Увеличение объема двигателя автомобиля — какие способы существуют

Расскажем как можно увеличить объем двигателя автомобиля и поднять его мощность и крутящий момент (3 простых способа). Какие бывают нюансы и минусы данных решений. Что лучше выбрать для тюнинга машины.

Какие способы бывают

1. Увеличить диаметры цилиндров (более «народный» и дешевый) путем расточки блока или гильз цилиндров и установки других комплектов поршней и колец. Двигатель получается более верховой, т.к. диаметр поршня увеличили, а ход поршня остался на прежнем уровне. Соотношение диаметра поршня к ходу цилиндра сместилось в сторону увеличения диаметра цилиндра. Такая схема подходит для увеличения рабочих оборотов двигателя. Мощность и крутящий момент увеличивается за счет увеличения поверхности поршня на которую воздействует давление, образуемое при сгорании топлива.

2. Увеличить ход поршня (более дорогой) – замена штатного коленвала на более длинноходный, имеющий больший радиус кривошипа. Больше ход поршня – больше объём. Достигается установкой новых поршней со смещенным отверстием вверх, под поршневой палец, или установкой более коротких шатунов. Есть вариант замены блока цилиндров на более высокий. Двигатель получается более низовой и с большим крутящим моментом в рабочем диапазоне оборотов. Прибавка мощности и крутящего момента достигается за счет увеличения рычажности коленчатого вала. Необходимо учитывать что при установке длинноходного коленвала увеличиваются углы работы шатуна. Это значительно уменьшает ресурс шатунно-поршневой группы при очень длинноходном коленвале.

3. Сочетание обоих способов. При увеличении диаметра цилиндров и увеличении хода поршня можно максимально увеличить рабочий объем двигателя. Хотя это очень дорогостоящий вид тюнинга, но происходит заложение фундамента под дальнейшее модифицирование двигателя.

Какие нюансы

• При увеличении объема ресурс практически не изменяется, т.к. не увеличивается литровая мощность двигателя.
• Двигатель станет более «прожорливым» (расход топлива увеличится).
• Крутящий момент увеличивается во всем диапазоне оборотов, двигатель становится более тяговитым и может эксплуатироваться на меньших оборотах.
• Появляется больший резерв мощности для дальнейшего тюнинга.
• При увеличении объема система впуска и выпуска не будет хорошо справляться с наполнением цилиндров и отведением выхлопных газов. Понадобится перенастройка. Двигатель становится более низовым, т.к. на высоких оборотах система впуска не будет успевать полностью наполнять цилиндры.
• Установленный верховой распредвал сместит ниже пик максимального момента.
• Растачивая цилиндры под максимально возможный диаметр поршней, вы соглашаетесь, что проведенная модернизация автоматически становится последним капитальным ремонтом силового агрегата.

Какие минусы

Рост рабочего объема двигателя не всегда самый выгодный способ форсировки. Иногда, в зависимости, что хотите получить от мотора автомобиля, выгоднее доработать головку блока цилиндров с установкой подходящего спортивного распредвала или проведения чип-тюнинга. И после этих операций «снять» большую мощность с силового агрегата.

Чтобы возможности распредвала раскрылись, необходима доработка ГБЦ, зачастую серьезная. Кроме того, нельзя забывать про впускные и выпускные каналы, по которым топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры, а отработанные газы «вырываются» с большой скоростью – их необходимо дорабатывать, увеличивая до определенных пределов их сечение.

Замена гильзы цилиндров для увеличения объёма отрицательно скажется на ресурсе двигателя мотора, но, например, для гонщиков это имеет меньшее значение, чем для рядового автолюбителя.

Кроме ГБЦ, большое влияние на характер мотора авто оказывает «геометрия» блока цилиндров. Также на характер будущего мотора влияют типы поршней и их форма, весовые характеристики коленвалов. Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня. Эта характеристика и ход поршня существенно влияют на мотор: ведь по сути, ДВС – это насос, который прокачивает определенный объем смеси воздуха с топливом за нужный промежуток времени.

Для проведения предварительных расчетов увеличения объема двигателя можно воспользоваться онлайн калькуляторами. Подставив в нужные «окна» все технические характеристики деталей, которые планируете установить (ход и диаметр поршня, длину шатуна, толщину прокладки, количество цилиндров), вы получите величину рабочего объема модернизированного двигателя и степень его сжатия.

Эффективность преобразования энергии приводными механизмами

• Скачать в формате PDF

Ю.А. Пахомов, С.А. Киселев – Брянский государственный технический университет

Для повышения технико-экономических показателей двигателей необходимы нетрадиционные способы, которые позволили бы без форсирования параметров рабочего процесса увеличить мощность, снимаемую с фланца коленчатого вала, снизить удельный эффективный расход топлива и повысить надежность двигателя.

Основные направления совершенствования двигателей внутреннего сгорания – это снижение удельного расхода топлива, массогабаритных показателей, токсичности, повышение удельной поршневой мощности, надежности и ресурса. Совершенствование ДВС, связанное с увеличением среднего эффективного давления, сдерживается предельными значениями тепловой и механической напряженности деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма.
Другим направлением форсирования двигателей является повышение частоты вращения коленчатого вала. Для автотракторных двигателей она достигла предельных значений – 6000…8000 мин^-1. Дальнейшее ее повышение при использовании традиционных видов топлива невозможно в связи с тем, что отведенное для сгорания время становится меньше того, которое необходимо для распространения пламени. Для мощных судовых мало- и среднеоборотных дизелей повышение частоты вращения связано со снижением пропульсивного КПД и недопустимым повышением сил инерции.
Таким образом, для улучшения технико-экономических показателей двигателей необходимы другие, нетрадиционные способы, которые позволили бы без форсирования параметров рабочего процесса увеличить мощность, снимаемую с фланца коленчатого вала, снизить удельный эффективный расход топлива и повысить надежность двигателя.
Традиционным механизмом, преобразующим в ДВС возвратно-поступательное движение поршня коленчатого вала во вращательное являются различные схемы кривошипно-шатунных механизмов (КШМ). Причем наиболее распространен центральный КШМ, в котором крутящий момент на валу двигателя создается тангенциальной силой [1]

Т=Р•sin(φ+β)/cosβ,

где Р – суммарная сила, действующая в КШМ; φ и β – углы поворота кривошипа и отклонения оси шатуна от оси цилиндра соответственно.
По величине Т определяется крутящий момент одного цилиндра:

М_кр.ц.к=Т•R=P•R• sin(φ+β)/cosβ,                (1)

где R – радиус кривошипа (для каждого конкретного двигателя величина постоянная).
Таким образом, крутящий момент на валу двигателя есть функция произведения суммарной силы Р на sin(φ+β)/cosβ. Обозначим этот множитель η_F.
Величина η_F=sin(φ+β)/cosβ для КШМ является переменной по углу поворота коленчатого вала, а ее среднее значение для рабочего хода, согласно приведенным в технической литературе данным [1], при различных λ=R/L (L – длина шатуна) составляет примерно 0,602 независимо от величины постоянной механизма.
Вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) суммарная сила максимальна, а функция η_F близка к нулю. Наоборот, в момент максимального значения функции η_F сила Р значительно снижена, поэтому только около 60% суммарной силы преобразуется КШМ в крутящий момент.
Таким образом, эффективность преобразования давления газов в индикаторный крутящий момент в КШМ характеризуется величиной η_F=sin(φ+β)/cosβ, которую назовем коэффициентом эффективности действия силы. Тогда

М_кр.ц.к=η_F•Т•R≈0,6•Т•R                    (2)

Понятие коэффициента эффективности дей¬ствия силы можно пояснить на примере перемещения груза по горизонтальной плоскости под действием силы Р.
Если сила Р действует перпендикулярно поверхности, по которой перемещается груз, то он неподвижен. При изменении направления действия силы появляется движущая сила Р’=P•cosα, которая при α=0° становится равной Р. В данном примере коэффициентом эффективности действия силы является функция η_F=cosα, изменяющаяся от 0 до 1.
Следовательно, в КШМ теоретически теряется примерно 40% крутящего момента, а значит, и мощности, которую можно реализовать путем применения более эффективного приводного механизма. Таким механизмом может служить бескривошипно-шатунный механизм (БКШМ) [2].
Двигатель с БКШМ состоит из цилиндра с оппозитно расположенными поршнями, жестко соединенными между собой двумя зубчатыми рейками, которые расположены напротив друг друга в вертикальной плоскости цилиндра и скользят по его образующей. Между рейками на осях цилиндра находится зубчатый сектор, являющийся одновременно и приводным валом. Он выполнен радиусом R_З, а длина его полуокружности равна ходу поршня. Со стороны схода зубьев из зацепления сектор срезан на высоту зуба перпендикулярно линии, соединяющей концы сектора. На противоположных сторонах зубчатых реек выполнены две проточки радиусом полуокружности зубчатого сектора R_З, смещенные относительно друг друга на величину хода поршня, а центры проточек находятся на вертикальной оси цилиндра.
В таком механизме отсутствует шатун, а роль кривошипа выполняет зубчатый сектор, угол поворота которого не влияет на величину крутящего момента. Она зависит только от суммарной силы Р, действующей на зубчатый сектор, которая (в отличие от КШМ) не разлагается на составляющие:
М_кр.ц.к=P•R_З (3)
Из сравнения формул (2) и (3) видно, что в (2) отсутствует величина, обозначенная через η_F. В связи с тем что в этом механизме отсутствует шатун, угол его отклонения φ=0, а поскольку сила Р всегда действует перпендикулярно поперечной оси цилиндра независимо от угла поворота зубчатого сектора, то угол φ=90°. Следовательно, величину η_F для БКШМ можно принять постоянной и равной единице:

η_F=sin(φ+β)/cosβ=sin(90+0)/cos0=1.

Приводной БКШМ ДВС данного типа может быть использован в двигателях с ходом поршня, ограниченным длиной полуокружности зубчатого сектора, которая в свою очередь ограничена возможностью его размещения внутри цилиндра диаметром D. При максимальном размере R_З=R это отношение равно 1,57. Таким образом, приводной механизм может применяться в двигателях с отношением S/D<1,57 с целью размещения зубчатой рейки определенной толщины. Это условие выполняется для большинства автотракторных, тепловозных и некоторых судовых двигателей, у которых отношение S/D≈0,9…1,3.
Для использования данного механизма в поршневых машинах с увеличенным ходом поршня зубчатые рейки разворачиваются зубцами наружу, и вне цилиндра с обеих сторон размещаются два зубчатых сектора. В таких механизмах η_п=1, так как индикаторный крутящий момент создает суммарная сила Р без разложения на составляющие. Таким образом, теоретически появляется возможность без форсирования рабочего процесса повысить крутящий момент, а следовательно, и мощность на 40%. Однако этот крутящий момент следует считать не на фланце коленчатого вала, а условно, индикаторным (внутренним), так как он не учитывает механические потери.
Конструкция БКШМ обусловливает следующие особенности кинематики поршня [3]:
1.    При равномерном вращении зубчатого сектора поршень перемещается пропорционально углу его поворота в течение всего рабочего цикла, за исключением некоторого периода вблизи мертвых точек. Этот период определяется конструктивным исполнением БКШМ, зависящим от величины проточки и среза зубьев со стороны выхода из зацепления.
Из зависимостьи перемещения поршня s_x от угла поворота зубчатого сектора φ двигателя с БКШМ и КШМ следует, что в начале движения поршня от ВМТ к НМТ величина его перемещения больше в двигателе с БКШМ, затем при значении угла примерно 60° эти величины совпадают. При дальнейшем движении перемещение становится меньше, чем в двигателе с КШМ.
2.    Скорость движения поршня от ВМТ до НМТ и обратно является постоянной при постоянной частоте вращения. В мертвых точках изменяется направление движения поршня, поэтому скорость в этих точках изменяет направление. Средняя скорость поршня БКШМ стб в этом случае совпадает со скоростью движения поршня υ_х и со средней скоростью с_т в двигателе с КШМ такой же размерности и частоты вращения. Для предварительных расчетов принимаем, что снижение скорости поршня (выход зубчатого сектора из зацепления) начинается за 10° до мертвой точки, затем скорость становится равной нулю, и начинается ее увеличение до первоначального значения, которое заканчивается через 10° угла поворота приводного вала после ВМТ.
3. Поскольку скорость движения поршня БКШМ постоянная, за исключением изменения ее направления вблизи мертвых точек, то ускорение поршня равно нулю. В ВМТ и НМТ отмечается скачкообразное увеличение ускорения поршня за счет изменения направления его движения. Максимальное ускорение будет зависеть от частоты вращения приводного вала двигателя, а также от периода, в течение которого происходит изменение направления движения поршня. Чем больше времени отводится на перекладку поршня, тем меньше будут максимальные ускорения. Однако для обеспечения заданного хода поршня необходимо, чтобы на период перекладки затрачивалось минимальное время. Следовательно, нужно найти оптимальное соотношение геометрических размеров конструкции приводного механизма, чтобы обеспечить прочность деталей, воспринимающих инерционные нагрузки, и угла поворота приводного вала, при котором осуществляется перекладка поршня, то есть найти приемлемую величину ускорений.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
•    при применении бескривошипного механизма появляется возможность частично устранить недостатки, присущие традиционному кривошипному, например потеря части энергии расширяющихся газов при разложении сил на составляющие, т. е. он является более эффективным преобразующим механизмом. В результате применения БКШМ можно увеличить крутящий момент на приводном валу на 40%, а, следовательно, и снизить расход топлива;
•    коэффициент эффективности действия силы в БКШМ равен единице и является постоянной величиной на протяжении всего рабочего хода поршня;
•    в связи с отсутствием в БКШМ поршневого пальца, шатуна и соответствующих подшипников возможно повышение надежности двигателя, а также снижение массогабаритных показателей;
•    конструкция БКШМ обусловливает ряд особенностей кинематики поршня: пропорциональное углу поворота приводного вала перемещение поршня при его равномерном вращении, постоянная скорость движения поршня и отсутствие его ускорения на протяжении всего рабочего цикла (кроме моментов перекладки), значительные скачкообразные ускорения поршня в районе мертвых точек;
•    в связи с линейным перемещением поршня развернутая индикаторная диаграмма рабочего процесса в БКШМ несколько отличается от КШМ по углу поворота и не изменяется по объему при идентичных основных параметрах рабочего процесса.

Использованная литература

1.    Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов – 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2002. 496 с.
2.    Патент РФ. №2151894.
3.    Иващенко Н.А., Пахомов Ю.А., Киселев С.А. Сравнительная оценка кинематики кривошипно-шатунного и бескривошипно-шатунного механизмов. Вестник БГТУ (сборник научных трудов). Брянск: БГТУ. 2005, №3. С.30-38.
4.    Иващенко И.А., Пахомов Ю.А., Киселев С.А. Методика кинематического и динамического расчета двигателя с бескривошипно-шатунным механизмом. Сборник научных трудов по материалам международной конференции «Двигатель-2007». Москва: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007. С.186-190.

Что такое передаточное отношение штока двигателя?

| Практическое руководство — Двигатель и трансмиссия

Погрузитесь в запутанный мир внутренней геометрии двигателя и внимательно изучите то, о чем вы очень мало знаете: соотношение шток/ход.

(Да ладно, признайтесь!) Редактор Боб демистифицирует.

Если и есть что-то общее между многими высокопроизводительными OEM-двигателями с малым рабочим объемом, так это то, что они любят кричать. А энтузиасты любят заставлять их кричать. В некоторых случаях (мы смотрим на тебя, Хонда) цифры на тахометре достигают таких высот, что разработчики двигателей практически предлагают лицензию: вперед. Заставь петь. Это хорошо. Пока вы не пропустите смену, все в порядке.

Понимание передаточного отношения штока, или величины, на которую шток отклоняется от воображаемой прямой линии, проходящей от центра шейки коленчатого вала к центру поршня, является ключом к пониманию того, как эти машины развивают мощность при высоких оборотах.

Легкие компоненты, более прочные материалы и более короткий ход позволяют современным двигателям вращаться очень быстро, но при этом служить дольше, чем когда-либо. В инженерию и создание этих высокоскоростных машин уходит огромное количество научных знаний, большая часть которых уходит корнями в элементарные принципы физики и основы геометрии, которые должен знать каждый, кто планирует построить двигатель.

Передаточное отношение штока: математика

Чтобы вычислить передаточное отношение штока двигателя (также известное как отношение штока к ходу), разделите длину шатуна (то есть расстояние от центра большого и малого концов, также известного как центр к центру или c-c) по ходу (то есть по расстоянию внутри цилиндра, которое проходит поршень). Например, Honda B18C1 inline-4 сочетает в себе 138-миллиметровые шатуны с ходом 87,2 мм для соотношения 1,58: 1.

Мы слышали, что многие производители двигателей стремятся к передаточному числу от 1,5:1 до 1,8:1 для уличного двигателя, при этом 1,75:1 считается идеальным, независимо от области применения. Наиболее совершенные четырехтактные двигатели в мире — двигатели Формулы-1 и мотоциклетные — имеют передаточное отношение шатунов более 2:1.

Передаточное отношение штока влияет на некоторые динамические характеристики двигателя, включая скорость и ускорение поршня, выдержку поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) и нижней мертвой точке (НМТ), боковые нагрузки поршня, нагрузку на цилиндр и нагрузку на подшипники. Многие из этих элементов играют роль в аспирации, сгорании и износе двигателя.

Ноу-хау мельницы для вашего мозга
Контрольный список замены двигателя
RB26DETT или 2JZ-GTE — какая шестерка сексуальнее?

Как правило, более низкое передаточное отношение означает большой угол наклона штока, что создает большую вероятность ускоренного износа стенок цилиндров, юбок поршня и колец; увеличение трения также может повысить температуру охлаждающей жидкости. Низкое передаточное отношение также может привести к более высокому уровню вибрации двигателя. Достаточно низкое передаточное число из-за серьезности угла его штока может вдавить поршень прямо в стенку цилиндра.

Двигатели с более высоким передаточным числом, с другой стороны, не имеют таких проблем с трением, но имеют компромисс в других областях. Воздух не заполняет впускные отверстия с той же скоростью, и потребность в потоках через отверстия также меньше, поскольку для заполнения и очистки цилиндра требуется больше времени (мы обсудим это явление позже). Обычно это означает застойный поток воздуха на низких оборотах и ​​более слабый крутящий момент. Эй, ты не можешь иметь все это.

Нижние передаточные числа — характеристика Honda

Как показывает диаграмма внизу этой истории, многие передаточные числа Honda, разработанные для экономии, находятся на низком уровне. Honda производит компактные короткие блоки цилиндров с четырьмя цилиндрами, для которых не требуются длинные штоки. Большинство блоков Honda также имеют маленькое отверстие. В сочетании с коротким ходом угол штока по-прежнему резкий, хотя и не такой плохой, как если бы поршень был большего диаметра.

Некоторые тюнеры берут геометрию в свои руки с помощью более длинных стержней. Более длинный шток создает больший крутящий момент при той же силе поршня, и, поскольку он имеет меньший угол, чем более короткий шток, снижает нагрузку на боковую стенку и уменьшает трение. Все это увеличивает мощность.

Более длинные шатуны также дают поршням больше «задержек», короткие периоды времени, когда поршень находится в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке. Более длительное время задержки обеспечивает лучший поток впускных и выхлопных газов, поскольку поршень движется медленнее между ходами вверх и вниз.

Более длительное время выдержки также дает больше времени для заполнения цилиндров во время такта впуска и больше времени для продувки во время перекрытия. А поскольку поршень дольше находится в ВМТ или около нее, у такта сгорания больше времени для полной передачи энергии поршню.

В тактном двигателе поршень в конечном итоге достигает большей скорости, чтобы покрыть дополнительный ход. Скорость делает такты впуска, сжатия и выпуска более турбулентными и, следовательно, более мощными. Это также связано с износом компонентов, что следует учитывать при поиске деталей, увеличивающих ход.

Однако при коротком ходе и длинном штоке поршень более плавно разгоняется от ВМТ. Наибольшую скорость он набирает дальше по каналу ствола, в точке, где угол между шатунной шейкой и шатуном достигает 90 градусов. Поскольку поршни перемещаются из ВМТ медленнее, вся нижняя часть поглощает меньше механических нагрузок.

Продвижение к тонкой линии

Даже сочетание короткого хода и длинного удилища имеет свои пределы. Чтобы приспособиться к дополнительной длине штока, некоторые строители перемещают поршневой палец выше в поршень или выбирают пластину настила. Любой метод требует опытного гаечного ключа с доступом к большому количеству нестандартных деталей.

Более длинные штоки в двигателе с рабочим ходом могут компенсировать любое увеличение угла штока, но также требуют более короткого поршня. Чем глубже вы копаетесь в поршне, чтобы укоротить его, тем выше ваши шансы врезаться в канавку маслосъемного кольца и нанести ущерб расходу масла. Большинство поршневых компаний на рынке спортивных компактных поршней разрабатывают поршни с более плотными пакетами колец и мостовыми кольцами, чтобы избежать этой проблемы.

Независимо от того, выберете ли вы линию хода или просто используете более длинные штоки, вы достигнете точки, когда вы больше не сможете укоротить поршень без ущерба для надежности.

Дружеский совет

Большинство производителей двигателей считают, что более длинные шатуны лучше, но некоторые энтузиасты по-прежнему ценят крутящий момент на низких оборотах, который могут создавать более короткие шатуны. Мы советуем строителям, которым требуется соотношение менее 1,6: 1, использовать самые прочные стержни, которые они могут найти, учитывая угол наклона. Мы также рекомендуем втулки вторичного рынка, чтобы лучше противостоять боковому напряжению, создаваемому углом штока.

Вот последний самородок, которым можно удивить своих друзей: формула для расчета скорости поршня в футах или метрах в секунду. Уравнение иллюстрирует тот факт, что чем длиннее ход поршня, тем быстрее движется поршень при тех же оборотах.

Сравните B16A2 и h33. При 7000 об/мин пуля B16 движется со скоростью 18 м/с. При тех же оборотах поршень х33 тянет дополнительную задницу — 22 м/сек. Просто умножьте ход на число оборотов, и вуаля — минуты бесконечной писанины в классе.

Популярные страницы

• Taco Teaserday: новейший предварительный просмотр Toyota Tacoma следующего поколения становится профессиональным0247

• 2024 Hyundai Kona First Look: Bigher, более ориентирован на EV, чем до

• 2024 KIA EV9 Первый взгляд: 3 строки с массивным присутствием

• 2025 RAM.

  

Trending Pages

• Taco Teaserday: предварительный обзор Toyota Tacoma следующего поколения становится профессиональным0247

• 2024 Hyundai Kona First Look: Bigher, более ориентирован на EV, чем до

• 2024 KIA EV9 Первый взгляд: 3 ряда с массивным присутствием

• 2025 RAM RUTE

• 2025 RAM.

Почему отношение штока к ходу имеет значение

Соотношение штока к ходу — это термин, который вы будете слышать довольно часто, однако многие люди не до конца его понимают. В этой статье вы узнаете, что это такое, как оно влияет на работу двигателя и как его можно изменить.

В этой статье: Что такое отношение штока к ходу? | Как соотношение влияет на работу вашего двигателя? | Компромиссы более высокого отношения стержня к ходу | Внесение изменений в отношение удилища к ходу | Заключение

Что такое отношение штока к ходу?

Хотя это, вероятно, говорит само за себя, давайте убедимся, что мы все на одной странице. Это просто отношение между длиной шатуна и ходом коленчатого вала. Длина шатуна измеряется, как показано ниже, от центра большого конца до центра малого конца. Затем эта длина делится на ход коленчатого вала. Чтобы дать вам пример, давайте посмотрим на стандартный 4G63, 2-литровый, четырехцилиндровый двигатель. Они поставляются с шатуном длиной 150 миллиметров, а коленчатый вал обеспечивает ход 88 миллиметров. Это означает, что отношение штока к ходу составляет 1,70. Как видите, это соотношение зависит от механической конструкции двигателя и кажется фиксированным. Это не обязательно так. Мы обсудим, как вы можете повлиять на это позже.

Как отношение влияет на работу вашего двигателя?

Теперь вы знаете, что такое отношение штока к ходу… но что оно означает на самом деле, какое влияние оно оказывает на работу вашего двигателя? Отношение шатуна к ходу влияет на угол между шатуном и коленчатым валом при заданном вращении коленчатого вала. При увеличении длины шатуна этот угол уменьшается. Следовательно, по мере увеличения отношения стержня к ходу угол наклона уменьшается.

Это, в свою очередь, снижает осевую нагрузку между упорной поверхностью поршня и стенкой канала, что снижает потери на трение, а также уменьшает износ между поршнем и стенкой цилиндра. Конечно, уменьшение отношения штока к ходу имеет противоположный эффект, поскольку увеличивает тяговую нагрузку и потери на трение, что, очевидно, нежелательно, особенно для двигателя, работающего на высоких оборотах.

Далее давайте посмотрим, как отношение штока к ходу влияет на положение поршня в цикле двигателя. На приведенном ниже графике показан график для шатуна 100 мм и 500 мм. Хотя 500-миллиметровый шатун довольно нереалистичен, он просто используется, чтобы показать разницу. Как вы можете видеть, более длинный шатун остается вблизи верхней мертвой точки дольше, чем более короткий шатун. Это то, что называется пребыванием. Время пребывания вокруг верхней мертвой точки увеличивается по мере увеличения отношения штока к ходу.

Увеличенное время выдержки способствует наполнению цилиндров, особенно при очень высоких оборотах. Это означает, что более длинное отношение штока к ходу является здесь преимуществом.

Другим эффектом изменения отношения штока к ходу является ускорение поршня. На приведенном ниже графике по горизонтальной оси указано, где вы находитесь в цикле двигателя, а по вертикальной оси — ускорение поршня. На графике представлены 3 различных длины шатуна. Как и в случае с предыдущим графиком, шатун длиной 5000 мм невозможен и используется только для демонстрации эффекта. По мере увеличения отношения штока к ходу ускорение вокруг верхней мертвой точки резко снижается. Это имеет смысл, если вы свяжете это с предыдущим графиком. Более длинное отношение штока к ходу означает большее время пребывания вокруг верхней мертвой точки, поэтому, очевидно, ускорение будет медленнее.

В результате этого более медленного ускорения на верхнюю часть поршня может оказывать большее давление, когда он удаляется от верхней мертвой точки. Если вы хотите выжать из двигателя максимальный крутящий момент, вас должно интересовать, что происходит примерно через 16–18 градусов после верхней мертвой точки. Именно здесь можно получить максимальное механическое преимущество от давления, действующего вниз на верхнюю часть поршня, которое передается через шатун на коленчатый вал. Поэтому более медленное ускорение от верхней мертвой точки, достигаемое за счет более длинного отношения штока к ходу, может дать вам преимущество.

Компромиссы с более высоким отношением штока к ходу

До этого момента мы воспевали более высокое отношение штока к ходу. Однако это не все солнце и радуга. Отрицательный эффект заключается в том, что это будет вредно для крутящего момента на низких оборотах. Это связано с тем, что скорость воздуха в двигателе уменьшается, поскольку поршень медленнее ускоряется при удалении от верхней мертвой точки. Если вы выберете более низкое отношение штока к ходу, как обсуждалось, поршень будет быстрее разгоняться от верхней мертвой точки. Это означает, что на каждый градус вращения коленчатого вала после верхней мертвой точки поршень перемещается дальше по отверстию, а это означает, что вы создали более высокий вакуум внутри цилиндра, который способствует потоку воздуха через впускное отверстие, мимо клапана и в цилиндр. Это означает, что наполнение цилиндра при низких оборотах фактически улучшается за счет более низкого отношения штока к ходу. Более высокая скорость воздуха при низких оборотах также может способствовать более однородной смеси топлива и воздуха.

Как видите, нет идеального ответа, когда дело доходит до выбора отношения штока к ходу. Вы должны принять во внимание диапазон оборотов, в котором вы ожидаете, что ваш двигатель будет работать. Более высокое отношение штока к ходу лучше подходит для высоких оборотов. Более низкое отношение штока к ходу лучше подходит для низких оборотов. Существуют следующие общие эмпирические правила относительно отношения штока к ходу поршня, которые вы хотели бы получить для данного двигателя:

Эти числа ни в коем случае не являются точными, а   просто дают вам представление о том, что вы ожидаете увидеть.

Внесение изменений в отношение удилища к ходу

Давайте продолжим и посмотрим, как можно изменить соотношение удилища к ходу. Это может показаться трудным или даже невозможным, но есть способы сделать это. Иногда можно добиться значительных изменений путем смешивания и подбора компонентов двигателя и изменения длины штока.

Очевидно, что если единственное изменение, которое вы делаете, это установка более длинного шатуна, ваш поршень будет проходить через верхнюю часть блока в верхней мертвой точке. Вы можете обойти это несколькими способами, в зависимости от конструкции вашего поршня и величины изменений, которые вы хотите внести в свой шатун. Один из вариантов — поднять поршневой палец вверх в поршне. Иногда это приводит к тому, что поршневой штифт пересекает маслосъемное кольцо. Не беспокойтесь, вы можете просто установить рельсовую опору для поддержки этого кольца. Подняв поршневой палец, вы уменьшите компрессионную высоту поршня, что означает, что вы можете установить более длинный шатун, не оказываясь над блоком цилиндров в верхней мертвой точке. Другой вариант — перейти на блок с большей высотой деки. Высота деки — это расстояние между осевой линией коленчатого вала и поверхностью деки. Эта дополнительная высота позволит разместить более длинный шатун.

Давайте рассмотрим пример использования более длинного шатуна. Как обсуждалось ранее, стандартный 2-литровый двигатель Mitsubishi 4G63 имеет 150-миллиметровый шатун с ходом 88 миллиметров, что дает передаточное число 1,70. Распространенной модификацией этого двигателя является использование ударного коленчатого вала от двигателя 4G64 объемом 2,4 л. Это обеспечивает 100-миллиметровый ход. Если вы используете стандартный 150-миллиметровый шток с этим модифицированным 100-миллиметровым ходом, отношение штока к ходу уменьшается до 1,50, что не идеально, если вы хотите запустить двигатель на высоких оборотах. Распространенным способом борьбы с этим является использование блока 4G64, высота деки которого на 6 миллиметров выше, чем у 4G63. Теперь вы сможете иметь шатун длиной 156 миллиметров, который доводит отношение штока к ходу до 1,56.