ни местом, ни направлением! Зазоры клапанов остаются прежними — 0,15 мм.
После сборки можно сдвинуть зажигание «раньше» на целых пять градусов — мотор не будет детонировать! Карбюратор, как правило, регулировать не приходится, разве что холостой ход.
Эффект Холла
Хорошая электронная система снижает расход топлива, менее чувствительна к нагарообразованию и облегчает зимний пуск. Отечественные производители насоздавали превеликое множество самых разных систем, от электронных блоков, работающих со стандартным контактным прерывателем, до двухкатушечных бестрамблерных микропроцессорных систем.
Самые дешевые и простые — блоки, улучшающие работу контактной системы зажигания. С ними через контакты прерывателя ток снижается до 0,1 А (в штатном режиме ток до 4 А), увеличивается энергия искры, можно пускать двигатель при пониженном напряжении. Некоторые блоки могут работать в многоискровом режиме, некоторые позволяют на ходу корректировать угол опережения зажигания. Бесспорное преимущество таких блоков — возможность быстрого переключения зажигания на штатное. Да и цена их невысока — как правило, 500-600 руб. Недостаток один — нестабильность работы прерывателя и дребезг контактов****. Из-за этого опережение зажигания все время «гуляет» и двигатель работает неровно, особенно на малых оборотах. Кроме того, механические контакты требуют частой и весьма точной регулировки — а попробуйте-ка точно выставить зазор 0,37-0,43 мм в этом неудобном месте! Есть, правда, бесконтактный датчик, который можно установить прямо в стандартный трамблер вместо прерывателя. Называется он ДМИ-2. Однако датчик этот, увы, из разряда экзотики. Да и с электронной совместимостью не все просто — работает он только с блоками БУЗ-06 и БУЗ-07, которых тоже поискать.
Гораздо лучше готовые системы с бесконтактным датчиком. Вместо прерывателя в них используют оптоэлектронные, гальваномагнитные датчики, но много чаще — магнитоэлектрические (МЭД) и датчики Холла. Для «Жигулей» давно выпускают стандартный комплект с датчиком Холла. Для «Москвича» и «Ижа» есть две системы — МЭД и с датчиком Холла. Обе включают в себя целый комплект: трамблер, катушка, коммутатор и жгут проводов. Магнитоэлектрическая стоит около 900 рублей, с датчиком Холла — примерно 1300.
Микропроцессорная система идеологически позаимствована с инжекторных машин. Блок управления получает сигнал от датчика вращения/положения распредвала (или коленвала) и датчика разрежения и вычисляет опережение зажигания. Раз так, трамблер оказывается не нужен — его и заменяют парой двухвыводных катушек. Такая система самая продвинутая: она увеличивает крутящий момент двигателя (за счет оптимальной характеристики опережения зажигания), снижает расход топлива (устойчивая работа на обедненных смесях), снижает СО. Холодный пуск с такой системой самый устойчивый. Однако высокая цена, возня с установкой датчиков, усложнение системы в целом и низкая надежность двухвыводных катушек зажигания — те минусы, которые могут стать решающими.
Взвесив все за и против мы остановились на бесконтактной системе с датчиком Холла производства МЗАТЭ-2. По характеристикам она далеко опережает контактную и мало уступает микропроцессорной, а по цене вдвое дешевле.
Установка заняла минут 25. Работа под силу многим: достаточно заменить катушку и трамблер (предварительно посмотрев, куда смотрит бегунок на старом, и выставив так же на новом), просверлить в удобном и сухом месте пару отверстий для коммутатора да пробросить жгут.
Поехали!
…Двигатель схватил с пол-оборота и ровнехонько зашелестел на холостых. Уже приятно — раньше на таких малых оборотах его трясло как в лихорадке. А на ходу? Ого, как тянет! Хочешь — трогай при 1000 об/мин, вжимай педаль в пол и со свистом уходи вперед, а хочешь — потихоньку ускоряйся на пятой передаче с 50 км/ч. Ощущение, что мощность выросла чуть ли не на треть, и это в диапазоне частот до 3500 так и есть, хотя максимальная мощность не изменилась. Замеры показали, что теперь «Ода» по динамике превосходит ВАЗ-2109.
Ждем и сокращения расхода бензина. Мощное электронное зажигание экономит до 4% топлива по сравнению с идеально настроенной контактной системой. А где вы видели идеально-то настроенное? Еще большую лепту внесет распредвал — и удельный расход снизится, и в потоке педаль топтать будем реже.
Итого мы затратили без малого 4500 рублей и 6 часов времени. По большому счету — на то, чтобы довести двигатель до ума. Неясно, почему прямо на конвейере этого не делают. Можно предположить, что на бесконтакном зажигании хотят сэкономить рублей 300. А распредвал? Его все равно надо изготавливать, обрабатывать, устанавливать. И совсем не важно, каков именно профиль кулачка! Может быть, конструкторы уфимского моторного ответят?
azlk-team.ru
Рабочий объем определяется количеством цилиндров, их диаметром и величиной перемещения(ходом) поршня. Поскольку количество цилиндров — величина неизменная, варьировать можно только два последних параметра.
Диаметр цилиндра определяется конструкцией двигателя. Для его увеличения в двигателях с чугунными блоками цилиндров(F3R и ВАЗ) применяется расточка блока цилиндров для установки поршней большего диаметра с последующим хонингованием(нанесением микронеровностей) для задержки масляной пленки на рабочей поверхности стенки цилиндра. Наиболее просто изменение рабочего объема осуществляется в двигателях с алюминиевым блоком цилиндров и вставными мокрыми гильзами(двигатель УЗАМ). В этом случае для изменения диаметра цилиндра используют соответствующие новые гильзы, имеющиеся в ассортименте. Следует иметь в виду, что посадочный диаметр гильз для двигателя УЗАМ имеет различные типоразмеры — для двигателей УЗАМ-412 и УЗАМ-331.10 рабочим объемом 1.5 л применялись гильзы внутреннего диаметра 82 мм с посадочным диаметром 89 мм, а для двигателей УЗАМ большего рабочего объема — гильзы с посадочным диаметром 92 мм. Для установки гильз внутренним диаметром 85 мм в стандартный блок 1.5 л можно проточить наружный диаметр посадочной части гильзы до 89 мм; в продаже также встречаются уже проточенные гильзы внутренним диаметром 85 мм под блок цилиндров 1.5. Установить в такой блок без его доработки гильзы внутренним диаметром 88 мм невозможно, т.к. толщина стенки получается всего 0,5 мм. Однако можно расточить блок цилиндров 1.5 л под установку гильз с посадочным диаметром 92 мм, но это требует применения сложного специального оборудования. Блоки же цилиндров рабочим объемом более 1.5 л имеют посадочные места под гильзы диаметром 92 мм, поэтому в них можно установить гильзы как с внутренним диаметром 85 мм, так и с внутренним диаметром 88 мм.
Необходимо иметь в виду, что до 1992 г. блоки цилиндров УЗАМ для двигателей с рабочим объемом 1.5 л выпускались для установки гильз с посадочным диаметром 89 мм и уплотнительной медной прокладкой между гильзой и головкой блока цилиндров. Позже эти прокладки были исключены во избежание коррозии в этом месте вследствие образования гальванической пары на участке силумин-медь-чугун, а блок цилиндров стал выполняться с более высокой посадкой под гильзы на величину толщины этих прокладок. Поэтому при установке проточенных гильз в блоки цилиндров УЗАМ, выпущенных до 1992 г., необходимо также установить медные прокладки. В любом случае необходимо проконтролировать выступание гильз из блока на соответствие заданным параметерам.
Для увеличения хода поршня в цилиндре применяют измененный коленчатый вал с увеличенным радиусом кривошипа. Существует большой выбор коленчатых валов для двигателей ВАЗ и УЗАМ, как стандартных, так и изготавливаемых тюнинговыми фирмами. Для двигателей УЗАМ выпускаются стандартные стальные коленчатые валы с радиусами кривошипа 35, 37.5 и 40 мм, обеспечивающие ход поршня соответственно 70, 75 и 80 мм. Фирма«Автотехнология» изготавливает коленчатые валы из высокопрочного чугуна ВЧ-70 с радиусом кривошипа 42.5 мм для двигателей УЗАМ, обеспечивающий ход поршня 85 мм. Эта величина хода поршня для данного двигателя является предельной, т.к. при больших его значениях нагрузки при перекладке поршня превышают допустимые.
При значительном форсировании двигателей УЗАМ применяют гильзы и поршни от автомобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-3110, предварительно расточив посадочное отверстие в блоке цилиндров под гильзу. При использовании гильз такого большого диаметра необходимо выполнить доработку ГБЦ, заключающуюся в упрочнении каналов в местах сопряжения гильзы с ГБЦ посредством их частичной заварки.
Ниже показаны примеры комбинаций диаметра цилиндра камеры сгорания и хода поршня для различных двигателей УЗАМ и их рабочий объем. В скобках показаны индексы названия двигателей, если двигатели в такой комбинации выпускались.
ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ ДВИГАТЕЛЕЙ УЗАМ
Диаметр цилиндра, мм | Ход поршня,мм | |||
70 | 75 | 80 | 85 | |
82 | 1479 (УЗАМ-412, 331.10) | 1584(УЗАМ-0102) | 1649 | 1861 |
85 | 1589 | 1702(УЗАМ-3317) | 1816 (УЗАМ-3313,3318) | 1929 |
88 | 1703 (УЗАМ-327) | 1825 | 1946(УЗАМ-248, 3320) | 2068 |
92* | 1861 | 1994 | 2127 | 2260 |
* применение поршней диаметром 92 мм требует серьезной доработки конструкции головки блока цилиндров
Двигатели ВАЗ выпускаются рабочим объемом 1.3, 1.5, 1.6, 1.7 и 1.8. Серийно на автомобилях«Москвич» применялись двигатели ВАЗ с рабочим объемом 1.6(2106) и 1.8(2130).
ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВАЗ
Модель двигателя | 2106 | 21213 | 2130 | 21203 |
рабочий объем | 1568 | 1689 | 1774 | 1985 |
диаметр цилиндра | 79 | 82 | 82 | 82 |
ход поршня | 80 | 80 | 84 | 94 |
Увеличение рабочего объема двигателей ВАЗ за счет увеличения диаметра цилиндра трудно реализуемо в связи с близостью каналов системы охлаждения к стенкам чугунного блока цилиндров.
При выборе конфигрурации двигателя в процессе увеличения его рабочего объема выбирают между«длинноходным» и«короткоходным» вариантами, определяющими, какой из параметров — ход поршня(«длинноходный» вариант) или диаметр цилиндра(«короткоходный» вариант) преимущественно будет увеличиваться. При этом не следует забывать, что рабочий объем двигателя влияет не только на величину максимальной мощности, но и на то, при каких оборотах будут получены максимальные значения мощности и крутящего момента. В общем случае, при увеличении хода поршня максимальные значения мощности и крутящего момента достигаются при меньших значениях оборотов двигателя. К тому же, более«длинноходный» двигатель обеспечивает меньшее значение максимальной мощности, но большее значение крутящего момента по сравнению с«короткоходным».«Короткоходные» двигатели при этом достигают максимальной мощности при более высоких оборотах и при том же рабочем объеме развивают большую мощность, но почти всегда это сопровождается меньшими значениями крутящего момента на низких оборотах [19].
В разное время преобладали различные тенденции при увеличении рабочего объема двигателей. Так, в 70-х годах был разработан и прошел полный цикл испытаний«короткоходный» двигатель УЗАМ-327 рабочим объемом 1.7 л. По ряду причин этот двигатель не был запущен в производство, а позже появился более«длинноходный» вариант двигателя с рабочим объемом 1.7 с индексом 3317, выпускавшийся с двумя вариантами поршней — первоначально с поршнями, имеющими клиновидную поверхность без проточек и уникальной головкой блока цилиндров, а позже — с поршнями с поверхностью в форме усеченных конусов с проточками под клапана, рассчитанный на унифицированную головку блока цилиндров. Конструкция поршней в этих разновидностях двигателя невзаимозаменяема и поршни старой конструкции могут использоваться только с уникальной головкой блока цилиндров и не могут использоваться с унифицированной головкой.
Выбор поршней при форсировании двигателя
В случае увеличения рабочего объема двигателя с получением«стандартных» вариантов(например, при переходе на следующий уровень двигателей УЗАМ) есть возможность использования стандартных поршней. Разновес поршней в одном двигателе не должен превышать 3 г, стандартные поршни подразделяются на 4 весовых группы, номер которой выбит на днище поршня. Для поршней, поставляемых в з/ч, вместо номера группы указывается непосредственно масса поршня в граммах.
Однако для реализации нестандартных вариантов встает вопрос изготовления нестандартных поршней. Обычно такие поршни изготавливают специализированные фирмы(например, фирма«Автотехнология») методом ковки или изотермической штамповки. При этом выбирают между стандартными(литыми) и штампованными поршнями. Бытует мнение о неоспоримых преимуществах кованых поршней, однако это не совсем так.
В стандартных и умеренно-форсированных двигателях литые поршни обеспечивают большую мощность, чем кованые [19]. Происходит это по следующим причинам:
— литые поршни имеют имеют меньший износ канавок для поршневых колец и очень малую теплопроводность, оставляя больше тепла в камере сгорания, что улучшает термический КПД двигателя;
— литые поршни обеспечивают меньший зазор в цилиндре и обеспечивают более стабильное положение поршневых колец;
— литые поршни в большинстве случаев легче кованых;
— литые поршни имеют существенно меньшую стоимость.
Для двигателей повседневного применения литые поршни более предпочтительны. Лишь при работе двигателя постоянно при высоких нагрузках и повышенной температуре предпочтительнее использование кованых поршней [19]. Если удельная мощность и другие особенности конструкции двигателя, например, уникальный размер, форма или положение относительно поршневого пальца, требуют применения кованого поршня, необходимо обеспечить требуемый рабочий зазор между поршнем и стенкой цилиндра, что для кованых поршней является технически непростой задачей в связи с тем, что зачастую кованые поршни изготавливаются из сплавов с высоким коэффициентом термического расширения. Такие поршни будут обладать стабильными характеристиками при высоких температурах и больших оборотах, но в обычном режиме движения их показатели невысоки — поршни, имеющие большие зазары между поршнем и стенками цилиндра в холодном двигателе, отрицательно влияют на топливную экономичность и увеличивают расход масла и токсичность выхлопных газов [19].
При выборе поршня необходимо обеспечить возможно меньший зазор у его юбки при всех, а не только«щадящих» условиях эксплуатации. Чем больше термическая стабильность сплава материала поршня, тем меньше поршень будет расширяться при нагревании и тем меньше будет минимально гарантированный зазор между поршнем и стенкой цилиндра.
Для продления срока службы поршней иногда применяют их покрытие специальными материалами — твердыми молекулярными покрытиями или керамикой. Получение твердого молекулярного покрытия подобно процессу металлизации. Такие покрытия имеют очень жесткую поверхность, которая хорошо отражает тепло. Керамика же поглощает тепло, но только в слоях, близких к поверхности. Эти слои в конечном счете действуют как очень эффективные изоляторы, удерживая тепло и предотвращая его проникновение в материал поршня. Нанесение керамического покрытия на верхнюю часть поршня предотвращает поглощение тепла головкой поршня. Непоглощенное тепло удерживается в камере сгорания и увеличивает давление газов, повышая термический КПД двигателя. Покрытие днища поршня способствует увеличению мощности двигателя на 4-8% [19]. Кроме того, головка поршня с покрытием намного меньше чуствительна к тепловыделению, вызванному детонацией.
Немаловажное значение имеет также форма поршня. Поршни с плоским днищем обеспечивают лучший фронт пламени в камере сгорания, чем поршни с выпуклым или вогнутым днищем.
Подбор поршневых колец
Особое внимание следует уделить подбору поршневых колец для форсируемого двигателя. Общим направлением в конструкциях высококачественных поршней является использование узких поршневых колец. Считается, что тонкое кольцо предотвращает вибрацию колец на высоких оборотах и уменьшает трение в цилиндре. Однако при этом тонкие кольца вследствие меньшей поверхности соприкосновения со стенкой цилиндра оказывают на стенки большее давление, такие кольца вызывают ускоренный износ цилиндров и самих колец. Поэтому если двигатель не используется преимущественно при оборотах более 6000 1/мин, предпочтительнее использовать широкие кольца. Практически улучшение характеристик двигателя при использовании тонких колец столь невелико, что может быть обнаружено только на испытательном стенде или при большом количестве испытательных заездов [19].
При изготовлении поршней важно также положение поршневых колец в поршне, особенно положение верхнего кольца. Если верхнее кольцо расположено высоко на поршне около его верхней части, характеристики двигателя будут лучшими вследствие того, что меньший объем недоступных газов будет захвачен в перемычке между кольцами. Однако если кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня, то тонкая перемычка над канавкой кольца может перегреться и разрушиться, так как верхнее поршневое кольцо и перемычка над ним работают в очень жестких условиях. Верхнее кольцо не только должно обеспечивать качественное уплотнение у рабочих поверхностей при очень высоких температурах, но и работает в окружении высокотемпературных газов, сохраняя свою упругость и хорошее уплотнение, что определяет технологию производства и металлургические особенности колец [19].
Материал кольца должен иметь низкий коэффициент трения, хорошие характеристики против заедания и низкий коэффициент износа. Одним из первых эффективных материалов, используемых для поршневых колец, был ковкий чугун. Он хорошо сочетается с характеристиками чугуна, используемого в блоке цилиндров, а его пористая структура хорошо удерживает масло, уменьшая износ. Широко также применяется его разновидность — пластичный чугун, обладающий большинством качеств чугуна и кроме того может гнуться, что упрощает установку колец.
В форсированных двигателях применяются более сложные по конструкции кольца. Первоначально на чугунные кольца наносился слой хрома, помогающий противостоять истиранию и заеданию даже при очень высоких температурах и больших давлениях, к тому же обеспечивающий очень высокую износоустойчивость. Недостатком хромированных колец является их очень высокая твердость — необходимо очень точно выдержать размеры цилиндра для нормальной работы таких колец. Позже стали применять кольца из нержавеющей стали — в этот материал входит большое количество хрома, поэтому кольца из нержавеющей стали обладают большинством свойств хромированных чугунных колец [19]. Нержавеющая сталь противостоит высокой температуре лучше, чм хромированный чугун.
Для увеличения срока службы колец и обеспечения их быстрой приработки появились молибденовые кольца — кольцо с основой из чугуна с молибденовым покрытием. Молибден обладает противоизносными слоями хрома и зачастую превосходит их, эти кольца долговечнее, легко прирабатываются, более надежны. В настоящее время молибденовые кольца наиболее широко применяются в форсированных двигателях.
Существуют также керамические поршневые кольца из твердого и износостойкого неметаллического материала, однако их применение в двигателях пока сталкивается с трудностями сопряжения таких колец со стенками цилиндра, эта технология в настоящий момент находится в стадии развития.
Кроме материала поршневого кольца важное значение имеет его конструкция. Например, кольцо может иметь преднамеренное небольшое перекручивание, т.е. верхняя и нижняя поверхности кольца не лежат плоско в канавке, а слегка наклонены, и только верхний или нижний край рабочей поверхности кольца контактирует с отверстием цилиндра. Кольца сконструированы таким образом, чтобы ускорить приработку поверхностей поршневых колец и стенок цилиндров и помогать уплотнению кольца в верхней и нижней частях канавки. Величина перекручивания кольца очень незначительна и обычно получается путем стачивания фаски на внутреннем крае кольца. Фаска уменьшает небольшие напряжения вдоль внутреннего края и позволяет кольцу неравномерно ослабиться, приводя к его незначительной деформации, вызывающей требуемое перекручивание [19].
Для улучшения уплотнения цилиндров от повышенного давления газов также применяют сверление в верхней части поршня ряда очень мелких отверстий, доходящих до внутренней части канавки верхнего компрессионного кольца. Когда в цилиндре появляется давление, газы проходят через эти каналы и прижимают верхнее компрессионное кольцо к стенке цилиндра, обеспечивая очень хорошее уплотнение, но увеличивая износ цилиндра в его верхней части. Однако при этом весьма значительно увеличивается трение колец о стенки цилиндра, что приводит к дополнительным потерям.
Второе компрессионное кольцо обеспечивает дополнительное уплотнение для газов, прошедших через верхнее кольцо, поэтому их рабочие давление и температура существенно меньше, и, как следствие, требования к материалам их изготовления существенно ниже. Однако второе кольцо имеет важную дополнительную функцию — помогает маслосъемному кольцу, действуя как«скребок», предотвращая попадание масла в камеру сгорания и возникновение детонации. Иногда эти кольца спесиально делают скошенными, так, чтобы скос был меньше у верхнего края кольца, что помогает работе маслосъемного кольца — такое кольцо будет двигаться поверх масла при движении поршня вверх и будет удалять его при движении вниз.
Нередко применяют вторые компрессионные кольца без зазора, точнее — с очень маленьким зазором — при их использовании двигатель быстрее прирабатывается и выдает несколько большую мощность, так как предотвращает потери мощности за счет уменьшения прорыва картерных газов [19].
Важное значение также имеет конструкция маслосъемного кольца. Моторное масло, остающееся в камере сгорания, уменьшает октановое число топлива, что может приводить к детонации, а также приводит к образованию нагара в камере сгорания и на днище поршня, что вызывает снижение мощности двигателя. Хорошее маслосъемное кольцо поддерживает свои верхнюю и нижнюю кромки центральным разделителем. В дешевых кольцах используются волнообразные разделители верхней и нижней кромок, однако это не обеспечивает правильного положения кромок — при увеличении оборотов двигателя силы инерции стремятся распрямить волнообразный разделитель и кольцо вкручивается внутрь канавки, а масло проходит поверх кромок.
Подбор шатунов
Обычно при форсировании двигателя используют стандартные для данной модели двигателя шатуны. Однако необходимо оценить их состояние. Разновес шатунов в одном двигателе не должен превышать 4 г, излишки металла следует удалить. Для этого на шатуне имеются большие балансировочные подушки на обеих концах шатуна. Желательно добиться минимально возможной массы всех шатунов, удаляя металл с этих подушек и постоянно при этом производя его взвешивание.
Изогнутые и даже незначительно деформированные шатуны будут уменьшать мощность двигателя, т.к. они держат поршень под углом, увеличивая трение. Разумеется, обязательно должно быть проверено совмещение шатунов перед сборкой двигателя, а также размер большого отверстия шатуна — если шатун подвергался повышенным нагрузкам или детонации, отверстие в головке шатуна может быть деформировано или увеличено. Также следует проверить шатуны на наличие трещин.
Если двигатель предполагается эксплуатировать на высоких оборотах, то лучше подобрать шатуны с отверстием большого конца таким, чтобы оно укладывалось в нижний предел допуска, что увеличивает сжатие шатунного подшипника.
Необходимо также обратить внимание на болты шатунов — если эти болты растянулись под нагрузкой, то это ослабит зажим и может привести к проворачиванию вкладышей. Если при разборке двигателя обнаружено, что вкладыши проворачивались, не следует повторно использовать этот шатун.
Источник: клуб Азлк.netmytuning.ucoz.ru
Автомобили "Москвич" семейств 2141, 2142, 2144 выпускаются с различными двигателями. С начала производства на эти автомобили устанавливались карбюраторные двигатели ВАЗ-2106-70 рабочим объемом 1.6 л и дизельные двигатели FORD рабочим объемом 1.7 л. Позже появились двигатели УЗАМ-331.10 рабочим объемом 1.5 л. Двигатель ВАЗ-2106-70 отличался от базового двигателя 2106 измененными поддоном двигателя и масляным насосом с маслоприемником.
Двигатель УЗАМ-331.10 был разработан на основе двигателе УЗАМ-412. Для его размещения под капотом автомобиля 2141 был освоен новый поддон двигателя, иной маслоприемник, другой впускной коллектор (несколько ниже впускного коллектора двигателя УЗАМ-412 для размещения карбюратора в более низком моторном отсеке), изменена система питания (карбюратор): он имеет иные поршни, измененную головку блока цилиндров. В конце 1993 года была выпущена пробная партия автомобилей с двигателем УЗАМ-331.10, серийно оснащенных микропроцессорной системой зажигания (МПСЗ).
С 1995 года был начат выпуск двигателей УЗАМ повышенного рабочего объема - УЗАМ-3317 рабочим объемом 1.7 л и дефорсированного УЗАМ-3313 рабочим объемом 1.8 л под бензин А-76 (этот двигатель предназначался для комплектования автомобилей "Москвич" - такси). Двигатель УЗАМ-3313 автомобиля-такси серийно комплектовался МПСЗ.
С 1997 года появились двигатели УЗАМ-3318 рабочим объемом 1.8 л под бензин А-92 и двигатель УЗАМ-3320 рабочим объемом 2.0 л, который позже с измененной головкой блока цилиндров получил индекс УЗАМ-248.
С 1998 года был произведен рестайлинг модельного ряда автомобилей "Москвич", который получил торговое название "Святогор". В это же время на автомобили начали устанавливать двигатель Renault F3R рабочим объемом 2.0 л. Для этого двигателя была изменена передняя поперечная балка крепления силового агрегата, ранее идентичная для всех двигателей. Новая балка изготовлена из изогнутых труб. С новой поперечной балкой также стало возможной установка двигателя ВАЗ-2106 со стандартным поддоном. Крепление силового агрегата автомобиля стало четырехопорным вместо применявшегося ранее трехопорного крепления за счет подвески задней части КПП на специальной поперечине в задней части моторного отсека между передних колес вместо применявшегося ранее одноточечного крепления к тоннелю пола. Кроме двигателя F3R, на автомобили 2142 и 2144 ("Князь Владимир" и "Калита") устанавливались шестнадцатиклапанные двигатели Renault F4R и F7R (автомобили с индексами 2142R7 и 2144R7), а также шестицилиндровые V-образные двигатели (автомобили с индексом 2142R6). На часть автомобилей были установлены двигатели ВАЗ-21213 и ВАЗ-2130 рабочим объемом 1.7 и 1.8 л соответственно.
В индивидуальном порядке на автомобили устанавливались и другие двигатели. Так, устанавливался дизельный двигатель "Опель" рабочим объемом 1.8 л, несколько типов карбюраторных двигателей FORD, двигатель ЗМЗ-406 автомобиля ГАЗ-3110, роторно-поршневые и даже V-образные двигатели, например, от автомобилей Renault и AUDI совместно с КПП или АКПП. Ниже показана компоновка двигателя AUDI V6 рабочим объемом 2.8 л под капотом автомобиля "Святогор":
ahlen-auto.narod.ru
Основной характеристикой двигателя автомобиля обычно считают его мощность. В действительности же влияние на характер автомобиля оказывает не столько максимальная мощность, сколько - крутящий момент. Ведь наибольшую мощность можно реализовать только при установившихся оборотах, близких к максимальным, а в таком режиме мы почти не ездим. Водителю нужен приемистый двигатель, который при троганье с места и разгоне, не напрягаясь, идет за педалью газа. Это обеспечивает крутящий момент, если он достаточно большой и относительно постоянный на низких и средних оборотах. Двигатели УЗАМ имеют существенный недостаток - отсутствие тяги на низких частотах вращения коленвала. До 3000 об/мин двигатель не обладает достаточной приемистостью и в результате - дерганье при троганье с места, провалы при резком нажатии на педаль газа, недолговечность сцепления, неэффективное использование пятой передачи.
Наибольшее влияние на кривую крутящего момента оказывают параметры газораспределения - фазы и время-сечение открытия клапанов, которые заданы профилем кулачков распределительного вала. Чтобы улучшить приемистость, надо быстро подать в цилиндр нужный заряд рабочей смеси, то есть сузить фазу открытия впускного клапана. Широкие растянутые фазы на низких частотах приводят к обратному выталкиванию топливо воздушной смеси во впускной коллектор и только с увеличением частоты вращения инерционность потока пересиливает и наполнение цилиндров увеличивается.
Спортивные распредвалы применяются на современных моторах и отличаются от обычных широкими фазами открытия клапанов, более острым и высоким кулачком. Причем переходные участки рассчитаны (против серийных кулачков) таким образом, что пробег между очередными регулировками увеличивается примерно вдвое. Распредвал обеспечивает подачу полноценного заряда в цилиндр путем увеличения высоты подъема клапанов. Кулачки отличаются исключительной плавностью профиля, что обеспечивает надежную работу механизма газораспределения при широких фазах. При эксплуатации в городе автомобиля с таким валом можно использовать на одну передачу выше, чем привыкли раньше, с соответствующим снижением частоты вращения коленвала при спокойной езде, либо выкручивая двигатель, в максимальной степени реализовать агрессивный, спортивный стиль езды. При этом мотор под нагрузкой работает без перебоев даже при предельном снижении оборотов. Особенностью спортивных валов является то, что их применение отодвигает границу детонации, в особенности на малых частотах вращения коленвала. Так же снижается расход топлива и токсичность выхлопных газов, уменьшается склонность к детонации и теплонапряженность двигателя, увеличивается ресурс мотора.
Спортивные распредвалы
Предлагаемые распредвалы позволяют выбрать для каждого объема двигателя и условий эксплуатации наиболее оптимальный вариант:
- низовой моментный вал: "город"
- универсальный вал: "город-трасса"
- верховой моментный вал: "трасса"
Выбирая для двигателя определенного объема распредвал с меньшими подъемами клапанов, в наибольшей степени реализуется положительный эффект в области низких частот вращения коленвала. Распредвал с большими подъемами кулачков позволяет повысить мощность на высоких частотах вращения.
Таблица характеристик валов для различных моторов УЗАМ.
|
Для двигателей УЗАМ 331 ("Москвич", "Иж") 1006015 |
№ 04 |
№ 47 |
№ 51 |
№ 75 |
|
Рекомендуется для установки на двигатели объемом, см3 |
1500 1600 1700 |
1600 1700 1800 |
1800 2000 |
2000 |
|
Подъемы клапанов, мм впускного выпускного |
10,1 9,7 |
10,6 10,1 |
11,1 10,3 |
11,5 10,5 |
|
Опережение открытия до НМТ выпускного клапана, град. |
52 |
56 |
60 |
64 |
|
Запаздывание закрытия после НМТ впускного клапана, град. |
58 |
64 |
70 |
78 |
При установке вала № 47 на двигатель объемом 1,5 л он будет верховым. При установке на 1,8 - низовым. Такая тенденция наблюдается со всеми валами. При увеличении кубатуры целесообразнее ставить верховой вал, так как низы увеличиваются за счет увеличения рабочего объема, а мощность на высоких оборотах прибавляется в связи с улучшением наполнения за счет вала обеспечивающего большее время-сечения. Причем, чем выше кубатура, тем более выражен этот эффект. Если установить низовой вал (скажем № 04) на объем 1,8 - получим прекрасный трактор, который сдвинет что угодно, но быстро ехать не сможет: после 3500 об/мин двигатель умрет, крутить его можно будет только для шума. Но если вы не крутите двигатель больше 3500 об/мин, получиться хороший городской автомобиль. Если на двигатель 1,5 поставить вал №75 - он будет легко крутиться за 6000 об/мин, а реально ехать только после 4000 об/мин, и трогаться нужно будет с высоких оборотов, поджигая сцепление. Только не спешите без нужды выбирать "верховой" распредвал - подавляющему большинству, по сути нужен "низовой". Кроме прочего, надо помнить, что в области, где более всего подрос крутящий момент, соответственно уменьшился удельный расход топлива.
Некоторые распредвалы требуют доработки головки блока, заключающейся в зенковании мест опор клапанных пружин вокруг направляющей втулки специальной трубчатой фрезой на 1,5-2 мм. Это нужно сделать для увеличения допустимого хода пружин, чтобы избежать смыкания витков пружины. В противном случае возможен износ коромысел или их поломка.
Вопрос о том, когда мотор работает лучше - при фазах, сдвинутых вперед или назад, не правомерен. Именно соблюдение эффективных фаз газораспределения (ФГР) обеспечивает оптимальные характеристики силового агрегата. Применение разрезной шестерни распредвала, пришедшей к нам из спорта, дает возможность не ослабляя натяжения ремня ГРМ, изменить положение распредвала относительно коленвала (+/- 10 градусов). Причем шаг настройки калибруется на десятые доли градуса.
Разрезная шестерня (шкив Верньера)
Монтаж разрезной шестерни (шкив Верньера) рекомендуется по двум причинам:
1. При крупносерийном производстве двигателей отклонения размеров деталей от заданных чертежей неизбежны. За счет отклонения размеров деталей механизма газораспределения и кривошипно-шатунного механизма, фактические ФГР двигателя одной модели могут отличаться от номинальных до ± 10° по коленвалу, что составляет погрешность в пределах одного зуба на распредшестерне. Для компенсации такой погрешности в нашей лаборатории практикуется установка разрезной шестерни, позволяющей изменить положение ее зубчатого венца относительно ступицы с шагом 0, в отличии от заводской сплошной шестерни, которая фиксируется только в одном положении и отойти от него можно лишь на зуб вперед или назад с шагом 17° по коленвалу. Как следствие - заметная потеря в мощности и моменте, вместо предполагаемой прибавки.
2. Применение тюнинговых и спортивных распредвалов с увеличенным подъемом кулачков и измененным профилем. Установка такого вала со стандартной шестерней дает прибавку по мощности и моменту. Настройка такого на эффективные ФГР при помощи разрезной шестерни добавляет еще 3 % по мощности.
В качестве примера, рассмотрим последовательность настройки эффективных ФГР, из условия обеспечения промежуточного варианта. Необходимо совместить точку мах перекрытия клапанов с ВМТ. Для этого распредвал поворачивается на 8°. Следовательно угол газодинамического наддува составляет уже 80+8=88°, что позволит «дозаряжать» цилиндр, улучшая наполнение на высоких оборотах. Необходимо также учитывать, что слишком раннее открытие впускных клапанов при работе на малых и средних оборотах, ухудшает наполнение цилиндров - выхлопные газы проникают во впускной коллектор и сильно обедняют свежую смесь. Поэтому, уменьшив в результате поворота распредвала на 8° (грубо говоря - на пол зуба шестерни) угол опережения открытия впускного клапана до ВМТ, улучшим воспламеняемость горючей смеси в режиме частичных нагрузок.
Результаты испытаний на мощностном стенде показывают, что настройка эффективных ФГР на стандартном распредвале дает прибавку по мощности и крутящему моменту до 3% без замены распредвала! А при настройке на экстремальное значение (мощность или крутящий момент) - до 5%. Следует отметить, что при управлении клапанами с помощью одного распредвала можно вести речь о эффективной настройке ФГР или только для впускных (что мы с вами только что проделали) или для выпускных клапанов. На двигателях, где управление впускными и выпускными клапанами осуществляется отдельными распредвалами (16-ти клапанники), подбор эффективных ФГР позволяет получить гарантированную прибавку по мощности и крутящему моменту до 7%.
Не забудьте так же модернизировать систему охлаждения, иначе форсированный мотор просто сгорит!
"Полировка впускного коллектора" - то, что предлагают сделать за хорошие деньги - для стандартных (не гоночных моторов с оборотами ниже 7000 об/мин) моторов неэффективна.
А вот максимально снизить сопротивление впускного и выпускного трубопроводов протеканию внутри них потоков свежей смеси и отработавших газов целесообразно. В итоге прибавка в мощности составит 5...7 процентов.
Понадобится (кроме инструмента для pазбоpки-сбоpки двигателя) следующее:
1. Hебольшая высокооборотная электродрель (хотя, конечно, лучше специальная боpмашинка - да где же ее взять)
2. Ручные фрезы (шарошки). Лучше не из быстрорежущей стали, а твердосплавные. Две - три разных: в форме капли (диаметром примерно 15 мм, ножка со стороны толстой части), шарик (диаметр примерно 15 мм) и закругленный на конце цилиндр (тоже 15 мм). Удобнее, если зубы будут не прямыми, а винтовыми. Еще понадобится цилиндрическая шарошка такого же размера из абразивного материала.
3. Стержень (или трубка) для шлифовки - диаметр 5-6 мм, длина 150-180 мм, с одной стороны нужно сделать продольную прорезь ножовочным полотном на длину 20-25 мм.
4. Круглый напильник (довольно крупный, но с мелкой насечкой)
5. Чертилка
6. Шкурка мелкая (но не нулевка), лучше на тканевой основе.
7. Если не собираетесь пускать это дело на поток - то специальный шаблон с отверстиями каналов вам делать нецелесообразно (делается из 2-3 мм дюрали). Достаточно стандартных прокладок между головкой и коллекторами.
Снимаем головку с двигателя, отсоединяем коллектора, снимаем клапана (и вообще все, что на ней есть).
Берем шаблон (или прокладку коллектора) и с помощью чертилки размечаем на пpивалочных поверхностях головки и коллекторов границы сечения каналов. а головке это сделать просто, на коллекторах - сложнее и менее точно (с шаблоном - лучше).
Закpепляем головку с помощью струбцин на верстаке (очень желателен хороший местный свет), зажимаем в патрон дрели шарошку (в форме капли) и начинаем доводить форму каналов.
Hачинать надо от края, постепенно выводя форму вглубь канала. Движения шарошкой - по дуге, ласково! Останавливаться и пилить на одном месте нельзя - накопаете ям! Неплохо сначала потренироваться на чем-нибудь.
Правильность формы канала проверяется пальцем - не должно быть перегибов, горбов, иных дефектов поверхности. Помните: лучше не допилить, чем перепилить! Поэтому снимать надо понемногу, почаще контролируя визуально и на ощупь. Правильно выполненный канал в головке является продолжением канала в коллекторе (никаких глубоких фасок и "завалов" на сопряжении.
Когда закончите со всеми восемью каналами со стороны коллекторов, поворачивайте головку камерами сгорания к себе.
Если седла клапанов имеют ступеньки на сопряжении с каналами - очень аккуратно выводим их с помощью абразивной шарошки.
Что пилить в каналах с этой стороны - подскажет засунутый в канал палец. Он не должен чувствовать ребер от обработки, резких (с малым радиусом) переходов поверхностей, всего, что бы могло мешать движению газа (не спилите направляющую втулку клапана!)
Форма и размер одноименных (впускных и выпускных) каналов должны быть одинаковыми.
Когда и здесь все закончено - вставляете в дрель заготовленный стержень, в его разрез закладываете край полоски шкурки и 5-6 раз оборачиваете ее вокруг стержня (если смотреть с конца стержня, шкурка должна быть намотана по часовой стрелке).
Шлифуете каналы. Когда остановиться - подскажет здравый смысл.
Все то же самое проделываете и с коллекторами, единственное отличие - шлифовать выпускной коллектор необязательно, зато нужно, разметив с помощью прокладки "штанов", дополнительно поправить каналы на выходе к приемной трубе (это так правильно называются "штаны").
Теперь, вооружившись круглым напильником, нужно удалить (опять же, контролируя прокладкой) излишки сварки с внутренней поверхности приемной трубы (в месте приварки фланца). Там бывает такое!!! До пяти миллиметров сварки на сторону по всему периметру! Не бойтесь, фланец не отвалится. Пилить, не снимая приемную трубу с автомобиля хоть и неудобно, но вполне реально. Заодно нелишним будет притереть клапана.
Очень важный момент - по окончании работ нужно очень тщательно удалить весь абразив с поверхностей головки и коллекторов. Для начала можно продуть сжатым воздухом, промыть бензином, а потом - горячей водой с добавлением стирального порошка, просушить и немедленно смазать стальные детали головки моторным маслом (особенно седла и втулки клапанов).
При сборке головки с коллекторами, во избежание смещения прокладок (и наползания их на столь любовно доведенные каналы), полезно слегка приклеить их к головке (например, герметиком).
После того как механизмы и агрегаты шасси автомобиля будут тщательно проверены, смазаны и отрегулированы целесообразно проверить общее техническое состояние этих механизмов, определив путь свободного качения (выбег) автомобиля по инерции с некоторой заданной начальной скорости до полной остановки. Следует учитывать, что величина пути выбега непосредственно связана как с максимально достижимой скоростью данного автомобиля, так и с величиной эксплуатационного расхода бензина.
Путь выбега Москвича при начальной скорости 50 км/час должен быть не менее 450 м. Если путь выбега мал, необходимо проверить следующие факторы, влияющие на легкость качения автомобиля: величину давления воздуха в шинах; углы установки передних колес; степень затяжки подшипников ступиц передних колес; не касаются ли фрикционные накладки тормозных колодок поверхностей барабанов или дисков; степень затяжки подшипников коробки дифференциала редуктора заднего моста; вязкость применяемых трансмиссионных масел.
kostay1.narod.ru
Увеличение рабочего объема - наиболее радикальный способ увеличения мощностных показателей двигателя.
Рабочий объем определяется количеством цилиндров, их диаметром и величиной перемещения (ходом) поршня. Поскольку количество цилиндров - величина неизменная, варьировать можно только два последних параметра.
Диаметр цилиндра определяется конструкцией двигателя. Для его увеличения в двигателях с чугунными блоками цилиндров (F3R и ВАЗ) применяется расточка блока цилиндров для установки поршней большего диаметра с последующим хонингованием (нанесением микронеровностей) для задержки масляной пленки на рабочей поверхности стенки цилиндра. Наиболее просто изменение рабочего объема осуществляется в двигателях с алюминиевым блоком цилиндров и вставными мокрыми гильзами (двигатель УЗАМ). В этом случае для изменения диаметра цилиндра используют соответствующие новые гильзы, имеющиеся в ассортименте. Следует иметь в виду, что посадочный диаметр гильз для двигателя УЗАМ имеет различные типоразмеры - для двигателей УЗАМ-412 и УЗАМ-331.10 рабочим объемом 1.5 л применялись гильзы внутреннего диаметра 82 мм с посадочным диаметром 89 мм, а для двигателей УЗАМ большего рабочего объема - гильзы с посадочным диаметром 92 мм. Для установки гильз внутренним диаметром 85 мм в стандартный блок 1.5 л можно проточить наружный диаметр посадочной части гильзы до 89 мм; в продаже также встречаются уже проточенные гильзы внутренним диаметром 85 мм под блок цилиндров 1.5. Установить в такой блок без его доработки гильзы внутренним диаметром 88 мм невозможно, т.к. толщина стенки получается всего 0,5 мм. Однако можно расточить блок цилиндров 1.5 л под установку гильз с посадочным диаметром 92 мм, но это требует применения сложного специального оборудования. Блоки же цилиндров рабочим объемом более 1.5 л имеют посадочные места под гильзы диаметром 92 мм, поэтому в них можно установить гильзы как с внутренним диаметром 85 мм, так и с внутренним диаметром 88 мм.
Необходимо иметь в виду, что до 1992 г. блоки цилиндров УЗАМ для двигателей с рабочим объемом 1.5 л выпускались для установки гильз с посадочным диаметром 89 мм и уплотнительной медной прокладкой между гильзой и головкой блока цилиндров. Позже эти прокладки были исключены во избежание коррозии в этом месте вследствие образования гальванической пары на участке силумин-медь-чугун, а блок цилиндров стал выполняться с более высокой посадкой под гильзы на величину толщины этих прокладок. Поэтому при установке проточенных гильз в блоки цилиндров УЗАМ, выпущенных до 1992 г., необходимо также установить медные прокладки. В любом случае необходимо проконтролировать выступание гильз из блока на соответствие заданным параметерам.
Для увеличения хода поршня в цилиндре применяют измененный коленчатый вал с увеличенным радиусом кривошипа. Существует большой выбор коленчатых валов для двигателей ВАЗ и УЗАМ, как стандартных, так и изготавливаемых тюнинговыми фирмами. Для двигателей УЗАМ выпускаются стандартные стальные коленчатые валы с радиусами кривошипа 35, 37.5 и 40 мм, обеспечивающие ход поршня соответственно 70, 75 и 80 мм. Фирма "Автотехнология" изготавливает коленчатые валы из высокопрочного чугуна ВЧ-70 с радиусом кривошипа 42.5 мм для двигателей УЗАМ, обеспечивающий ход поршня 85 мм. Эта величина хода поршня для данного двигателя является предельной, т.к. при больших его значениях нагрузки при перекладке поршня превышают допустимые.
При значительном форсировании двигателей УЗАМ применяют гильзы и поршни от автомобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-3110, предварительно расточив посадочное отверстие в блоке цилиндров под гильзу. При использовании гильз такого большого диаметра необходимо выполнить доработку ГБЦ, заключающуюся в упрочнении каналов в местах сопряжения гильзы с ГБЦ посредством их частичной заварки.
Двигатели ВАЗ выпускались рабочим объемом 1.3, 1.5, 1.6, 1.7 и 1.8. Серийно на автомобилях "Москвич" применялись двигатели ВАЗ с рабочим объемом 1.6 (2106) и 1.8 (2130).
Увеличение рабочего объема двигателей ВАЗ за счет увеличения диаметра цилиндра трудно реализуемо в связи с близостью каналов системы охлаждения к стенкам чугунного блока цилиндров.
При выборе конфигрурации двигателя в процессе увеличения его рабочего объема выбирают между "длинноходным" и "короткоходным" вариантами, определяющими, какой из параметров - ход поршня ("длинноходный" вариант) или диаметр цилиндра ("короткоходный" вариант) преимущественно будет увеличиваться. При этом не следует забывать, что рабочий объем двигателя влияет не только на величину максимальной мощности, но и на то, при каких оборотах будут получены максимальные значения мощности и крутящего момента. В общем случае, при увеличении хода поршня максимальные значения мощности и крутящего момента достигаются при меньших значениях оборотов двигателя. К тому же, более "длинноходный" двигатель обеспечивает меньшее значение максимальной мощности, но большее значение крутящего момента по сравнению с "короткоходным". "Короткоходные" двигатели при этом достигают максимальной мощности при более высоких оборотах и при том же рабочем объеме развивают большую мощность, но почти всегда это сопровождается меньшими значениями крутящего момента на низких оборотах [19] .
В разное время преобладали различные тенденции при увеличении рабочего объема двигателей. Так, в 70-х годах был разработан и прошел полный цикл испытаний "короткоходный" двигатель УЗАМ-327 рабочим объемом 1.7 л. По ряду причин этот двигатель не был запущен в производство, а позже появился более "длинноходный" вариант двигателя с рабочим объемом 1.7 с индексом 3317, выпускавшийся с двумя вариантами поршней - первоначально с поршнями, имеющими клиновидную поверхность без проточек и уникальной головкой блока цилиндров, а позже - с поршнями с поверхностью в форме усеченных конусов с проточками под клапана, рассчитанный на унифицированную головку блока цилиндров. Конструкция поршней в этих разновидностях двигателя невзаимозаменяема и поршни старой конструкции могут использоваться только с уникальной головкой блока цилиндров и не могут использоваться с унифицированной головкой.
Выбор поршней при форсировании двигателя
В случае увеличения рабочего объема двигателя с получением "стандартных" вариантов (например, при переходе на следующий уровень двигателей УЗАМ) есть возможность использования стандартных поршней. Разновес поршней в одном двигателе не должен превышать 3 г, стандартные поршни подразделяются на 4 весовых группы, номер которой выбит на днище поршня. Для поршней, поставляемых в з/ч, вместо номера группы указывается непосредственно масса поршня в граммах.
Однако для реализации нестандартных вариантов встает вопрос изготовления нестандартных поршней. Обычно такие поршни изготавливают специализированные фирмы (например, фирма "Автотехнология") методом ковки или изотермической штамповки. При этом выбирают между стандартными (литыми) и штампованными поршнями. Бытует мнение о неоспоримых преимуществах кованых поршней, однако это не совсем так.
В стандартных и умеренно-форсированных двигателях литые поршни обеспечивают большую мощность, чем кованые [19]. Происходит это по следующим причинам:
- литые поршни имеют имеют меньший износ канавок для поршневых колец и очень малую теплопроводность, оставляя больше тепла в камере сгорания, что улучшает термический КПД двигателя;
- литые поршни обеспечивают меньший зазор в цилиндре и обеспечивают более стабильное положение поршневых колец;
- литые поршни в большинстве случаев легче кованых;
- литые поршни имеют существенно меньшую стоимость.
Для двигателей повседневного применения литые поршни более предпочтительны. Лишь при работе двигателя постоянно при высоких нагрузках и повышенной температуре предпочтительнее использование кованых поршней [19]. Если удельная мощность и другие особенности конструкции двигателя, например, уникальный размер, форма или положение относительно поршневого пальца, требуют применения кованого поршня, необходимо обеспечить требуемый рабочий зазор между поршнем и стенкой цилиндра, что для кованых поршней является технически непростой задачей в связи с тем, что зачастую кованые поршни изготавливаются из сплавов с высоким коэффициентом термического расширения. Такие поршни будут обладать стабильными характеристиками при высоких температурах и больших оборотах, но в обычном режиме движения их показатели невысоки - поршни, имеющие большие зазары между поршнем и стенками цилиндра в холодном двигателе, отрицательно влияют на топливную экономичность и увеличивают расход масла и токсичность выхлопных газов [19].
При выборе поршня необходимо обеспечить возможно меньший зазор у его юбки при всех, а не только "щадящих" условиях эксплуатации. Чем больше термическая стабильность сплава материала поршня, тем меньше поршень будет расширяться при нагревании и тем меньше будет минимально гарантированный зазор между поршнем и стенкой цилиндра.
Для продления срока службы поршней иногда применяют их покрытие специальными материалами - твердыми молекулярными покрытиями или керамикой. Получение твердого молекулярного покрытия подобно процессу металлизации. Такие покрытия имеют очень жесткую поверхность, которая хорошо отражает тепло. Керамика же поглощает тепло, но только в слоях, близких к поверхности. Эти слои в конечном счете действуют как очень эффективные изоляторы, удерживая тепло и предотвращая его проникновение в материал поршня. Нанесение керамического покрытия на верхнюю часть поршня предотвращает поглощение тепла головкой поршня. Непоглощенное тепло удерживается в камере сгорания и увеличивает давление газов, повышая термический КПД двигателя. Покрытие днища поршня способствует увеличению мощности двигателя на 4-8% [19]. Кроме того, головка поршня с покрытием намного меньше чуствительна к тепловыделению, вызванному детонацией.
Немаловажное значение имеет также форма поршня. Поршни с плоским днищем обеспечивают лучший фронт пламени в камере сгорания, чем поршни с выпуклым или вогнутым днищем.
Подбор поршневых колец
Особое внимание следует уделить подбору поршневых колец для форсируемого двигателя. Общим направлением в конструкциях высококачественных поршней является использование узких поршневых колец. Считается, что тонкое кольцо предотвращает вибрацию колец на высоких оборотах и уменьшает трение в цилиндре. Однако при этом тонкие кольца вследствие меньшей поверхности соприкосновения со стенкой цилиндра оказывают на стенки большее давление, такие кольца вызывают ускоренный износ цилиндров и самих колец. Поэтому если двигатель не используется преимущественно при оборотах более 6000 1/мин, предпочтительнее использовать широкие кольца. Практически улучшение характеристик двигателя при использовании тонких колец столь невелико, что может быть обнаружено только на испытательном стенде или при большом количестве испытательных заездов [19].
При изготовлении поршней важно также положение поршневых колец в поршне, особенно положение верхнего кольца. Если верхнее кольцо расположено высоко на поршне около его верхней части, характеристики двигателя будут лучшими вследствие того, что меньший объем недоступных газов будет захвачен в перемычке между кольцами. Однако если кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня, то тонкая перемычка над канавкой кольца может перегреться и разрушиться, так как верхнее поршневое кольцо и перемычка над ним работают в очень жестких условиях. Верхнее кольцо не только должно обеспечивать качественное уплотнение у рабочих поверхностей при очень высоких температурах, но и работает в окружении высокотемпературных газов, сохраняя свою упругость и хорошее уплотнение, что определяет технологию производства и металлургические особенности колец [19].
Материал кольца должен иметь низкий коэффициент трения, хорошие характеристики против заедания и низкий коэффициент износа. Одним из первых эффективных материалов, используемых для поршневых колец, был ковкий чугун. Он хорошо сочетается с характеристиками чугуна, используемого в блоке цилиндров, а его пористая структура хорошо удерживает масло, уменьшая износ. Широко также применяется его разновидность - пластичный чугун, обладающий большинством качеств чугуна и кроме того может гнуться, что упрощает установку колец.
В форсированных двигателях применяются более сложные по конструкции кольца. Первоначально на чугунные кольца наносился слой хрома, помогающий противостоять истиранию и заеданию даже при очень высоких температурах и больших давлениях, к тому же обеспечивающий очень высокую износоустойчивость. Недостатком хромированных колец является их очень высокая твердость - необходимо очень точно выдержать размеры цилиндра для нормальной работы таких колец. Позже стали применять кольца из нержавеющей стали - в этот материал входит большое количество хрома, поэтому кольца из нержавеющей стали обладают большинством свойств хромированных чугунных колец [19]. Нержавеющая сталь противостоит высокой температуре лучше, чм хромированный чугун.
Для увеличения срока службы колец и обеспечения их быстрой приработки появились молибденовые кольца - кольцо с основой из чугуна с молибденовым покрытием. Молибден обладает противоизносными слоями хрома и зачастую превосходит их, эти кольца долговечнее, легко прирабатываются, более надежны. В настоящее время молибденовые кольца наиболее широко применяются в форсированных двигателях.
Существуют также керамические поршневые кольца из твердого и износостойкого неметаллического материала, однако их применение в двигателях пока сталкивается с трудностями сопряжения таких колец со стенками цилиндра, эта технология в настоящий момент находится в стадии развития.
Кроме материала поршневого кольца важное значение имеет его конструкция. Например, кольцо может иметь преднамеренное небольшое перекручивание, т.е. верхняя и нижняя поверхности кольца не лежат плоско в канавке, а слегка наклонены, и только верхний или нижний край рабочей поверхности кольца контактирует с отверстием цилиндра. Кольца сконструированы таким образом, чтобы ускорить приработку поверхностей поршневых колец и стенок цилиндров и помогать уплотнению кольца в верхней и нижней частях канавки. Величина перекручивания кольца очень незначительна и обычно получается путем стачивания фаски на внутреннем крае кольца. Фаска уменьшает небольшие напряжения вдоль внутреннего края и позволяет кольцу неравномерно ослабиться, приводя к его незначительной деформации, вызывающей требуемое перекручивание [19].
Для улучшения уплотнения цилиндров от повышенного давления газов также применяют сверление в верхней части поршня ряда очень мелких отверстий, доходящих до внутренней части канавки верхнего компрессионного кольца. Когда в цилиндре появляется давление, газы проходят через эти каналы и прижимают верхнее компрессионное кольцо к стенке цилиндра, обеспечивая очень хорошее уплотнение, но увеличивая износ цилиндра в его верхней части. Однако при этом весьма значительно увеличивается трение колец о стенки цилиндра, что приводит к дополнительным потерям.
Второе компрессионное кольцо обеспечивает дополнительное уплотнение для газов, прошедших через верхнее кольцо, поэтому их рабочие давление и температура существенно меньше, и, как следствие, требования к материалам их изготовления существенно ниже. Однако второе кольцо имеет важную дополнительную функцию - помогает маслосъемному кольцу, действуя как "скребок", предотвращая попадание масла в камеру сгорания и возникновение детонации. Иногда эти кольца спесиально делают скошенными, так, чтобы скос был меньше у верхнего края кольца, что помогает работе маслосъемного кольца - такое кольцо будет двигаться поверх масла при движении поршня вверх и будет удалять его при движении вниз.
Нередко применяют вторые компрессионные кольца без зазора, точнее - с очень маленьким зазором - при их использовании двигатель быстрее прирабатывается и выдает несколько большую мощность, так как предотвращает потери мощности за счет уменьшения прорыва картерных газов [19].
Важное значение также имеет конструкция маслосъемного кольца. Моторное масло, остающееся в камере сгорания, уменьшает октановое число топлива, что может приводить к детонации, а также приводит к образованию нагара в камере сгорания и на днище поршня, что вызывает снижение мощности двигателя. Хорошее маслосъемное кольцо поддерживает свои верхнюю и нижнюю кромки центральным разделителем. В дешевых кольцах используются волнообразные разделители верхней и нижней кромок, однако это не обеспечивает правильного положения кромок - при увеличении оборотов двигателя силы инерции стремятся распрямить волнообразный разделитель и кольцо вкручивается внутрь канавки, а масло проходит поверх кромок.
Подбор шатунов
Обычно при форсировании двигателя используют стандартные для данной модели двигателя шатуны. Однако необходимо оценить их состояние. Разновес шатунов в одном двигателе не должен превышать 4 г, излишки металла следует удалить. Для этого на шатуне имеются большие балансировочные подушки на обеих концах шатуна. Желательно добиться минимально возможной массы всех шатунов, удаляя металл с этих подушек и постоянно при этом производя его взвешивание.
Изогнутые и даже незначительно деформированные шатуны будут уменьшать мощность двигателя, т.к. они держат поршень под углом, увеличивая трение. Разумеется, обязательно должно быть проверено совмещение шатунов перед сборкой двигателя, а также размер большого отверстия шатуна - если шатун подвергался повышенным нагрузкам или детонации, отверстие в головке шатуна может быть деформировано или увеличено. Также следует проверить шатуны на наличие трещин.
Если двигатель предполагается эксплуатировать на высоких оборотах, то лучше подобрать шатуны с отверстием большого конца таким, чтобы оно укладывалось в нижний предел допуска, что увеличивает сжатие шатунного подшипника.
Необходимо также обратить внимание на болты шатунов - если эти болты растянулись под нагрузкой, то это ослабит зажим и может привести к проворачиванию вкладышей. Если при разборке двигателя обнаружено, что вкладыши проворачивались, не следует повторно использовать этот шатун.
ahlen-auto.narod.ru
