Коля Сахипов,
28-08-2009 13:26
(ссылка)
поржём???????!!!!!!!!
Тойота - управляй мечтой. Хонда - управляй реальностью. Ниссан - превосходя ожидания. Форд - почувствуй разницу. Вольво - опробуй самое новое. Субару - Мысли. Чувствуй. Рули. Киа - искуство удивлять. Хёнде - выбери свой путь. Сааб - управляй силой мысли. Митсубиси - перемены к лучшему. Додж - все или ничего! БМВ - c удовольствием за рулем. Ауди - превосходство высоких технологий. Инфинити - бунтующая страсть. Шкода - просто гениально. Ленд-ровер - будь выше...... ВАЗ - не ссы, доедем
настроение: Веселое
Коля Сахипов,
09-09-2009 21:16
(ссылка)
ВЫПУСКНАЯ система
Выпускная система и выпускные коллекторы:
Ваши представления о том, как двигатель внутреннего сгорания выдает мощность, станут точнее с изучением динамики движения газов. Это более чем справедливо для выпускной системы. Хотя многие из «движущихся» деталей в этой системе не требуют смазки или периодического обслуживания, они, тем не менее, испытывают существенные динамические нагрузки. В пространстве, ограниченном тонкой сталью, есть место, где газы с температурой более 1100° С и под давлением, движутся со скоростью звука, взаимодействуют с окружающей средой либо для помощи двигателю в освобождении его цилиндров от отработанных газов, либо для противодействия этому процессу. Эта глава поможет вам заглянуть внутрь выпускной системы и покажет легкие пути для увеличения мощности с помощью уменьшения сопротивления и увеличения продувания выпускного тракта. Вы также узнаете о некоторых специальных технологиях, которые можно использовать для оптимизации потока выхлопных газов и увеличения мощности.
Выпускная система уменьшает шумы. Используемые для этого глушители действуют подобно пробке. Лучшие глушители для форсированных двигателей — это не глушители точно отштампованные, точно настроенные и имеющие высокотехнологичную конструкцию. Лучшие глушители — это просто отсутствие глушителей!
Если выпускная система была бы просто скоплением труб, которые направляет поток выхлопных газов к задней части автомобиля, то работа по оптимизации системы была бы относительно простой. Однако выпускная система рассчитана на выполнение как минимум одной дополнительной задачи: она должна уменьшать шум двигателя. Эти не связанные с форсировкой требования приводят к необходимости использования глушителей, а глушители существенно усложняют задачу получения максимальной мощности. Распредвалы могут быть доработаны до полного профиля, головки блоков цилиндров могут иметь отработанные каналы, карбюраторы могут быть точно настроены, и все эти модификации могут улучшать мощность. А лучшие глушители это не те, которые точно оптимизированы, точно настроены или имеют высокотехнологичную конструкцию. Лучшие глушители — это отсутствие глушителей!
Обратное давление и мощность
Глушители работают подобно пробке. Они создают сопротивление потоку газов, увеличивают обратное давление в выпускной системе, и в результате этого частично уменьшаются шумы. Хотя снижение шума приятно уху, оно ухудшает мощность двигателя и экономию топлива.
Уменьшение обратного давления выхлопных газов всегда улучшает мощность и экономию топлива при условии, что соотношение воздух/топливо и момент зажигания тщательно оптимизированы, а до и после выпускной системы обратное давление увеличивается. Если вы уменьшите обратное давление в выпускной системе и оптимизируете двигатель для этих условий, то в 999 случаях из 1000 вы обнаружите прирост мощности.
Двигатели с компьютерным управлением
Многие автомобили последних моделей используют сложные компьютеры для управления двигателем, которые анализируют некоторые параметры работы двигателя и несколько раз в секунду инструктируют систему зажигания, как опережать и задерживать момент зажигания и/или управляют форсунками впрыска топлива для изменения количества топлива, поступающего в воздушный поток. Не стоит и говорить о том, что эта сложная система должна быть тщательно настроена инженерами, хорошо подготовленными как в области двигателестроения, так и в области компьютерной техники. Нет ничего удивительного в том, что произвольное изменение какой-либо детали этой сложной системы может привести к неожиданным изменениям, результатом которых будет ухудшение приемистости и снижение мощности двигателя.
В таких условиях установка выпускной системы с низким обратным давлением без других изменений может не улучшить мощность двигателя. Если автомобиль будет использоваться для езды по пересеченной местности или для гонок и желательна большая мощность, то имеются три возможности:
• Вы можете заменить стандартный блок памяти версией для форсированного двигателя. Эти блоки представляют собой электронные схемы, которые содержат инструкции для работы компьютера. Новые блоки могут улучшить мощность, но без постоянного контакта с фирмой-производителем электронных блоков настройка будет очень трудной и обычно чем-то похожа на известный метод проб и ошибок.
• Большая свобода настройки может быть получена благодаря установке сборной компьютерной системы. Эти дополнительные блоки "перехватывают? информацию, поступающую к стандартному компьютеру и выходящую из него. Путем поворота с помощью отвертки некоторых регулировочных резисторов, которые расположены на блоках схемы, пользователь может изменять характеристики системы зажигания и топливной системы.
• Последний и наиболее прямой путь к "соглашению" с системой управления двигателем — это снять ее полностью и установить более привычные обычные системы зажигания и карбюрации (или впрыска топлива). Когда системы двигателя могут быть свободно перекалиброваны, то преимущества выпускной системы с низким обратным давлением будут полностью реализованы.
Измерение обратного давления
В простом понимании высокофорсированный двигатель может быть определен как двигатель, который выдает больший объем выхлопных газов, чем стандартный двигатель того же рабочего объема. Так как мощность двигателя получается из-за сгорания топлива, то чем больше топлива эффективно сгорит в двигателе, тем большую мощность (и объем выхлопных газов он произведет). Следовательно, каждая модификация двигателя, которая улучшает мощность, будет увеличивать обратное давление, если не сделать необходимых изменений на выхлопной системе. Фактически, увеличение мощности на 40% обычно удваивает обратное давление, а если вы рассчитываете удвоить мощность двигателя, то обратное давление увеличится в 4 раза.
Но не спешите сразу же выбрасывать свои глушители и выхлопные трубы. Вначале вы должны измерить, какое обратное давление развивается в вашей выпускной системе. К счастью, для решения этой задачи не требуется дорогое диагностическое оборудование. Все, что вам потребуется — это манометр, несколько соединителей и трубок. Манометр должен быть рассчитан на измерение давления порядка 0,7 кгс/см3; в крайнем случае, можно воспользоваться манометром для измерения давления топлива. Лучше всего иметь манометр с крупной шкалой для облегчения измерений. Вварите кусок "резьбы" в выхлопную систему перед глушителями, а если автомобиль оборудован катализатором, то добавьте еще и резьбу перед ним. Резьба может представлять собой простую шестигранную гайку с резьбой для установки трубки диаметром 3,2 или 6,3 мм. Из-за высоких температур в системе подсоединение манометра к резьбовому отверстию требует дополнительных операций. Просверлите маленькое отверстие через заглушку выхлопной трубы (эта заглушка должна иметь такой же размер резьбы, как и в приваренной гайке) и впаяйте высокотемпературным припоем кусок стальной трубки длиной 300-450 мм, внутренним диаметром 3,2 мм(1/8 дюйм), которая часто используется в качестве тормозной трубки, в просверленное отверстие. Стальная трубка будет рассеивать избыточное тепло от горячей выпускной системы, чтобы можно было подсоединить резиновый шланг, идущий к манометру. Следите за тем, чтобы шланг не касался других раскаленных деталей выпускной системы. После измерений обратного давления можно снять трубку и заглушить выпускную систему резьбовой заглушкой без отверстия для трубки.
Обратное давление измеряется при разгоне автомобиля с широко открытой дроссельной заслонкой. При регулярном повышении оборотов определяйте значения давления по манометру. Любое обратное давление является нежелательным, но к этому нужно подходить практически. Так как невозможно добиться нулевого сопротивления потоку, то нужно добиваться реальных целей. Полученные графики обратного давления иллюстрируют, что стандартная выпускная система может создавать давления до 0,6 кгс/см2 (и даже больше на некоторых обычных автомобилях). При тщательном подборе глушителей, катализаторов и выхлопных труб тот же самый двигатель будет развивать обратное давление величиной не более 0,15 кгс/см2. Если при измерениях будут получены значения обратного давления более 0,35 кгс/ см2 при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой в какой-либо области оборотов, то выпускная система нуждается в доработке.
Проверка обратного давления в выпускной системе. 1 - манометр; 2 - катализатор; 3 - для проверки обратного давления катализатора вварите в систему гайку с резьбой здесь; 4 - для проверки обратного давления только глушителя вварите в систему гайку с резьбой здесь; 5 - глушитель.
Катализаторы
Для уменьшения содержания углеводородов (СН или НС), окиси углерода (СО) и окислов азота (NOX) в выхлопных газах большинство автомобилей последних моделей используют в выпускной системе катализатор. Это устройство выглядит как глушитель, но использует такие благородные металлы как платина, палладий и родий для выполнения своих задач. Они вступают с токсичными веществами в химические реакции, изменяя состав выхлопных газов так, что СО, СН и NOX преобразуются в СО2 (двуокись углерода), Н2О (воду) и N2(азот). Фактически, катализатор так эффективен для снижения концентрации вредных веществ, что большинство других устройств контроля токсичности газов
Устройство катализатора
на современных автомобилях используются только для тонкой настройки процессов сгорания и оптимизации работы катализатора.
Недостатки катализатора
В большинстве случаев катализатор имеет большее сопротивление потоку, чем глушитель. Особенно это справедливо для катализаторов фирмы "Дженералмоторе" и "Крайслер". Большинство катализаторов фирмы "Форд", однако используют сотовую конструкцию, которая пропускает поток лучше, чем другие конструкции. Однако благодаря прогрессу в области систем контроля выхлопных газов, созданы и развиваются несколько новых типов катализаторов. Некоторые новые разработки называются двух- или трехступенчатыми катализаторами, и они используют впрыск воздуха в них для помощи в процессе контроля выхлопных газов.
Из-за разнообразия конструкций и тесной интеграции катализаторов с другими системами двигателя невозможно дать конкретные рекомендации по увеличению мощности и одновременно сохранению низкого уровня токсичности.
Модификации катализатора
Имеется большое разнообразие по потенциалам потока между различными катализаторами. Основные причины этого связаны с основной конструкцией. Катализаторы с самой малой эффективностью часто используют шарики из активных веществ, которые, к счастью, становятся менее популярными. Катализаторы такого типа пропускают поток выхлопных газов через множество шариков, покрытых активными веществами, что создает заметное сопротивление потоку. С другой стороны, катализаторы фирмы "Форд" (используемые и другими фирмами) имеют сотовую структуру. Хотя это может выглядеть конструкцией с большим сопротивлением, такой катализатор довольно эффективен. Самое большое сопротивление в большинстве катализаторов с сотовой структурой имеется на входе в сотовую структуру. С помощью конструкций с измененным входом и измененным выходом возможно заметно улучшить поток через такие катализаторы. Испытания на стендах, показали улучшение потока примерно на 8,51 М3/МИН (при давлении 635 мм водяного столба). Это соответствует улучшению потока на 250 % по сравнению с типичным промышленным катализатором.
Новые удлиненные впускная и выпускная части для катализатора с сотовой конструкцией могут заметно увеличить объем потока.
Эксперименты с промышленными катализаторами подтвердили их главный недостаток: они дорогие!
Горячо! И поддерживайте его таким
Катализаторы работают правильно, когда они горячие, даже раскаленные! При температурах 200-260° С катализатор достигает начальной температуры, при которой эффективность преобразования токсичных веществ в безвредные соединения около 50%. Рабочая температура для полного преобразования составляет от 500 до 900° С, т. е. близка к температуре в камере сгорания. Сталь при этих температурах раскаляется докрасна.
Необходимо учитывать эти температуры при работе с катализаторами. Прежде всего, катализаторы достигают таких высоких температур только, если они расположены очень близко от отверстий выпускных коллекторов. Температура выхлопных газов может заметно снизиться уже в 1,0-1,2 м от выпускного коллектора и катализатор может не достичь даже начальной рабочей температуры. Во-вторых, высокие температуры катализатора требуют соответствующей теплоизоляции для предотвращения разогрева и воспламенения деталей на днище кузова и рядом с катализатором. Это может произойти, когда автомобиль останавливается после интенсивной работы, когда катализатор остается горячим в течение долгого времени после остановки автомобиля.
Существуют несколько факторов, которые могут влиять на срок службы катализатора, особенно при его работе на форсированном двигателе. Если вы будете следовать приведенным ниже указаниям, то катализатор будет служить долго и безотказно:
• При установленном на двигателе катализаторе не пользуйтесь этилированным бензином. Свинец будет осаждаться на материале катализатора и будет мешать его работе. Однако если вы заправились этилированным бензином случайно, и в нем содержится мало свинца, то осажденный свинец может быть выжжен у катализатора, и катализатор снова начнет работать нормально.
• Поддерживайте соотношение воздух/топливо в смеси как можно ближе к стехиометрическому (примерно 14,7:1), так как выброс токсичных газов минимален при использовании смеси такого состава, и это предотвращает чрезмерные температуры катализатора.
• Поддерживайте двигатель в хорошем состоянии; пропуски зажигания, заедание воздушной заслонки, "дизелирование" (работа двигателя при выключенном зажигании) или "переливание" карбюратора приводят к попаданию топлива в катализатор, что приводит к его сгоранию внутри катализатора, т. е. к повышению температуры катализатора и сокращению срока службы.
Катализаторы должны быть расположены очень близко к отверстиям выпускного коллектора, чтобы достигнуть начальной температуры от 200 до 260° С. 1 -150° С; 2 - 260° С.
Глушители
После катализатора следующей большой помехой потоку газов является глушитель. Хорошо сконструированный глушитель будет уменьшать шум от работы двигателя, не создавая избыточное обратное давление и не "придушивая" двигатель. К сожалению, не все глушители хорошо сконструированы. Фактически, некоторые глушители являются такими "хорошими" в создании обратного давления, что они могут отнять от 30 до 40 л. с. у форсированного в заводских условиях двигателя V8. Но вместе с тем есть и отлично работающие глушители и, подобрав глушитель правильной конструкции, вы можете получить существенную прибавку мощности.
Глушители уменьшают шум тремя способами: с помощью ограничения, поглощения и отражения.
Глушители можно разделить на три основные категории: ограничители, поглотители и отражатели. "Тишина" большинства промышленных глушителей достигается путем создания ограничений потоку, что делается продавливанием выхлопных газов через каналы небольшого диаметра. К сожалению, эта методика также создает большое обратное давление и отбирает большую мощность. Специальные глушители, с другой стороны, часто основаны на поглощении, когда звук, поступающий в корпус, преобразуется в тепло при своем взаимодействии с поглощающим материалом, подобным фиберглассу, путем процесса трения. Этот метод создает меньшее обратное давление, но он менее эффективно заглушает шум. Глушители также используют внутренние перегородки для отражения звуковых волн обратно к входной стороне. Лучшие глушители для форсированных двигателей часто сочетают методики отражения и поглощения для улучшения шумопоглощающих свойств, сохраняя в то же время большие внутренние каналы для уменьшения сопротивления потоку газов. Превосходным примером таких конструкций может служить глушитель CYCLONE SONIC TURBO. Он использует поглощение в стеклопакете и обратные акустические "зеркала" для отражения звуковых волн.
Имидж "Турбо"
В течение последних 20 лет некоторые глушители с репутацией "Турбо" стали популярными для использования в форсированных двигателях. Первый "турбо"-глушитель был разработан в США для двигателя с турбонаддувом, устанавливаемого на модели CHEVROLET CORVAIR в 60-е годы. Он использовал комбинацию систем отражения и поглощения и был разработан для уменьшения уже низкого шума от двигателя с турбонаддувом (турбонагнетатели существенно уменьшают шум от выхлопных газов). Так как очень сильного снижения шума не требуется, обратное давление глушителя было довольно низким. Конструкторы автомобилей типа "хот-род" вскоре начали верить, что его можно использовать в этой области, хотя его "заглушающие" свойства на нормальных атмосферных двигателях были довольно ограничены. Откликаясь на требования рынка, некоторые фирмы-производители использовали этот имидж "турбо-глушителя" для увеличения объема продаж. Глушители, которые многие продавали благодаря их технической "похожести" на оригинальную конструкцию, не всегда были плохими и некоторые из них вполне могли бы быть установлены на форсированные двигатели. Фактически, некоторые турбо-конструкции подтвердили, что они имеют большее сопротивление, чем стандартные глушители.
Керамические блоки
ЕСЛИ и было изделие, продаваемое и покупаемое с подозрительностью, то это были глушители с керамическими блоками. Для многих само название "керамический блок" уже говорило об улучшенных характеристиках, и некоторые фирмы-производители старались подстроиться к этому интересу. Однако, к сожалению, многие глушители с керамическими блоками являются менее эффективными, чем обычные глушители. На рынке имеются несколько качественных керамических блоков, но в начале 90-х годов на одну хорошую конструкцию приходилось не менее одной плохой. Тем не менее, пока вы подберете правильный глушитель, вы можете приобрести несколько таких, которые не приведут к увеличению мощности и топливной экономии. Более того, многие керамические блоки используют материалы не лучшего качества, и глушитель может стать очень шумным после даже недолгой работы.
Здесь показан оригинальный глушитель для модели CORVAIR с турбодвигателем (слева). Он был сконструирован для 6-цилиндрового двигателя с турбокомпрессором. Так как турбокомпрессоры сами заметно снижают уровень шума, то такой глушитель обеспечивал всего лишь минимальное уменьшение шума. При установке на обычный двигатель этот глушитель был очень шумным. Имеется много глушителей, носящих наименование "турбо" (например, показанный справа), но лишь некоторые из них обеспечивают хорошее снижение шума и низкое сопротивление потоку.
К счастью, довольно легко различить хорошие и плохие керамические блоки без использования испытательного стенда. Надежную оценку можно сделать, посветив внутрь глушителя и проверив центральную трубу. Если канал существенно уменьшается в размерах от входа к выходу, или если вы не сможете увидеть выходное отверстие вообще, то лучше такой глушитель не покупать. Во-вторых проверьте отверстия, пробитые в центральной трубе, которые позволяют выхлопным газам попадать в материал керамического блока. Если они выступают в поток газов, как небольшие колпачки, то это существенно увеличит ограничение потока и будет мешать ему.
Некоторые "турбо-глушители" лишь очень немного похожи на настоящие конструкции для форсированных двигателей. Фактически, некоторые из них имеют большее сопротивление потоку, чем стандартные глушители; другие почти такие же шумные, как и простые трубы.
Однако если отверстия пробиты наружу от центральной трубы и направлены к наружному корпусу, то это качественный глушитель. Теперь можно заключить: керамический блок с отверстиями в центральной трубе, пробитыми наружу, почти наверняка производит больше шума. Вы можете использовать 2 или 3 таких керамических блока в каждой выхлопной трубе для достижения приемлемого уровня шума.
Обратный поток Прямой поток
Правильная и неправильная установка керамического блока с отверстиями, пробитыми внутрь. 1 - обратный поток; 2 - прямой поток.
Выхлопные газы, нормально проходящие через центральную трубу с отверстиями, пробитыми внутрь, будут ударяться о верхнюю кромку каждого отверстия и будут двигаться назад вдоль такого зубца, что существенно увеличивает сопротивление. Однако, если глушитель установить наоборот, то поток выхлопных газов будет разрываться около каждого зубца. Разница между прямым и обратным потоком может быть очень большой и достигает почти 50%. Однако установка керамического блока с отверстиями, пробитыми внутрь, также увеличивает уровень шума. Фактически, так как "обратные", т. е. внутренние, отверстия стремятся закрыть входные каналы к материалу блока, то уровень шума, может быть даже выше, чем у глушителя с отверстиями в центральной трубе, пробитыми наружу.
Всегда проверяйте отверстия, пробитые в центральной трубе. Если отверстия пробиты наружу от центральной трубы и по направлению к наружному корпусу, а центральная труба большая (как показано внизу), то такой глушитель можно считать хорошим.
Построение выпускной системы
Выпускная система состоит из системы соединительных труб, которые направляют выхлопные газы от выпускных коллекторов к задней части автомобиля.
Конструкция системы и размер труб
Прежде всего, каждый форсированный двигатель V8 должен быть оснащен двойной выпускной системой. Среднестатистический двигатель V8 выдает значительный объем горячих выхлопных газов на высоких оборотах двигателя. Если все эти газы направляются через одну выхлопную трубу и глушитель, то такая система почти всегда страдает от избыточного обратного давления. Чтобы избежать этого, можно пойти двумя путями. Первый: установить практичную двойную выпускную систему с глушителями, обеспечивающими высокие значения потока газов. Второй: найти пространство для трубы с отверстием от 89 до 100 мм и для одинарного глушителя, который пропускает поток от 17 до 23,7 м3/мин, например, глушитель от грузовика с диаметром 300 мм и длиной до 1200 мм.
Предполагая, что ваш выбор остановился на более практичной двойной выпускной системе, вопрос теперь заключается в том, каким должен быть диаметр трубы, которая соединяет выпускные коллекторы с глушителями. Большинство фирм по форсировке двигателей устанавливает трубу диаметром 63,5 мм, так как это является обычным размером для стандартных глушителей, а большие трубы часто требуют дополнительного изгиба и могут создать проблемы с зазором у днища кузова. Рассуждая с практической точки зрения, труба с диаметром 63,5 мм подходит для большинства двигателей для повседневного использования мощностью до 400 л. с. и даже более. Если двигатель выдает значительно большую мощность или оснащен выпускными коллекторами, которые имеют приемные трубы размером 100 мм, то вам могут потребоваться трубы увеличенного размера. Однако ограничения по зазору могут потребовать "ступенчатого" решения. К примеру, труба размером 100 мм отходит от приемных труб на короткое расстояние, а затем постепенно сужается до размера 63,5 мм у глушителей. Однако перед тем как вы решите использовать трубы, размер которых превышает 63,5 мм, всегда имейте в виду, что относительно прямая труба, идущая от фланца приемной трубы к глушителю, имеет, меньшее сопротивление потоку по сравнению с глушителями. Используйте только лучшие высокопоточные глушители (часто с диаметром труб, превышающим 57,2 и 63,5 мм) и, если это возможно, используйте трубы, которые по диаметру не меньше, чем входное отверстие глушителя.
Давайте рассмотрим ситуацию, которая может иметь место в случае двигателя для повседневного использования, когда дорожный просвет является важным фактором. Труба с размером 57,2 мм является наибольшим размером, который может быть использован для соединения коллектора и глушителя. Однако глушитель с входным отверстием 57,2 мм и внутренней трубой такого же размера почти наверняка пропускает меньший поток, чем глушитель с трубой размером 63,5 мм. Для оптимизации этой системы используйте глушитель большего размера с внутренней трубой диаметром 63,5 мм (так как даже самый большой глушитель остается самым ограничивающим элементом системы) и добавьте короткий переходник перед глушителем, чтобы увеличить размер труб с 57,2 до 63,5 мм. Никогда не уменьшайте размер приемной трубы выпускного коллектора при переходе к глушителю с центральной трубой меньшего размера.
Изгибы в выпускной системе
Практически невозможно использовать в выпускной системе только прямые трубы. Изгибать трубы необходимо, чтобы обойти детали трансмиссии и подвески. К сожалению, каждый изгиб увеличивает обратное давление и уменьшает мощность двигателя. Сопротивление потоку будет уменьшено, если в областях с изгибами будут использоваться трубы большего размера. Всегда используйте изгибы как можно большего диаметра. Избегайте острых изгибов или гибки труб, так как любые внутренние неровности в трубах увеличивают обратное давление.
Тщательно спланируйте выпускную систему.
Поперечные трубы
Большое количество стендовых и ходовых испытаний показали, что простая поперечная труба, соединяющая две стороны в двойной выпускной системе чуть позади приемных труб и перед глушителями, может увеличить мощность двигателя. Прирост мощности от использования поперечной трубы имеет место как на обычных, так и на гоночных автомобилях, но причины роста в разных случаях отличаются.
Выпускные системы с поперечными трубами могут быть созданы различными путями. Единственная ровная поперечная труба допускается, когда емкость глушителя по потоку достаточно высока. Система с двумя поперечными трубами будет увеличивать мощность, если глушители имеют больше сопротивление потоку или если она используется на двигателях с мощностью более 350 л. с. Чем большее сопротивление имеют глушители, тем большая мощность может быть получена от использования системы с поперечной трубой.
На гоночном автомобиле с открытой выпускной системой и с поперечной трубой между приемными трубами эта труба передает ударные волны выхлопных газов с одной стороны системы на другую. На обычных автомобилях поперечная труба выполняет дополнительную функцию: поперечная труба позволяет каждой стороне двигателя частично разделять емкость потока комбинированного глушителя. Хотя даже самая эффективная поперечная труба не удвоит поток в системе, улучшение на 25% является обычным делом.
Многочисленные испытания на стенде и в движении продемонстрировали, что простая поперечная труба, соединяющая две стороны двойной выпускной системы сразу же после приемных труб и перед глушителями, может увеличить мощность двигателя.
Спаренные глушители
Иногда бывает невозможно уменьшить обратное давление выхлопных газов до приемлемого уровня с помощью одного глушителя в каждой стороне выпускной системы. Это часто происходит на высокофорсированных двигателях большого рабочего объема (т. е. более 6500 см5). Если измеренное давление в системе составляет более 0,35 кгс/см2, то может потребоваться использовать по два глушителя на каждой стороне, которые соединены параллельно.
Ступенчатое расположение глушителей.
В этих случаях выхлопные газы от каждого блока цилиндров проходят через два глушителя (см. рис. далее) и для двигателя V8 требуется всего 4 глушителя. Если переходник Y-образной формы, который распределяет выхлопные газы между каждой парой глушителей, сконструирован правильно, то эффективный поток двух глушителей будет примерно удвоен по сравнению с одиночным глушителем на одной из сторон.
Наиболее очевидным недостатком спаренных глушителей, кроме цены, является то, что на большинстве автомобилей имеется недостаточный зазор под кузовом, чтобы разместить два глушителя рядом друг с другом. Некоторые конструкторы используют ступенчатое расположение спаренных глушителей, что требует меньшего пространства, но во всех случаях важно помнить, что изгибы и переходы от одной трубы к двум и обратно должны быть плавными, большего диаметра и по возможности известного производителя.
Практические примеры
Очевидным вопросом здесь может быть следующий: какой прирост мощности и экономичности можно ожидать, если полностью переделать всю выпускную систему с упором на уменьшение обратного давления? Прирост может быть разным, но приводимые далее примеры покажут, что возможно получить.
Первый двигатель представляет собой экспериментальный четырехцилиндровый двигатель для испытаний на стенде, изначально оснащенный глушителем промышленной конструкции (типичная конструкция с обратным потоком, используемая на многих автомобилях) и короткой прямой выхлопной трубой большого диаметра. После измерения основной кривой мощности стандартный глушитель был заменен специальной конструкцией, которая обеспечивала почти нулевое сопротивление потоку. Фактически, проверки, проведенные на стенде, показали довольно заметное увеличение мощности по сравнению с прежней выпускной системой. При отсутствии других изменений на двигателе уменьшенное обратное давление дало прирост мощности в 8% во всем диапазоне оборотов. Было замечено улучшение экономии топлива в 3-8 % с типичным значением около 6%.
Практическое использование обсуждаемых изменений можно также было видеть на одном из испытательных двигателей V8 с рабочим объемом 5735 см5, изначально оснащенного промышленной одинарной выпускной системой. Для определения базового уровня была измерена стандартная мощность, которая составила 152 л. с. с выпускной системой, которая имеет ненормально высокое обратное давление в 1,13 кгс/см2. Затем стандартный катализатор с шариками был убран, а промышленный глушитель был заменен глушителем CYCLONE SONIC TURBO. Мощность при этом подскочила до 210 л. с., а обратное давление в выпускной системе снизилось до 0,25 кгс/см2. В заключение была установлена двойная выпускная система, которая была тщательно изготовлена для уменьшения обратного давления. Этот узел, оснащенный двойными турбо-глушителями CYCLONE SONIC, но по-прежнему использующий стандартные выпускные коллекторы, обеспечивал заметный прирост мощности до 47% по сравнению со стандартной выпускной системой. Измеренная мощность составила 224 л. с., а обратное давление в системе составило величину менее 0,07 кгс/см2. Однако такой прирост мощности дается не только путем больших материальных затрат при покупке деталей. Двойная выпускная система с высоким потоком может быть заметно шумнее стандартной или даже модифицированной одинарной выпускной системы. Фактически, некоторые системы с турбо-глушителями могут не удовлетворять требованиям по шумности.
Если автомобиль должен удовлетворять требованиям по токсичности выхлопных газов, то частью выпускной системы должен стать катализатор. К счастью потери мощности могут быть уменьшены, если используются катализаторы с двойной сотовой структурой. Они должны быть расположены перед глушителями и по возможности ближе к выпускным коллекторам. Сопротивление может быть уменьшено еще больше путем изменения входной и выходной частей катализатора в длинные конусные каналы. В качестве дополнительного преимущества катализаторы также уменьшают шум от выпускной системы.
Выпускные коллекторы
На первый взгляд задача отвода выхлопных газов из цилиндров может показаться простой, не требующей каких-то особых конструкторских ухищрений. Однако, как говорилось ранее, двигатель внутреннего сгорания является сложным агрегатом, который функционирует при тщательно продуманном взаимодействии многих динамических систем. Хотя выпускные коллекторы позволяют двигателю легче "выдыхать" путем уменьшения потерь при прокачке, которые имеют место, когда поршень движется вверх при такте выпуска. Это является наиболее очевидным преимуществом, которое могут предложить трубчатые впускные коллекторы.
Если такт выпуска происходит только один раз, то создание выпускных коллекторов было бы просто задачей по уменьшению сопротивления потоку. Но даже при 2000 об/мин двигатель V8 выдает примерно 70 тактов выпуска за секунду на один блок из четырех цилиндров. Эти импульсы давления, как мы увидим, взаимодействуют с потоком выхлопных газов, образуя сложную динамическую смесь, которая может воздействовать на оптимальный размер труб коллектора, их длину и на общую конструкцию. Может быть, довольно сложно полностью понять динамику потока, но настройка выпускной системы может быть "ключом" к получению дополнительной мощности. Вам потребуется правильная комбинация, и здесь будут даны некоторые рекомендации по достижению лучших результатов.
Трубчатые или цельные коллекторы?
Выпускные трубчатые коллекторы могут улучшить мощность двигателя, но они не всегда являются лучшим выбором для обычного форсированного (не гоночного) двигателя. Хотя трубчатые коллекторы являются более эффективными в диапазонах средних и особенно высоких оборотов, но если двигатель работает с низкими оборотами, то литые чугунные коллекторы дают хорошие рабочие характеристики, являются более.дешевыми (если вы уже имеете их), более компактными и менее склонными к образованию утечек выхлопных газов. Идеальной областью использования для литых коллекторов являются грузопассажирские автомобили, для которых важен крутящий момент на низких оборотах. Если у вас двигатель высокой степени форсиров-ки, то вы сможете получить заметный прирост мощности и топливной эффективности путем использования выпускных коллекторов, которые устанавливаются на обычные мощные двигатели.
Показанный здесь двигатель FORD INDY с двумя верхними распределительными валами использует одну из хорошо известных конструкций трубчатого выпускного коллектора.
Цельные выпускные коллекторы неэффективны при больших объемах потоков и на высоких оборотах из-за особенностей их конструкции. Почти все коллекторы, включая даже конструкции для форсированных двигателей, имеют короткие каналы, которые объединяются в общую камеру, имеющую конструкцию, которая не "заботится" о потоке. Когда выхлопные газы попадают в выпускной коллектор, они встречают два главных препятствия:
• каналы с сопротивлением потоку;
• импульсы от каждого цилиндра влияют друг на друга и сильно увеличивают сопротивление потоку, так как длины отдельных труб для разных отверстий часто очень малы.
Как работают выпускные коллекторы
Трубчатые выпускные коллекторы подвержены обоим недостаткам, указанным выше. При увеличении длины каждой трубы и плавных изгибов, а также эффективной изоляции отдельных каналов, применение выпускного коллектора трубчатого типа улучшает поток и практически убирает влияние цилиндров друг на друга. Когда выпускные коллекторы сочетаются с эффективной выпускной системой (высокопоточные глушители и т. д.), то дополнительную мощность можно получить путем продувки цилиндров.
Инерционная и волновая продувка
Может показаться, что устройство, сделанное из металлических труб, и в котором нет движущихся деталей, может втягивать свежую топливовоздушную смесь через открытый впускной клапан почти над малоподвижным поршнем и поможет освобождать камеру сгорания от выхлопных газов. Это напоминает установку турбонагнетателя, которому не нужен подвод мощности: нет приводных ремней, нет вращающихся турбин; он выдает необходимую дополнительную мощность. Может показаться удивительным, но трубчатые выпускные коллекторы могут обеспечить этот прирост мощности, когда они правильно изготовлены. Поэтому, давайте заглянем внутрь труб и рассмотрим, как работает этот воображаемый "турбонагнетатель".
Эта "путаница" труб большого диаметра — выпускной коллектор STREET HEMI выпуска фирмы STAHL, который использует инерционную продувку и резонансную настройку для очистки камер сгорания от выхлопных газов и улучшения мощности.
Когда импульсы давления проходят через каждую выхлопную трубу, они могут переносить энергию, которая действует двумя путями для генерации эффекта продувки и улучшения мощности. Во-первых, движущая масса газов имеет инерционные свойства. Инерция представляет собой тенденцию движущихся тел к сопротивлению любым изменениям в их движении. Поток газов высокого давления, который выходит из каналов головки блока цилиндров, имеет тенденцию сохранять движение через трубы коллектора, и инерция этих газов, если она достаточно сильная, будет втягивать дополнительную топливовоздушную смесь через открытые впускные и выпускные клапаны при перекрытии клапанов.
Также имеется второй путь, которым выпускные коллекторы помогают удалить выхлопные газы из цилиндра: ударная волна низкого давления, образуемая, когда импульс выпускных газов высокого давления выходит из системы, может помочь втянуть дополнительную топливовоздушную смесь в цилиндр при перекрытии клапанов. Чтобы легче понять, как этот механизм работает, выберем одну трубу коллектора. Как уже указывалось, когда впускной клапан открывается, выходящие под высоким давлением газы "выскакивают" в трубу и образуется импульс давления. Этот импульс, движущийся со скоростью звука, быстро достигает конца выхлопной трубы, где образуется отраженная волна с давлением ниже атмосферного. Эта обратная волна движется обратно по трубе к выпускному клапану также со скоростью звука, которая изменяется с температурой, но обычно составляет 360-400 м/сек. Путем изменения длины первичной трубы коллектора время, требуемое для возврата импульса к выходному отверстию, будет изменяться. С помощью тщательного подбора этой длины возможно подобрать время возврата волны низкого давления к оборотам двигателя. Для трубы конкретной длины и определенного значения оборотов двигателя, импульс низкого давления может быть точно настроен так, что он достигнет выпускного отверстия при перекрытии клапанов, когда он поможет выдуть остаточные выхлопные газы, которые поршень не может выдавить из камеры сгорания. Эта отраженная волна, в свою очередь, вызывает втягивание потока топливовоздушной смеси в цилиндр через открытый впускной клапан перед тем, как поршень начнет такт впуска.
Регулировка длины трубчатого выпускного коллектора для оптимизации продувки обратной волной называется резонансной настройкой. К сожалению, в двигателестроении всегда имеются недостатки,' которые сопровождают получение прироста мощности. Длина трубы выпускного коллектора обеспечивает нужное время для возврата обратного импульса только в узком диапазоне оборотов двигателя. Если эта труба относительно короткая, то резонансный эффект наступает в области высоких оборотов; если она относительно длинная, то эффект проявляется в области низких оборотов двигателя.
Настройка выпускного коллектора
Подобно другим важным деталям для получения мощности, находящимся внутри или снаружи двигателя, выпускной коллектор является одной из частей системы "дыхания" двигателя. Чтобы быть наиболее эффективным, он должен работать совместно с другими деталями этой системы. "Командным центром", определяющим характеристики выпускной системы "дыхания" двигателя, является распределительный вал, а общие характеристики выпускной системы могут быть непосредственно связаны с фазами газораспределения распредвала. Выбор распредвала существенным образом определяет, в какой области оборотов двигателя будут достигаться- максимальная мощность и крутящий момент. Для гоночного двигателя длины и диаметры деталей выпускного коллектора должны сочетаться с характеристиками, определяемыми распред-валом. Для высоких оборотов конструкция выпускного коллектора должна включать в себя трубы большого диаметра и относительно короткие и приемные трубы большого диаметра. Для работы на двигателях повседневного применения и топливной экономичности выпускные коллекторы имеют конструкцию с трубами малого диаметра и относительно большой длины.
Всегда опасно делать какие-либо обобщения, но из-за общности конструкций большинства двигателей V8 можно сделать два заявления. Первое состоит в том, что за исключением автомобилей с выдуванием отработанных газов, выпускные коллекторы без приемных труб практически не работают. Конструкция с одинарной трубой эффективна на автомобилях, рассчитанных на использование гоночного топлива, так как турбокомпрессор полностью продувает цилиндры, направляя трубы коллектора к другим деталям. Во-вторых, практически все "обычные" выпускные коллекторы состоят из четырех отдельных труб, соединяющихся в большую приемную трубу. Такая конструкция делает возможным использование взаимодействующих ударных волн, образующихся в двигателе V8 от цилиндра к цилиндру, и является самым лучшим выбором для форсированных и гоночных двигателей.
Выпускной коллектор лучшей конструкции состоит из 4 отдельных труб, соединяемых в приемную трубу большого диаметра.
Поиск оптимального диаметра и длины труб для гоночного двигателя всегда требует большого объема стендовых испытаний. Метод "проб и ошибок" является одним надежным способом для подбора деталей, которые будут хорошо работать в выбранной области оборотов. Такая неопределенность в основном обязана тому, что каждый выпускной коллектор ^ производит множество ударных волн, которые затрудняют точный анализ. К счастью, повторная проверка основной конструкции двигателей V8 упростит наше понимание работы выпускного коллектора и может дать некоторые основные ориентиры для общей конструкции коллектора и подбора труб.
Такие специальные "выпускные коллекторы 180° конструкции устанавливались на линиях специального назначения, а конструкция фирмы STAHL с соединением болтами выпускались для спортивных моделей.
Многие люди склонны рассматривать двигатель V8 как два рядных 4-цилиндровых двигателя на общем коленчатом валу. На самом деле это далеко не так. Двигатель V8, по сути, представляет собой 4 двигателя V2, соединенных вместе в 90-градусной последовательности. Эта конструкция выдает неравномерный такт выпуска, разделенный на каждый блок цилиндров. Это в некоторой степени уменьшает потенциал мощности разделенных по блокам цилиндров выпускных коллекторов (4 цилиндра на один коллектор).
Определение лучшего диаметра труб и их длины для гоночного двигателя всегда требует большого объема стендовых испытаний. Неравномерное разделение такта выпуска на двигателях V8 приводит к такому смешиванию ударных волн в каждом из блоков цилиндров. Метод проб и ошибок часто является единственным надежным путем для оптимизации конструкции и получения максимальной мощности.
Для обеспечения равномерной последовательности продувки цилиндров на двигателе V8 некоторые из труб коллектора должны пересекаться с противоположным блоком цилиндров. Такие системы широко известны как 180-градусная конструкция, так как импульс выхлопных газов возникает в каждой приемной трубе каждые 180° поворота коленчатого вала. Недостатками этой системы являются достаточно критичные длины труб выпускного коллектора и то, что типичные двигатели V8 требуют трубы такой малой длины, что их часто невозможно сделать из-за несоответствующего расстояния между головками блока цилиндров.
Выпускные коллекторы с разделением по блокам цилиндров
Хотя система с разделением по блокам цилиндров (4 цилиндра на 1 коллектор) чуть менее эффективна, чем выпускаемый коллектор со 180-градусной конструкцией, но положительным явлением в этом случае является то, что она менее чувствительна к длине труб. Фактически большой объем стендовых испытаний требуется только для определения оптимальной длины труб при получении нескольких дополнительных лошадиных сил при создании гоночного двигателя.
Хотя выпускная система с разделением выпускных коллекторов по блокам цилиндров чуть менее эффективна, чем выпускной коллектор со 180-градусной конструкцией, она гораздо менее чувствительна к длине труб, и ее гораздо легче сделать и установить на автомобиль.
Испытания на стенде показали, что большинство двигателей нечувствительны к форме каналов, по которым выхлопные газы выходят из головки блока (выпускных каналов). Более того, пока общая конструкция выпускного коллектора обеспечивает поток, нет большой чувствительности к неровностям в трубах (иногда закрыто до 2/3 выхода в одном цилиндре), к изменениям в длине труб и их диаметре, но имеется большая чувствительность к числу изгибов и к их радиусам. Сильные изгибы существенно увеличивают сопротивление потоку и сглаживают эффект продувки, а это почти всегда приводит к снижению мощности.
Трубчатый выпускной коллектор с конфигурацией "три Y" выпуска фирмы DOUG THORLEY имеет упрощенную общую конструкцию, уменьшенное число изгибов и невысокую стоимость.
К счастью, трубы с длиной от 550 мм до 1200 мм выдают очень близкую мощность на большинстве форсированных или гоночных двигателей. Такая нечувствительность к длине очень полезна, так как это упрощает установку под автомобилем и позволяет сделать оптимальную общую конструкцию. Не стоит переживать по поводу почти незаметного эффекта неравной длины труб выпускного коллектора — изменение в длине до 300 мм и даже больше показывает очень небольшие отклонения по мощности. Можно оптимизировать мощность путем уменьшения сопротивления потоку благодаря сокращениям количества изгибов и увеличения их радиусов.
Выпускные коллекторы с конфигурацией "три Y"
Интенсивность по длине является основной причиной, по которой выпускные коллекторы с конфигурацией "три Y" хорошо работают. Конструкция типа "три Y" объединяет 4 первичные трубы в две пары вторичных труб примерно на 1 /3 расстояния до приемной трубы. Такая конфигурация "4->2->1" существенно упрощает общую конструкцию, уменьшает число изгибов и снижает стоимость. Испытания, которые были проведены на этих коллекторах, показали, что они производили мощность, лишь ненамного меньшую, чем качественный выпускной коллектор с конфигурацией "4->1". Особенно это выявилось при работе с распредвалами, обеспечивающими продолжительность открывания клапанов более 270°. Однако, когда даже лучшие коллекторы типа "три Y" используются с распредвалами, обеспечивающими продолжительность открывания клапанов более 270°, они часто обеспечивают существенно меньшую максимальную мощность, чем качественные выпускные коллекторы "4-> 1".
Для использования в двигателях повседневного применения коллекторы типа "три Y" должны серьезно анализироваться, как практический шаг между цельными выпускными коллекторами и коллекторами "4->1". Хотя многие конструкторы-энтузиасты считают коллекторы типа "три Y" более подходящими для двигателей с низкой степенью сжатия, используемых в грузовых автомобилях. Качественные коллекторы конфигурации "три Y" обеспечивают хороший уровень мощности в двигателях средней форсировки для автомобилей повседневного применения, особенно при работе совместно с высокопоточными выпускными системами, включающими поперечную трубу, проходящую между коллекторами. Вдобавок к этому, коллекторы конфигурации "три Y',' часто выдают более широкий диапазон мощности, чем многие системы "4->1", что является дополнительной причиной для возможности их использования в двигателях повседневного применения на тяжелых автомобилях или совместно с автоматической трансмиссией.
Выпускные коллекторы A. R.
ЕСЛИ вы делаете форсированный двигатель для установки на автомобиль с автоматической трансмиссией, то усилия должны быть направлены на оптимизацию крутящего момента на низких оборотах. Для обеспечения этого некоторые конструкторы-энтузиасты могут выбрать выпускной коллектор с первичными трубами относительно малого диаметра (38-41 мм), так как малые трубы поддерживают высокую скорость выхлопных газов, улучшают инерционную продувку и обеспечивают хорошие значения крутящего момента на низких и на средних оборотах. К сожалению, эти трубы малого диаметра создают дополнительное сопротивление потоку на высоких оборотах двигателя, особенно у двигателей мощностью 325 л. с. и более. С другой стороны, если вы используете первичные тубы большого диаметра для улучшения мощности на высоких оборотах, то эффективность продувки на низких оборотах уменьшится, а крутящий момент и топливная эффективность пострадают на типичных оборотах для режима движения. Может показаться, что можно произвести настройку мощности с одного или с другого конца диапазона оборотов; невозможно иметь ее на обоих концах диапазона. Это было в большинстве случаев до появления выпускных коллекторов A. R.
Название "A. R." в обозначении коллекторов соответствует названию "ANTI-REVERSION" и является торговой маркой фирм CYCLONE и BLACK JACK. Понятие "REVERSION" относится к нежелательному обратному потоку выхлопных газов во впускную систему, который может иметь место, когда скорость выхлопных газов в первичных трубах коллектора мала и инерционная продувка имеет недостаточную энергию для втягивания топливовоздушной смеси в цилиндр при перекрытии клапанов. В этой ситуации обратное давление в системе выталкивает выхлопные газы в каналы впускной системы. Это явление обычно имеет место при низких оборотах, особенно когда выпускные коллекторы с большим диаметром труб сочетаются с распредвалами с высокой продолжительностью перекрывания клапанов.
Конструкция выпускного коллектора A. R. использует трубы большого диаметра для достижения высокой мощности на высоких оборотах. Однако, коллектор внутри сконструирован так, чтобы уменьшить обратный поток, что приводит к эффекту продувки и уменьшению обратного потока у большинства выпускных коллекторов с малым диаметром труб. Приводимая далее таблица показывает основы работы коллектора A. R.: чувствительный к направлению и противодействующий обратному потоку конус устанавливается на поверхность коллектора, что обеспечивает малое сопротивление прямому потоку, но заметно ограничивает обратный поток. Вдобавок, коллекторы A. R. позволяют полезным волнам отрицательного давления легко проходить к клапанам и к камере сгорания и ограничивают волны положительного давления, которые уменьшают мощность двигателя. Хотя выпускные коллекторы A. R. и менее чувствительны к диаметру труб, размер труб по-прежнему определяет в некоторой степени, какая максимальная мощность будет выдаваться в диапазоне оборотов двигателя. Перед тем, как вы выберете конкретный коллектор, обсудите предполагаемый характер его использования с производителем коллекторов и учтите данные вам рекомендации. Однако, недостатки от использования диаметра первичных труб коллектора A. R., который слишком велик для применения, меньше, чем у обычного коллектора.
Показанные здесь выпускные трубчатые коллекторы фирмы SLP ENGINEERING сконструированы для форсированных двигателей автомобилей CHEVROLET CAMARO и PONTIAC FIREBIRD.
Выпускаемый коллектор A. R. также может во многих случаях эффективно компенсировать некоторые потери мощности, связанные с обратным потоком, происходящим от неточного подбора деталей выпускной системы. К примеру, обычной причиной обратного потока на низких оборотах являются профили кулачков распределительного вала со слишком большой продолжительностью открывания клапанов и/или перекрытием клапанов, впускной коллектор, разработанный для работы с высокими оборотами или карбюратор с потоком слишком большой емкости для двигателя. Выпускные коллекторы A. R. смещают потери мощности, связанные с этими деталями.
В заключение, коллекторы A. R. могут также вносить вклад в величину крутящего момента при частично открытой дроссельной заслонке и в топливную эффективность двигателя. Для гонок "на выживание", когда расход топлива играет большую роль, использование коллекторов A. R. может увеличить вероятность победы. Фактически, коллекторы A. R., по-видимому, обеспечивают положительный вклад во всех областях: от быстрой реакции на перемещение дроссельной заслонки на обычном автомобиле до возможности быстрого прохождения поворотов на гоночной трассе. Практически без исключений, сравнительные испытания обычных выпускных коллекторов и коллекторов A. R. показали, что конструкция A. R. является лучшей. Это во многих случаях может обеспечить лучшую мощность на низких и высоких оборотах в сочетании с улучшенной топливной эффективностью. Это тот редкий случай, когда вы можете иметь все!
Имеются два других важных аспекта использования выпускных коллекторов A. R., которые проявлялись при проведенных испытаниях на стенде и в движении. Первым является то, что вы должны использовать поперечную трубу с коллектором A. R. для получения вклада в уменьшение обратного потока. Без поперечной трубы, соединяющей обе приемные трубы (или выхлопные трубы рядом с приемными трубами), большинство преимуществ в крутящем моменте на низких оборотах и в топливной экономичности будет потеряно, а коллектор A. R. будет работать как обычный выпускной коллектор. Точно неизвестно, почему это происходит, но это происходит почти во всех случаях. Всегда используйте поперечную трубу с выпускными коллекторами A. R.
Во-вторых, коллекторы A. R. "очищают" карбюратор, улучшая вакуум у дополнительных диффузоров. Фактически, более сильный вакуум у дополнительных диффузоров от коллекторов A. R. позволяет использовать уменьшенные жиклеры для обеспечения того же самого соотношения воздух/топливо. Если вы пользуетесь одинарным четырехкамерным карбюратором HOLLEY, то топливные жиклеры первичной и вторичной камер потребуется уменьшить на 1 -2 размера, а в некоторых случаях на 3-4 размера для обеспечения нужного соотношения воздух/топливо.
Работа выпускных коллекторов A. R.
Выпускные коллекторы A. R. используют конус, чувствительный к направлению потока и предотвращающий обратный поток выхлопных газов. Он устанавливается на поверхности коллектора внутри первичных труб большого диаметра. Это обеспечивает малое сопротивление прямому потоку и увеличенное сопротивление нежелательному обратному потоку. 1 - высокий прямой поток выхлопных газов; 2 - низкий обратный поток выхлопных газов при перекрытии клапанов.
С выпускными коллекторами должна использоваться поперечная труба. Без этой трубы, соединяющей обе приемные трубы, большинство преимуществ в крутящем моменте на низких оборотах и в топливной экономичности будет потеряно.
Настройка выпускных коллекторов/дополнительные детали
Преимущества коллекторов А. R. и стандартные выпускные коллекторы
Выпускные коллекторы A. R. проявляют свои преимущества с помощью конуса, предотвращающего обратный поток и приваренного в месте соединения первичных труб и фланца крепления. Эти конусы чувствительны к направлению потока и помогают
Здесь показаны кривые мощности и крутящего момента для форсированного двигателя рабочим объемом 5359 см3, оснащенного головками блока цилиндров AIR FLOW RESEARCH. Двигатель не работал бы при полностью открытой дроссельной заслонке с оборотами низке 2800 об/мин со стандартными выпускными коллекторами "4->1". После установки выпускных коллекторов и оптимизации одинарного 4-камерного карбюратора двигатель выдавал стабильную мощность при полностью открытой дроссельной заслонке во всем диапазоне оборотов, начиная с 1800 об/мин. 1- мощность двигателя с коллекторами A, R.; 2- мощность двигателя с обычными выпускными коллекторами; 3- крутящий момент двигателя с выпускными коллекторами CYCLONE A.R.; 4 - крутящий момент двигателя с обычными выпускными коллекторами.
уменьшить поток выхлопных газов, поступающих в топливовоздушную смесь. Подобный, хотя и менее эффективный, направленный поток может быть получен в обычном выпускном коллекторе путем введения несогласованности между отверстием во фланце выпускного коллектора и выпускным каналом. Для получения ограничения потока в нужном направлении отверстие во фланце выпускного коллектора должно быть больше, чем диаметр выпускного канала. Несоответствие размеров канала и фланца будет иметь очень незначительное влияние на поток из канала, так как выхлопные газы поступают в трубу большого диаметра с меньшим сопротивлением, а выступающая кромка из-за несогласования размеров будет заметно уменьшать обратный поток в канал. Результатом будет то, что некоторый прирост мощности и крутящего момента в области низких и средних оборотов, обеспечиваемый коллекторами A. R., может появиться на кривых характеристик двигателя с обычными коллекторами.
Небольшой эффект, подобный эффекту от использования выпускных коллекторов типа А. К., может быть обеспечен в обычных выпускных коллекторах путем введения правильно расположенного несоответствия между отверстиями во фланце впускного коллектора и выпускным каналом в головке блока цилиндров.
Несоответствие размеров коллектора и канала должно быть тщательно подобрано, иначе могут пострадать общий поток через выпускной канал и мощность. Никогда не создавайте несоответствие между размером фланца выпускного коллектора и канала в головках блока цилиндров в верхней части канала. Все "полезное" несоответствие должно быть расположено в нижней части канала, где скорость потока минимальна. Чтобы правильно поместить несоответствие, важно учитывать расположение выпускных коллекторов на поверхности головки блока цилиндров. Может быть, необходимо приварить и пересверлить монтажные отверстия во фланце коллектора или установить переходные пластины на головки и просверлить новые отверстия во фланцах.
Одно замечание: если вы используете переходные пластины, то обращайтесь с каналами в пластинах как с продолжением выпускных каналов. Для оптимизации потока в канале переходные пластины должны быть соединены с головками, перед тем как головки блоков цилиндров будут проверяться и испытываться.
Поддерживайте тепло
Выпускные коллекторы помогают освобождать цилиндры от выхлопных газов и помогают впускной системе втягивать топливовоздушную смесь. Энергия для этого берется из энергии, содержащейся в самом потоке выхлопных газов. Чем больше энергия, которая может удерживаться внутри труб, пока газы не выйдут в приемную трубу и в выпускную систему, тем эффективнее будет работать выпускной коллектор. Одной из этих форм энергии является тепло, а тепло связано с объемом выхлопных газов и с их скоростью в трубах коллектора. Когда тепло рассеивается от деталей выпускной системы, то скорость выхлопных газов от этого уменьшается и в некоторых случаях это может уменьшить эффект продувки.
Отвод тепла от выпускных коллекторов может влиять на мощность другим, возможно даже более действенным способом: оно рассеивается в моторном отсеке, где нагревает выпускную систему и поступающий воздух. Испытания на стенде показывают, что увеличение температуры поступающего воздуха примерно на 6° С уменьшает мощность двигателя на 1%.
Детали для теплоизоляции от фирмы THERMO-TEC удерживают больше энергии внутри труб выпускного коллектора, пока выпускные газы не выйдут в приемную трубу или в выпускную систему, что увеличивает эффективность работы выпускного коллектора и турбокомпрессора.
По этим и другим причинам, включающим и технику безопасности, теплоизоляция деталей выпускной системы стала довольно популярной. Материалы для этого напоминают ткань и имеют различную конфигурацию: полосы, листы и круги. Большинство комплектов для теплоизоляции включают в себя хомуты, высокотемпературную оплетку. Эти детали довольно легко устанавливать.
Дополнительные детали для выпускных трубчатых коллекторов
Некоторые производители выпускных коллекторов, в том числе фирма STAHL HEADERS, предлагают выпускные коллекторы в форме наборов, а также и полностью собранные. Наборы включают в себя изогнутые куски труб, фланцы и приемные трубы, которые надо собирать в единый узел. Или они могут представлять собой изогнутые первичные трубы коллектора, которые предварительно слегка приварены к фланцам, и требуется лишь окончательное сваривание их с фланцами и с приемными трубами. В любом случае, выпускные коллекторы, поступающие в продажу в форме набора, стоят заметно дешевле и позволяют конструктору добавлять какие-то детали для специальных целей или экспериментальной настройки.
Показанный здесь набор фирмы STAHL HESDERS намного дешевле, чем уже собранный узел и он очень удобен, если вы хотите сделать какие-то модификации.
Большинство фирм производителей также предлагают широкий ассортимент отдельных изогнутых труб, приемных труб, фланцев, болтов, конусов типа A. R., прокладок и других деталей, необходимых для изготовления выпускных коллекторов. Фирма STAHL HESDERS продает различные неправильно изогнутые трубы, которые представляют собой куски труб, неправильно согнутых при изготовлении трубчатых выпускных коллекторов. Это новые трубы различной формы, длина которых может доходить до 13 м, а диаметр можно подобрать от 32 мм до 54 мм с шагом 3 мм. Такие детали дают возможность без больших затрат изготовить выпускной коллектор для любой выпускной системы.
Системы отвода вакуума
За последние 10 лет преимущества подачи вакуума в масляный поддон стали хорошо известны. Низкое давление внутри двигателя помогает предотвратить детонацию путем уменьшения загрязнения поступающей топливовоздушной смеси.и камеры сгорания маслом из системы смазки двигателя. Вдобавок, это также помогает предотвратить утечки масла из прокладок и сальников и может часто привести к появлению дополнительной мощности путем ограничения потерь из-за сопротивления масла.
Такие преимущества могут быть очень важными на гоночных двигателях, но они имеют меньшее практическое значение для форсированных двигателей повседневного применения. На "повседневных" двигателях степень сжатия заметно ниже и там редко используются маслосъемные кольца низкого усилия, которые существенно снижают потенциальную детонацию, вызванную попаданием масла в камеру сгорания. Однако для тех, кто хочет проанализировать добавление вакуумной системы к своему форсированному или гоночному двигателю, адресуется следующая информация.
Набор от фирмы EDEL BROCK содержит детали, для создания "гоночной" системы на обычных двигателях. Сопло вваривается в выпускную систему и в ней создается низкое давление (разрежение), когда мимо сопла проходят быстро движущиеся выхлопные газы.
На высоких оборотах выхлопные газы движутся по выпускным коллекторам со скоростью, достаточной для их использования в качестве своеобразного воздушного насоса. В систему вваривается своеобразное сопло, обычно в область приемной трубы, где образуется низкое давление от проходящих мимо выхлопных газов. Это низкое давление (вакуум) может быть использовано с помощью одной из систем для отвода вакуума, которые имеются в продаже. Приемное сопло соединяется с одноходовым клапаном (клапан предотвращения обратных вспышек), воспринимающим импульсы низкого давления, которые затем подводятся к двигателю через камеру для отделения масла. Эта камера возвращает собранное моторное масло обратно в масляный поддон. Такая система создания вакуума, работающая от выпускного коллектора и соединенная с вакуумной системой впускного коллектора для поддержания низкого давления при частично открытой дроссельной заслонке, будет поддерживать вакуум внутри двигателя при всех уровнях мощности.
Неудивительно, что вакуумная система с "приводом" от выпускного коллектора работает лучше всего с открытыми выпускными коллекторами (т. е. без выхлопных труб, глушителей и т. д.). Однако, если двигатель мощностью менее 400 л. с. работаете высокопоточной выпускной системой с двойными выхлопными трубами, то система отвода вакуума может работать и с полностью комплектной выпускной системой. Но даже если возможна работа вакуумной системы с источником в выпускном коллекторе на обычном двигателе, то имеются недостатки, которые нужно учитывать, особенно когда вакуумная система впускного коллектора также используется для поддержания вакуума в масляном поддоне в режимах холостого хода и частично открытой дроссельной заслонки. Если в двигателе имеется достаточно высокий вакуум, то масло может не поступать к направляющим втулкам клапанов, и будет иметь место ускоренный износ деталей клапанного механизма. Это может происходить даже при использовании бронзовых направляющих втулок клапанов, которые устанавливаются без сальников стержней клапанов (маслосъемных колпачков). Вместе с тем бронзовые направляющие втулки от фирм А. Р. Т. или K-LINE хорошо работают в условиях недостаточной подачи масла, и они являются лучшим выбором для обычных и гоночных двигателей, которые используют систему отвода вакуума.
В заключение, в дополнение к возрастанию надежности благодаря предотвращению детонации и небольшому приросту мощности от уменьшения сопротивления, система отвода вакуума может быть необходимым дополнением к двигателям для грузовых и гоночных автомобилей. Почему? Потому, что это предотвращает утечки масла, а это является причиной серьезных опасений для гонщиков. Несколько капель под автомобилем перед началом гонки могут означать дисквалификацию гонщика и автомобиля, и даже могут привести к катастрофе. В стремлении к изготовлению гоночного двигателя и поддержании его в хорошем состоянии система подачи вакуума может предотвратить утечки масла из-под неправильно установленных прокладок, изношенных сальников и ослабленных болтов. На деле, один из испытуемых двигателей для гоночного грузового автомобиля с отверстием 3 мм с боковой стороны масляного поддона (отверстие было пробито во время гонки) не имел утечки масла, когда он работал, и в масляном поддоне был вакуум. Это позволило гонщику закончить гонку (и не так просто, а победить), но когда гонщик заглушил двигатель, почти все масло из поддона двигателя вылилось на землю.
Преимущества от использования выпускных коллекторов
Влияние, которое выпускные коллекторы оказывают на мощность и топливную эффективность существенно изменяется от одного двигателя к другому. Рассматривая в первую очередь мощность, можно сказать с абсолютной уверенностью, что чем больше форсируется двигатель, тем больший прирост мощности будут предлага
Ваши представления о том, как двигатель внутреннего сгорания выдает мощность, станут точнее с изучением динамики движения газов. Это более чем справедливо для выпускной системы. Хотя многие из «движущихся» деталей в этой системе не требуют смазки или периодического обслуживания, они, тем не менее, испытывают существенные динамические нагрузки. В пространстве, ограниченном тонкой сталью, есть место, где газы с температурой более 1100° С и под давлением, движутся со скоростью звука, взаимодействуют с окружающей средой либо для помощи двигателю в освобождении его цилиндров от отработанных газов, либо для противодействия этому процессу. Эта глава поможет вам заглянуть внутрь выпускной системы и покажет легкие пути для увеличения мощности с помощью уменьшения сопротивления и увеличения продувания выпускного тракта. Вы также узнаете о некоторых специальных технологиях, которые можно использовать для оптимизации потока выхлопных газов и увеличения мощности.
Выпускная система уменьшает шумы. Используемые для этого глушители действуют подобно пробке. Лучшие глушители для форсированных двигателей — это не глушители точно отштампованные, точно настроенные и имеющие высокотехнологичную конструкцию. Лучшие глушители — это просто отсутствие глушителей!
Если выпускная система была бы просто скоплением труб, которые направляет поток выхлопных газов к задней части автомобиля, то работа по оптимизации системы была бы относительно простой. Однако выпускная система рассчитана на выполнение как минимум одной дополнительной задачи: она должна уменьшать шум двигателя. Эти не связанные с форсировкой требования приводят к необходимости использования глушителей, а глушители существенно усложняют задачу получения максимальной мощности. Распредвалы могут быть доработаны до полного профиля, головки блоков цилиндров могут иметь отработанные каналы, карбюраторы могут быть точно настроены, и все эти модификации могут улучшать мощность. А лучшие глушители это не те, которые точно оптимизированы, точно настроены или имеют высокотехнологичную конструкцию. Лучшие глушители — это отсутствие глушителей!
Обратное давление и мощность
Глушители работают подобно пробке. Они создают сопротивление потоку газов, увеличивают обратное давление в выпускной системе, и в результате этого частично уменьшаются шумы. Хотя снижение шума приятно уху, оно ухудшает мощность двигателя и экономию топлива.
Уменьшение обратного давления выхлопных газов всегда улучшает мощность и экономию топлива при условии, что соотношение воздух/топливо и момент зажигания тщательно оптимизированы, а до и после выпускной системы обратное давление увеличивается. Если вы уменьшите обратное давление в выпускной системе и оптимизируете двигатель для этих условий, то в 999 случаях из 1000 вы обнаружите прирост мощности.
Двигатели с компьютерным управлением
Многие автомобили последних моделей используют сложные компьютеры для управления двигателем, которые анализируют некоторые параметры работы двигателя и несколько раз в секунду инструктируют систему зажигания, как опережать и задерживать момент зажигания и/или управляют форсунками впрыска топлива для изменения количества топлива, поступающего в воздушный поток. Не стоит и говорить о том, что эта сложная система должна быть тщательно настроена инженерами, хорошо подготовленными как в области двигателестроения, так и в области компьютерной техники. Нет ничего удивительного в том, что произвольное изменение какой-либо детали этой сложной системы может привести к неожиданным изменениям, результатом которых будет ухудшение приемистости и снижение мощности двигателя.
В таких условиях установка выпускной системы с низким обратным давлением без других изменений может не улучшить мощность двигателя. Если автомобиль будет использоваться для езды по пересеченной местности или для гонок и желательна большая мощность, то имеются три возможности:
• Вы можете заменить стандартный блок памяти версией для форсированного двигателя. Эти блоки представляют собой электронные схемы, которые содержат инструкции для работы компьютера. Новые блоки могут улучшить мощность, но без постоянного контакта с фирмой-производителем электронных блоков настройка будет очень трудной и обычно чем-то похожа на известный метод проб и ошибок.
• Большая свобода настройки может быть получена благодаря установке сборной компьютерной системы. Эти дополнительные блоки "перехватывают? информацию, поступающую к стандартному компьютеру и выходящую из него. Путем поворота с помощью отвертки некоторых регулировочных резисторов, которые расположены на блоках схемы, пользователь может изменять характеристики системы зажигания и топливной системы.
• Последний и наиболее прямой путь к "соглашению" с системой управления двигателем — это снять ее полностью и установить более привычные обычные системы зажигания и карбюрации (или впрыска топлива). Когда системы двигателя могут быть свободно перекалиброваны, то преимущества выпускной системы с низким обратным давлением будут полностью реализованы.
Измерение обратного давления
В простом понимании высокофорсированный двигатель может быть определен как двигатель, который выдает больший объем выхлопных газов, чем стандартный двигатель того же рабочего объема. Так как мощность двигателя получается из-за сгорания топлива, то чем больше топлива эффективно сгорит в двигателе, тем большую мощность (и объем выхлопных газов он произведет). Следовательно, каждая модификация двигателя, которая улучшает мощность, будет увеличивать обратное давление, если не сделать необходимых изменений на выхлопной системе. Фактически, увеличение мощности на 40% обычно удваивает обратное давление, а если вы рассчитываете удвоить мощность двигателя, то обратное давление увеличится в 4 раза.
Но не спешите сразу же выбрасывать свои глушители и выхлопные трубы. Вначале вы должны измерить, какое обратное давление развивается в вашей выпускной системе. К счастью, для решения этой задачи не требуется дорогое диагностическое оборудование. Все, что вам потребуется — это манометр, несколько соединителей и трубок. Манометр должен быть рассчитан на измерение давления порядка 0,7 кгс/см3; в крайнем случае, можно воспользоваться манометром для измерения давления топлива. Лучше всего иметь манометр с крупной шкалой для облегчения измерений. Вварите кусок "резьбы" в выхлопную систему перед глушителями, а если автомобиль оборудован катализатором, то добавьте еще и резьбу перед ним. Резьба может представлять собой простую шестигранную гайку с резьбой для установки трубки диаметром 3,2 или 6,3 мм. Из-за высоких температур в системе подсоединение манометра к резьбовому отверстию требует дополнительных операций. Просверлите маленькое отверстие через заглушку выхлопной трубы (эта заглушка должна иметь такой же размер резьбы, как и в приваренной гайке) и впаяйте высокотемпературным припоем кусок стальной трубки длиной 300-450 мм, внутренним диаметром 3,2 мм(1/8 дюйм), которая часто используется в качестве тормозной трубки, в просверленное отверстие. Стальная трубка будет рассеивать избыточное тепло от горячей выпускной системы, чтобы можно было подсоединить резиновый шланг, идущий к манометру. Следите за тем, чтобы шланг не касался других раскаленных деталей выпускной системы. После измерений обратного давления можно снять трубку и заглушить выпускную систему резьбовой заглушкой без отверстия для трубки.
Обратное давление измеряется при разгоне автомобиля с широко открытой дроссельной заслонкой. При регулярном повышении оборотов определяйте значения давления по манометру. Любое обратное давление является нежелательным, но к этому нужно подходить практически. Так как невозможно добиться нулевого сопротивления потоку, то нужно добиваться реальных целей. Полученные графики обратного давления иллюстрируют, что стандартная выпускная система может создавать давления до 0,6 кгс/см2 (и даже больше на некоторых обычных автомобилях). При тщательном подборе глушителей, катализаторов и выхлопных труб тот же самый двигатель будет развивать обратное давление величиной не более 0,15 кгс/см2. Если при измерениях будут получены значения обратного давления более 0,35 кгс/ см2 при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой в какой-либо области оборотов, то выпускная система нуждается в доработке.
Проверка обратного давления в выпускной системе. 1 - манометр; 2 - катализатор; 3 - для проверки обратного давления катализатора вварите в систему гайку с резьбой здесь; 4 - для проверки обратного давления только глушителя вварите в систему гайку с резьбой здесь; 5 - глушитель.
Катализаторы
Для уменьшения содержания углеводородов (СН или НС), окиси углерода (СО) и окислов азота (NOX) в выхлопных газах большинство автомобилей последних моделей используют в выпускной системе катализатор. Это устройство выглядит как глушитель, но использует такие благородные металлы как платина, палладий и родий для выполнения своих задач. Они вступают с токсичными веществами в химические реакции, изменяя состав выхлопных газов так, что СО, СН и NOX преобразуются в СО2 (двуокись углерода), Н2О (воду) и N2(азот). Фактически, катализатор так эффективен для снижения концентрации вредных веществ, что большинство других устройств контроля токсичности газов
Устройство катализатора
на современных автомобилях используются только для тонкой настройки процессов сгорания и оптимизации работы катализатора.
Недостатки катализатора
В большинстве случаев катализатор имеет большее сопротивление потоку, чем глушитель. Особенно это справедливо для катализаторов фирмы "Дженералмоторе" и "Крайслер". Большинство катализаторов фирмы "Форд", однако используют сотовую конструкцию, которая пропускает поток лучше, чем другие конструкции. Однако благодаря прогрессу в области систем контроля выхлопных газов, созданы и развиваются несколько новых типов катализаторов. Некоторые новые разработки называются двух- или трехступенчатыми катализаторами, и они используют впрыск воздуха в них для помощи в процессе контроля выхлопных газов.
Из-за разнообразия конструкций и тесной интеграции катализаторов с другими системами двигателя невозможно дать конкретные рекомендации по увеличению мощности и одновременно сохранению низкого уровня токсичности.
Модификации катализатора
Имеется большое разнообразие по потенциалам потока между различными катализаторами. Основные причины этого связаны с основной конструкцией. Катализаторы с самой малой эффективностью часто используют шарики из активных веществ, которые, к счастью, становятся менее популярными. Катализаторы такого типа пропускают поток выхлопных газов через множество шариков, покрытых активными веществами, что создает заметное сопротивление потоку. С другой стороны, катализаторы фирмы "Форд" (используемые и другими фирмами) имеют сотовую структуру. Хотя это может выглядеть конструкцией с большим сопротивлением, такой катализатор довольно эффективен. Самое большое сопротивление в большинстве катализаторов с сотовой структурой имеется на входе в сотовую структуру. С помощью конструкций с измененным входом и измененным выходом возможно заметно улучшить поток через такие катализаторы. Испытания на стендах, показали улучшение потока примерно на 8,51 М3/МИН (при давлении 635 мм водяного столба). Это соответствует улучшению потока на 250 % по сравнению с типичным промышленным катализатором.
Новые удлиненные впускная и выпускная части для катализатора с сотовой конструкцией могут заметно увеличить объем потока.
Эксперименты с промышленными катализаторами подтвердили их главный недостаток: они дорогие!
Горячо! И поддерживайте его таким
Катализаторы работают правильно, когда они горячие, даже раскаленные! При температурах 200-260° С катализатор достигает начальной температуры, при которой эффективность преобразования токсичных веществ в безвредные соединения около 50%. Рабочая температура для полного преобразования составляет от 500 до 900° С, т. е. близка к температуре в камере сгорания. Сталь при этих температурах раскаляется докрасна.
Необходимо учитывать эти температуры при работе с катализаторами. Прежде всего, катализаторы достигают таких высоких температур только, если они расположены очень близко от отверстий выпускных коллекторов. Температура выхлопных газов может заметно снизиться уже в 1,0-1,2 м от выпускного коллектора и катализатор может не достичь даже начальной рабочей температуры. Во-вторых, высокие температуры катализатора требуют соответствующей теплоизоляции для предотвращения разогрева и воспламенения деталей на днище кузова и рядом с катализатором. Это может произойти, когда автомобиль останавливается после интенсивной работы, когда катализатор остается горячим в течение долгого времени после остановки автомобиля.
Существуют несколько факторов, которые могут влиять на срок службы катализатора, особенно при его работе на форсированном двигателе. Если вы будете следовать приведенным ниже указаниям, то катализатор будет служить долго и безотказно:
• При установленном на двигателе катализаторе не пользуйтесь этилированным бензином. Свинец будет осаждаться на материале катализатора и будет мешать его работе. Однако если вы заправились этилированным бензином случайно, и в нем содержится мало свинца, то осажденный свинец может быть выжжен у катализатора, и катализатор снова начнет работать нормально.
• Поддерживайте соотношение воздух/топливо в смеси как можно ближе к стехиометрическому (примерно 14,7:1), так как выброс токсичных газов минимален при использовании смеси такого состава, и это предотвращает чрезмерные температуры катализатора.
• Поддерживайте двигатель в хорошем состоянии; пропуски зажигания, заедание воздушной заслонки, "дизелирование" (работа двигателя при выключенном зажигании) или "переливание" карбюратора приводят к попаданию топлива в катализатор, что приводит к его сгоранию внутри катализатора, т. е. к повышению температуры катализатора и сокращению срока службы.
Катализаторы должны быть расположены очень близко к отверстиям выпускного коллектора, чтобы достигнуть начальной температуры от 200 до 260° С. 1 -150° С; 2 - 260° С.
Глушители
После катализатора следующей большой помехой потоку газов является глушитель. Хорошо сконструированный глушитель будет уменьшать шум от работы двигателя, не создавая избыточное обратное давление и не "придушивая" двигатель. К сожалению, не все глушители хорошо сконструированы. Фактически, некоторые глушители являются такими "хорошими" в создании обратного давления, что они могут отнять от 30 до 40 л. с. у форсированного в заводских условиях двигателя V8. Но вместе с тем есть и отлично работающие глушители и, подобрав глушитель правильной конструкции, вы можете получить существенную прибавку мощности.
Глушители уменьшают шум тремя способами: с помощью ограничения, поглощения и отражения.
Глушители можно разделить на три основные категории: ограничители, поглотители и отражатели. "Тишина" большинства промышленных глушителей достигается путем создания ограничений потоку, что делается продавливанием выхлопных газов через каналы небольшого диаметра. К сожалению, эта методика также создает большое обратное давление и отбирает большую мощность. Специальные глушители, с другой стороны, часто основаны на поглощении, когда звук, поступающий в корпус, преобразуется в тепло при своем взаимодействии с поглощающим материалом, подобным фиберглассу, путем процесса трения. Этот метод создает меньшее обратное давление, но он менее эффективно заглушает шум. Глушители также используют внутренние перегородки для отражения звуковых волн обратно к входной стороне. Лучшие глушители для форсированных двигателей часто сочетают методики отражения и поглощения для улучшения шумопоглощающих свойств, сохраняя в то же время большие внутренние каналы для уменьшения сопротивления потоку газов. Превосходным примером таких конструкций может служить глушитель CYCLONE SONIC TURBO. Он использует поглощение в стеклопакете и обратные акустические "зеркала" для отражения звуковых волн.
Имидж "Турбо"
В течение последних 20 лет некоторые глушители с репутацией "Турбо" стали популярными для использования в форсированных двигателях. Первый "турбо"-глушитель был разработан в США для двигателя с турбонаддувом, устанавливаемого на модели CHEVROLET CORVAIR в 60-е годы. Он использовал комбинацию систем отражения и поглощения и был разработан для уменьшения уже низкого шума от двигателя с турбонаддувом (турбонагнетатели существенно уменьшают шум от выхлопных газов). Так как очень сильного снижения шума не требуется, обратное давление глушителя было довольно низким. Конструкторы автомобилей типа "хот-род" вскоре начали верить, что его можно использовать в этой области, хотя его "заглушающие" свойства на нормальных атмосферных двигателях были довольно ограничены. Откликаясь на требования рынка, некоторые фирмы-производители использовали этот имидж "турбо-глушителя" для увеличения объема продаж. Глушители, которые многие продавали благодаря их технической "похожести" на оригинальную конструкцию, не всегда были плохими и некоторые из них вполне могли бы быть установлены на форсированные двигатели. Фактически, некоторые турбо-конструкции подтвердили, что они имеют большее сопротивление, чем стандартные глушители.
Керамические блоки
ЕСЛИ и было изделие, продаваемое и покупаемое с подозрительностью, то это были глушители с керамическими блоками. Для многих само название "керамический блок" уже говорило об улучшенных характеристиках, и некоторые фирмы-производители старались подстроиться к этому интересу. Однако, к сожалению, многие глушители с керамическими блоками являются менее эффективными, чем обычные глушители. На рынке имеются несколько качественных керамических блоков, но в начале 90-х годов на одну хорошую конструкцию приходилось не менее одной плохой. Тем не менее, пока вы подберете правильный глушитель, вы можете приобрести несколько таких, которые не приведут к увеличению мощности и топливной экономии. Более того, многие керамические блоки используют материалы не лучшего качества, и глушитель может стать очень шумным после даже недолгой работы.
Здесь показан оригинальный глушитель для модели CORVAIR с турбодвигателем (слева). Он был сконструирован для 6-цилиндрового двигателя с турбокомпрессором. Так как турбокомпрессоры сами заметно снижают уровень шума, то такой глушитель обеспечивал всего лишь минимальное уменьшение шума. При установке на обычный двигатель этот глушитель был очень шумным. Имеется много глушителей, носящих наименование "турбо" (например, показанный справа), но лишь некоторые из них обеспечивают хорошее снижение шума и низкое сопротивление потоку.
К счастью, довольно легко различить хорошие и плохие керамические блоки без использования испытательного стенда. Надежную оценку можно сделать, посветив внутрь глушителя и проверив центральную трубу. Если канал существенно уменьшается в размерах от входа к выходу, или если вы не сможете увидеть выходное отверстие вообще, то лучше такой глушитель не покупать. Во-вторых проверьте отверстия, пробитые в центральной трубе, которые позволяют выхлопным газам попадать в материал керамического блока. Если они выступают в поток газов, как небольшие колпачки, то это существенно увеличит ограничение потока и будет мешать ему.
Некоторые "турбо-глушители" лишь очень немного похожи на настоящие конструкции для форсированных двигателей. Фактически, некоторые из них имеют большее сопротивление потоку, чем стандартные глушители; другие почти такие же шумные, как и простые трубы.
Однако если отверстия пробиты наружу от центральной трубы и направлены к наружному корпусу, то это качественный глушитель. Теперь можно заключить: керамический блок с отверстиями в центральной трубе, пробитыми наружу, почти наверняка производит больше шума. Вы можете использовать 2 или 3 таких керамических блока в каждой выхлопной трубе для достижения приемлемого уровня шума.
Обратный поток Прямой поток
Правильная и неправильная установка керамического блока с отверстиями, пробитыми внутрь. 1 - обратный поток; 2 - прямой поток.
Выхлопные газы, нормально проходящие через центральную трубу с отверстиями, пробитыми внутрь, будут ударяться о верхнюю кромку каждого отверстия и будут двигаться назад вдоль такого зубца, что существенно увеличивает сопротивление. Однако, если глушитель установить наоборот, то поток выхлопных газов будет разрываться около каждого зубца. Разница между прямым и обратным потоком может быть очень большой и достигает почти 50%. Однако установка керамического блока с отверстиями, пробитыми внутрь, также увеличивает уровень шума. Фактически, так как "обратные", т. е. внутренние, отверстия стремятся закрыть входные каналы к материалу блока, то уровень шума, может быть даже выше, чем у глушителя с отверстиями в центральной трубе, пробитыми наружу.
Всегда проверяйте отверстия, пробитые в центральной трубе. Если отверстия пробиты наружу от центральной трубы и по направлению к наружному корпусу, а центральная труба большая (как показано внизу), то такой глушитель можно считать хорошим.
Построение выпускной системы
Выпускная система состоит из системы соединительных труб, которые направляют выхлопные газы от выпускных коллекторов к задней части автомобиля.
Конструкция системы и размер труб
Прежде всего, каждый форсированный двигатель V8 должен быть оснащен двойной выпускной системой. Среднестатистический двигатель V8 выдает значительный объем горячих выхлопных газов на высоких оборотах двигателя. Если все эти газы направляются через одну выхлопную трубу и глушитель, то такая система почти всегда страдает от избыточного обратного давления. Чтобы избежать этого, можно пойти двумя путями. Первый: установить практичную двойную выпускную систему с глушителями, обеспечивающими высокие значения потока газов. Второй: найти пространство для трубы с отверстием от 89 до 100 мм и для одинарного глушителя, который пропускает поток от 17 до 23,7 м3/мин, например, глушитель от грузовика с диаметром 300 мм и длиной до 1200 мм.
Предполагая, что ваш выбор остановился на более практичной двойной выпускной системе, вопрос теперь заключается в том, каким должен быть диаметр трубы, которая соединяет выпускные коллекторы с глушителями. Большинство фирм по форсировке двигателей устанавливает трубу диаметром 63,5 мм, так как это является обычным размером для стандартных глушителей, а большие трубы часто требуют дополнительного изгиба и могут создать проблемы с зазором у днища кузова. Рассуждая с практической точки зрения, труба с диаметром 63,5 мм подходит для большинства двигателей для повседневного использования мощностью до 400 л. с. и даже более. Если двигатель выдает значительно большую мощность или оснащен выпускными коллекторами, которые имеют приемные трубы размером 100 мм, то вам могут потребоваться трубы увеличенного размера. Однако ограничения по зазору могут потребовать "ступенчатого" решения. К примеру, труба размером 100 мм отходит от приемных труб на короткое расстояние, а затем постепенно сужается до размера 63,5 мм у глушителей. Однако перед тем как вы решите использовать трубы, размер которых превышает 63,5 мм, всегда имейте в виду, что относительно прямая труба, идущая от фланца приемной трубы к глушителю, имеет, меньшее сопротивление потоку по сравнению с глушителями. Используйте только лучшие высокопоточные глушители (часто с диаметром труб, превышающим 57,2 и 63,5 мм) и, если это возможно, используйте трубы, которые по диаметру не меньше, чем входное отверстие глушителя.
Давайте рассмотрим ситуацию, которая может иметь место в случае двигателя для повседневного использования, когда дорожный просвет является важным фактором. Труба с размером 57,2 мм является наибольшим размером, который может быть использован для соединения коллектора и глушителя. Однако глушитель с входным отверстием 57,2 мм и внутренней трубой такого же размера почти наверняка пропускает меньший поток, чем глушитель с трубой размером 63,5 мм. Для оптимизации этой системы используйте глушитель большего размера с внутренней трубой диаметром 63,5 мм (так как даже самый большой глушитель остается самым ограничивающим элементом системы) и добавьте короткий переходник перед глушителем, чтобы увеличить размер труб с 57,2 до 63,5 мм. Никогда не уменьшайте размер приемной трубы выпускного коллектора при переходе к глушителю с центральной трубой меньшего размера.
Изгибы в выпускной системе
Практически невозможно использовать в выпускной системе только прямые трубы. Изгибать трубы необходимо, чтобы обойти детали трансмиссии и подвески. К сожалению, каждый изгиб увеличивает обратное давление и уменьшает мощность двигателя. Сопротивление потоку будет уменьшено, если в областях с изгибами будут использоваться трубы большего размера. Всегда используйте изгибы как можно большего диаметра. Избегайте острых изгибов или гибки труб, так как любые внутренние неровности в трубах увеличивают обратное давление.
Тщательно спланируйте выпускную систему.
Поперечные трубы
Большое количество стендовых и ходовых испытаний показали, что простая поперечная труба, соединяющая две стороны в двойной выпускной системе чуть позади приемных труб и перед глушителями, может увеличить мощность двигателя. Прирост мощности от использования поперечной трубы имеет место как на обычных, так и на гоночных автомобилях, но причины роста в разных случаях отличаются.
Выпускные системы с поперечными трубами могут быть созданы различными путями. Единственная ровная поперечная труба допускается, когда емкость глушителя по потоку достаточно высока. Система с двумя поперечными трубами будет увеличивать мощность, если глушители имеют больше сопротивление потоку или если она используется на двигателях с мощностью более 350 л. с. Чем большее сопротивление имеют глушители, тем большая мощность может быть получена от использования системы с поперечной трубой.
На гоночном автомобиле с открытой выпускной системой и с поперечной трубой между приемными трубами эта труба передает ударные волны выхлопных газов с одной стороны системы на другую. На обычных автомобилях поперечная труба выполняет дополнительную функцию: поперечная труба позволяет каждой стороне двигателя частично разделять емкость потока комбинированного глушителя. Хотя даже самая эффективная поперечная труба не удвоит поток в системе, улучшение на 25% является обычным делом.
Многочисленные испытания на стенде и в движении продемонстрировали, что простая поперечная труба, соединяющая две стороны двойной выпускной системы сразу же после приемных труб и перед глушителями, может увеличить мощность двигателя.
Спаренные глушители
Иногда бывает невозможно уменьшить обратное давление выхлопных газов до приемлемого уровня с помощью одного глушителя в каждой стороне выпускной системы. Это часто происходит на высокофорсированных двигателях большого рабочего объема (т. е. более 6500 см5). Если измеренное давление в системе составляет более 0,35 кгс/см2, то может потребоваться использовать по два глушителя на каждой стороне, которые соединены параллельно.
Ступенчатое расположение глушителей.
В этих случаях выхлопные газы от каждого блока цилиндров проходят через два глушителя (см. рис. далее) и для двигателя V8 требуется всего 4 глушителя. Если переходник Y-образной формы, который распределяет выхлопные газы между каждой парой глушителей, сконструирован правильно, то эффективный поток двух глушителей будет примерно удвоен по сравнению с одиночным глушителем на одной из сторон.
Наиболее очевидным недостатком спаренных глушителей, кроме цены, является то, что на большинстве автомобилей имеется недостаточный зазор под кузовом, чтобы разместить два глушителя рядом друг с другом. Некоторые конструкторы используют ступенчатое расположение спаренных глушителей, что требует меньшего пространства, но во всех случаях важно помнить, что изгибы и переходы от одной трубы к двум и обратно должны быть плавными, большего диаметра и по возможности известного производителя.
Практические примеры
Очевидным вопросом здесь может быть следующий: какой прирост мощности и экономичности можно ожидать, если полностью переделать всю выпускную систему с упором на уменьшение обратного давления? Прирост может быть разным, но приводимые далее примеры покажут, что возможно получить.
Первый двигатель представляет собой экспериментальный четырехцилиндровый двигатель для испытаний на стенде, изначально оснащенный глушителем промышленной конструкции (типичная конструкция с обратным потоком, используемая на многих автомобилях) и короткой прямой выхлопной трубой большого диаметра. После измерения основной кривой мощности стандартный глушитель был заменен специальной конструкцией, которая обеспечивала почти нулевое сопротивление потоку. Фактически, проверки, проведенные на стенде, показали довольно заметное увеличение мощности по сравнению с прежней выпускной системой. При отсутствии других изменений на двигателе уменьшенное обратное давление дало прирост мощности в 8% во всем диапазоне оборотов. Было замечено улучшение экономии топлива в 3-8 % с типичным значением около 6%.
Практическое использование обсуждаемых изменений можно также было видеть на одном из испытательных двигателей V8 с рабочим объемом 5735 см5, изначально оснащенного промышленной одинарной выпускной системой. Для определения базового уровня была измерена стандартная мощность, которая составила 152 л. с. с выпускной системой, которая имеет ненормально высокое обратное давление в 1,13 кгс/см2. Затем стандартный катализатор с шариками был убран, а промышленный глушитель был заменен глушителем CYCLONE SONIC TURBO. Мощность при этом подскочила до 210 л. с., а обратное давление в выпускной системе снизилось до 0,25 кгс/см2. В заключение была установлена двойная выпускная система, которая была тщательно изготовлена для уменьшения обратного давления. Этот узел, оснащенный двойными турбо-глушителями CYCLONE SONIC, но по-прежнему использующий стандартные выпускные коллекторы, обеспечивал заметный прирост мощности до 47% по сравнению со стандартной выпускной системой. Измеренная мощность составила 224 л. с., а обратное давление в системе составило величину менее 0,07 кгс/см2. Однако такой прирост мощности дается не только путем больших материальных затрат при покупке деталей. Двойная выпускная система с высоким потоком может быть заметно шумнее стандартной или даже модифицированной одинарной выпускной системы. Фактически, некоторые системы с турбо-глушителями могут не удовлетворять требованиям по шумности.
Если автомобиль должен удовлетворять требованиям по токсичности выхлопных газов, то частью выпускной системы должен стать катализатор. К счастью потери мощности могут быть уменьшены, если используются катализаторы с двойной сотовой структурой. Они должны быть расположены перед глушителями и по возможности ближе к выпускным коллекторам. Сопротивление может быть уменьшено еще больше путем изменения входной и выходной частей катализатора в длинные конусные каналы. В качестве дополнительного преимущества катализаторы также уменьшают шум от выпускной системы.
Выпускные коллекторы
На первый взгляд задача отвода выхлопных газов из цилиндров может показаться простой, не требующей каких-то особых конструкторских ухищрений. Однако, как говорилось ранее, двигатель внутреннего сгорания является сложным агрегатом, который функционирует при тщательно продуманном взаимодействии многих динамических систем. Хотя выпускные коллекторы позволяют двигателю легче "выдыхать" путем уменьшения потерь при прокачке, которые имеют место, когда поршень движется вверх при такте выпуска. Это является наиболее очевидным преимуществом, которое могут предложить трубчатые впускные коллекторы.
Если такт выпуска происходит только один раз, то создание выпускных коллекторов было бы просто задачей по уменьшению сопротивления потоку. Но даже при 2000 об/мин двигатель V8 выдает примерно 70 тактов выпуска за секунду на один блок из четырех цилиндров. Эти импульсы давления, как мы увидим, взаимодействуют с потоком выхлопных газов, образуя сложную динамическую смесь, которая может воздействовать на оптимальный размер труб коллектора, их длину и на общую конструкцию. Может быть, довольно сложно полностью понять динамику потока, но настройка выпускной системы может быть "ключом" к получению дополнительной мощности. Вам потребуется правильная комбинация, и здесь будут даны некоторые рекомендации по достижению лучших результатов.
Трубчатые или цельные коллекторы?
Выпускные трубчатые коллекторы могут улучшить мощность двигателя, но они не всегда являются лучшим выбором для обычного форсированного (не гоночного) двигателя. Хотя трубчатые коллекторы являются более эффективными в диапазонах средних и особенно высоких оборотов, но если двигатель работает с низкими оборотами, то литые чугунные коллекторы дают хорошие рабочие характеристики, являются более.дешевыми (если вы уже имеете их), более компактными и менее склонными к образованию утечек выхлопных газов. Идеальной областью использования для литых коллекторов являются грузопассажирские автомобили, для которых важен крутящий момент на низких оборотах. Если у вас двигатель высокой степени форсиров-ки, то вы сможете получить заметный прирост мощности и топливной эффективности путем использования выпускных коллекторов, которые устанавливаются на обычные мощные двигатели.
Показанный здесь двигатель FORD INDY с двумя верхними распределительными валами использует одну из хорошо известных конструкций трубчатого выпускного коллектора.
Цельные выпускные коллекторы неэффективны при больших объемах потоков и на высоких оборотах из-за особенностей их конструкции. Почти все коллекторы, включая даже конструкции для форсированных двигателей, имеют короткие каналы, которые объединяются в общую камеру, имеющую конструкцию, которая не "заботится" о потоке. Когда выхлопные газы попадают в выпускной коллектор, они встречают два главных препятствия:
• каналы с сопротивлением потоку;
• импульсы от каждого цилиндра влияют друг на друга и сильно увеличивают сопротивление потоку, так как длины отдельных труб для разных отверстий часто очень малы.
Как работают выпускные коллекторы
Трубчатые выпускные коллекторы подвержены обоим недостаткам, указанным выше. При увеличении длины каждой трубы и плавных изгибов, а также эффективной изоляции отдельных каналов, применение выпускного коллектора трубчатого типа улучшает поток и практически убирает влияние цилиндров друг на друга. Когда выпускные коллекторы сочетаются с эффективной выпускной системой (высокопоточные глушители и т. д.), то дополнительную мощность можно получить путем продувки цилиндров.
Инерционная и волновая продувка
Может показаться, что устройство, сделанное из металлических труб, и в котором нет движущихся деталей, может втягивать свежую топливовоздушную смесь через открытый впускной клапан почти над малоподвижным поршнем и поможет освобождать камеру сгорания от выхлопных газов. Это напоминает установку турбонагнетателя, которому не нужен подвод мощности: нет приводных ремней, нет вращающихся турбин; он выдает необходимую дополнительную мощность. Может показаться удивительным, но трубчатые выпускные коллекторы могут обеспечить этот прирост мощности, когда они правильно изготовлены. Поэтому, давайте заглянем внутрь труб и рассмотрим, как работает этот воображаемый "турбонагнетатель".
Эта "путаница" труб большого диаметра — выпускной коллектор STREET HEMI выпуска фирмы STAHL, который использует инерционную продувку и резонансную настройку для очистки камер сгорания от выхлопных газов и улучшения мощности.
Когда импульсы давления проходят через каждую выхлопную трубу, они могут переносить энергию, которая действует двумя путями для генерации эффекта продувки и улучшения мощности. Во-первых, движущая масса газов имеет инерционные свойства. Инерция представляет собой тенденцию движущихся тел к сопротивлению любым изменениям в их движении. Поток газов высокого давления, который выходит из каналов головки блока цилиндров, имеет тенденцию сохранять движение через трубы коллектора, и инерция этих газов, если она достаточно сильная, будет втягивать дополнительную топливовоздушную смесь через открытые впускные и выпускные клапаны при перекрытии клапанов.
Также имеется второй путь, которым выпускные коллекторы помогают удалить выхлопные газы из цилиндра: ударная волна низкого давления, образуемая, когда импульс выпускных газов высокого давления выходит из системы, может помочь втянуть дополнительную топливовоздушную смесь в цилиндр при перекрытии клапанов. Чтобы легче понять, как этот механизм работает, выберем одну трубу коллектора. Как уже указывалось, когда впускной клапан открывается, выходящие под высоким давлением газы "выскакивают" в трубу и образуется импульс давления. Этот импульс, движущийся со скоростью звука, быстро достигает конца выхлопной трубы, где образуется отраженная волна с давлением ниже атмосферного. Эта обратная волна движется обратно по трубе к выпускному клапану также со скоростью звука, которая изменяется с температурой, но обычно составляет 360-400 м/сек. Путем изменения длины первичной трубы коллектора время, требуемое для возврата импульса к выходному отверстию, будет изменяться. С помощью тщательного подбора этой длины возможно подобрать время возврата волны низкого давления к оборотам двигателя. Для трубы конкретной длины и определенного значения оборотов двигателя, импульс низкого давления может быть точно настроен так, что он достигнет выпускного отверстия при перекрытии клапанов, когда он поможет выдуть остаточные выхлопные газы, которые поршень не может выдавить из камеры сгорания. Эта отраженная волна, в свою очередь, вызывает втягивание потока топливовоздушной смеси в цилиндр через открытый впускной клапан перед тем, как поршень начнет такт впуска.
Регулировка длины трубчатого выпускного коллектора для оптимизации продувки обратной волной называется резонансной настройкой. К сожалению, в двигателестроении всегда имеются недостатки,' которые сопровождают получение прироста мощности. Длина трубы выпускного коллектора обеспечивает нужное время для возврата обратного импульса только в узком диапазоне оборотов двигателя. Если эта труба относительно короткая, то резонансный эффект наступает в области высоких оборотов; если она относительно длинная, то эффект проявляется в области низких оборотов двигателя.
Настройка выпускного коллектора
Подобно другим важным деталям для получения мощности, находящимся внутри или снаружи двигателя, выпускной коллектор является одной из частей системы "дыхания" двигателя. Чтобы быть наиболее эффективным, он должен работать совместно с другими деталями этой системы. "Командным центром", определяющим характеристики выпускной системы "дыхания" двигателя, является распределительный вал, а общие характеристики выпускной системы могут быть непосредственно связаны с фазами газораспределения распредвала. Выбор распредвала существенным образом определяет, в какой области оборотов двигателя будут достигаться- максимальная мощность и крутящий момент. Для гоночного двигателя длины и диаметры деталей выпускного коллектора должны сочетаться с характеристиками, определяемыми распред-валом. Для высоких оборотов конструкция выпускного коллектора должна включать в себя трубы большого диаметра и относительно короткие и приемные трубы большого диаметра. Для работы на двигателях повседневного применения и топливной экономичности выпускные коллекторы имеют конструкцию с трубами малого диаметра и относительно большой длины.
Всегда опасно делать какие-либо обобщения, но из-за общности конструкций большинства двигателей V8 можно сделать два заявления. Первое состоит в том, что за исключением автомобилей с выдуванием отработанных газов, выпускные коллекторы без приемных труб практически не работают. Конструкция с одинарной трубой эффективна на автомобилях, рассчитанных на использование гоночного топлива, так как турбокомпрессор полностью продувает цилиндры, направляя трубы коллектора к другим деталям. Во-вторых, практически все "обычные" выпускные коллекторы состоят из четырех отдельных труб, соединяющихся в большую приемную трубу. Такая конструкция делает возможным использование взаимодействующих ударных волн, образующихся в двигателе V8 от цилиндра к цилиндру, и является самым лучшим выбором для форсированных и гоночных двигателей.
Выпускной коллектор лучшей конструкции состоит из 4 отдельных труб, соединяемых в приемную трубу большого диаметра.
Поиск оптимального диаметра и длины труб для гоночного двигателя всегда требует большого объема стендовых испытаний. Метод "проб и ошибок" является одним надежным способом для подбора деталей, которые будут хорошо работать в выбранной области оборотов. Такая неопределенность в основном обязана тому, что каждый выпускной коллектор ^ производит множество ударных волн, которые затрудняют точный анализ. К счастью, повторная проверка основной конструкции двигателей V8 упростит наше понимание работы выпускного коллектора и может дать некоторые основные ориентиры для общей конструкции коллектора и подбора труб.
Такие специальные "выпускные коллекторы 180° конструкции устанавливались на линиях специального назначения, а конструкция фирмы STAHL с соединением болтами выпускались для спортивных моделей.
Многие люди склонны рассматривать двигатель V8 как два рядных 4-цилиндровых двигателя на общем коленчатом валу. На самом деле это далеко не так. Двигатель V8, по сути, представляет собой 4 двигателя V2, соединенных вместе в 90-градусной последовательности. Эта конструкция выдает неравномерный такт выпуска, разделенный на каждый блок цилиндров. Это в некоторой степени уменьшает потенциал мощности разделенных по блокам цилиндров выпускных коллекторов (4 цилиндра на один коллектор).
Определение лучшего диаметра труб и их длины для гоночного двигателя всегда требует большого объема стендовых испытаний. Неравномерное разделение такта выпуска на двигателях V8 приводит к такому смешиванию ударных волн в каждом из блоков цилиндров. Метод проб и ошибок часто является единственным надежным путем для оптимизации конструкции и получения максимальной мощности.
Для обеспечения равномерной последовательности продувки цилиндров на двигателе V8 некоторые из труб коллектора должны пересекаться с противоположным блоком цилиндров. Такие системы широко известны как 180-градусная конструкция, так как импульс выхлопных газов возникает в каждой приемной трубе каждые 180° поворота коленчатого вала. Недостатками этой системы являются достаточно критичные длины труб выпускного коллектора и то, что типичные двигатели V8 требуют трубы такой малой длины, что их часто невозможно сделать из-за несоответствующего расстояния между головками блока цилиндров.
Выпускные коллекторы с разделением по блокам цилиндров
Хотя система с разделением по блокам цилиндров (4 цилиндра на 1 коллектор) чуть менее эффективна, чем выпускаемый коллектор со 180-градусной конструкцией, но положительным явлением в этом случае является то, что она менее чувствительна к длине труб. Фактически большой объем стендовых испытаний требуется только для определения оптимальной длины труб при получении нескольких дополнительных лошадиных сил при создании гоночного двигателя.
Хотя выпускная система с разделением выпускных коллекторов по блокам цилиндров чуть менее эффективна, чем выпускной коллектор со 180-градусной конструкцией, она гораздо менее чувствительна к длине труб, и ее гораздо легче сделать и установить на автомобиль.
Испытания на стенде показали, что большинство двигателей нечувствительны к форме каналов, по которым выхлопные газы выходят из головки блока (выпускных каналов). Более того, пока общая конструкция выпускного коллектора обеспечивает поток, нет большой чувствительности к неровностям в трубах (иногда закрыто до 2/3 выхода в одном цилиндре), к изменениям в длине труб и их диаметре, но имеется большая чувствительность к числу изгибов и к их радиусам. Сильные изгибы существенно увеличивают сопротивление потоку и сглаживают эффект продувки, а это почти всегда приводит к снижению мощности.
Трубчатый выпускной коллектор с конфигурацией "три Y" выпуска фирмы DOUG THORLEY имеет упрощенную общую конструкцию, уменьшенное число изгибов и невысокую стоимость.
К счастью, трубы с длиной от 550 мм до 1200 мм выдают очень близкую мощность на большинстве форсированных или гоночных двигателей. Такая нечувствительность к длине очень полезна, так как это упрощает установку под автомобилем и позволяет сделать оптимальную общую конструкцию. Не стоит переживать по поводу почти незаметного эффекта неравной длины труб выпускного коллектора — изменение в длине до 300 мм и даже больше показывает очень небольшие отклонения по мощности. Можно оптимизировать мощность путем уменьшения сопротивления потоку благодаря сокращениям количества изгибов и увеличения их радиусов.
Выпускные коллекторы с конфигурацией "три Y"
Интенсивность по длине является основной причиной, по которой выпускные коллекторы с конфигурацией "три Y" хорошо работают. Конструкция типа "три Y" объединяет 4 первичные трубы в две пары вторичных труб примерно на 1 /3 расстояния до приемной трубы. Такая конфигурация "4->2->1" существенно упрощает общую конструкцию, уменьшает число изгибов и снижает стоимость. Испытания, которые были проведены на этих коллекторах, показали, что они производили мощность, лишь ненамного меньшую, чем качественный выпускной коллектор с конфигурацией "4->1". Особенно это выявилось при работе с распредвалами, обеспечивающими продолжительность открывания клапанов более 270°. Однако, когда даже лучшие коллекторы типа "три Y" используются с распредвалами, обеспечивающими продолжительность открывания клапанов более 270°, они часто обеспечивают существенно меньшую максимальную мощность, чем качественные выпускные коллекторы "4-> 1".
Для использования в двигателях повседневного применения коллекторы типа "три Y" должны серьезно анализироваться, как практический шаг между цельными выпускными коллекторами и коллекторами "4->1". Хотя многие конструкторы-энтузиасты считают коллекторы типа "три Y" более подходящими для двигателей с низкой степенью сжатия, используемых в грузовых автомобилях. Качественные коллекторы конфигурации "три Y" обеспечивают хороший уровень мощности в двигателях средней форсировки для автомобилей повседневного применения, особенно при работе совместно с высокопоточными выпускными системами, включающими поперечную трубу, проходящую между коллекторами. Вдобавок к этому, коллекторы конфигурации "три Y',' часто выдают более широкий диапазон мощности, чем многие системы "4->1", что является дополнительной причиной для возможности их использования в двигателях повседневного применения на тяжелых автомобилях или совместно с автоматической трансмиссией.
Выпускные коллекторы A. R.
ЕСЛИ вы делаете форсированный двигатель для установки на автомобиль с автоматической трансмиссией, то усилия должны быть направлены на оптимизацию крутящего момента на низких оборотах. Для обеспечения этого некоторые конструкторы-энтузиасты могут выбрать выпускной коллектор с первичными трубами относительно малого диаметра (38-41 мм), так как малые трубы поддерживают высокую скорость выхлопных газов, улучшают инерционную продувку и обеспечивают хорошие значения крутящего момента на низких и на средних оборотах. К сожалению, эти трубы малого диаметра создают дополнительное сопротивление потоку на высоких оборотах двигателя, особенно у двигателей мощностью 325 л. с. и более. С другой стороны, если вы используете первичные тубы большого диаметра для улучшения мощности на высоких оборотах, то эффективность продувки на низких оборотах уменьшится, а крутящий момент и топливная эффективность пострадают на типичных оборотах для режима движения. Может показаться, что можно произвести настройку мощности с одного или с другого конца диапазона оборотов; невозможно иметь ее на обоих концах диапазона. Это было в большинстве случаев до появления выпускных коллекторов A. R.
Название "A. R." в обозначении коллекторов соответствует названию "ANTI-REVERSION" и является торговой маркой фирм CYCLONE и BLACK JACK. Понятие "REVERSION" относится к нежелательному обратному потоку выхлопных газов во впускную систему, который может иметь место, когда скорость выхлопных газов в первичных трубах коллектора мала и инерционная продувка имеет недостаточную энергию для втягивания топливовоздушной смеси в цилиндр при перекрытии клапанов. В этой ситуации обратное давление в системе выталкивает выхлопные газы в каналы впускной системы. Это явление обычно имеет место при низких оборотах, особенно когда выпускные коллекторы с большим диаметром труб сочетаются с распредвалами с высокой продолжительностью перекрывания клапанов.
Конструкция выпускного коллектора A. R. использует трубы большого диаметра для достижения высокой мощности на высоких оборотах. Однако, коллектор внутри сконструирован так, чтобы уменьшить обратный поток, что приводит к эффекту продувки и уменьшению обратного потока у большинства выпускных коллекторов с малым диаметром труб. Приводимая далее таблица показывает основы работы коллектора A. R.: чувствительный к направлению и противодействующий обратному потоку конус устанавливается на поверхность коллектора, что обеспечивает малое сопротивление прямому потоку, но заметно ограничивает обратный поток. Вдобавок, коллекторы A. R. позволяют полезным волнам отрицательного давления легко проходить к клапанам и к камере сгорания и ограничивают волны положительного давления, которые уменьшают мощность двигателя. Хотя выпускные коллекторы A. R. и менее чувствительны к диаметру труб, размер труб по-прежнему определяет в некоторой степени, какая максимальная мощность будет выдаваться в диапазоне оборотов двигателя. Перед тем, как вы выберете конкретный коллектор, обсудите предполагаемый характер его использования с производителем коллекторов и учтите данные вам рекомендации. Однако, недостатки от использования диаметра первичных труб коллектора A. R., который слишком велик для применения, меньше, чем у обычного коллектора.
Показанные здесь выпускные трубчатые коллекторы фирмы SLP ENGINEERING сконструированы для форсированных двигателей автомобилей CHEVROLET CAMARO и PONTIAC FIREBIRD.
Выпускаемый коллектор A. R. также может во многих случаях эффективно компенсировать некоторые потери мощности, связанные с обратным потоком, происходящим от неточного подбора деталей выпускной системы. К примеру, обычной причиной обратного потока на низких оборотах являются профили кулачков распределительного вала со слишком большой продолжительностью открывания клапанов и/или перекрытием клапанов, впускной коллектор, разработанный для работы с высокими оборотами или карбюратор с потоком слишком большой емкости для двигателя. Выпускные коллекторы A. R. смещают потери мощности, связанные с этими деталями.
В заключение, коллекторы A. R. могут также вносить вклад в величину крутящего момента при частично открытой дроссельной заслонке и в топливную эффективность двигателя. Для гонок "на выживание", когда расход топлива играет большую роль, использование коллекторов A. R. может увеличить вероятность победы. Фактически, коллекторы A. R., по-видимому, обеспечивают положительный вклад во всех областях: от быстрой реакции на перемещение дроссельной заслонки на обычном автомобиле до возможности быстрого прохождения поворотов на гоночной трассе. Практически без исключений, сравнительные испытания обычных выпускных коллекторов и коллекторов A. R. показали, что конструкция A. R. является лучшей. Это во многих случаях может обеспечить лучшую мощность на низких и высоких оборотах в сочетании с улучшенной топливной эффективностью. Это тот редкий случай, когда вы можете иметь все!
Имеются два других важных аспекта использования выпускных коллекторов A. R., которые проявлялись при проведенных испытаниях на стенде и в движении. Первым является то, что вы должны использовать поперечную трубу с коллектором A. R. для получения вклада в уменьшение обратного потока. Без поперечной трубы, соединяющей обе приемные трубы (или выхлопные трубы рядом с приемными трубами), большинство преимуществ в крутящем моменте на низких оборотах и в топливной экономичности будет потеряно, а коллектор A. R. будет работать как обычный выпускной коллектор. Точно неизвестно, почему это происходит, но это происходит почти во всех случаях. Всегда используйте поперечную трубу с выпускными коллекторами A. R.
Во-вторых, коллекторы A. R. "очищают" карбюратор, улучшая вакуум у дополнительных диффузоров. Фактически, более сильный вакуум у дополнительных диффузоров от коллекторов A. R. позволяет использовать уменьшенные жиклеры для обеспечения того же самого соотношения воздух/топливо. Если вы пользуетесь одинарным четырехкамерным карбюратором HOLLEY, то топливные жиклеры первичной и вторичной камер потребуется уменьшить на 1 -2 размера, а в некоторых случаях на 3-4 размера для обеспечения нужного соотношения воздух/топливо.
Работа выпускных коллекторов A. R.
Выпускные коллекторы A. R. используют конус, чувствительный к направлению потока и предотвращающий обратный поток выхлопных газов. Он устанавливается на поверхности коллектора внутри первичных труб большого диаметра. Это обеспечивает малое сопротивление прямому потоку и увеличенное сопротивление нежелательному обратному потоку. 1 - высокий прямой поток выхлопных газов; 2 - низкий обратный поток выхлопных газов при перекрытии клапанов.
С выпускными коллекторами должна использоваться поперечная труба. Без этой трубы, соединяющей обе приемные трубы, большинство преимуществ в крутящем моменте на низких оборотах и в топливной экономичности будет потеряно.
Настройка выпускных коллекторов/дополнительные детали
Преимущества коллекторов А. R. и стандартные выпускные коллекторы
Выпускные коллекторы A. R. проявляют свои преимущества с помощью конуса, предотвращающего обратный поток и приваренного в месте соединения первичных труб и фланца крепления. Эти конусы чувствительны к направлению потока и помогают
Здесь показаны кривые мощности и крутящего момента для форсированного двигателя рабочим объемом 5359 см3, оснащенного головками блока цилиндров AIR FLOW RESEARCH. Двигатель не работал бы при полностью открытой дроссельной заслонке с оборотами низке 2800 об/мин со стандартными выпускными коллекторами "4->1". После установки выпускных коллекторов и оптимизации одинарного 4-камерного карбюратора двигатель выдавал стабильную мощность при полностью открытой дроссельной заслонке во всем диапазоне оборотов, начиная с 1800 об/мин. 1- мощность двигателя с коллекторами A, R.; 2- мощность двигателя с обычными выпускными коллекторами; 3- крутящий момент двигателя с выпускными коллекторами CYCLONE A.R.; 4 - крутящий момент двигателя с обычными выпускными коллекторами.
уменьшить поток выхлопных газов, поступающих в топливовоздушную смесь. Подобный, хотя и менее эффективный, направленный поток может быть получен в обычном выпускном коллекторе путем введения несогласованности между отверстием во фланце выпускного коллектора и выпускным каналом. Для получения ограничения потока в нужном направлении отверстие во фланце выпускного коллектора должно быть больше, чем диаметр выпускного канала. Несоответствие размеров канала и фланца будет иметь очень незначительное влияние на поток из канала, так как выхлопные газы поступают в трубу большого диаметра с меньшим сопротивлением, а выступающая кромка из-за несогласования размеров будет заметно уменьшать обратный поток в канал. Результатом будет то, что некоторый прирост мощности и крутящего момента в области низких и средних оборотов, обеспечиваемый коллекторами A. R., может появиться на кривых характеристик двигателя с обычными коллекторами.
Небольшой эффект, подобный эффекту от использования выпускных коллекторов типа А. К., может быть обеспечен в обычных выпускных коллекторах путем введения правильно расположенного несоответствия между отверстиями во фланце впускного коллектора и выпускным каналом в головке блока цилиндров.
Несоответствие размеров коллектора и канала должно быть тщательно подобрано, иначе могут пострадать общий поток через выпускной канал и мощность. Никогда не создавайте несоответствие между размером фланца выпускного коллектора и канала в головках блока цилиндров в верхней части канала. Все "полезное" несоответствие должно быть расположено в нижней части канала, где скорость потока минимальна. Чтобы правильно поместить несоответствие, важно учитывать расположение выпускных коллекторов на поверхности головки блока цилиндров. Может быть, необходимо приварить и пересверлить монтажные отверстия во фланце коллектора или установить переходные пластины на головки и просверлить новые отверстия во фланцах.
Одно замечание: если вы используете переходные пластины, то обращайтесь с каналами в пластинах как с продолжением выпускных каналов. Для оптимизации потока в канале переходные пластины должны быть соединены с головками, перед тем как головки блоков цилиндров будут проверяться и испытываться.
Поддерживайте тепло
Выпускные коллекторы помогают освобождать цилиндры от выхлопных газов и помогают впускной системе втягивать топливовоздушную смесь. Энергия для этого берется из энергии, содержащейся в самом потоке выхлопных газов. Чем больше энергия, которая может удерживаться внутри труб, пока газы не выйдут в приемную трубу и в выпускную систему, тем эффективнее будет работать выпускной коллектор. Одной из этих форм энергии является тепло, а тепло связано с объемом выхлопных газов и с их скоростью в трубах коллектора. Когда тепло рассеивается от деталей выпускной системы, то скорость выхлопных газов от этого уменьшается и в некоторых случаях это может уменьшить эффект продувки.
Отвод тепла от выпускных коллекторов может влиять на мощность другим, возможно даже более действенным способом: оно рассеивается в моторном отсеке, где нагревает выпускную систему и поступающий воздух. Испытания на стенде показывают, что увеличение температуры поступающего воздуха примерно на 6° С уменьшает мощность двигателя на 1%.
Детали для теплоизоляции от фирмы THERMO-TEC удерживают больше энергии внутри труб выпускного коллектора, пока выпускные газы не выйдут в приемную трубу или в выпускную систему, что увеличивает эффективность работы выпускного коллектора и турбокомпрессора.
По этим и другим причинам, включающим и технику безопасности, теплоизоляция деталей выпускной системы стала довольно популярной. Материалы для этого напоминают ткань и имеют различную конфигурацию: полосы, листы и круги. Большинство комплектов для теплоизоляции включают в себя хомуты, высокотемпературную оплетку. Эти детали довольно легко устанавливать.
Дополнительные детали для выпускных трубчатых коллекторов
Некоторые производители выпускных коллекторов, в том числе фирма STAHL HEADERS, предлагают выпускные коллекторы в форме наборов, а также и полностью собранные. Наборы включают в себя изогнутые куски труб, фланцы и приемные трубы, которые надо собирать в единый узел. Или они могут представлять собой изогнутые первичные трубы коллектора, которые предварительно слегка приварены к фланцам, и требуется лишь окончательное сваривание их с фланцами и с приемными трубами. В любом случае, выпускные коллекторы, поступающие в продажу в форме набора, стоят заметно дешевле и позволяют конструктору добавлять какие-то детали для специальных целей или экспериментальной настройки.
Показанный здесь набор фирмы STAHL HESDERS намного дешевле, чем уже собранный узел и он очень удобен, если вы хотите сделать какие-то модификации.
Большинство фирм производителей также предлагают широкий ассортимент отдельных изогнутых труб, приемных труб, фланцев, болтов, конусов типа A. R., прокладок и других деталей, необходимых для изготовления выпускных коллекторов. Фирма STAHL HESDERS продает различные неправильно изогнутые трубы, которые представляют собой куски труб, неправильно согнутых при изготовлении трубчатых выпускных коллекторов. Это новые трубы различной формы, длина которых может доходить до 13 м, а диаметр можно подобрать от 32 мм до 54 мм с шагом 3 мм. Такие детали дают возможность без больших затрат изготовить выпускной коллектор для любой выпускной системы.
Системы отвода вакуума
За последние 10 лет преимущества подачи вакуума в масляный поддон стали хорошо известны. Низкое давление внутри двигателя помогает предотвратить детонацию путем уменьшения загрязнения поступающей топливовоздушной смеси.и камеры сгорания маслом из системы смазки двигателя. Вдобавок, это также помогает предотвратить утечки масла из прокладок и сальников и может часто привести к появлению дополнительной мощности путем ограничения потерь из-за сопротивления масла.
Такие преимущества могут быть очень важными на гоночных двигателях, но они имеют меньшее практическое значение для форсированных двигателей повседневного применения. На "повседневных" двигателях степень сжатия заметно ниже и там редко используются маслосъемные кольца низкого усилия, которые существенно снижают потенциальную детонацию, вызванную попаданием масла в камеру сгорания. Однако для тех, кто хочет проанализировать добавление вакуумной системы к своему форсированному или гоночному двигателю, адресуется следующая информация.
Набор от фирмы EDEL BROCK содержит детали, для создания "гоночной" системы на обычных двигателях. Сопло вваривается в выпускную систему и в ней создается низкое давление (разрежение), когда мимо сопла проходят быстро движущиеся выхлопные газы.
На высоких оборотах выхлопные газы движутся по выпускным коллекторам со скоростью, достаточной для их использования в качестве своеобразного воздушного насоса. В систему вваривается своеобразное сопло, обычно в область приемной трубы, где образуется низкое давление от проходящих мимо выхлопных газов. Это низкое давление (вакуум) может быть использовано с помощью одной из систем для отвода вакуума, которые имеются в продаже. Приемное сопло соединяется с одноходовым клапаном (клапан предотвращения обратных вспышек), воспринимающим импульсы низкого давления, которые затем подводятся к двигателю через камеру для отделения масла. Эта камера возвращает собранное моторное масло обратно в масляный поддон. Такая система создания вакуума, работающая от выпускного коллектора и соединенная с вакуумной системой впускного коллектора для поддержания низкого давления при частично открытой дроссельной заслонке, будет поддерживать вакуум внутри двигателя при всех уровнях мощности.
Неудивительно, что вакуумная система с "приводом" от выпускного коллектора работает лучше всего с открытыми выпускными коллекторами (т. е. без выхлопных труб, глушителей и т. д.). Однако, если двигатель мощностью менее 400 л. с. работаете высокопоточной выпускной системой с двойными выхлопными трубами, то система отвода вакуума может работать и с полностью комплектной выпускной системой. Но даже если возможна работа вакуумной системы с источником в выпускном коллекторе на обычном двигателе, то имеются недостатки, которые нужно учитывать, особенно когда вакуумная система впускного коллектора также используется для поддержания вакуума в масляном поддоне в режимах холостого хода и частично открытой дроссельной заслонки. Если в двигателе имеется достаточно высокий вакуум, то масло может не поступать к направляющим втулкам клапанов, и будет иметь место ускоренный износ деталей клапанного механизма. Это может происходить даже при использовании бронзовых направляющих втулок клапанов, которые устанавливаются без сальников стержней клапанов (маслосъемных колпачков). Вместе с тем бронзовые направляющие втулки от фирм А. Р. Т. или K-LINE хорошо работают в условиях недостаточной подачи масла, и они являются лучшим выбором для обычных и гоночных двигателей, которые используют систему отвода вакуума.
В заключение, в дополнение к возрастанию надежности благодаря предотвращению детонации и небольшому приросту мощности от уменьшения сопротивления, система отвода вакуума может быть необходимым дополнением к двигателям для грузовых и гоночных автомобилей. Почему? Потому, что это предотвращает утечки масла, а это является причиной серьезных опасений для гонщиков. Несколько капель под автомобилем перед началом гонки могут означать дисквалификацию гонщика и автомобиля, и даже могут привести к катастрофе. В стремлении к изготовлению гоночного двигателя и поддержании его в хорошем состоянии система подачи вакуума может предотвратить утечки масла из-под неправильно установленных прокладок, изношенных сальников и ослабленных болтов. На деле, один из испытуемых двигателей для гоночного грузового автомобиля с отверстием 3 мм с боковой стороны масляного поддона (отверстие было пробито во время гонки) не имел утечки масла, когда он работал, и в масляном поддоне был вакуум. Это позволило гонщику закончить гонку (и не так просто, а победить), но когда гонщик заглушил двигатель, почти все масло из поддона двигателя вылилось на землю.
Преимущества от использования выпускных коллекторов
Влияние, которое выпускные коллекторы оказывают на мощность и топливную эффективность существенно изменяется от одного двигателя к другому. Рассматривая в первую очередь мощность, можно сказать с абсолютной уверенностью, что чем больше форсируется двигатель, тем больший прирост мощности будут предлага
Коля Сахипов,
05-09-2009 21:22
(ссылка)
ЗАЖИГАНИЕ
Система зажигания:
СДетали, которые поджигают топливовоздушную смесь в цилиндрах, часто являются предметом различных рекламных заявлений. Было бы несправедливо сказать, что все эти заявления являются фальшивыми. Но будет очень далеко от истины, если сказать, что некоторые производители преувеличивают свои обещания относительно мощности двигателя и экономии топлива, уверенные в том, что большинство потребителей не будет тщательно проверять их заверения и гарантии. Нет сомнений в том, что качественная система зажигания поможет оптимизировать работу и экокомичность двигателя, но существуют практические пределы тех улучшений, которые может дать обычная или «экзотическая» система зажигания.
Бесконтактные переключающие элементы заменили механические контакты прерывателя. Однако, метод индуктивного накопления энергии для образования искры не изменился со времен Чарльза Кеттеринга.
Любая система зажигания независимо от ее типа и конструкции имеет две функции:
• обеспечение воспламенения топливовоздушной смеси;
• обеспечение того, чтобы воспламенение происходило точно в нужный момент такта сжатия для оптимизации работы двигателя и/или топливной экономичности.
Несмотря на взрывную природу распыленного бензина, если искра для воспламенения будет проскакивать в несоответствующий момент, большинство потенциальной энергии будет высвобождено перед тем, когда эта энергия обеспечила бы полезную работу поршня. Фактически, если момент зажигания будет смещен на несколько градусов, двигатель может не работать вообще. Более того, оптимальный момент зажигания изменяется при изменении оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Таким образом, система зажигания должна реагировать на изменение условий работы двигателя. В заключение, сотни миллионов искр, требуемые для обычного двигателя каждый год, должны быть генерированы со стопроцентной надежностью.
В большей или меньшей степени системы зажигания стали совершать этот «подвиг» с 1908 года, когда Чарльз Кеттеринг начал использовать систему зажигания с индуктивным накоплением энергии (английская аббревиатура IDI) для автомобильных двигателей. Механические контакты, важная часть изобретения Кеттеринга, использовались до середины 70-х годов для образования искры и, соответственно, начала сгорания. Развитие твердотельной электроники позволило заменить контакты прерывателя электронными переключающими элементами, которые гораздо более надежны и служат намного дольше.
Однако, метод образования высоковольтной искры, которая проскакивает между электродами свечи зажигания, практически не изменился со времени Чарльза Кеттеринга. Подобная система с индуктивным накоплением энергии используется практически на всех стандартных и форсированных двигателях.
Понимание основ того, как работает система зажигания, поможет вам оценить различные системы, установить нужную систему, диагностировать неисправности и что лучше всего, оптимизировать мощность двигателя. Не опасайтесь того, что вам придется углубляться в электрические «дебри» и обращаться для усовершенствования своей системы зажигания к специалистам. Система зажигания несложная, но она, вероятно, является одной из наименее доступных для понимания частей автомобильных технологий. Перейдем теперь к рассмотрению самой системы.
Система с индуктивным накоплением энергии
Весь процесс происходит в катушке зажигания. Понимание того, как работает эта необходимая деталь, является ключом к пониманию того, как работает вся система зажигания.
Катушка зажигания с технической точки зрения представляет собой трансформатор. Это означает, что она может преобразовывать напряжение в высокое или низкое, а напряжение будет способом описания усилия, с которым «движется» электричество. Его часто сравнивают с давлением в водяной трубе. Катушка зажигания состоит из двух отдельных обмоток (своеобразных катушек) из провода на обычном железном сердечнике. Одна из обмоток называется первичной и состоит примерно из 150 витков толстого медного провода. Первичная обмотка соединяется через контакты прерывателя (или через электронный блок управления) с источником напряжения 12В (аккумуляторной батареи). Другая обмотка, называемая вторичной, обычно наматывается поверх первичной. Вторичная обмотка содержит примерно 30 000 витков тонкого медного провода, и это определяет коэффициент трансформации катушки и ее возможность к генерации высокого напряжения, необходимого для проскакивания искры между электродами свечи зажигания. К примеру, если число витков вторичной обмотки будет в 10 раз превышать число витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотке будет в 10 раз больше напряжения па первичной обмотке. Так как многие катушки зажигания имеют коэффициент трансформации, равный 30 000/150, т. е. около 200:1, и напряжение вторичной обмотки будет в 200 раз больше, чем напряжение, приложенное к первичной обмотке. Однако когда вы умножите напряжение 12 В в первичной обмотке на 200, то вы получите 2400 В. Так как катушки зажигания выдают около 50 000 В, то, очевидно, существует еще и другой фактор при их работе. Ответ заключается в том, что происходит внутри катушки зажигания, когда к первичной обмотке подключается и отключается напряжение.
Существует жесткая связь между магнитным полем и электричеством. Когда электричество течет по проводнику (это называется электрическим током), то генерируется магнитное поле и, наоборот, электрический ток может генерироваться от переменного магнитного поля. Когда напряжение аккумуляторной батареи (АБ) прикладывается к первичной обмотке катушки зажигания, ток протекает через 150 витков провода и генерирует сильное магнитное поле, которое проходит через все витки катушки и через ее железный стержень. После того, как напряжение АБ было приложено примерно на 0,010-0,015 сек, магнитное поле достигает своего полного значения, т. е. за это время катушка входит в насыщение или насыщается.
Когда магнитное поле присутствует, то принципиально может образовываться электричество. Если сказать более точно, напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро увеличивается или уменьшается магнитное поле. Так как в первичной обмотке имеется ток, который поддерживает магнитное поле, отключение тока в первичной обмотке приводит к максимально быстрому спаду интенсивности магнитного поля. Спад поля происходит менее чем за 0,001 сек, и это индуцирует напряжение примерно в 250 В в первичной обмотке. Это и является тем напряжением, которое возрастает до 50 000 В благодаря коэффициенту трансформации катушки 200:1, и оно приводит к образованию искры в свече зажигания.
Использование быстро падающего магнитного поля для генерации высокого напряжения и затем для образования искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, было изобретением Чарльза Кеттеринга. Кеттеринг также обнаружил, что чем быстрее можно уменьшать магнитное поле, тем более надежно система зажигания будет воспламенять смесь.
Система зажигания с индуктивным накоплением энергии 1 - свеча зажигания; 2 - вакуумный регулятор опережения зажигания; 3 - выступы (кулачки) вала распределителя; 4 - крышка распределителя зажигания; 5 - ротор распределителя; 6 - контакт для высоковольтного провода; 7 - контакт ротора; 8 - магнитный датчик (датчик Холла); 9 - ротор с выступами; 10 - электронный датчик; 11 - контакты; 12 - конденсатор; 13 - пластина контактов; 14 - пружина для опережения зажигания; 15-механическийрегулятор опережения зажигания; 16 - вал распределителя; 17 - корпус распределителя; 18- отверстие для смазки; 19 - косая шестерня привода; 20 - привод масляного насоса; 21 - катушка зажигания; 22 - аккумуляторная батарея; 23 - выключатель зажигания.
Система зажигания Кеттеринга использовала механические контакты для включения и выключения катушки зажигания. Он же обнаружил, что электрическая искра (дуга) будет проскакивать между контактами в момент их размыкания. Эта искра будет продолжать протекание некоторого тока в первичной обмотке катушки зажигания, что удлинит процесс спада магнитного поля, таким образом, уменьшая напряжение во вторичной обмотке. Кеттеринг обнаружил, что подсоединение конденсатора параллельно контактам прерывателя существенно сокращает искрение между контактами, и напряжение во вторичной обмотке заметно увеличивается. Конденсатор действует подобно аккумуляторной батарее (АБ), заряжаясь и разряжаясь при размыкании и замыкании контактов. Когда контакты размыкаются, то разряженный конденсатор получает большую часть электрического тока, чем цепь высокого сопротивления, образуемого разомкнутыми контактами. Контакты расходятся достаточно далеко за время зарядки конденсатора, т. е. когда конденсатор полностью
Напряжение во вторичной обмотке управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но и тем, какова была напряженность магнитного поля перед спадом. Катушки зажигания высокой энергии (подобные показанной справа катушке ACCEL SUPER COIL) имеют меньше витков в первичной обмотке, что приводит к генерации большего тока и к более быстрому возрастанию магнитного поля.
заряжен, подача тока в первичной обмотке резко прекращается, что приводит к спаду магнитного поля примерно в 20 раз быстрее, чем это происходит тогда, когда между контактами проскакивает искра. Этот быстрый спад магнитного поля, вызванный конденсатором, увеличивает напряжение во вторичной обмотке, и конденсатор является необходимой частью систем зажигания с индуктивным накоплением электрической энергии.
Насыщение катушки зажигания
Так как напряжение вторичной обмотки управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но также и тем, какова была его напряженность перед спадом, образование • сильного магнитного поля также является очень важным фактором при получении максимальной отдачи от системы зажигания с индуктивным накоплением энергии. Так как для достижения уровня 95% от максимального уровня поля (полного насыщения) требуется всего 15 мсек (0,015 сек), это сначала может показаться достаточным временем для достижения этого уровня насыщения, и это не составляет проблем. Однако, когда вы представите себе, что катушка зажигания должна обеспечивать 4 импульса высокого напряжения в течение одного оборота двигателя (на двигателях V8), поэтому остается всего лишь 0,015 сек между каждым импульсом высокого напряжения, когда двигатель работает с частотой 1000 об/мин. При 6000 об/мин должно образовываться 15 искр в секунду для каждого цилиндра, что составляет около 400 искр в секунду для двигателя V8, что составляет всего 2,5 мсек (0,0025 сек) для промежутка между искрами.
Для преодоления этого временного затруднения использовались различные технологии, которые максимально увеличивают скорость, с которой создается магнитное поле (она называется скоростью насыщения) и напряженность магнитного поля, когда оно достигает насыщения (это называется уровнем насыщения). Наиболее популярным методом увеличения скорости насыщения является конструкция катушки, рассчитанная на работу от напряжения 9 или 10 В, а не от полного напряжения АБ (12 В). Это пониженное напряжение прикладывается к катушке зажигания, когда двигатель работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, к катушке прикладывается более высокое напряжение, увеличивая скорость образования магнитного поля и компенсируя, хотя и частично, более короткое время насыщения. Наиболее популярным для этой цели прибором является балластный резистор; его температура и сопротивление изменяются при изменении оборотов двигателя, позволяя большему току поступать к катушке при высоких оборотах двигателя. Балластный резистор выполняет также другую полезную функцию: он отключается из цепи во время запуска двигателя, что уменьшает нагрузку па АБ, позволяет максимально возможному напряжению поступать на катушку зажигания, и помогает быстрому запуску двигателя. Однако современные системы электронного зажигания используют более сложные методы изменения значения напряжения, чтобы достичь максимального насыщения.
Во времена контактных прерывателей увеличение угла замкнутого состояния контактов (меры того, как долго контакты находятся в замкнутом состоянии, позволяя магнитному полю увеличиваться в катушке) увеличивало прирост мощности при высоких оборотах двигателя. Двойные контакты увеличивают угол замкнутого состояния контактов от типичного значения 30° (с одинарными контактами) примерно до 40°. Максимальное значение угла замкнутого состояния контактов, создаваемое для системы с одной катушкой зажигания, может составлять чуть меньше 45°, т. е. это продолжительность того, как долго вал распределителя поворачивается, между соседними моментами зажигания на двигателе V8. В системах электронного зажигания механические ограничения уменьшаются, и становится достижимым практически полный 45-градусный период между импульсами высокого напряжения для образования магнитного поля в катушке. Даже полный период в 45°, соответствующий углу замкнутого состояния контактов, составляет для образования магнитного поля всего лишь 0,002 сек при 7000 об/мин, поэтому в дополнение к увеличению напряжения на первичной обмотке, уровень насыщения катушки оптимизируется с помощью ее конструкции. Специальные катушки зажигания, разработанные для применения в высокооборотистых двигателях, выпускаются фирмами MSD, ACCEL, PERFORMANCE DISTRIBUTORS, MALLORY и другими. Эти высоковольтные катушки зажигания имеют высокий коэффициент трансформации и обычно потребляют повышенный ток в первичной обмотке. Вдобавок к этому, некоторые из них имеют улучшенные изолирующие и теплорассеивающие свойства. Одно замечание: большинство нз этих катушек разработано для использования с бесконтактными и/или электронными системами зажигания. Установка катушек зажигания с повышенным током в первичной обмотке на обычную контактную систему зажигания может ускорить износ контактов от искрения и перегрева.
Секреты катушек зажигания
1 - уплотнительный колпачок; 2 - контакт вторичной обмотки для высокого напряжения; 3 - контакты первичной обмотки; 4 - крышка катушки зажигания; 5 - покрытие; 6 - вторичная обмотка; 7 - первичная обмотка; 8 - кожух катушки зажигания; 9 - стеклянная изоляция.
Все происходит в катушке зажигания. Состоящая из двух отдельных обмоток (первичной и вторичной), намотанных на общем железном сердечнике, катушка зажигания представляет собой трансформатор, который использует магнитное поле, вырабатываемое током в первичной обмотке, для генерации высокого напряжения во вторичной обмотке. Рост напряжения определяется коэффициентом трансформации, который, в свою очередь, определяется соотношением числа витков вторичной и первичной обмоток.
Многие катушки зажигания высокой энергии имеют коэффициент трансформации, равный 30000/150, т. е. 200:1. Однако, используя этот коэффициент, будет получен лишь рост напряжения в 200 раз, т. е. 12В х 200 = 2400 В. Так как катушки зажигания выдают напряжение до 60 000 В, то здесь работают и другие факторы.
Скрытым фактором является то, что напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро будет расти или спадать магнитное поле. Если магнитное поле быстро спадает (менее чем за 0,001 сек), это приведет к генерации напряжения 250-300 В в первичной обмотке. Это пиковое напряжение в первичной обмотке, умноженное на коэффициент трансформации 200, даст величину напряжения до 50 000 В во вторичной обмотке, которое подается на свечи зажигания.
1 - быстрый спад магнитного поля — высокое напряжение;
2 - медленный спад магнитного поля — низкое напряжение.
1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряжение АБ; 3 - напряжение на первичной обмотке; 4 - напряжение образования искры; 5 - длительность искры; 6 - напряжение искры; 7 - напряжение вторичной обмотки.
На рисунке показано то, что происходит с магнитным полем, напряжением в первичной обмотке и во вторичной обмотке, когда контакты размыкаются и замыкаются. Когда контакты замкнуты, напряжение 12 В подается на катушку зажигания, и в ней образуется магнитное поле. Через несколько миллисекунд контакты размыкаются и магнитное поле спадает. Это быстрое изменение поля генерирует напряжение примерно 300 В в первичной обмотке и до 60 000 В во вторичной обмотке.
1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряжение АБ; 3 - напряжение на первичной обмотке; 4 - напряжение искры; 5 - напряжение вторичной обмотки.
Имеется еще одна важная деталь, которая помогает образованию напряжения во вторичной обмотке. По кривым можно видеть, что что-то не в порядке. Низкие напряжения в первичной и во вторичной обмотках являются результатом отсутствия конденсатора в первичной цепи. Здесь видно, почему нужен конденсатор: он уменьшает искрение в зазоре между контактами, что замедляет спад магнитного поля и уменьшает напряжение во вторичной обмотке. Конденсатор, установленный параллельно контактам, выполняет следующие функции:
• он "поглощает " напряжение "искрения " на контактах;
• позволяет магнитному полю спадать в 20 раз быстрее;
• содействует генерации повышенного напряжения во вторичной обмотке.
Хотя механические контакты заменены бесконтактным датчиком и транзисторной системой переключения, принципы работы показанной здесь системы зажигания HY FIRE MALLOR Y в основном не изменились.
Ротор распределителя зажигания проходит 45°за 0,002 сек, когда двигатель работает при 7000 об/мин; 1 - 45°.
Система зажигания с емкостным накоплением энергии
До настоящего момента мы рассматривали системы зажигания с индуктивным накоплением энергии, в которых катушка зажигания вырабатывает высокое напряжение, когда от первичной обмотки катушки отключается напряжение, что приводит к быстрому спаду магнитного поля. Эта цепь отличается простотой и требует всего лишь механического контактного выключателя (прерывателя) и конденсатора, но у нее есть недостатки. Для того чтобы получить мощную искру, магнитное поле должно иметь высокие значения, а при высоких оборотах имеется очень мало времени для этого. Если вместо надежды на быстрый спад магнитного поля, система могла быть не ограничена требованиями по насыщению катушки (имеется в виду, что скорость изменения магнитного поля — увеличения или уменьшения определяет генерацию напряжения во вторичной обмотке). Подобные системы существуют, и они обычно используются на форсированных двигателях, в частности, в системах с многоискровым зажиганием, которые будут обсуждаться далее. Так называемые системы с емкостным накоплением энергии (CDI в английской аббревиатуре) эффективно работают, в противоположность системам с индуктивным накоплением энергии (IDI). Вместо образования магнитного поля в катушке зажигания большие конденсаторы внутри электронного блока управления заряжаются до напряжения 300-400 В или больше. Затем точно в момент зажигания, определяемым тем же самым механическим или электронным выключателем в распределителе зажигания, весь заряд этих конденсаторов подается на первичную обмотку катушки зажигания. Быстро возникает очень большое магнитное поле, которое индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Система CDI ограничивается только тем, как быстро могут быть перезаряжены конденсаторы.
Искра, вырабатываемая системой CDI, является мощной и точной, но многие такие системы обеспечивают очень короткую продолжительность искры, так как магнитное поле образуется в системе CDI намного быстрее, чем оно спадает в системе IDI. Многие системы IDI генерируют искру в зазоре между электродами свечи, которая продолжается более 0,001 сек, но продолжительность искры в системе CDI часто составляет всего лишь 0,00003 сек (30 мсек), т. е. она в 30 раз короче. Фактически, некоторые системы зажигания с емкостным накоплением энергии могут вырабатывать искру на такое короткое время, что она не может обеспечивать в некоторых случаях надежного воспламенения смеси. Однако при правильной конструкции система CD1 может генерировать высоковольтную искру нужной продолжительности для обеспечения надежного воспламенения во всех двигателях.
Какую систему использовать
Контактная система зажигания IDI (подобная показанной здесь системе с двойными контактами в распределителе фирмы MALLORY) обеспечивает мощность, сравнимую с большинством электронных систем зажигания.
Когда мы рассмотрели основы, можно перейти к специфике выбора и настройки системы зажигания для оптимизации эффективности работы и мощности двигателя.
До середины 70-х и контактная система зажигания была обычной системой просто потому, что она использовалась практически на всех автомобилях с бензиновыми двигателями. Автомобили с форсированными двигателями использовали системы с двойными контактами, но система зажигания с контактным прерывателем была единственной системой, имеющейся в распоряжении автомобилестроителей. 80-е и 90-е годы изменили ситуацию полностью. Теперь системы зажигания с контактным прерывателем на новых автомобилях практически не используются, хотя почти все автомобили по-прежнему используют конструкцию Кеттеринга с катушкой зажигания. Термин "обычная" теперь подразумевает управляемую компьютером систему контроля двигателя, в которой некий электронный "черный" ящик не только управляет зажиганием, но также процессом карбюрации или дозировкой впрыска топлива, моментами переключения передач в автоматической трансмиссии и др. Несмотря на все вышесказанное, контактные системы зажигания, вероятно, будут использоваться и после 2000 года, так как они могут обеспечить более чем точный процесс воспламенения смеси в форсированных двигателях при условии правильной работы, о чем будет сказано далее.
"Обычная" система зажигания с контактным прерывателем
Но это не значит, что контактные системы зажигания являются практически такими же хорошими, как и электронные системы, или что все контактные системы являются одинаковыми. Двумя главными недостатками контактных систем зажигания являются следующие:
• Искра со временем ухудшается.
• Для очень высоких оборотов двигателя (примерно выше 7000 об/ мин контакты являются не очень практичным устройством.
Во-первых, рассмотрим проблему износа. В обычных системах зажигания с контактами, где нет никакой электроники для управления переключением катушки зажигания, поверхности контактов подают и отключают напряжение к первичной обмотке катушки зажигания. Это приводит к искрению и преждевременной эрозии поверхности контактов, нарушению регулировки зазора между контактами и снижению значения генерируемого высокого напряжения. Но это еще не все, что изнашивается при замыкании и размыкании контактов. Трущийся блок, который движется поверх кулачка на оси распределителя и действует на контакты, со временем стирается и все больше и больше изменяет регулировку контактов. Таким образом, контакты требуют регулярной регулировки и периодической замены для обеспечения хорошей работы системы.
В дополнение к износу, определяемому визуально, возвратная пружина контактов со временем ослабляет свое усилие. В некоторых случаях натяжение пружины может не соответствовать требуемому. В любом случае, если усилие пружины спадает ниже определенного уровня, движение контактов более не будет следовать за кулачками распределителя, и контакты будут перекашиваться и "сползать", не обеспечивая надежного соединения. Это уменьшает время замкнутого состояния контактов и не дает катушке зажигания полностью отдать свой "магнитный заряд".
Измеритель угла замкнутого состояния контактов может быть использован для определения смещения контактов. Если имеет место резкий спад угла замкнутого состояния контактов при увеличении оборотов двигателя, то максимальное число оборотов для контактов почти наверняка было превышено. Эта проверка легче всего производится на устройстве для проверки распределителей, однако, даже без оборудования для проверок пропуски зажигания на высоких оборотах в контактной системе зажигания обычно происходят из-за перекоса или смещения контактов, и это следует проверять в первую очередь.
Износ является проблемой у контактных систем зажигания. Контакты прерывателя подают и отключают напряжение на первичной обмотке катушки зажигания. Искрение на контактах разрушает поверхности. Также со временем изнашивается трущийся блок, который контактирует с кулачком, находящимся на валу распределителя и при этом изменяется регулировка контактов.
Если у вас есть подозрение на перекос или вибрацию контактов, то установите новые контакты, предназначенные для использования в форсированных двигателях. Если ваш двигатель способен развивать очень высокие обороты, то вы можете приобрести специальные контакты, которые будут обеспечивать надежную искру при оборотах, превышающих 9000 об/мин. Однако усилие пружины при этих проверках такое высокое, что контакты имеют очень ограниченный срок службы, и они также воздействуют на подшипники распределителя. Если вам нужна такая возможность работы на высоких оборотах, примите решение сами и откажитесь от использования контактов. Установите бесконтактную систему зажигания.
Измеритель угла замкнутого состояния контактов используется для определения вибрации контактов. Если имеет место резкий спад угла замкнутого состояния контактов, максимальные обороты для контактов почти наверняка были превышены.
Бесконтактные электронные системы зажигания
Наиболее важным улучшением системы зажигания за последние 100 лет была замена механических контактов на электронный "переключатель", который не подвержен механическому износу. В распределителе, в том же самом месте, где находились контакты, находится устройство, "чувствующее" положение распределителя с помощью магнитного якоря и прерывания луча света или какой-то другой технологии. Это устройство (датчик) посылает импульс низкого напряжения на транзисторный усилитель, расположенный в отдельном транзисторном модуле управления, который подключает и отключает напряжение на первичной обмотке катушки зажигания. Такие электронные приборы не изнашиваются (в нормальных условиях) и не подвержены механическим ограничениям типа вибрации контактов. Фактически, скорость переключения таких устройств намного больше, чем нужно даже самым высокооборотистым двигателям.
Очень важна замена механических контактов электронным "переключателем", который не подвержен механическому износу.
Изменение угла замкнутого состояния контактов в электронной системе зажигания 1 - угол замкнутого состояния контактов (УЗСК) при 600 об/мин; 2-УЗСК при 1500 об/мин; 3-УЗСК при 2500 об/мин; 4-УЗСК при 4500 об/мин.
Кроме повышения максимально допустимых оборотов двигателя и надежности работы многие электронные системы зажигания обеспечивают дополнительные преимущества. Контактные системы зажигания ограничиваются промежутком времени, соответствующим углу замкнутого состояния контактов, когда в системе восстанавливается магнитное поле — между разрядами, соответствующими искрообразованию. Электронное управление, не ограничиваемое размыканием или замыканием контактов, может оптимизировать индуктивное накопление энергии при всех оборотах двигателя путем приложения полного значения напряжения к катушке зажигания и изменения угла замкнутого состояния контактов при изменении числа оборотов двигателя. При низких оборотах угол замкнутого состояния контактов поддерживается небольшим, (коротким) для предотвращения перегрева катушки зажигания (в этих системах балластный ограничительный резистор не используется). Но при высоких оборотах двигателя, когда реальное время для образования магнитного потока уменьшается, напряжение первичной обмотки подается на катушку зажигания почти сразу же после "разрядки" катушки, оптимизируя угол замкнутого состояния контактов и выходное напряжение.
Проверки мощности показали ее небольшое увеличение при использовании электронного зажигания с более "холодными" свечами и увеличенным зазором между их электродами. Эти свечи ACCEL изменяются от "холодных" (слева) до стандартных (справа) и "горячих" (в центре), калильное число которых определяется длиной изолятора.
Кроме чисто механических преимуществ высоковольтная бесконтактная электронная система зажигания может менять способ, каким происходит зажигание в камере сгорания. Эти небольшие изменения могут потребовать специальных методик настройки двигателя для оптимизации его работы и мощности. Во-первых, повышенное напряжение на вторичной обмотке, часто позволяет эффективно использовать более "холодные" свечи зажигания. При испытаниях свечи с более "холодным" калильным числом (на 1 -2 единицы) по сравнению со стандартными обеспечивают небольшое увеличение мощности, хотя это может и не происходить в некоторых случаях. Во-вторых, повышенное значение напряжения во вторичной обмотке катушки подает больше энергии к зазору между контактами свечи, поэтому увеличение зазора на 0,25-0,5 мм может обеспечить более "сильную" искру, которая надежно поджигает топливовоздушную смесь, особенно обедненную смесь, или при высоких степенях сжатия двигателя. Более надежное начальное зажигание может, в свою очередь, увеличить скорость распространения фронта пламени, и это может потребовать небольшого запаздывания момента зажигания для достижения оптимальной мощности. Результатом может стать уменьшение мощности, если момент зажигания не корректируется от изменения времени распространения пламени. Обычно хватит лишь небольшого изменения; предположение опережения зажигания оправдано перед модификацией.
1 - электронная система зажигания; 2 - стандартная система зажигания
Приведенные графики показывают результаты серии контрольных испытаний, в которых контактная и бесконтактная системы зажигания были тщательно оптимизированы. Хотя увеличение мощности и экономии было типичным для этих систем, начальный прирост мощности и экономичности были только частью истории. После 16 000 км эксплуатации электронное зажигание по-прежнему обеспечивало мощную и своевременную искру. За это же время высокое напряжение в контактной системе зажигания заметно снизилось из-за эрозии контактов и износа блока, трущегося о кулачок вала.
Наибольшим преимуществом любой электронной бесконтактной системы зажигания является уменьшение необходимого текущего обслуживания распределителя зажигания. Это означает, что система зажигания будет работать с максимальной эффективностью в течение долгого времени, обеспечивая оптимальную экономию топлива и эффективность работы. Однако уменьшение объема обслуживания не означает полного его отсутствия. Большинство электронных систем зажигания по-прежнему используют механические устройства для увеличения или уменьшения угла опережения зажигания. Эти механизмы опережения зажигания требуют периодической проверки и обслуживания. Работа и настройка этих систем описаны в следующих разделах этой главы.
Многоискровое зажигание и увеличение продолжительности зажигания
В последние годы развитие многоискровых систем и систем зажигания с увеличенной продолжительностью искры добавили уникальные возможности как "усиленным", так и обычным системам зажигания. Вместо образования единственной короткой искры для зажигания эти системы выдают несколько высоковольтных искр или одну большей продолжительности. В многоискровых системах число искр за цикл зажигания может доходить до шести, когда промежуток времени между тактами рабочего хода самый большой. Когда обороты двигателя возрастают, количество искр уменьшается примерно до двух при высоких оборотах. В системах зажигания с увеличенной продолжительностью искры одна искра большой длительности проскакивает между электродами свечи, тогда как многоискровые системы выдают несколько искр на свече. В обоих случаях зажигание топливовоздушной смеси происходит более полно и сравнимо с качеством зажигания двигателей, оснащенных несколькими свечами зажигания.
Вместо генерации одной короткой искры многоискровые системы зажигания, подобные показанной здесь системе зажигания MSD от фирмы A UTOTRONIC CONTROLS, обеспечивают образование нескольких искр. На холостом ходу, когда промежуток времени между циклами рабочего хода самый большой, выдается не менее 6 искр, но их количество снижается до 2 при высоких оборотах двигателя.
Потенциальная мощность увеличивается у многоискровых систем или у систем с продолжительной искрой. Зависит она от характера распространения пламени в камерах сгорания. Некоторые головки блока цилиндров имеют конструкцию камер сгорания, которая обеспечивает нужную турбулентность распространения пламени; головки с неразделенными камерами сгорания небольшого объема обычно подпадают под эту категорию. Двигатели с такими головками обеспечивают очень малый прирост мощности от многоискрового зажигания или его может даже не быть вообще. С другой стороны, головки блока цилиндров с камерами сгорания неразделенного типа обычно обеспечивают медленные скорости распространения фронта пламени. На этих двигателях мощная искра большой продолжительности почти всегда повышает мощность, хотя невозможно предсказать этот прирост на конкретном двигателе. Он может составлять от практически нулевого до величины почти в 5%. Измеренный прирост мощности добавляется к приросту, обеспечиваемому хорошей системой электронного зажигания с оптимизированным моментом впрыска.
Увеличение мощности от многоискровых систем или систем с увеличенной продолжительностью искры зависит от характеристик распространения пламени в камерах сгорания. Головки блока цилиндров с разделенными камерами сгорания малого объема обеспечивают малый прирост мощности, тогда как большие камеры сгорания неразделенного типа почти всегда дают увеличение мощности, от небольшого до почти 5%.
На гоночных двигателях многоискровые системы и системы с увеличенной продолжительностью искры имеют большое значение, т. к. они помогают смягчить работу двигателя на холостом ходу и уменьшить замасливание и "заливание" свечей, которое часто мешает работе двигателя в течение нескольких первых секунд после старта.автомобиля. Для двигателя повседневного применения эти высокотехнологичные системы зажигания могут улучшить разгон и уменьшить расход топлива.
Момент зажигания и опережение зажигания
Существует момент времени, обычно измеряемый в градусах поворота коленчатого вала до ВМТ, когда воспламенение топливовоздушной смеси обеспечивает максимальную мощность двигателя и эффективность его работы. Этот "участок" максимальной мощности, довольно узкий по времени, и мощность существенно упадет всего лишь в нескольких градусах поворота в любую сторону от этой почти максимальной точки. Если зажигание происходит слишком рано, то пик давления от сгорания будет воздействовать на поршень перед тем, как • шатун и коленчатый вал будут находиться на одной линии, когда они могут эффективно преобразовать это давление во вращательное движение коленчатого вала. Если зажигание будет лишь слегка преждевременным, то результатом будет просто потеря мощности. Однако если зажигание происходит постоянно с опережением, то очень высокие давления и температуры могут привести к спонтанному сгоранию несгоревших газов в пространстве камеры сгорания, что приведет к образованию еще более высоких давлений. Это явление, называемое детонацией, может подплавить и/или образовать отверстия в поршнях, разломать поршневые кольца и в самом худшем случае могут быть повреждены шатуны и даже коленчатый вал.
Прежде всего, увеличение мощности может показаться довольно простой задачей, заключающейся в определении оптимального момента зажигания, а затем фиксации параметров системы зажигания для обеспечения образования искры точно в этот момент. К сожалению, оптимальный момент зажигания не является фиксированной величиной, более того, он изменяется в зависимости от числа оборотов и нагрузки двигателя. Для того чтобы понять, почему возникают эти сложности и как с ними обращаться, давайте вернемся немного назад и внимательно рассмотрим процессы внутри цилиндра в высокооборотистом двигателе сразу же после того, как свеча зажигания начинает процесс сгорания.
Сгорание является относительно сложным процессом, но нам нужно обратить внимание только на основные моменты этой процедуры. За не-сколько первых миллисекунд после возникновения искры сгорание ограничивается небольшим объемом, около свечи зажигания. Рост давления, обязанный этому сгоранию, очень медленный и его трудно обнаружить. Эта "медленная" ранняя фаза процесса сгорания, когда ничего заметного, кажется, не происходит, называется временем задержки воспламенения или углом запаздывания воспламенения. Он продолжается примерно от 5 до 10 градусов поворота коленчатого вала. Когда фронт пламени распространяется далее через эту смесь, скорость роста давления увеличивается очень быстро. Это начинается угол (период) эффективного сгорания, который продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение давления в цилиндре, это примерно в 40° позднее. Если зажигание началось в оптимальный момент времени, то максимальное давление в цилиндре достигается, когда поршень находится в наиболее благоприятном положении при такте рабочего хода для преобразования этого давления во вращательное движение и выходную мощность.
Эта относительно простая картина усложняется из-за нескольких факторов. Во-первых, из-за скорости, с которой фронт пламени движется через область сгорания при изменении оборотов двигателя. Это очень важно, так как при возрастании оборотов двигателя имеется меньше времени при каждом рабочем цикле для завершения процесса зажигания. К счастью, скорость распространения пламени часто увеличивается примерно пропорционально оборотам двигателя — главным образом из-за увеличения турбулентности потока в камере сгорания при увеличении оборотов двигателя. Это означает, что угол поворота коленчатого вала, при котором происходит сгорание, может оставаться относительно постоянным. Это соотношение является хорошо установленным, в основном из непосредственных измерений и из наблюдений и состоит в том, что высокооборотистые двигатели требуют небольшого опережения зажигания по сравнению с двигателями, которые работают с нормальными или даже с достаточно низкими оборотами. Очень хорошо, что скорость распространения пламени связана с оборотами двигателя, иначе была бы невозможна работа двигателей с искровым зажиганием при высоких оборотах, т. к. для эффективного сгорания было бы недостаточно времени.
Вторым серьезным усложняющим фактором при определении оптимального момента зажигания является то, что скорость пламени изменяется при изменении плотности топливовоздушной смеси. Эти изменения плотности в основном происходят из-за изменения положения дроссельной заслонки. Когда дроссельная заслонка почти закрыта, вакуум во впускном коллекторе высокий, а плотность смеси низкая. В таких условиях скорость сгорания довольно низкая. С другой стороны, когда дроссельная заслонка широко открыта, и плотность смеси максимальная, скорость пламени тоже высокая.
В дополнение к оборотам двигателя и к плотности топливовоздушной смеси, скорость распространения пламени также изменяется в зависимости от основной конструкции двигателя. К примеру, форма камеры сгорания играет важную роль. Большая неразделенная камера сгорания (с минимальными потоком и турбулентностью) приводят к уменьшению средней скорости пламени по сравнению с меньшей камерой с малой площадью. Более того, объемная эффективность, степень сжатия, положение свечи зажигания, температура смеси и многое другое влияют на эффективность искры. Целью подбора момента зажигания являются контроль и оценка всех указанных параметров. Затем система зажигания должна в нужное время выдать искру для достижения максимальной эффективности. На большинстве обычных, не управляемых компьютером систем зажигания эти "решения" реализованы в распределителе зажигания.
"Секреты" зажигания и сгорания
• "Окошко" максимальной мощности на характеристике зажигания довольно узкое. Если зажигание происходит слишком рано, то очень высокие давления и температуры в цилиндре могут привести к детонации, что может подплавить и/ или выбить отверстия на поверхности поршня. Позднее зажигание приводит к низкому и позднему росту давления, увеличению расхода топлива и уменьшению мощности.
• Сгорание является комплексным процессом. В течение нескольких первых мили секунд после появления искры рост давления очень мал; этот период называется углом задержки воспламенения. Когда фронт пламени распространяется дальше по смеси, давление растет очень быстро: этот процесс соответствует углу эффективного сгорания. Давление сжатия представляет собой максимальное давление без сгорания.
• Скорость распространения пламени увеличивается почти пропорционально оборотам двигателя—в основном из-за увеличения турбулентности в камере сгорания. Иначе искровое зажигание не работало бы на высоких оборотах.
• Оптимальный момент зажигания изменяется при изменениях плотности смеси. Когда дроссельная заслонка почти закрыта, скорость сгорания низка и зажигание должно происходить раньше. Когда дроссельная заслонка открывается, скорость распространения пламени увеличивается, требуя более позднего момента зажигания.
• Форма камеры сгорания играет важную роль для скорости распространения пламени. Большая неразделенная камера вызывает низкую среднюю скорость пламени по сравнению с разделенной камерой малой площади. Большие камеры сгорания часто требуют большего опережения зажигания.
Система зажигания высокой энергии дает реальные улучшения для конструктора-форсировщика двигателей. Эта система ALLISON XR 700 заменяет контакты прерывателя и/или стандартные электронные узлы практически на любом двигателе; нормы токсичности этих двигателей укладываются во все нормы, в том числе и нормы штата Калифорния.
1 - позднее зажигание; 2 -раннее зажигание.
Управление опережением зажигания
Для поддержания оптимального момента зажигания обычно используется два механизма: центробежный (механический) регулятор, который изменяет момент зажигания при изменении числа оборотов двигателя и вакуумный регулятор, который изменяет момент зажигания в зависимости от нагрузки двигателя. До 1980 года эти механизмы были расположены на распределителе практически любого двигателя.
Механический (центробежный) регулятор
Скорость распространения пламени увеличивается с увеличением оборотов двигателя. Это соотношение не является прямо пропорциональным ниже 3000 об/мин и в двигателях с низкой степенью сжатия и с малой турбулентностью в камере сгорания. В этих ситуациях скорость сгорания увеличивается намного медленнее, и центробежный механизм опережения зажигания компенсирует этот медленный рост скорости сгорания путем опережения момента зажигания при увеличении оборотов двигателя, начиная с оборотов холостого хода. Однако при увеличении числа оборотов турбулентность поступающей смеси начинает ускорять распространение пламени и уменьшать время сгорания. Эта увеличившаяся скорость сгорания отодвигает необходимость дальнейшего опережения зажигания. Для соответствия этим изменениям времени сгорания большинство центробежных регуляторов быстро опережают момент зажигания при низких оборотах двигателя, но когда обороты двигателя превысят 2500-3000 об/мин момент зажигания удерживается постоянным или опережается очень ненамного. Если построить график зависимости лучшего центробежного опережения зажигания от числа оборотов двигателя, то кривая обычно резко возрастает примерно до 2500 об/мин, а после этого становится практически горизонтальной.
Опережение зажигания показанного здесь распределителя фирмы ACCEL может быть изменено для коррекции скорости путем замены пружин. Изменение величины опережения зажигания производится при перемещении маленького винта, имеющего головку с внутренним шестигранником (стрелка).
Центробежные регуляторы опережения зажигания обычно состоят из центробежных грузиков, которые удерживаются небольшими пружинами. Когда обороты двигателя растут, эти грузики стремятся сместиться наружу, преодолевая усилие пружин, и это смещение поворачивает кулачок контактов или якорь бесконтактного датчика в направлении вращения распределителя так, что зажимание происходит раньше (опережается). Скорость и величина опережения зажигания определяются размером и формой грузиков, усилием пружин и другими факторами. Каждый из этих параметров может быть модифицирован для изменения характера опережения зажигания для более точного соответствия требованиям двигателя.
Кривые опережения зажигания форсированного и "дымного" двигателя.
Угол опережения зажигания указан в градусах поворота коленчатого вала.
Многие кривые опережения зажигания стандартных распределителей для низкооборотных или "дымных" двигателей продолжают обеспечивать увеличение опережения зажигания, описываемое длинной и пологой кривой; максимальное опережение зажигания достигается только при высоких оборотах двигателя. Эти кривые могут быть довольно функциональными на двигателях с низкой степенью сжатия, использующих низкооктановое топливо. Эти двигатели ограничены по емкости системами впуска и выпуска газов, но это может значительно уменьшить мощность форсированного двигателя. Замена жестких пружин в механизме центробежного регулятора на более слабые сделает кривую опережения зажигания более крутой и возможно увеличит крутящий момент на средних оборотах. Тем не менее, нет каких-либо жестких правил: опережение зажигания должно подбираться каждому двигателю для получения оптимальных характеристик работы.
Вакуумный регулятор. Распределитель MSD поставляется с набором пружин, который позволяет конструктору добиться кривой опережения зажигания требуемой формы.
Вакуумный регулятор
Другим важным фактором, влияющим на момент зажигания, является изменение времени сгорания при изменении плотности топливовоздушной смеси. Так как плотность смеси намного ниже, когда .дроссельная заслонка частично закрыта, давление в цилиндре, турбулентность и скорость распространения пламени будут уменьшены. В результате для сгорания смеси необходимо больше времени в форме дополнительного опережения зажигания. Так как плотность смеси и скорость пламени непосредственно связаны с вакуумом коллектора, то для увеличения или уменьшения величины опережения зажигания обычно используется вакуумный регулятор независимо от центробежного регулятора.
Практически все вакуумные регуляторы опережения зажигания обычно используют подпружиненную диафрагму, которой противодействует вакуум коллектора и/или источник вакуума. Эта диафрагма соединена с пластинкой контактного прерывателя или магнитного датчика с -помощью соединительного рычага. При высоком уровне вакуума диафрагма втягивается, противодействуя пружине. Это перемещает пластину прерывателя в направлении, противоположном направлению вращения вала распределителя, запуская контакты или магнитный датчик раньше и смещая .момент зажигания в сторону опережения. Когда дроссельная заслонка открывается, вакуум уменьшается, пружина в узле диафрагмы возвращает пластину прерывателя в ее стандартное положение, сокращая дополнительное опережение зажигания, которое в противном случае привело бы к стукам и детонации при высоких нагрузках.
Вакуумный регулятор
Полезно рассматривать систему вакуумного опережения зажигания в качестве управления зажиганием, чувствительного к нагрузкам двигателя. Так как вакуумный регулятор действует постепенно, когда требования по мощности уменьшаются, т. е. в движении, эта система является одним из наиболее важных факторов в системе зажигания, влияющих на экономию топлива в режиме нормального городского движения. Если экономия топлива является важным фактором, двигатель должен быть оснащен функционирующим и тщательно проверенным вакуумным регулятором опережения зажигания.
Настройка момента зажигания
Когда производятся серьезные модификации двигателя, то требования к опережению зажигания будут наверняка изменены. Таблица требований к кривой опережения зажигания, приводимая далее, показывает, как типичные модификации влияют на характеристики опережения зажигания. Для обеспечения эффективной работы и экономии топлива кривые опережения зажигания могут оптимизироваться в каждой комбинации конкретных двигателя и шасси (нагрузки). Регулировка центробежного регулятора — довольно простой процедурой, которая в чем-то совпадает с известным методом проб и ошибок. Она обычно заключается в подборе центробежных грузиков и стягивающих пружин до тех пор, пока не будет достигнута кривая желаемой формы.
Когда вы подбираете свою кривую опережения зажигания, то есть одна уловка, которую используют некоторые конструкторы и гонщики, чтобы помочь уменьшить изменения момента зажигания при высоких оборотах. Проверки показали, что в механизмах со штифтами и пазами изменения моментов зажигания могут иметь место, когда штифты вибрируют в концах пазов, в которых они двигаются. Для предотвращения этого сначала установите пружину, которая обеспечивает такую кривую опережения зажигания, которую вы рассчитываете получить. Затем, вместо того, чтобы позволить штифтам центробежных грузиков передвинуться до своего предела, добавьте вторую пружину с высоким усилием, которая прибавит несколько градусов дополнительного опережения зажигания даже при максимальных оборотах. Это предотвращает касание штифтами грузиков их стопоров и сокращает изменения момента зажигания. Вдобавок, дополнительное опережение зажигания может компенсировать запаздывание момента зажигания из-за растяжения цепи привода распредвала и смещения кулачка на некоторых двигателях.
Тонкая настройка вакуумного опережения зажигания может быть намного более сложной, чем настройка центробежного регулятора, так как большинство камер вакуумных регуляторов являются нерегулируемыми. Некоторые энтузиасты, однако, модифицируют величину вакуумного опережения зажигания путем изменения стопоров тяг привода на вакуумной колодке. Некоторые владельцы автомобилей "Форд" производят регулировку усилия пружины внутри входного ниппеля на вакуумных камерах, что помогает настроить скорость изменения и начало кривой опережения зажигания. Для тех, кто может использовать это, такая регулировка обеспечивает быстрый "отход" от стуков и детонации при частично открытой дроссельной заслонке. Для тех автомобилей, которые не имеют регулируемых вакуумных диафрагм, поиск лучшей вакуумной камеры из сотен взаимозаменяемых узлов может быть бесконечным. Легким решением является установка специальной камеры для вакуумного регулятора. Эти вакуумные диафрагмы используют регулировку, подобную применяемой на автомобилях "Форд", а в определенных пределах они могут удовлетворять большинству требований.
Когда рассматривается объединенное влияние исходного центробежного и вакуумного опережения зажигания, то ситуация быстро становится очень сложной. Лучшим способом гарантии оптимального опережения зажигания при всех оборотах двигателя и разных условиях работы является тщательная проверка автомобиля на динамометрическом стенде. Опытный оператор может точно оценить обороты и мощность и определить точное опережение зажигания, которое диктуется условиями работы. Эти кривые должны быть получены из данных, измеренных при частично и полностью открытой дроссельной заслонке для определения характеристик центробежного и вакуумного опережения зажигания. После того, как оператор стенда определит то, что требуется, обычно используется стенд для проверки распределителей, на котором проверяются и изменяются механизмы опережения зажигания до тех пор, пока не будут получены требуемые кривые.
Форсированный двигатель не выдает большую мощность при большом опережении зажигания. Когда процесс сгорания внутри цилиндра становится более эффективным, скорость фронта пламени увеличится, и двигатель будет требовать меньшего опережения зажигания для обеспечения максимальной экономии и мощности. Когда вы устанавливаете опережение зажигания, знайте, что какое-то является хорошим, большее может уменьшать мощность, а чрезмерное разрушит двигатель. Всегда будьте уверены, что опережение зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке ограничивается ниже точки детонации: если вы позволяете кривой опережения зажигания стать слишком "правильной", то вы пожалеете об этом!
У большинства высокооктановых бензинов большие времена задержки воспламенения (углы задержки воспламенения) чем у обычных бензинов заправочных станций. Вообще говоря, двигатели, работающие на специальном бензине, требуют немного большего опережения зажигания для обеспечения максимальной мощности, примерно на 2-5° больше начального или центробежного опережения зажигания обычно смещают время задержки воспламенения при использовании высокооктановых бензинов.
Требования к кривой опережения зажигания
Если вы делаете значительные изменения на двигателе, который имеет оптимальные кривые опережения зажигания вакуумного и центробежного регуляторов, эта таблица поможет вам определить новые кривые опережения зажигания для достижения максимальной мощности.
Требования к кривой опережения зажигания
Модификация Вакуумный регулятор Центробежный регулятор
Увеличение степени сжатия Запаздывание всей кривой Меньшее общее опережение, особенно при пиковой мощности (более жесткие пружины и уменьшение смещения грузиков)
Добавление системы впуска с высоким потоком Остается неизменным Меньшее опережение во всем диапазоне оборотов (более мощные пружины уменьшение смещения грузиков)
Добавление впускных колллекторов Возможно необходимо опережение/запаздывание в зависимости от температуры смеси и состава выхлопных газов Если загрязнение смеси уменьшается, то температуры смеси обычно становятся ниже. Это часто требует небольшого увеличения опережения зажигания во всем диапазоне оборотов (более слабые пружины и большее смещение грузиков)
Распредвал с более длительным периодом открывания клапанов
Уменьшить натяжение пружины в диафрагме, чтобы кривая росла быстрее
Начальному опережению зажигания нужно быть быстрее и в меньшей степени общее опережение должно происходить при более низких оборотах (это достигается с помощью менее жестких пружин)
Нагнетатель
(наддув)
Нужен специальный вакуумный регулятор с уменьшенным рабочим давлением Общее опережение зажигания должно быть уменьшено, а кривая должна расти медленнее (более жесткие пружины и меньшее смещение грузиков)
Турбонагнетатель (турбокомпрессор)
Нужен специальный вакуумный регулятор с уменьшенным рабочим давлением
Уменьшить общее опережение зажигания совместно с быстрым начальным участком кривой. "Медленная" кривая при работе турбонаддува (используя комбинацию слабых и жестких пружин плюс уменьшенное смещение грузиков)
Чугунные головки блока цилиндров с каналами
Остается неизменным
Расширьте высокооборотистую часть кривой (добавьте одну жесткую пружину)
Алюминиевые головки блока цилиндров
Уменьшенные температуры поверхности требуют немного большего опережения зажигания (увеличить значение опережения и слегка уменьшить усилие пружины)
Часто требует меньшего общего опережения из-за лучшего наполнения цилиндров, но более быстрый начальный участок кривой из-за низких скоростей потока в каналах и завихрений более слабые пружины и небольшое уменьшение смещения грузиков)
Переход на этилированный бензин (с таким же октановым числом)
Уменьшить общее опережение зажигания (увеличить натяжение пружины и значение опережения)
Уменьшить общее опережение зажигания, увеличить натяжение пружины и уменьшить смещение грузиков)
Замечание. Исключение свинца из состава бензина уменьшает задержку воспламенения и требует опережения зажигания. Этилированный бензин сгорает медленнее и требуется большее опережение зажигания.
Точная настройка вакуумного регулятора будет несложной, если вы используете регулируемую вакуумную камеру, подобную показанной здесь камере производства фирм CRANE CAMS или MR. GASKET. Такие диафрагмы используют регулировочный винт, подобный винту на некоторых узлах автомобилей "Форд "ив определенных пределах он может быть настроен в соответствии большинству требований. Вакуумная камера фирмы CRANE включает в себя предельную регулировку для максимального опережения.
Электронное управление опережением зажигания
В течение многих лет производители автомобилей использовали сложные компьютерные системы для регулировки момента зажигания. Многие из этих микропроцессорных систем не используют механические центробежные грузики, и иногда общая вакуумная камера заменяется или дополняется вакуумным преобразователем. Момент зажигания "вычисляется много раз за секунду по информации, получаемой от различных датчиков, расположенных на двигателе или внутри него. Гоночные версии этих систем управления теперь используются многими командами участвующих в гонках различного уровня. Хотя компьютеры гоночных автомобилей выполняют те же самые основные функции, что и промышленные системы, они созданы с целью "выжать" несколько дополнительных лошадиных сил из тех экзотических двигателей, на которых они установлены. Они надежны, обеспечены "обучаемым" тренером, позволяющим легко производить изменения момента зажигания (и подачи топлива), и когда они установлены, то система точно повторяет запрограммированные в них функции без необходимости обслуживания.
Мечтой конструкторов-энтузиастов является изменение кривой опережения зажигания путем поворота простого регулировочного винта. Это реализуется на гоночных моделях благодаря тем же высоким технологиям, которые развивали профессиональные гонщики-конструкторы и инженеры-автомобилестроители. Фирма AUTOTRONIC CONTROLS разработала доступные электронные системы, которые полностью заменяют центробежный регулятор. Хотя пока сделана только одна электронная замена для вакуумной камеры для двигателей с наддувом, но это всего лишь вопрос времени, чтобы был создан прибор для обычных атмосферных двигателей.
Устройство PROGRAMMABLE TIMING COMPUTER.
Устройство PROGRAMMABLE TIMING COMPUTER от фирмы AUTOTRONIC разработано для работы с многоискровыми модулями зажигания (MSD). Три регулировки, выполняемые с помощью маленькой отвертки, обеспечивают возможность изменения некоторых параметров кривой опережения зажигания:
• регулировка начального опережения зажигания (INITIAL TI MING ADJ) изменяет максимальное опережение зажигания, которое может выдать электронный блок. Он регулируется от Нулевого опережения зажигания или "плоской" кривой до максимального значения в 30°;
Фирма ALLISON ELECTRONICS разработала цифровое устройство управления моментом зажигания, которое использует сложную электронику для обеспечения возможности регулировок опережения зажигания и формы кривой опережения зажигания прямо с водительского сиденья. Устройство DTC 2500 также включает в себя ограничитель оборотов (который использует резким установки половинных оборотов) и автоматическое запаздывание момента зажигания для двигателей с впрыском окиси азота и с наддувом.
Устройство MICRO PLUS/ SYSTEM II от фирмы EDELBROCK предлагает сложное компьютерное управление для автомобилей без компьютера. Оно выдает 8 "механических" кривых опережения зажигания, "чувствует " вакуум впускного коллектора и выдает кривую вакуумного опережения зажигания, содержит ограничитель числа оборотов, автоматически защищает двигатель от детонации и работает совместно с распределителями OEM, ACCEL, MALLORY и MSD.
• Регулировка числа оборотов (RPM ADJ) указывает блоку, при каком числе оборотов двигателя начинать кривую опережения зажигания. Она регулирует обороты от 1000 об/мин до 3000 об/мин;
• Регулировка наклона (SLOPE ADJ), которая изменяет количество градусов опережения зажигания на каждые 1000 об/мин увеличения оборотов двигателя. Нижний предел этой регулировки дает длинную медленную кривую с изменением 0,5 ° на 1000 об/мин, а в другом крайнем положении регулировочного винта получается очень резкая кривая с изменением опережения зажигания на 20° на каждые 1000 об/мин.
Эти регулировки могут быть произведены при работающем двигателе (между заездами на гонках) или при исытаниях двигателя или автомобиля на стенде. Этот маленький электронный блок превращает настройку двигателя в веселую игру.
Этот PROGRAMMABLE TIMING COMPUTER должен использоваться совместно с распределителем, который не имеет центробежного регулятора или когда механизм регулятора заблокирован.
Специализированные детали
Эта катушка зажигания MSD PRO POWERS для профессиональных гоночных двигателей включает в себя различные материалы, в том числе изоляторы из специального алкида и полиэстера, внутренние детали, связанные эпоксидными клеями, трансформаторное масло высокого сопротивления и некоторые экзотические металлические сплавы для увеличения напряжения на вторичной обмотке катушки.
В последние несколько лет ассортимент товаров, предлагаемых для форсировки двигателей, существенно изменился, особенно в области систем зажигания. "Грубые" электронные тахометры и ограничители оборотов сменились сложными микроэлектронными устройствами, которые более надежны и компактны. Однако достоинства электроники добавили больше, чем надежность деталей. Энтузиастц-конструкторы в многочисленных фирмах и магазинах могут приобрести различные электронные устройства, которые созданы в последние годы. Этих устройств очень много, далее будут рассмотрены некоторые из них.
Высоковольтные катушки зажигания
Катушка зажигания может на первый взгляд не показаться очень высокотехнологичным продуктом. Однако когда вы представите себе, что современные катушки для форсированных двигателей'рассчитаны на противостояние высоким температурам в течение многих лет и бесконечным воздействиям импульсов напряжения до 60 000 в, ваше мнение может измениться. Многие катушки зажигания высокой энергии используют различные высокотехнологичные материалы, такие как изоляторы из алкида и полиэстера, внутренние детали, соединенные эпоксидными клеями для противостояния вибрациям, трансформаторное масло высокого сопротивления для улучшения внутренней изоляции и охлаждения и экзотические металлические сердечники для увеличения напряжения па вторичной обмотке.
Использование катушки для гоночного двигателя (подобной показанной здесь катушке MSD BLASTER 3) с низким сопротивлением первичной обмотки (0,7 ом) на системе зажигания обычного двигателя может привести к выходу деталей из строя и даже их воспламенению
Видя все эти преимущества, многие конструкторы-энтузиасты устанавливают на двигатель катушку зажигания высокой энергии, не изучая инструкций по ее установке. Сразу же сгорают балластный резистор, электронный блок управления или сама катушка. Почему это происходит? Подобно обычному бытовому предохранителю, который перегорает, когда в цепи появляется слишком большая нагрузка, катушка зажигания высокой энергии может потреблять избыточный ток из первичной цепи, если она неправильно установлена или неправильно используется. Величина тока в катушке зажигания, потребляемого из первичной цепи, определяется сопротивлением первичной обмотки, которое зависит от количества витков и толщины провода.
Сопротивление первичной обмотки катушки зажигания может сильно различаться, изменяясь от сотен ОМ до долей ОМа, т.е. более чем в 100 раз. Вдобавок к этому, большинство катушек предусматривает использование балластного резистора для ограничения тока в первичной цепи, и его сопротивление также может сильно различаться. Возможные комбинации катушек и балластных резисторов могут быть различными, но только некоторые из них обеспечивают эффективную и надежную работу в конкретной системе зажигания.
Некоторые катушки зажигания специально конструируются для использования со стандартными контактными системами зажигания, в которых ток первичной обмотки должен поддерживаться на минимальном уровне. В таких случаях сопротивление первичной обмотки и балластного резистора должны поддерживаться высокими. Другие высоковольтные катушки зажигания предназначены для получения большей мощности в первичной обмотке при использовании с электронными системами управления. Эти системы могут надежно управлять большими токами, т. е. сопротивление первичной обмотки у таких катушек будет низкое. Однако, некоторые "гоночные" катушки предназначены всего лишь для 2-3 минут непрерывной работы. Использование одной из таких катушек па "обычном" (т. е. не гоночном) двигателе неизбежно приведет к выходу деталей системы зажигания из строя и может даже вызвать их воспламенение. Вывод: всегда используйте такую катушку зажигания, которая предназначена для работы на двигателе вашего типа. В случае сомнений проконсультируйтесь со специалистом.
Ограничители оборотов двигателя
Ограничители оборотов двигателя не являются чем-то новым. Механические устройства отключения для гоночных двигателей были очень популярны в 60-е годы. Их было довольно трудно установить и отрегулировать, но они предотвращали повреждения дорогостоящего гоночного двигателя при включении передачи в трансмиссии или при выходе из строя деталей трансмиссии. В конце 60-х -начале 70-х годов были созданы электронные устройства ограничения числа оборотов двигателя. Их было гораздо легче установить, чем механические устройства, но, к сожалению, многие из них были не очень надежными. Известна одна гонка, которая была проиграна, когда электронное устройство ограничения оборотов двигателя отключило двигатель по каким-то "своим" соображениям.
В наши дни надежность реально возросла и возможности устройств ограничения оборотов заметно расширились. Одна из систем управления, также выпускаемая фирмой AUTOTRONIC CONTROLS, не только предотвращает "перекручивание" двигателя, но также ограничивает обороты двигателя до 3000 об/мин, когда охлаждающая жидкость слишком холодная или слишком горячая. Система включает в себя устро
Бесконтактные переключающие элементы заменили механические контакты прерывателя. Однако, метод индуктивного накопления энергии для образования искры не изменился со времен Чарльза Кеттеринга.
Любая система зажигания независимо от ее типа и конструкции имеет две функции:
• обеспечение воспламенения топливовоздушной смеси;
• обеспечение того, чтобы воспламенение происходило точно в нужный момент такта сжатия для оптимизации работы двигателя и/или топливной экономичности.
Несмотря на взрывную природу распыленного бензина, если искра для воспламенения будет проскакивать в несоответствующий момент, большинство потенциальной энергии будет высвобождено перед тем, когда эта энергия обеспечила бы полезную работу поршня. Фактически, если момент зажигания будет смещен на несколько градусов, двигатель может не работать вообще. Более того, оптимальный момент зажигания изменяется при изменении оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Таким образом, система зажигания должна реагировать на изменение условий работы двигателя. В заключение, сотни миллионов искр, требуемые для обычного двигателя каждый год, должны быть генерированы со стопроцентной надежностью.
В большей или меньшей степени системы зажигания стали совершать этот «подвиг» с 1908 года, когда Чарльз Кеттеринг начал использовать систему зажигания с индуктивным накоплением энергии (английская аббревиатура IDI) для автомобильных двигателей. Механические контакты, важная часть изобретения Кеттеринга, использовались до середины 70-х годов для образования искры и, соответственно, начала сгорания. Развитие твердотельной электроники позволило заменить контакты прерывателя электронными переключающими элементами, которые гораздо более надежны и служат намного дольше.
Однако, метод образования высоковольтной искры, которая проскакивает между электродами свечи зажигания, практически не изменился со времени Чарльза Кеттеринга. Подобная система с индуктивным накоплением энергии используется практически на всех стандартных и форсированных двигателях.
Понимание основ того, как работает система зажигания, поможет вам оценить различные системы, установить нужную систему, диагностировать неисправности и что лучше всего, оптимизировать мощность двигателя. Не опасайтесь того, что вам придется углубляться в электрические «дебри» и обращаться для усовершенствования своей системы зажигания к специалистам. Система зажигания несложная, но она, вероятно, является одной из наименее доступных для понимания частей автомобильных технологий. Перейдем теперь к рассмотрению самой системы.
Система с индуктивным накоплением энергии
Весь процесс происходит в катушке зажигания. Понимание того, как работает эта необходимая деталь, является ключом к пониманию того, как работает вся система зажигания.
Катушка зажигания с технической точки зрения представляет собой трансформатор. Это означает, что она может преобразовывать напряжение в высокое или низкое, а напряжение будет способом описания усилия, с которым «движется» электричество. Его часто сравнивают с давлением в водяной трубе. Катушка зажигания состоит из двух отдельных обмоток (своеобразных катушек) из провода на обычном железном сердечнике. Одна из обмоток называется первичной и состоит примерно из 150 витков толстого медного провода. Первичная обмотка соединяется через контакты прерывателя (или через электронный блок управления) с источником напряжения 12В (аккумуляторной батареи). Другая обмотка, называемая вторичной, обычно наматывается поверх первичной. Вторичная обмотка содержит примерно 30 000 витков тонкого медного провода, и это определяет коэффициент трансформации катушки и ее возможность к генерации высокого напряжения, необходимого для проскакивания искры между электродами свечи зажигания. К примеру, если число витков вторичной обмотки будет в 10 раз превышать число витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотке будет в 10 раз больше напряжения па первичной обмотке. Так как многие катушки зажигания имеют коэффициент трансформации, равный 30 000/150, т. е. около 200:1, и напряжение вторичной обмотки будет в 200 раз больше, чем напряжение, приложенное к первичной обмотке. Однако когда вы умножите напряжение 12 В в первичной обмотке на 200, то вы получите 2400 В. Так как катушки зажигания выдают около 50 000 В, то, очевидно, существует еще и другой фактор при их работе. Ответ заключается в том, что происходит внутри катушки зажигания, когда к первичной обмотке подключается и отключается напряжение.
Существует жесткая связь между магнитным полем и электричеством. Когда электричество течет по проводнику (это называется электрическим током), то генерируется магнитное поле и, наоборот, электрический ток может генерироваться от переменного магнитного поля. Когда напряжение аккумуляторной батареи (АБ) прикладывается к первичной обмотке катушки зажигания, ток протекает через 150 витков провода и генерирует сильное магнитное поле, которое проходит через все витки катушки и через ее железный стержень. После того, как напряжение АБ было приложено примерно на 0,010-0,015 сек, магнитное поле достигает своего полного значения, т. е. за это время катушка входит в насыщение или насыщается.
Когда магнитное поле присутствует, то принципиально может образовываться электричество. Если сказать более точно, напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро увеличивается или уменьшается магнитное поле. Так как в первичной обмотке имеется ток, который поддерживает магнитное поле, отключение тока в первичной обмотке приводит к максимально быстрому спаду интенсивности магнитного поля. Спад поля происходит менее чем за 0,001 сек, и это индуцирует напряжение примерно в 250 В в первичной обмотке. Это и является тем напряжением, которое возрастает до 50 000 В благодаря коэффициенту трансформации катушки 200:1, и оно приводит к образованию искры в свече зажигания.
Использование быстро падающего магнитного поля для генерации высокого напряжения и затем для образования искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, было изобретением Чарльза Кеттеринга. Кеттеринг также обнаружил, что чем быстрее можно уменьшать магнитное поле, тем более надежно система зажигания будет воспламенять смесь.
Система зажигания с индуктивным накоплением энергии 1 - свеча зажигания; 2 - вакуумный регулятор опережения зажигания; 3 - выступы (кулачки) вала распределителя; 4 - крышка распределителя зажигания; 5 - ротор распределителя; 6 - контакт для высоковольтного провода; 7 - контакт ротора; 8 - магнитный датчик (датчик Холла); 9 - ротор с выступами; 10 - электронный датчик; 11 - контакты; 12 - конденсатор; 13 - пластина контактов; 14 - пружина для опережения зажигания; 15-механическийрегулятор опережения зажигания; 16 - вал распределителя; 17 - корпус распределителя; 18- отверстие для смазки; 19 - косая шестерня привода; 20 - привод масляного насоса; 21 - катушка зажигания; 22 - аккумуляторная батарея; 23 - выключатель зажигания.
Система зажигания Кеттеринга использовала механические контакты для включения и выключения катушки зажигания. Он же обнаружил, что электрическая искра (дуга) будет проскакивать между контактами в момент их размыкания. Эта искра будет продолжать протекание некоторого тока в первичной обмотке катушки зажигания, что удлинит процесс спада магнитного поля, таким образом, уменьшая напряжение во вторичной обмотке. Кеттеринг обнаружил, что подсоединение конденсатора параллельно контактам прерывателя существенно сокращает искрение между контактами, и напряжение во вторичной обмотке заметно увеличивается. Конденсатор действует подобно аккумуляторной батарее (АБ), заряжаясь и разряжаясь при размыкании и замыкании контактов. Когда контакты размыкаются, то разряженный конденсатор получает большую часть электрического тока, чем цепь высокого сопротивления, образуемого разомкнутыми контактами. Контакты расходятся достаточно далеко за время зарядки конденсатора, т. е. когда конденсатор полностью
Напряжение во вторичной обмотке управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но и тем, какова была напряженность магнитного поля перед спадом. Катушки зажигания высокой энергии (подобные показанной справа катушке ACCEL SUPER COIL) имеют меньше витков в первичной обмотке, что приводит к генерации большего тока и к более быстрому возрастанию магнитного поля.
заряжен, подача тока в первичной обмотке резко прекращается, что приводит к спаду магнитного поля примерно в 20 раз быстрее, чем это происходит тогда, когда между контактами проскакивает искра. Этот быстрый спад магнитного поля, вызванный конденсатором, увеличивает напряжение во вторичной обмотке, и конденсатор является необходимой частью систем зажигания с индуктивным накоплением электрической энергии.
Насыщение катушки зажигания
Так как напряжение вторичной обмотки управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но также и тем, какова была его напряженность перед спадом, образование • сильного магнитного поля также является очень важным фактором при получении максимальной отдачи от системы зажигания с индуктивным накоплением энергии. Так как для достижения уровня 95% от максимального уровня поля (полного насыщения) требуется всего 15 мсек (0,015 сек), это сначала может показаться достаточным временем для достижения этого уровня насыщения, и это не составляет проблем. Однако, когда вы представите себе, что катушка зажигания должна обеспечивать 4 импульса высокого напряжения в течение одного оборота двигателя (на двигателях V8), поэтому остается всего лишь 0,015 сек между каждым импульсом высокого напряжения, когда двигатель работает с частотой 1000 об/мин. При 6000 об/мин должно образовываться 15 искр в секунду для каждого цилиндра, что составляет около 400 искр в секунду для двигателя V8, что составляет всего 2,5 мсек (0,0025 сек) для промежутка между искрами.
Для преодоления этого временного затруднения использовались различные технологии, которые максимально увеличивают скорость, с которой создается магнитное поле (она называется скоростью насыщения) и напряженность магнитного поля, когда оно достигает насыщения (это называется уровнем насыщения). Наиболее популярным методом увеличения скорости насыщения является конструкция катушки, рассчитанная на работу от напряжения 9 или 10 В, а не от полного напряжения АБ (12 В). Это пониженное напряжение прикладывается к катушке зажигания, когда двигатель работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, к катушке прикладывается более высокое напряжение, увеличивая скорость образования магнитного поля и компенсируя, хотя и частично, более короткое время насыщения. Наиболее популярным для этой цели прибором является балластный резистор; его температура и сопротивление изменяются при изменении оборотов двигателя, позволяя большему току поступать к катушке при высоких оборотах двигателя. Балластный резистор выполняет также другую полезную функцию: он отключается из цепи во время запуска двигателя, что уменьшает нагрузку па АБ, позволяет максимально возможному напряжению поступать на катушку зажигания, и помогает быстрому запуску двигателя. Однако современные системы электронного зажигания используют более сложные методы изменения значения напряжения, чтобы достичь максимального насыщения.
Во времена контактных прерывателей увеличение угла замкнутого состояния контактов (меры того, как долго контакты находятся в замкнутом состоянии, позволяя магнитному полю увеличиваться в катушке) увеличивало прирост мощности при высоких оборотах двигателя. Двойные контакты увеличивают угол замкнутого состояния контактов от типичного значения 30° (с одинарными контактами) примерно до 40°. Максимальное значение угла замкнутого состояния контактов, создаваемое для системы с одной катушкой зажигания, может составлять чуть меньше 45°, т. е. это продолжительность того, как долго вал распределителя поворачивается, между соседними моментами зажигания на двигателе V8. В системах электронного зажигания механические ограничения уменьшаются, и становится достижимым практически полный 45-градусный период между импульсами высокого напряжения для образования магнитного поля в катушке. Даже полный период в 45°, соответствующий углу замкнутого состояния контактов, составляет для образования магнитного поля всего лишь 0,002 сек при 7000 об/мин, поэтому в дополнение к увеличению напряжения на первичной обмотке, уровень насыщения катушки оптимизируется с помощью ее конструкции. Специальные катушки зажигания, разработанные для применения в высокооборотистых двигателях, выпускаются фирмами MSD, ACCEL, PERFORMANCE DISTRIBUTORS, MALLORY и другими. Эти высоковольтные катушки зажигания имеют высокий коэффициент трансформации и обычно потребляют повышенный ток в первичной обмотке. Вдобавок к этому, некоторые из них имеют улучшенные изолирующие и теплорассеивающие свойства. Одно замечание: большинство нз этих катушек разработано для использования с бесконтактными и/или электронными системами зажигания. Установка катушек зажигания с повышенным током в первичной обмотке на обычную контактную систему зажигания может ускорить износ контактов от искрения и перегрева.
Секреты катушек зажигания
1 - уплотнительный колпачок; 2 - контакт вторичной обмотки для высокого напряжения; 3 - контакты первичной обмотки; 4 - крышка катушки зажигания; 5 - покрытие; 6 - вторичная обмотка; 7 - первичная обмотка; 8 - кожух катушки зажигания; 9 - стеклянная изоляция.
Все происходит в катушке зажигания. Состоящая из двух отдельных обмоток (первичной и вторичной), намотанных на общем железном сердечнике, катушка зажигания представляет собой трансформатор, который использует магнитное поле, вырабатываемое током в первичной обмотке, для генерации высокого напряжения во вторичной обмотке. Рост напряжения определяется коэффициентом трансформации, который, в свою очередь, определяется соотношением числа витков вторичной и первичной обмоток.
Многие катушки зажигания высокой энергии имеют коэффициент трансформации, равный 30000/150, т. е. 200:1. Однако, используя этот коэффициент, будет получен лишь рост напряжения в 200 раз, т. е. 12В х 200 = 2400 В. Так как катушки зажигания выдают напряжение до 60 000 В, то здесь работают и другие факторы.
Скрытым фактором является то, что напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро будет расти или спадать магнитное поле. Если магнитное поле быстро спадает (менее чем за 0,001 сек), это приведет к генерации напряжения 250-300 В в первичной обмотке. Это пиковое напряжение в первичной обмотке, умноженное на коэффициент трансформации 200, даст величину напряжения до 50 000 В во вторичной обмотке, которое подается на свечи зажигания.
1 - быстрый спад магнитного поля — высокое напряжение;
2 - медленный спад магнитного поля — низкое напряжение.
1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряжение АБ; 3 - напряжение на первичной обмотке; 4 - напряжение образования искры; 5 - длительность искры; 6 - напряжение искры; 7 - напряжение вторичной обмотки.
На рисунке показано то, что происходит с магнитным полем, напряжением в первичной обмотке и во вторичной обмотке, когда контакты размыкаются и замыкаются. Когда контакты замкнуты, напряжение 12 В подается на катушку зажигания, и в ней образуется магнитное поле. Через несколько миллисекунд контакты размыкаются и магнитное поле спадает. Это быстрое изменение поля генерирует напряжение примерно 300 В в первичной обмотке и до 60 000 В во вторичной обмотке.
1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряжение АБ; 3 - напряжение на первичной обмотке; 4 - напряжение искры; 5 - напряжение вторичной обмотки.
Имеется еще одна важная деталь, которая помогает образованию напряжения во вторичной обмотке. По кривым можно видеть, что что-то не в порядке. Низкие напряжения в первичной и во вторичной обмотках являются результатом отсутствия конденсатора в первичной цепи. Здесь видно, почему нужен конденсатор: он уменьшает искрение в зазоре между контактами, что замедляет спад магнитного поля и уменьшает напряжение во вторичной обмотке. Конденсатор, установленный параллельно контактам, выполняет следующие функции:
• он "поглощает " напряжение "искрения " на контактах;
• позволяет магнитному полю спадать в 20 раз быстрее;
• содействует генерации повышенного напряжения во вторичной обмотке.
Хотя механические контакты заменены бесконтактным датчиком и транзисторной системой переключения, принципы работы показанной здесь системы зажигания HY FIRE MALLOR Y в основном не изменились.
Ротор распределителя зажигания проходит 45°за 0,002 сек, когда двигатель работает при 7000 об/мин; 1 - 45°.
Система зажигания с емкостным накоплением энергии
До настоящего момента мы рассматривали системы зажигания с индуктивным накоплением энергии, в которых катушка зажигания вырабатывает высокое напряжение, когда от первичной обмотки катушки отключается напряжение, что приводит к быстрому спаду магнитного поля. Эта цепь отличается простотой и требует всего лишь механического контактного выключателя (прерывателя) и конденсатора, но у нее есть недостатки. Для того чтобы получить мощную искру, магнитное поле должно иметь высокие значения, а при высоких оборотах имеется очень мало времени для этого. Если вместо надежды на быстрый спад магнитного поля, система могла быть не ограничена требованиями по насыщению катушки (имеется в виду, что скорость изменения магнитного поля — увеличения или уменьшения определяет генерацию напряжения во вторичной обмотке). Подобные системы существуют, и они обычно используются на форсированных двигателях, в частности, в системах с многоискровым зажиганием, которые будут обсуждаться далее. Так называемые системы с емкостным накоплением энергии (CDI в английской аббревиатуре) эффективно работают, в противоположность системам с индуктивным накоплением энергии (IDI). Вместо образования магнитного поля в катушке зажигания большие конденсаторы внутри электронного блока управления заряжаются до напряжения 300-400 В или больше. Затем точно в момент зажигания, определяемым тем же самым механическим или электронным выключателем в распределителе зажигания, весь заряд этих конденсаторов подается на первичную обмотку катушки зажигания. Быстро возникает очень большое магнитное поле, которое индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Система CDI ограничивается только тем, как быстро могут быть перезаряжены конденсаторы.
Искра, вырабатываемая системой CDI, является мощной и точной, но многие такие системы обеспечивают очень короткую продолжительность искры, так как магнитное поле образуется в системе CDI намного быстрее, чем оно спадает в системе IDI. Многие системы IDI генерируют искру в зазоре между электродами свечи, которая продолжается более 0,001 сек, но продолжительность искры в системе CDI часто составляет всего лишь 0,00003 сек (30 мсек), т. е. она в 30 раз короче. Фактически, некоторые системы зажигания с емкостным накоплением энергии могут вырабатывать искру на такое короткое время, что она не может обеспечивать в некоторых случаях надежного воспламенения смеси. Однако при правильной конструкции система CD1 может генерировать высоковольтную искру нужной продолжительности для обеспечения надежного воспламенения во всех двигателях.
Какую систему использовать
Контактная система зажигания IDI (подобная показанной здесь системе с двойными контактами в распределителе фирмы MALLORY) обеспечивает мощность, сравнимую с большинством электронных систем зажигания.
Когда мы рассмотрели основы, можно перейти к специфике выбора и настройки системы зажигания для оптимизации эффективности работы и мощности двигателя.
До середины 70-х и контактная система зажигания была обычной системой просто потому, что она использовалась практически на всех автомобилях с бензиновыми двигателями. Автомобили с форсированными двигателями использовали системы с двойными контактами, но система зажигания с контактным прерывателем была единственной системой, имеющейся в распоряжении автомобилестроителей. 80-е и 90-е годы изменили ситуацию полностью. Теперь системы зажигания с контактным прерывателем на новых автомобилях практически не используются, хотя почти все автомобили по-прежнему используют конструкцию Кеттеринга с катушкой зажигания. Термин "обычная" теперь подразумевает управляемую компьютером систему контроля двигателя, в которой некий электронный "черный" ящик не только управляет зажиганием, но также процессом карбюрации или дозировкой впрыска топлива, моментами переключения передач в автоматической трансмиссии и др. Несмотря на все вышесказанное, контактные системы зажигания, вероятно, будут использоваться и после 2000 года, так как они могут обеспечить более чем точный процесс воспламенения смеси в форсированных двигателях при условии правильной работы, о чем будет сказано далее.
"Обычная" система зажигания с контактным прерывателем
Но это не значит, что контактные системы зажигания являются практически такими же хорошими, как и электронные системы, или что все контактные системы являются одинаковыми. Двумя главными недостатками контактных систем зажигания являются следующие:
• Искра со временем ухудшается.
• Для очень высоких оборотов двигателя (примерно выше 7000 об/ мин контакты являются не очень практичным устройством.
Во-первых, рассмотрим проблему износа. В обычных системах зажигания с контактами, где нет никакой электроники для управления переключением катушки зажигания, поверхности контактов подают и отключают напряжение к первичной обмотке катушки зажигания. Это приводит к искрению и преждевременной эрозии поверхности контактов, нарушению регулировки зазора между контактами и снижению значения генерируемого высокого напряжения. Но это еще не все, что изнашивается при замыкании и размыкании контактов. Трущийся блок, который движется поверх кулачка на оси распределителя и действует на контакты, со временем стирается и все больше и больше изменяет регулировку контактов. Таким образом, контакты требуют регулярной регулировки и периодической замены для обеспечения хорошей работы системы.
В дополнение к износу, определяемому визуально, возвратная пружина контактов со временем ослабляет свое усилие. В некоторых случаях натяжение пружины может не соответствовать требуемому. В любом случае, если усилие пружины спадает ниже определенного уровня, движение контактов более не будет следовать за кулачками распределителя, и контакты будут перекашиваться и "сползать", не обеспечивая надежного соединения. Это уменьшает время замкнутого состояния контактов и не дает катушке зажигания полностью отдать свой "магнитный заряд".
Измеритель угла замкнутого состояния контактов может быть использован для определения смещения контактов. Если имеет место резкий спад угла замкнутого состояния контактов при увеличении оборотов двигателя, то максимальное число оборотов для контактов почти наверняка было превышено. Эта проверка легче всего производится на устройстве для проверки распределителей, однако, даже без оборудования для проверок пропуски зажигания на высоких оборотах в контактной системе зажигания обычно происходят из-за перекоса или смещения контактов, и это следует проверять в первую очередь.
Износ является проблемой у контактных систем зажигания. Контакты прерывателя подают и отключают напряжение на первичной обмотке катушки зажигания. Искрение на контактах разрушает поверхности. Также со временем изнашивается трущийся блок, который контактирует с кулачком, находящимся на валу распределителя и при этом изменяется регулировка контактов.
Если у вас есть подозрение на перекос или вибрацию контактов, то установите новые контакты, предназначенные для использования в форсированных двигателях. Если ваш двигатель способен развивать очень высокие обороты, то вы можете приобрести специальные контакты, которые будут обеспечивать надежную искру при оборотах, превышающих 9000 об/мин. Однако усилие пружины при этих проверках такое высокое, что контакты имеют очень ограниченный срок службы, и они также воздействуют на подшипники распределителя. Если вам нужна такая возможность работы на высоких оборотах, примите решение сами и откажитесь от использования контактов. Установите бесконтактную систему зажигания.
Измеритель угла замкнутого состояния контактов используется для определения вибрации контактов. Если имеет место резкий спад угла замкнутого состояния контактов, максимальные обороты для контактов почти наверняка были превышены.
Бесконтактные электронные системы зажигания
Наиболее важным улучшением системы зажигания за последние 100 лет была замена механических контактов на электронный "переключатель", который не подвержен механическому износу. В распределителе, в том же самом месте, где находились контакты, находится устройство, "чувствующее" положение распределителя с помощью магнитного якоря и прерывания луча света или какой-то другой технологии. Это устройство (датчик) посылает импульс низкого напряжения на транзисторный усилитель, расположенный в отдельном транзисторном модуле управления, который подключает и отключает напряжение на первичной обмотке катушки зажигания. Такие электронные приборы не изнашиваются (в нормальных условиях) и не подвержены механическим ограничениям типа вибрации контактов. Фактически, скорость переключения таких устройств намного больше, чем нужно даже самым высокооборотистым двигателям.
Очень важна замена механических контактов электронным "переключателем", который не подвержен механическому износу.
Изменение угла замкнутого состояния контактов в электронной системе зажигания 1 - угол замкнутого состояния контактов (УЗСК) при 600 об/мин; 2-УЗСК при 1500 об/мин; 3-УЗСК при 2500 об/мин; 4-УЗСК при 4500 об/мин.
Кроме повышения максимально допустимых оборотов двигателя и надежности работы многие электронные системы зажигания обеспечивают дополнительные преимущества. Контактные системы зажигания ограничиваются промежутком времени, соответствующим углу замкнутого состояния контактов, когда в системе восстанавливается магнитное поле — между разрядами, соответствующими искрообразованию. Электронное управление, не ограничиваемое размыканием или замыканием контактов, может оптимизировать индуктивное накопление энергии при всех оборотах двигателя путем приложения полного значения напряжения к катушке зажигания и изменения угла замкнутого состояния контактов при изменении числа оборотов двигателя. При низких оборотах угол замкнутого состояния контактов поддерживается небольшим, (коротким) для предотвращения перегрева катушки зажигания (в этих системах балластный ограничительный резистор не используется). Но при высоких оборотах двигателя, когда реальное время для образования магнитного потока уменьшается, напряжение первичной обмотки подается на катушку зажигания почти сразу же после "разрядки" катушки, оптимизируя угол замкнутого состояния контактов и выходное напряжение.
Проверки мощности показали ее небольшое увеличение при использовании электронного зажигания с более "холодными" свечами и увеличенным зазором между их электродами. Эти свечи ACCEL изменяются от "холодных" (слева) до стандартных (справа) и "горячих" (в центре), калильное число которых определяется длиной изолятора.
Кроме чисто механических преимуществ высоковольтная бесконтактная электронная система зажигания может менять способ, каким происходит зажигание в камере сгорания. Эти небольшие изменения могут потребовать специальных методик настройки двигателя для оптимизации его работы и мощности. Во-первых, повышенное напряжение на вторичной обмотке, часто позволяет эффективно использовать более "холодные" свечи зажигания. При испытаниях свечи с более "холодным" калильным числом (на 1 -2 единицы) по сравнению со стандартными обеспечивают небольшое увеличение мощности, хотя это может и не происходить в некоторых случаях. Во-вторых, повышенное значение напряжения во вторичной обмотке катушки подает больше энергии к зазору между контактами свечи, поэтому увеличение зазора на 0,25-0,5 мм может обеспечить более "сильную" искру, которая надежно поджигает топливовоздушную смесь, особенно обедненную смесь, или при высоких степенях сжатия двигателя. Более надежное начальное зажигание может, в свою очередь, увеличить скорость распространения фронта пламени, и это может потребовать небольшого запаздывания момента зажигания для достижения оптимальной мощности. Результатом может стать уменьшение мощности, если момент зажигания не корректируется от изменения времени распространения пламени. Обычно хватит лишь небольшого изменения; предположение опережения зажигания оправдано перед модификацией.
1 - электронная система зажигания; 2 - стандартная система зажигания
Приведенные графики показывают результаты серии контрольных испытаний, в которых контактная и бесконтактная системы зажигания были тщательно оптимизированы. Хотя увеличение мощности и экономии было типичным для этих систем, начальный прирост мощности и экономичности были только частью истории. После 16 000 км эксплуатации электронное зажигание по-прежнему обеспечивало мощную и своевременную искру. За это же время высокое напряжение в контактной системе зажигания заметно снизилось из-за эрозии контактов и износа блока, трущегося о кулачок вала.
Наибольшим преимуществом любой электронной бесконтактной системы зажигания является уменьшение необходимого текущего обслуживания распределителя зажигания. Это означает, что система зажигания будет работать с максимальной эффективностью в течение долгого времени, обеспечивая оптимальную экономию топлива и эффективность работы. Однако уменьшение объема обслуживания не означает полного его отсутствия. Большинство электронных систем зажигания по-прежнему используют механические устройства для увеличения или уменьшения угла опережения зажигания. Эти механизмы опережения зажигания требуют периодической проверки и обслуживания. Работа и настройка этих систем описаны в следующих разделах этой главы.
Многоискровое зажигание и увеличение продолжительности зажигания
В последние годы развитие многоискровых систем и систем зажигания с увеличенной продолжительностью искры добавили уникальные возможности как "усиленным", так и обычным системам зажигания. Вместо образования единственной короткой искры для зажигания эти системы выдают несколько высоковольтных искр или одну большей продолжительности. В многоискровых системах число искр за цикл зажигания может доходить до шести, когда промежуток времени между тактами рабочего хода самый большой. Когда обороты двигателя возрастают, количество искр уменьшается примерно до двух при высоких оборотах. В системах зажигания с увеличенной продолжительностью искры одна искра большой длительности проскакивает между электродами свечи, тогда как многоискровые системы выдают несколько искр на свече. В обоих случаях зажигание топливовоздушной смеси происходит более полно и сравнимо с качеством зажигания двигателей, оснащенных несколькими свечами зажигания.
Вместо генерации одной короткой искры многоискровые системы зажигания, подобные показанной здесь системе зажигания MSD от фирмы A UTOTRONIC CONTROLS, обеспечивают образование нескольких искр. На холостом ходу, когда промежуток времени между циклами рабочего хода самый большой, выдается не менее 6 искр, но их количество снижается до 2 при высоких оборотах двигателя.
Потенциальная мощность увеличивается у многоискровых систем или у систем с продолжительной искрой. Зависит она от характера распространения пламени в камерах сгорания. Некоторые головки блока цилиндров имеют конструкцию камер сгорания, которая обеспечивает нужную турбулентность распространения пламени; головки с неразделенными камерами сгорания небольшого объема обычно подпадают под эту категорию. Двигатели с такими головками обеспечивают очень малый прирост мощности от многоискрового зажигания или его может даже не быть вообще. С другой стороны, головки блока цилиндров с камерами сгорания неразделенного типа обычно обеспечивают медленные скорости распространения фронта пламени. На этих двигателях мощная искра большой продолжительности почти всегда повышает мощность, хотя невозможно предсказать этот прирост на конкретном двигателе. Он может составлять от практически нулевого до величины почти в 5%. Измеренный прирост мощности добавляется к приросту, обеспечиваемому хорошей системой электронного зажигания с оптимизированным моментом впрыска.
Увеличение мощности от многоискровых систем или систем с увеличенной продолжительностью искры зависит от характеристик распространения пламени в камерах сгорания. Головки блока цилиндров с разделенными камерами сгорания малого объема обеспечивают малый прирост мощности, тогда как большие камеры сгорания неразделенного типа почти всегда дают увеличение мощности, от небольшого до почти 5%.
На гоночных двигателях многоискровые системы и системы с увеличенной продолжительностью искры имеют большое значение, т. к. они помогают смягчить работу двигателя на холостом ходу и уменьшить замасливание и "заливание" свечей, которое часто мешает работе двигателя в течение нескольких первых секунд после старта.автомобиля. Для двигателя повседневного применения эти высокотехнологичные системы зажигания могут улучшить разгон и уменьшить расход топлива.
Момент зажигания и опережение зажигания
Существует момент времени, обычно измеряемый в градусах поворота коленчатого вала до ВМТ, когда воспламенение топливовоздушной смеси обеспечивает максимальную мощность двигателя и эффективность его работы. Этот "участок" максимальной мощности, довольно узкий по времени, и мощность существенно упадет всего лишь в нескольких градусах поворота в любую сторону от этой почти максимальной точки. Если зажигание происходит слишком рано, то пик давления от сгорания будет воздействовать на поршень перед тем, как • шатун и коленчатый вал будут находиться на одной линии, когда они могут эффективно преобразовать это давление во вращательное движение коленчатого вала. Если зажигание будет лишь слегка преждевременным, то результатом будет просто потеря мощности. Однако если зажигание происходит постоянно с опережением, то очень высокие давления и температуры могут привести к спонтанному сгоранию несгоревших газов в пространстве камеры сгорания, что приведет к образованию еще более высоких давлений. Это явление, называемое детонацией, может подплавить и/или образовать отверстия в поршнях, разломать поршневые кольца и в самом худшем случае могут быть повреждены шатуны и даже коленчатый вал.
Прежде всего, увеличение мощности может показаться довольно простой задачей, заключающейся в определении оптимального момента зажигания, а затем фиксации параметров системы зажигания для обеспечения образования искры точно в этот момент. К сожалению, оптимальный момент зажигания не является фиксированной величиной, более того, он изменяется в зависимости от числа оборотов и нагрузки двигателя. Для того чтобы понять, почему возникают эти сложности и как с ними обращаться, давайте вернемся немного назад и внимательно рассмотрим процессы внутри цилиндра в высокооборотистом двигателе сразу же после того, как свеча зажигания начинает процесс сгорания.
Сгорание является относительно сложным процессом, но нам нужно обратить внимание только на основные моменты этой процедуры. За не-сколько первых миллисекунд после возникновения искры сгорание ограничивается небольшим объемом, около свечи зажигания. Рост давления, обязанный этому сгоранию, очень медленный и его трудно обнаружить. Эта "медленная" ранняя фаза процесса сгорания, когда ничего заметного, кажется, не происходит, называется временем задержки воспламенения или углом запаздывания воспламенения. Он продолжается примерно от 5 до 10 градусов поворота коленчатого вала. Когда фронт пламени распространяется далее через эту смесь, скорость роста давления увеличивается очень быстро. Это начинается угол (период) эффективного сгорания, который продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение давления в цилиндре, это примерно в 40° позднее. Если зажигание началось в оптимальный момент времени, то максимальное давление в цилиндре достигается, когда поршень находится в наиболее благоприятном положении при такте рабочего хода для преобразования этого давления во вращательное движение и выходную мощность.
Эта относительно простая картина усложняется из-за нескольких факторов. Во-первых, из-за скорости, с которой фронт пламени движется через область сгорания при изменении оборотов двигателя. Это очень важно, так как при возрастании оборотов двигателя имеется меньше времени при каждом рабочем цикле для завершения процесса зажигания. К счастью, скорость распространения пламени часто увеличивается примерно пропорционально оборотам двигателя — главным образом из-за увеличения турбулентности потока в камере сгорания при увеличении оборотов двигателя. Это означает, что угол поворота коленчатого вала, при котором происходит сгорание, может оставаться относительно постоянным. Это соотношение является хорошо установленным, в основном из непосредственных измерений и из наблюдений и состоит в том, что высокооборотистые двигатели требуют небольшого опережения зажигания по сравнению с двигателями, которые работают с нормальными или даже с достаточно низкими оборотами. Очень хорошо, что скорость распространения пламени связана с оборотами двигателя, иначе была бы невозможна работа двигателей с искровым зажиганием при высоких оборотах, т. к. для эффективного сгорания было бы недостаточно времени.
Вторым серьезным усложняющим фактором при определении оптимального момента зажигания является то, что скорость пламени изменяется при изменении плотности топливовоздушной смеси. Эти изменения плотности в основном происходят из-за изменения положения дроссельной заслонки. Когда дроссельная заслонка почти закрыта, вакуум во впускном коллекторе высокий, а плотность смеси низкая. В таких условиях скорость сгорания довольно низкая. С другой стороны, когда дроссельная заслонка широко открыта, и плотность смеси максимальная, скорость пламени тоже высокая.
В дополнение к оборотам двигателя и к плотности топливовоздушной смеси, скорость распространения пламени также изменяется в зависимости от основной конструкции двигателя. К примеру, форма камеры сгорания играет важную роль. Большая неразделенная камера сгорания (с минимальными потоком и турбулентностью) приводят к уменьшению средней скорости пламени по сравнению с меньшей камерой с малой площадью. Более того, объемная эффективность, степень сжатия, положение свечи зажигания, температура смеси и многое другое влияют на эффективность искры. Целью подбора момента зажигания являются контроль и оценка всех указанных параметров. Затем система зажигания должна в нужное время выдать искру для достижения максимальной эффективности. На большинстве обычных, не управляемых компьютером систем зажигания эти "решения" реализованы в распределителе зажигания.
"Секреты" зажигания и сгорания
• "Окошко" максимальной мощности на характеристике зажигания довольно узкое. Если зажигание происходит слишком рано, то очень высокие давления и температуры в цилиндре могут привести к детонации, что может подплавить и/ или выбить отверстия на поверхности поршня. Позднее зажигание приводит к низкому и позднему росту давления, увеличению расхода топлива и уменьшению мощности.
• Сгорание является комплексным процессом. В течение нескольких первых мили секунд после появления искры рост давления очень мал; этот период называется углом задержки воспламенения. Когда фронт пламени распространяется дальше по смеси, давление растет очень быстро: этот процесс соответствует углу эффективного сгорания. Давление сжатия представляет собой максимальное давление без сгорания.
• Скорость распространения пламени увеличивается почти пропорционально оборотам двигателя—в основном из-за увеличения турбулентности в камере сгорания. Иначе искровое зажигание не работало бы на высоких оборотах.
• Оптимальный момент зажигания изменяется при изменениях плотности смеси. Когда дроссельная заслонка почти закрыта, скорость сгорания низка и зажигание должно происходить раньше. Когда дроссельная заслонка открывается, скорость распространения пламени увеличивается, требуя более позднего момента зажигания.
• Форма камеры сгорания играет важную роль для скорости распространения пламени. Большая неразделенная камера вызывает низкую среднюю скорость пламени по сравнению с разделенной камерой малой площади. Большие камеры сгорания часто требуют большего опережения зажигания.
Система зажигания высокой энергии дает реальные улучшения для конструктора-форсировщика двигателей. Эта система ALLISON XR 700 заменяет контакты прерывателя и/или стандартные электронные узлы практически на любом двигателе; нормы токсичности этих двигателей укладываются во все нормы, в том числе и нормы штата Калифорния.
1 - позднее зажигание; 2 -раннее зажигание.
Управление опережением зажигания
Для поддержания оптимального момента зажигания обычно используется два механизма: центробежный (механический) регулятор, который изменяет момент зажигания при изменении числа оборотов двигателя и вакуумный регулятор, который изменяет момент зажигания в зависимости от нагрузки двигателя. До 1980 года эти механизмы были расположены на распределителе практически любого двигателя.
Механический (центробежный) регулятор
Скорость распространения пламени увеличивается с увеличением оборотов двигателя. Это соотношение не является прямо пропорциональным ниже 3000 об/мин и в двигателях с низкой степенью сжатия и с малой турбулентностью в камере сгорания. В этих ситуациях скорость сгорания увеличивается намного медленнее, и центробежный механизм опережения зажигания компенсирует этот медленный рост скорости сгорания путем опережения момента зажигания при увеличении оборотов двигателя, начиная с оборотов холостого хода. Однако при увеличении числа оборотов турбулентность поступающей смеси начинает ускорять распространение пламени и уменьшать время сгорания. Эта увеличившаяся скорость сгорания отодвигает необходимость дальнейшего опережения зажигания. Для соответствия этим изменениям времени сгорания большинство центробежных регуляторов быстро опережают момент зажигания при низких оборотах двигателя, но когда обороты двигателя превысят 2500-3000 об/мин момент зажигания удерживается постоянным или опережается очень ненамного. Если построить график зависимости лучшего центробежного опережения зажигания от числа оборотов двигателя, то кривая обычно резко возрастает примерно до 2500 об/мин, а после этого становится практически горизонтальной.
Опережение зажигания показанного здесь распределителя фирмы ACCEL может быть изменено для коррекции скорости путем замены пружин. Изменение величины опережения зажигания производится при перемещении маленького винта, имеющего головку с внутренним шестигранником (стрелка).
Центробежные регуляторы опережения зажигания обычно состоят из центробежных грузиков, которые удерживаются небольшими пружинами. Когда обороты двигателя растут, эти грузики стремятся сместиться наружу, преодолевая усилие пружин, и это смещение поворачивает кулачок контактов или якорь бесконтактного датчика в направлении вращения распределителя так, что зажимание происходит раньше (опережается). Скорость и величина опережения зажигания определяются размером и формой грузиков, усилием пружин и другими факторами. Каждый из этих параметров может быть модифицирован для изменения характера опережения зажигания для более точного соответствия требованиям двигателя.
Кривые опережения зажигания форсированного и "дымного" двигателя.
Угол опережения зажигания указан в градусах поворота коленчатого вала.
Многие кривые опережения зажигания стандартных распределителей для низкооборотных или "дымных" двигателей продолжают обеспечивать увеличение опережения зажигания, описываемое длинной и пологой кривой; максимальное опережение зажигания достигается только при высоких оборотах двигателя. Эти кривые могут быть довольно функциональными на двигателях с низкой степенью сжатия, использующих низкооктановое топливо. Эти двигатели ограничены по емкости системами впуска и выпуска газов, но это может значительно уменьшить мощность форсированного двигателя. Замена жестких пружин в механизме центробежного регулятора на более слабые сделает кривую опережения зажигания более крутой и возможно увеличит крутящий момент на средних оборотах. Тем не менее, нет каких-либо жестких правил: опережение зажигания должно подбираться каждому двигателю для получения оптимальных характеристик работы.
Вакуумный регулятор. Распределитель MSD поставляется с набором пружин, который позволяет конструктору добиться кривой опережения зажигания требуемой формы.
Вакуумный регулятор
Другим важным фактором, влияющим на момент зажигания, является изменение времени сгорания при изменении плотности топливовоздушной смеси. Так как плотность смеси намного ниже, когда .дроссельная заслонка частично закрыта, давление в цилиндре, турбулентность и скорость распространения пламени будут уменьшены. В результате для сгорания смеси необходимо больше времени в форме дополнительного опережения зажигания. Так как плотность смеси и скорость пламени непосредственно связаны с вакуумом коллектора, то для увеличения или уменьшения величины опережения зажигания обычно используется вакуумный регулятор независимо от центробежного регулятора.
Практически все вакуумные регуляторы опережения зажигания обычно используют подпружиненную диафрагму, которой противодействует вакуум коллектора и/или источник вакуума. Эта диафрагма соединена с пластинкой контактного прерывателя или магнитного датчика с -помощью соединительного рычага. При высоком уровне вакуума диафрагма втягивается, противодействуя пружине. Это перемещает пластину прерывателя в направлении, противоположном направлению вращения вала распределителя, запуская контакты или магнитный датчик раньше и смещая .момент зажигания в сторону опережения. Когда дроссельная заслонка открывается, вакуум уменьшается, пружина в узле диафрагмы возвращает пластину прерывателя в ее стандартное положение, сокращая дополнительное опережение зажигания, которое в противном случае привело бы к стукам и детонации при высоких нагрузках.
Вакуумный регулятор
Полезно рассматривать систему вакуумного опережения зажигания в качестве управления зажиганием, чувствительного к нагрузкам двигателя. Так как вакуумный регулятор действует постепенно, когда требования по мощности уменьшаются, т. е. в движении, эта система является одним из наиболее важных факторов в системе зажигания, влияющих на экономию топлива в режиме нормального городского движения. Если экономия топлива является важным фактором, двигатель должен быть оснащен функционирующим и тщательно проверенным вакуумным регулятором опережения зажигания.
Настройка момента зажигания
Когда производятся серьезные модификации двигателя, то требования к опережению зажигания будут наверняка изменены. Таблица требований к кривой опережения зажигания, приводимая далее, показывает, как типичные модификации влияют на характеристики опережения зажигания. Для обеспечения эффективной работы и экономии топлива кривые опережения зажигания могут оптимизироваться в каждой комбинации конкретных двигателя и шасси (нагрузки). Регулировка центробежного регулятора — довольно простой процедурой, которая в чем-то совпадает с известным методом проб и ошибок. Она обычно заключается в подборе центробежных грузиков и стягивающих пружин до тех пор, пока не будет достигнута кривая желаемой формы.
Когда вы подбираете свою кривую опережения зажигания, то есть одна уловка, которую используют некоторые конструкторы и гонщики, чтобы помочь уменьшить изменения момента зажигания при высоких оборотах. Проверки показали, что в механизмах со штифтами и пазами изменения моментов зажигания могут иметь место, когда штифты вибрируют в концах пазов, в которых они двигаются. Для предотвращения этого сначала установите пружину, которая обеспечивает такую кривую опережения зажигания, которую вы рассчитываете получить. Затем, вместо того, чтобы позволить штифтам центробежных грузиков передвинуться до своего предела, добавьте вторую пружину с высоким усилием, которая прибавит несколько градусов дополнительного опережения зажигания даже при максимальных оборотах. Это предотвращает касание штифтами грузиков их стопоров и сокращает изменения момента зажигания. Вдобавок, дополнительное опережение зажигания может компенсировать запаздывание момента зажигания из-за растяжения цепи привода распредвала и смещения кулачка на некоторых двигателях.
Тонкая настройка вакуумного опережения зажигания может быть намного более сложной, чем настройка центробежного регулятора, так как большинство камер вакуумных регуляторов являются нерегулируемыми. Некоторые энтузиасты, однако, модифицируют величину вакуумного опережения зажигания путем изменения стопоров тяг привода на вакуумной колодке. Некоторые владельцы автомобилей "Форд" производят регулировку усилия пружины внутри входного ниппеля на вакуумных камерах, что помогает настроить скорость изменения и начало кривой опережения зажигания. Для тех, кто может использовать это, такая регулировка обеспечивает быстрый "отход" от стуков и детонации при частично открытой дроссельной заслонке. Для тех автомобилей, которые не имеют регулируемых вакуумных диафрагм, поиск лучшей вакуумной камеры из сотен взаимозаменяемых узлов может быть бесконечным. Легким решением является установка специальной камеры для вакуумного регулятора. Эти вакуумные диафрагмы используют регулировку, подобную применяемой на автомобилях "Форд", а в определенных пределах они могут удовлетворять большинству требований.
Когда рассматривается объединенное влияние исходного центробежного и вакуумного опережения зажигания, то ситуация быстро становится очень сложной. Лучшим способом гарантии оптимального опережения зажигания при всех оборотах двигателя и разных условиях работы является тщательная проверка автомобиля на динамометрическом стенде. Опытный оператор может точно оценить обороты и мощность и определить точное опережение зажигания, которое диктуется условиями работы. Эти кривые должны быть получены из данных, измеренных при частично и полностью открытой дроссельной заслонке для определения характеристик центробежного и вакуумного опережения зажигания. После того, как оператор стенда определит то, что требуется, обычно используется стенд для проверки распределителей, на котором проверяются и изменяются механизмы опережения зажигания до тех пор, пока не будут получены требуемые кривые.
Форсированный двигатель не выдает большую мощность при большом опережении зажигания. Когда процесс сгорания внутри цилиндра становится более эффективным, скорость фронта пламени увеличится, и двигатель будет требовать меньшего опережения зажигания для обеспечения максимальной экономии и мощности. Когда вы устанавливаете опережение зажигания, знайте, что какое-то является хорошим, большее может уменьшать мощность, а чрезмерное разрушит двигатель. Всегда будьте уверены, что опережение зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке ограничивается ниже точки детонации: если вы позволяете кривой опережения зажигания стать слишком "правильной", то вы пожалеете об этом!
У большинства высокооктановых бензинов большие времена задержки воспламенения (углы задержки воспламенения) чем у обычных бензинов заправочных станций. Вообще говоря, двигатели, работающие на специальном бензине, требуют немного большего опережения зажигания для обеспечения максимальной мощности, примерно на 2-5° больше начального или центробежного опережения зажигания обычно смещают время задержки воспламенения при использовании высокооктановых бензинов.
Требования к кривой опережения зажигания
Если вы делаете значительные изменения на двигателе, который имеет оптимальные кривые опережения зажигания вакуумного и центробежного регуляторов, эта таблица поможет вам определить новые кривые опережения зажигания для достижения максимальной мощности.
Требования к кривой опережения зажигания
Модификация Вакуумный регулятор Центробежный регулятор
Увеличение степени сжатия Запаздывание всей кривой Меньшее общее опережение, особенно при пиковой мощности (более жесткие пружины и уменьшение смещения грузиков)
Добавление системы впуска с высоким потоком Остается неизменным Меньшее опережение во всем диапазоне оборотов (более мощные пружины уменьшение смещения грузиков)
Добавление впускных колллекторов Возможно необходимо опережение/запаздывание в зависимости от температуры смеси и состава выхлопных газов Если загрязнение смеси уменьшается, то температуры смеси обычно становятся ниже. Это часто требует небольшого увеличения опережения зажигания во всем диапазоне оборотов (более слабые пружины и большее смещение грузиков)
Распредвал с более длительным периодом открывания клапанов
Уменьшить натяжение пружины в диафрагме, чтобы кривая росла быстрее
Начальному опережению зажигания нужно быть быстрее и в меньшей степени общее опережение должно происходить при более низких оборотах (это достигается с помощью менее жестких пружин)
Нагнетатель
(наддув)
Нужен специальный вакуумный регулятор с уменьшенным рабочим давлением Общее опережение зажигания должно быть уменьшено, а кривая должна расти медленнее (более жесткие пружины и меньшее смещение грузиков)
Турбонагнетатель (турбокомпрессор)
Нужен специальный вакуумный регулятор с уменьшенным рабочим давлением
Уменьшить общее опережение зажигания совместно с быстрым начальным участком кривой. "Медленная" кривая при работе турбонаддува (используя комбинацию слабых и жестких пружин плюс уменьшенное смещение грузиков)
Чугунные головки блока цилиндров с каналами
Остается неизменным
Расширьте высокооборотистую часть кривой (добавьте одну жесткую пружину)
Алюминиевые головки блока цилиндров
Уменьшенные температуры поверхности требуют немного большего опережения зажигания (увеличить значение опережения и слегка уменьшить усилие пружины)
Часто требует меньшего общего опережения из-за лучшего наполнения цилиндров, но более быстрый начальный участок кривой из-за низких скоростей потока в каналах и завихрений более слабые пружины и небольшое уменьшение смещения грузиков)
Переход на этилированный бензин (с таким же октановым числом)
Уменьшить общее опережение зажигания (увеличить натяжение пружины и значение опережения)
Уменьшить общее опережение зажигания, увеличить натяжение пружины и уменьшить смещение грузиков)
Замечание. Исключение свинца из состава бензина уменьшает задержку воспламенения и требует опережения зажигания. Этилированный бензин сгорает медленнее и требуется большее опережение зажигания.
Точная настройка вакуумного регулятора будет несложной, если вы используете регулируемую вакуумную камеру, подобную показанной здесь камере производства фирм CRANE CAMS или MR. GASKET. Такие диафрагмы используют регулировочный винт, подобный винту на некоторых узлах автомобилей "Форд "ив определенных пределах он может быть настроен в соответствии большинству требований. Вакуумная камера фирмы CRANE включает в себя предельную регулировку для максимального опережения.
Электронное управление опережением зажигания
В течение многих лет производители автомобилей использовали сложные компьютерные системы для регулировки момента зажигания. Многие из этих микропроцессорных систем не используют механические центробежные грузики, и иногда общая вакуумная камера заменяется или дополняется вакуумным преобразователем. Момент зажигания "вычисляется много раз за секунду по информации, получаемой от различных датчиков, расположенных на двигателе или внутри него. Гоночные версии этих систем управления теперь используются многими командами участвующих в гонках различного уровня. Хотя компьютеры гоночных автомобилей выполняют те же самые основные функции, что и промышленные системы, они созданы с целью "выжать" несколько дополнительных лошадиных сил из тех экзотических двигателей, на которых они установлены. Они надежны, обеспечены "обучаемым" тренером, позволяющим легко производить изменения момента зажигания (и подачи топлива), и когда они установлены, то система точно повторяет запрограммированные в них функции без необходимости обслуживания.
Мечтой конструкторов-энтузиастов является изменение кривой опережения зажигания путем поворота простого регулировочного винта. Это реализуется на гоночных моделях благодаря тем же высоким технологиям, которые развивали профессиональные гонщики-конструкторы и инженеры-автомобилестроители. Фирма AUTOTRONIC CONTROLS разработала доступные электронные системы, которые полностью заменяют центробежный регулятор. Хотя пока сделана только одна электронная замена для вакуумной камеры для двигателей с наддувом, но это всего лишь вопрос времени, чтобы был создан прибор для обычных атмосферных двигателей.
Устройство PROGRAMMABLE TIMING COMPUTER.
Устройство PROGRAMMABLE TIMING COMPUTER от фирмы AUTOTRONIC разработано для работы с многоискровыми модулями зажигания (MSD). Три регулировки, выполняемые с помощью маленькой отвертки, обеспечивают возможность изменения некоторых параметров кривой опережения зажигания:
• регулировка начального опережения зажигания (INITIAL TI MING ADJ) изменяет максимальное опережение зажигания, которое может выдать электронный блок. Он регулируется от Нулевого опережения зажигания или "плоской" кривой до максимального значения в 30°;
Фирма ALLISON ELECTRONICS разработала цифровое устройство управления моментом зажигания, которое использует сложную электронику для обеспечения возможности регулировок опережения зажигания и формы кривой опережения зажигания прямо с водительского сиденья. Устройство DTC 2500 также включает в себя ограничитель оборотов (который использует резким установки половинных оборотов) и автоматическое запаздывание момента зажигания для двигателей с впрыском окиси азота и с наддувом.
Устройство MICRO PLUS/ SYSTEM II от фирмы EDELBROCK предлагает сложное компьютерное управление для автомобилей без компьютера. Оно выдает 8 "механических" кривых опережения зажигания, "чувствует " вакуум впускного коллектора и выдает кривую вакуумного опережения зажигания, содержит ограничитель числа оборотов, автоматически защищает двигатель от детонации и работает совместно с распределителями OEM, ACCEL, MALLORY и MSD.
• Регулировка числа оборотов (RPM ADJ) указывает блоку, при каком числе оборотов двигателя начинать кривую опережения зажигания. Она регулирует обороты от 1000 об/мин до 3000 об/мин;
• Регулировка наклона (SLOPE ADJ), которая изменяет количество градусов опережения зажигания на каждые 1000 об/мин увеличения оборотов двигателя. Нижний предел этой регулировки дает длинную медленную кривую с изменением 0,5 ° на 1000 об/мин, а в другом крайнем положении регулировочного винта получается очень резкая кривая с изменением опережения зажигания на 20° на каждые 1000 об/мин.
Эти регулировки могут быть произведены при работающем двигателе (между заездами на гонках) или при исытаниях двигателя или автомобиля на стенде. Этот маленький электронный блок превращает настройку двигателя в веселую игру.
Этот PROGRAMMABLE TIMING COMPUTER должен использоваться совместно с распределителем, который не имеет центробежного регулятора или когда механизм регулятора заблокирован.
Специализированные детали
Эта катушка зажигания MSD PRO POWERS для профессиональных гоночных двигателей включает в себя различные материалы, в том числе изоляторы из специального алкида и полиэстера, внутренние детали, связанные эпоксидными клеями, трансформаторное масло высокого сопротивления и некоторые экзотические металлические сплавы для увеличения напряжения на вторичной обмотке катушки.
В последние несколько лет ассортимент товаров, предлагаемых для форсировки двигателей, существенно изменился, особенно в области систем зажигания. "Грубые" электронные тахометры и ограничители оборотов сменились сложными микроэлектронными устройствами, которые более надежны и компактны. Однако достоинства электроники добавили больше, чем надежность деталей. Энтузиастц-конструкторы в многочисленных фирмах и магазинах могут приобрести различные электронные устройства, которые созданы в последние годы. Этих устройств очень много, далее будут рассмотрены некоторые из них.
Высоковольтные катушки зажигания
Катушка зажигания может на первый взгляд не показаться очень высокотехнологичным продуктом. Однако когда вы представите себе, что современные катушки для форсированных двигателей'рассчитаны на противостояние высоким температурам в течение многих лет и бесконечным воздействиям импульсов напряжения до 60 000 в, ваше мнение может измениться. Многие катушки зажигания высокой энергии используют различные высокотехнологичные материалы, такие как изоляторы из алкида и полиэстера, внутренние детали, соединенные эпоксидными клеями для противостояния вибрациям, трансформаторное масло высокого сопротивления для улучшения внутренней изоляции и охлаждения и экзотические металлические сердечники для увеличения напряжения па вторичной обмотке.
Использование катушки для гоночного двигателя (подобной показанной здесь катушке MSD BLASTER 3) с низким сопротивлением первичной обмотки (0,7 ом) на системе зажигания обычного двигателя может привести к выходу деталей из строя и даже их воспламенению
Видя все эти преимущества, многие конструкторы-энтузиасты устанавливают на двигатель катушку зажигания высокой энергии, не изучая инструкций по ее установке. Сразу же сгорают балластный резистор, электронный блок управления или сама катушка. Почему это происходит? Подобно обычному бытовому предохранителю, который перегорает, когда в цепи появляется слишком большая нагрузка, катушка зажигания высокой энергии может потреблять избыточный ток из первичной цепи, если она неправильно установлена или неправильно используется. Величина тока в катушке зажигания, потребляемого из первичной цепи, определяется сопротивлением первичной обмотки, которое зависит от количества витков и толщины провода.
Сопротивление первичной обмотки катушки зажигания может сильно различаться, изменяясь от сотен ОМ до долей ОМа, т.е. более чем в 100 раз. Вдобавок к этому, большинство катушек предусматривает использование балластного резистора для ограничения тока в первичной цепи, и его сопротивление также может сильно различаться. Возможные комбинации катушек и балластных резисторов могут быть различными, но только некоторые из них обеспечивают эффективную и надежную работу в конкретной системе зажигания.
Некоторые катушки зажигания специально конструируются для использования со стандартными контактными системами зажигания, в которых ток первичной обмотки должен поддерживаться на минимальном уровне. В таких случаях сопротивление первичной обмотки и балластного резистора должны поддерживаться высокими. Другие высоковольтные катушки зажигания предназначены для получения большей мощности в первичной обмотке при использовании с электронными системами управления. Эти системы могут надежно управлять большими токами, т. е. сопротивление первичной обмотки у таких катушек будет низкое. Однако, некоторые "гоночные" катушки предназначены всего лишь для 2-3 минут непрерывной работы. Использование одной из таких катушек па "обычном" (т. е. не гоночном) двигателе неизбежно приведет к выходу деталей системы зажигания из строя и может даже вызвать их воспламенение. Вывод: всегда используйте такую катушку зажигания, которая предназначена для работы на двигателе вашего типа. В случае сомнений проконсультируйтесь со специалистом.
Ограничители оборотов двигателя
Ограничители оборотов двигателя не являются чем-то новым. Механические устройства отключения для гоночных двигателей были очень популярны в 60-е годы. Их было довольно трудно установить и отрегулировать, но они предотвращали повреждения дорогостоящего гоночного двигателя при включении передачи в трансмиссии или при выходе из строя деталей трансмиссии. В конце 60-х -начале 70-х годов были созданы электронные устройства ограничения числа оборотов двигателя. Их было гораздо легче установить, чем механические устройства, но, к сожалению, многие из них были не очень надежными. Известна одна гонка, которая была проиграна, когда электронное устройство ограничения оборотов двигателя отключило двигатель по каким-то "своим" соображениям.
В наши дни надежность реально возросла и возможности устройств ограничения оборотов заметно расширились. Одна из систем управления, также выпускаемая фирмой AUTOTRONIC CONTROLS, не только предотвращает "перекручивание" двигателя, но также ограничивает обороты двигателя до 3000 об/мин, когда охлаждающая жидкость слишком холодная или слишком горячая. Система включает в себя устро
Коля Сахипов,
05-09-2009 21:11
(ссылка)
ТУРбинка
ТУРБОНАДДУВ: 
Смысл наддува двигателя внутреннего сгорания (ДВС) - улучшить наполнение цилиндров двигателя топливо-воздушной смесью для повышения среднего эффективного давления цикла и, как следствие, мощности двигателя путем принудительного увеличения заряда воздуха, поступающего в цилиндры. При этом существует лишь один вид атмосферного наддува - так называемый резонансный наддув, при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах, и технически реализуемый с помощью воздушных коллекторов переменной длины и тщательной настройкой фаз газораспределения двигателя. Все остальные виды наддува связаны с увеличением давления поступающего в цилиндры воздуха выше атмосферного, используя для этого различные механические, электромеханические и газодинамические способы. При турбонаддуве в качестве привода используется отработавший газ, который в обычном случае просто выбрасывается в атмосферу, без утилизации его энергии в полезную работу.
При работе двигателя с турбонаддувом выхлопные газы подаются в турбину, где отдают часть своей энергии, раскручивая ротор турбокомпрессора, и затем поступают через приемную трубу в глушитель. На одном валу с лопаточным колесом турбины находится колесо компрессора, который засасывает воздух из воздушного фильтра, повышает его давление на 30-80% (в зависимости от степени наддува) и подает в двигатель. В один и тот же литраж (объем) двигателя поступает большее по весу количество рабочей смеси и, следовательно, обеспечивается достижение на 20-60% большей мощности, а за счет использования энергии выхлопных газов повышается КПД двигателя и снижается удельный расход топлива на 5-20%.
Турбонаддув бензиновых двигателей приобретает в настоящее время все более широкое распространение, несмотря на некоторые возникающие при этом проблемы. Первая - это детонация, появляющаяся вследствие повышенного давления конца такта сжатия и накладывающая ограничения по максимальной величине объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышенные требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Во-вторых, предельно высокая максимальная температура рабочего цикла бензинового двигателя с турбонаддувом требует повышенного внимания к выбору материалов выпускной системы и лопаток турбины, конструкции корпусных деталей турбокомпрессора (ТКР), необходимости дополнительного охлаждения подшипникового узла ТКР, а также к эксплуатационным качествам моторного масла.
Механические нагнетатели могут быть установлены в любом месте на двигателе, с одним условием - шкив нагнетателя должен быть выровнен по отношению к шкиву коленвала двигателя, т.к. нагнетатель приводится в действие ременной передачей. Механический нагнетатель имеет прямую связь с впускным коллектором и дроссельной заслонкой, соответственно, при монтаже необходимо учитывать расстояние от нагнетателя до дроссельной заслонки (впускной коллектор вопросов не вызывает). После установки нагнетателя необходимо настроить электронные системы управления двигателем.
Турбонаддув бензиновых двигателей приобретает в настоящее время все более широкое распространение, несмотря на некоторые возникающие при этом проблемы. Первая - это детонация, появляющаяся вследствие повышенного давления конца такта сжатия и накладывающая ограничения по максимальной величине объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышенные требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Во-вторых, предельно высокая максимальная температура рабочего цикла бензинового двигателя с турбонаддувом требует повышенного внимания к выбору материалов выпускной системы и лопаток турбины, конструкции корпусных деталей турбокомпрессора (ТКР), необходимости дополнительного охлаждения подшипникового узла ТКР, а также к эксплуатационным качествам моторного масла.
Механические нагнетатели могут быть установлены в любом месте на двигателе, с одним условием - шкив нагнетателя должен быть выровнен по отношению к шкиву коленвала двигателя, т.к. нагнетатель приводится в действие ременной передачей. Механический нагнетатель имеет прямую связь с впускным коллектором и дроссельной заслонкой, соответственно, при монтаже необходимо учитывать расстояние от нагнетателя до дроссельной заслонки (впускной коллектор вопросов не вызывает). После установки нагнетателя необходимо настроить электронные системы управления двигателем.
Коля Сахипов,
05-09-2009 21:06
(ссылка)
ЧИП ТЮНИНГ
Чип Тюнинг:
В любой блок управления заложена программа его работы. Набор поправочных коэффициентов для различных режимов работы двигателя заложен в ПЗУ блока. Блок управления получая сигналы от различных датчиков, управляет работой исполнительных устройств для обеспечения оптимальной (зачастую по мнению разработчиков) работы силового агрегата. Необходимые параметры для управления исполнительными устройствами вычисляются в соответствии с приходящими данными и набором коэфициентов коррекции, заложенных в ПЗУ. Таким образом, желая изменить работу двигателя, не изменяя механических его составляющих, мы имеем для этого два очевидных пути:
Первый - изменение входящих сигналов (для примера - изменение жёсткости возвратной пружины заслонки расходомера воздуха).
Второй - изменение коэффициентов коррекции в памяти ПЗУ (чип-тюнинг)
Изменяя данные ПЗУ мы можем влиять на работу практически любого исполнительного устройства, из тех, которыми умравляет ЭБУ. Для получения других мощностных характеристик мы можем изменить установку угла опережения зажигания, величину времени впрыска, отключить или изменить режим работы систем, контролирующих токсичность выхлопных газов, для двигателей с компрессором можно изменить величину давления наддува. Кроме того мы можем изменить обороты холостого хода, максимально разрешённые обороты двигателя и максимально допустимую скорость автомобиля (при её электронном ограничении). Велика ли роль данных изменений в получении от двигателя максимальной мощности? Нет - её прирост может составлять 5-10% (исключение составляют наддувные двигатели, где без особых затруднений можно получить прибавку в 30% и даже более). Дело в том что не все ездят в режиме максимальной мощности - намного более важные параметры для повседневной езды это крутящий момент. Равные величины момента достигаются на разных оборотах двигателя. Что это означает: При резком нажатии на педаль акселератора на чипованном автомобиле, подхват двигателя произойдёт на более низких оборотах. То есть зачастую Вам просто не нужно будет переключаться на пониженную передачу, а переключившись вниз вы получите ещё большую интенсивность разгона. Замена управляющей программы двигателя. Позволяет поднять мощность двигателя на 9..60 л.с. (в зависимости от мотора, модели авто и фирмы производителя ЧИПА). Основными требованиями при разработке серийного двигателя являются экономичность и экологичность; мощность не ставится во главу угла. Эта особенность стандартных двигателей создает ресурс для "программного" увеличения мощности; соответственно, несколько увеличивается расход топлива и уровень вредных выбросов. При этом необходимо помнить, что увеличение расхода топлива происходит в основном за счет более агрессивного стиля вождения. Примерная стоимость программ в Москве с работой по установке - от 300 $.
В любой блок управления заложена программа его работы. Набор поправочных коэффициентов для различных режимов работы двигателя заложен в ПЗУ блока. Блок управления получая сигналы от различных датчиков, управляет работой исполнительных устройств для обеспечения оптимальной (зачастую по мнению разработчиков) работы силового агрегата. Необходимые параметры для управления исполнительными устройствами вычисляются в соответствии с приходящими данными и набором коэфициентов коррекции, заложенных в ПЗУ. Таким образом, желая изменить работу двигателя, не изменяя механических его составляющих, мы имеем для этого два очевидных пути:
Первый - изменение входящих сигналов (для примера - изменение жёсткости возвратной пружины заслонки расходомера воздуха).
Второй - изменение коэффициентов коррекции в памяти ПЗУ (чип-тюнинг)
Изменяя данные ПЗУ мы можем влиять на работу практически любого исполнительного устройства, из тех, которыми умравляет ЭБУ. Для получения других мощностных характеристик мы можем изменить установку угла опережения зажигания, величину времени впрыска, отключить или изменить режим работы систем, контролирующих токсичность выхлопных газов, для двигателей с компрессором можно изменить величину давления наддува. Кроме того мы можем изменить обороты холостого хода, максимально разрешённые обороты двигателя и максимально допустимую скорость автомобиля (при её электронном ограничении). Велика ли роль данных изменений в получении от двигателя максимальной мощности? Нет - её прирост может составлять 5-10% (исключение составляют наддувные двигатели, где без особых затруднений можно получить прибавку в 30% и даже более). Дело в том что не все ездят в режиме максимальной мощности - намного более важные параметры для повседневной езды это крутящий момент. Равные величины момента достигаются на разных оборотах двигателя. Что это означает: При резком нажатии на педаль акселератора на чипованном автомобиле, подхват двигателя произойдёт на более низких оборотах. То есть зачастую Вам просто не нужно будет переключаться на пониженную передачу, а переключившись вниз вы получите ещё большую интенсивность разгона. Замена управляющей программы двигателя. Позволяет поднять мощность двигателя на 9..60 л.с. (в зависимости от мотора, модели авто и фирмы производителя ЧИПА). Основными требованиями при разработке серийного двигателя являются экономичность и экологичность; мощность не ставится во главу угла. Эта особенность стандартных двигателей создает ресурс для "программного" увеличения мощности; соответственно, несколько увеличивается расход топлива и уровень вредных выбросов. При этом необходимо помнить, что увеличение расхода топлива происходит в основном за счет более агрессивного стиля вождения. Примерная стоимость программ в Москве с работой по установке - от 300 $.
Я не рекомендую обращаться в конторы которые не дадут гарантии целости мотора после вживления ЧИПА. Не раз у друзей и знакомых происходили подобные проблемы с умершим мотором.
Коля Сахипов,
05-09-2009 21:03
(ссылка)
Увелечение мощности двигателя!!!!!!!!
Увеличение Мощности: 
Работа двигателя это всегда компромис между многими величинами.
Ресурс двигателя с меньшей отдачей выше, чем аналогичный параметр у более форсированного мотора. Требования к качеству топлива в варианте с форсированым двигателем выше.
Но нам хочется больше мощности, крутящего момента, надёжности и огромного ресурса. Однако чудес на свете не бывает - улучшение одних параметров всегда ухудшает другие. Сделать с мотором можно многое. Иногда намного проще вложить деньги в приобретение автомобиля с более мощным мотором. Но если Вы всё-же решились на доводку силового агрегата, запомните что получить более высокую отдачу от мотора можно лишь увеличив наполнение цилиндров и изменив состав смеси. Методов увеличения наполнения существуеет множество. Условно их можно разделить на несколько категорий:
Уменьшение сопротивления потоку воздуха - Замена воздушного фильтра, замена или переделка корпуса дроссельнной заслонки, замена или расточка и шлифовка впускного коллектора, переделка головки блока (замена клапанов на клапана с большим диаметром и расточка воздушных каналов), установка или оптимизация работы наддува. Тем-же целям служит и установка распредвала с другим профилем кулачков - для изменения величины и продолжтельности открытия клапанов.
Оптимизация состава рабочей смеси - изменение количества топлива для разных режимов работы достигается несколькими способами: Увеличение магистрального давления топлива заменой или настройкой регулятора давления топлива и изменение программы работы ЭБУ (чип-тюнинг).
Механизм изменения фаз ГРМ - оптимизация фаз газораспределения для различной частоты вращения двигателя.
Оптимизация выпуска - Улучшение продувки цилиндров снижением сопротивления выпускного коллектора и глушителя (в идеале следует поставить трубу большого диаметра и причём без изгибов "прямоток"). Небольшой пример по материалам журнала MAXPOWER. Неужели простые perfomance-модификации машины реально работают? МАХ потратил 600 фунтов на воздушный фильтр, свечи зажигания, чип и прямоточный глушитель, чтобы выяснить, как же влияет на мощность каждый из этих компонентов.
Получить дополнительные силы из современного двигателя не легкая задача.
Тюниные части, которые мы решили протестировать на нашем Ford Focus 16V включают в себя спортивный воздушный фильтр малого сопротивления K&N, заднюю банку глушителя Scorpion, свечи NGK Platinum и чип от Superchips с изменнеными картами впрыска. Общая стоимость этого пакета составляет приблизительно 600 фунтов стерлингов.
Для теста мы выбрали стандартный Ford Focus 1.6 Zetec. Каждый тест сопровождался замером на барабанном мощностном стенде и заканчивался на третьей передаче, для того, чтобы результаты были максимально точными.
В стандартном варианте Ford выдает 98.2 л.с. и 104.3lb/ft на колесах. Замеры произво-дились после каждой новой тюнинговой детали до тех пор пока Фокус не выдавал на мониторе компьютера две идентичные кривые.
Результаты полученные в процессе этого теста могут быть применены к большинству современных атмосферных двигателей…
Форде 1.6 16V ZETEC: никаких изменений в стандартном варианте, фордовский 1.6 Zetec выдает уважаемые 98.2 л.с. при не-многих меньше 5300 об/мин. Максимальный момент 104.3lb/ft выдается в диапазоне 2500-4500 об/мин. Двигатель настроен так, что выдает достаточную для современ-ных условий вождения мощность. Пиковая мощность значительна, но самое важ-ное - достаточное количество момента в диапазоне средних оборотов.
Изменения: воздушный фильтр K&N - 53 фунта.
Этот компонент дешев и легко устанавливается.
Замеры на барабанах показали, что мощность возросла на 4.9 л.с. при 5400 об/мин а дополнительные 2.5lb/ft момента были получены во всем диапазоне.
Эту прибавку мы называем "реальной". Это значит, что вам не придется кружить вокруг города на второй передаче при 6000 об/мин, чтобы почуствовать разницу с фильтром и без него. Вы почувствуете четкий отзыв мотора на педаль газа и как хорошо тянет мотор на средних и низких оборотах
3. + СВЕЧИ
Изменения: свечи NGK Platinum - 26 фунтов.
Свечи, это не первое, что нужно пытаться заменить, чтобы получить дополнительные л.с. Однако ввиду того, что на рынке сейчас представленно очень много perfomance свечей, мы решили попробовать на себе, что же все таки они дают.
Мы выбрали последнюю разработку NGK: свечи Laser Platinum. На электродах этих свечей имеется платиновое напыление для лучшей проводимости и очистки. Зазор на свечах был выставлен 1.1 мм., что на 0.3 мм. больше рекомендованного Фордом.
Замеры на стенде показали, что прибавки мощности мы не получили, однако пик момента вырос на 1.5lb/ft при 3900 об/мин, а в диапазоне средних оборотов мы увидили прибавку до 2.3lb/ft. При 4500 об/мин прибавки не было и после 5500 об/мин Zetec начал терять мощность.
Замена ваших свечей на более продвинутые - хорошее изменение для любого дорожного автомобиля - особенно если в нем стоят старые свечи (плохие свечи могут съедать до 10 л.с.) или если ежегодный пробег автомобиля большой (эти свечи будут работать до 70 000 миль).
4. + ЧИП
Изменения: чип от Superchips - 194 фунта + установка (около 50 фунтов).
Когда на автомобиле стоит 57i kit, воздух на впуске холоднее, это требует изменения соотношения воздух/топливо, чтобы добиться максимального прироста мощности. Мы надеялись, что чип от Superchips даст более правильное наполнение цилиндров топливом и, как следствие, оптимальное увеличение мощности.
Наш стенд показал, что чип с измененными картами впрыска увеличил максимальную мощность на 1.8 л.с., но уменьшил максимальный момент на 0.8lb/ft. Мы действительно наблюдали некоторую незначительную потерю мощности на низких оборотах, но с 4000 об/мин мощность возросла и потери были снижены. Но к сожалению, мы потеряли в крутящем моменте, хотя они были незначительны
Хотя когда мы тестировали один чип без всяких прибамбасов, мы получили прибавку в 5 л.с., видимо, есть какая-то несовместимость между компонентами, выбранными нами.
5. + ГЛУШИТЕЛЬ
Изменения: прямоточный глушитель Scorpion - 316 фунтов.
Бытует мнение, что самый простой способ получить дополнительные л.с. в машине, это заменить заднюю часть выхлопной системы на прямоточный глушитель ввиду того, что производители машин устанавливают не прямоточные выхлопные системы и тем самым "съедают" часть л.с. Однако производители в последнее время постоянно совершенствуют характеристики выпускаемых автомобилей что затрудняет достижение таких высоких показателей
Как было замечено выше, глушитель не дал какой-либо прибавки л.с., однако также не была ухудшена эластичность. Мы находим одно-единственное объяснение тому, что глушитель не дал дополнительных л.с.: прямоточные глушители дают прибавку мощности только на высоких оборотах, а фордовский 1.6 Zetec - не из тех моторов, которые имеют что-то "наверху", скорее он сбалансированн для средних оборотов и не создает давление в задней части выхлопной системы.
Однако, глушитель от Scorpion выглядит и звучит гораздо круче, чем стандарт-ная фордовская система.
РЕЗЮМЕ
Результаты тестов (для каждого изменения)
1. Мощность: 98.2 л.с. Момент: 104.3lb/ft
2. Мощность: 103.1 л.с. Момент: 106.8lb/ft
3. Мощность: 103.9 л.с. Момент: 108.3lb/ft
4. Мощность: 104.7 л.с. Момент: 107.5lb/ft
5. Мощность: 104.7 л.с. Момент: 107.3lb/ft
Результаты, полученные из этих пяти тестов ясно дают понять, что путем простых из-менений, легко можно увеличить крутящий момент и мощность, однако стоит помнить, что нужно подбирать компоненты, четко подходящие друг к другу.
Звук мотора изменился до неузнаваемости - потрясающий рык из глушителя и из под капота не спроста дают основание пологать, что у вас под капотом совсем не скромный 1.6 Zetec. Так что думайте сами, что ставить, а что нет, но не забывайте, что обычная европейская программа тюнинга, т.н. phase 1, включает в себя спортивные воздушный фильтр, валы + чип и глушитель (в идеале - целиком замененная выхлопная система).
Работа двигателя это всегда компромис между многими величинами.
Ресурс двигателя с меньшей отдачей выше, чем аналогичный параметр у более форсированного мотора. Требования к качеству топлива в варианте с форсированым двигателем выше.
Но нам хочется больше мощности, крутящего момента, надёжности и огромного ресурса. Однако чудес на свете не бывает - улучшение одних параметров всегда ухудшает другие. Сделать с мотором можно многое. Иногда намного проще вложить деньги в приобретение автомобиля с более мощным мотором. Но если Вы всё-же решились на доводку силового агрегата, запомните что получить более высокую отдачу от мотора можно лишь увеличив наполнение цилиндров и изменив состав смеси. Методов увеличения наполнения существуеет множество. Условно их можно разделить на несколько категорий:
Уменьшение сопротивления потоку воздуха - Замена воздушного фильтра, замена или переделка корпуса дроссельнной заслонки, замена или расточка и шлифовка впускного коллектора, переделка головки блока (замена клапанов на клапана с большим диаметром и расточка воздушных каналов), установка или оптимизация работы наддува. Тем-же целям служит и установка распредвала с другим профилем кулачков - для изменения величины и продолжтельности открытия клапанов.
Оптимизация состава рабочей смеси - изменение количества топлива для разных режимов работы достигается несколькими способами: Увеличение магистрального давления топлива заменой или настройкой регулятора давления топлива и изменение программы работы ЭБУ (чип-тюнинг).
Механизм изменения фаз ГРМ - оптимизация фаз газораспределения для различной частоты вращения двигателя.
Оптимизация выпуска - Улучшение продувки цилиндров снижением сопротивления выпускного коллектора и глушителя (в идеале следует поставить трубу большого диаметра и причём без изгибов "прямоток"). Небольшой пример по материалам журнала MAXPOWER. Неужели простые perfomance-модификации машины реально работают? МАХ потратил 600 фунтов на воздушный фильтр, свечи зажигания, чип и прямоточный глушитель, чтобы выяснить, как же влияет на мощность каждый из этих компонентов.
Получить дополнительные силы из современного двигателя не легкая задача.
Тюниные части, которые мы решили протестировать на нашем Ford Focus 16V включают в себя спортивный воздушный фильтр малого сопротивления K&N, заднюю банку глушителя Scorpion, свечи NGK Platinum и чип от Superchips с изменнеными картами впрыска. Общая стоимость этого пакета составляет приблизительно 600 фунтов стерлингов.
Для теста мы выбрали стандартный Ford Focus 1.6 Zetec. Каждый тест сопровождался замером на барабанном мощностном стенде и заканчивался на третьей передаче, для того, чтобы результаты были максимально точными.
В стандартном варианте Ford выдает 98.2 л.с. и 104.3lb/ft на колесах. Замеры произво-дились после каждой новой тюнинговой детали до тех пор пока Фокус не выдавал на мониторе компьютера две идентичные кривые.
Результаты полученные в процессе этого теста могут быть применены к большинству современных атмосферных двигателей…
Форде 1.6 16V ZETEC: никаких изменений в стандартном варианте, фордовский 1.6 Zetec выдает уважаемые 98.2 л.с. при не-многих меньше 5300 об/мин. Максимальный момент 104.3lb/ft выдается в диапазоне 2500-4500 об/мин. Двигатель настроен так, что выдает достаточную для современ-ных условий вождения мощность. Пиковая мощность значительна, но самое важ-ное - достаточное количество момента в диапазоне средних оборотов.
Изменения: воздушный фильтр K&N - 53 фунта.
Этот компонент дешев и легко устанавливается.
Замеры на барабанах показали, что мощность возросла на 4.9 л.с. при 5400 об/мин а дополнительные 2.5lb/ft момента были получены во всем диапазоне.
Эту прибавку мы называем "реальной". Это значит, что вам не придется кружить вокруг города на второй передаче при 6000 об/мин, чтобы почуствовать разницу с фильтром и без него. Вы почувствуете четкий отзыв мотора на педаль газа и как хорошо тянет мотор на средних и низких оборотах
3. + СВЕЧИ
Изменения: свечи NGK Platinum - 26 фунтов.
Свечи, это не первое, что нужно пытаться заменить, чтобы получить дополнительные л.с. Однако ввиду того, что на рынке сейчас представленно очень много perfomance свечей, мы решили попробовать на себе, что же все таки они дают.
Мы выбрали последнюю разработку NGK: свечи Laser Platinum. На электродах этих свечей имеется платиновое напыление для лучшей проводимости и очистки. Зазор на свечах был выставлен 1.1 мм., что на 0.3 мм. больше рекомендованного Фордом.
Замеры на стенде показали, что прибавки мощности мы не получили, однако пик момента вырос на 1.5lb/ft при 3900 об/мин, а в диапазоне средних оборотов мы увидили прибавку до 2.3lb/ft. При 4500 об/мин прибавки не было и после 5500 об/мин Zetec начал терять мощность.
Замена ваших свечей на более продвинутые - хорошее изменение для любого дорожного автомобиля - особенно если в нем стоят старые свечи (плохие свечи могут съедать до 10 л.с.) или если ежегодный пробег автомобиля большой (эти свечи будут работать до 70 000 миль).
4. + ЧИП
Изменения: чип от Superchips - 194 фунта + установка (около 50 фунтов).
Когда на автомобиле стоит 57i kit, воздух на впуске холоднее, это требует изменения соотношения воздух/топливо, чтобы добиться максимального прироста мощности. Мы надеялись, что чип от Superchips даст более правильное наполнение цилиндров топливом и, как следствие, оптимальное увеличение мощности.
Наш стенд показал, что чип с измененными картами впрыска увеличил максимальную мощность на 1.8 л.с., но уменьшил максимальный момент на 0.8lb/ft. Мы действительно наблюдали некоторую незначительную потерю мощности на низких оборотах, но с 4000 об/мин мощность возросла и потери были снижены. Но к сожалению, мы потеряли в крутящем моменте, хотя они были незначительны
Хотя когда мы тестировали один чип без всяких прибамбасов, мы получили прибавку в 5 л.с., видимо, есть какая-то несовместимость между компонентами, выбранными нами.
5. + ГЛУШИТЕЛЬ
Изменения: прямоточный глушитель Scorpion - 316 фунтов.
Бытует мнение, что самый простой способ получить дополнительные л.с. в машине, это заменить заднюю часть выхлопной системы на прямоточный глушитель ввиду того, что производители машин устанавливают не прямоточные выхлопные системы и тем самым "съедают" часть л.с. Однако производители в последнее время постоянно совершенствуют характеристики выпускаемых автомобилей что затрудняет достижение таких высоких показателей
Как было замечено выше, глушитель не дал какой-либо прибавки л.с., однако также не была ухудшена эластичность. Мы находим одно-единственное объяснение тому, что глушитель не дал дополнительных л.с.: прямоточные глушители дают прибавку мощности только на высоких оборотах, а фордовский 1.6 Zetec - не из тех моторов, которые имеют что-то "наверху", скорее он сбалансированн для средних оборотов и не создает давление в задней части выхлопной системы.
Однако, глушитель от Scorpion выглядит и звучит гораздо круче, чем стандарт-ная фордовская система.
РЕЗЮМЕ
Результаты тестов (для каждого изменения)
1. Мощность: 98.2 л.с. Момент: 104.3lb/ft
2. Мощность: 103.1 л.с. Момент: 106.8lb/ft
3. Мощность: 103.9 л.с. Момент: 108.3lb/ft
4. Мощность: 104.7 л.с. Момент: 107.5lb/ft
5. Мощность: 104.7 л.с. Момент: 107.3lb/ft
Результаты, полученные из этих пяти тестов ясно дают понять, что путем простых из-менений, легко можно увеличить крутящий момент и мощность, однако стоит помнить, что нужно подбирать компоненты, четко подходящие друг к другу.
Звук мотора изменился до неузнаваемости - потрясающий рык из глушителя и из под капота не спроста дают основание пологать, что у вас под капотом совсем не скромный 1.6 Zetec. Так что думайте сами, что ставить, а что нет, но не забывайте, что обычная европейская программа тюнинга, т.н. phase 1, включает в себя спортивные воздушный фильтр, валы + чип и глушитель (в идеале - целиком замененная выхлопная система).
Коля Сахипов,
05-09-2009 21:00
(ссылка)
СДЕЛАТЬ МАШИНУ БЫСТРОЙ
Сделать свою машину более быстрой:
Статья I: Водитель
Мне кажется, не все понимают, как и почему различные нюансы отражаются на поведении автомобиля. В частности, модификация подвески является таким "шаманством", которому я учился много лет (и учусь до сих пор). Я подумал, что обзор улучшения скоростных качеств может быть полезным ряду читателей, в особенности редко обсуждаемая проблема улучшения ВОДИТЕЛЯ.
Далее я понимал, что имеется множество вещей, о которых я мог бы писать, поэтому я решил разбить этот обзор на статьи. В этой статье я сосредотачиваюсь на том, чтобы сделать водителя быстрее. В следующей части я буду обсуждать, как изменения подвески влияют на управляемость, и почему изменение вашей подвески может сделать автомобиль быстрее. В третьей статье... хорошо, я не знаю, будет ли третья статья. Поживем-увидим...
ЗАМЕЧАНИЕ: Весь этот материал - мое личное мнение. Возможно я в чем-то ошибаюсь. Если Вы потрудитесь читать это, попробуйте действовать как в продуктовом магазине: берите то, что вам нравится и не обращайте внимания на то, что вам не нужно.
Однако сначала, я хотел остановиться на философии быстрой езды. Имеются три типа "быстрого автомобиля":
1) Выглядящий быстрым (the "showcar").
2) Едущий быстро по улице.
3) Едущий быстро по гоночной трассе.
Я оставлю обсуждения пункта [1] для европейского автомобильного журнала, так как именно этому они посвящают большую часть своего редакционного бюджета (тормозные диски с канавками "для охлаждения" (sic!) и "спортивные" ручки переключения передач).
Номер [2] может быть разделен на два лагеря: любители стартовать с перекрестков и уличные слаломисты. Любителям быстрого старта нужно максимальное ускорение: они хотят, чтобы их BMW работал подобно американскому мощному автомобилю. По моему искреннему мнению, если вам нужен быстрый разгон, идите и купите себе американский автомобиль с V-образным 8-цилиндровым движком. Слаломисты - доморощенные гонщики, летающие в поворотах обычных общих дорог. Одна беда: вождение Е36 М3 на пределе возможностей чересчур опасно для дороги, по которой едут остальные. Я живу у подножия Каскадных гор в солнечном тихоокеанском штате Нью-Йорк. Здесь всюду - дороги с множеством поворотов. Я могу вести машину на безумной скорости, никогда не приближаясь к пределу возможностей собственно машины. Это просто небезопасно... Таким образом, улучшение управляемости автомобиля (см. [3]) сделает скоростное вождение по обычной дороге более увлекательным.
Давайте поговорим относительно номера [3]. Прежде всего, имеется пространство от полностью стандартного автомобиля, которым управляют иногда на учебной трассе (в водительских школах) до сугубо гоночных машин. В первом вы имеете просто хороший автомобиль, такой, какой разработали "Гномы из Мюнхена": удобный, безопасный, предсказуемый. Во втором (например, IMSA M3) вы имеете автомобиль, полностью оптимизированный для скорости: неудобный, опасный в менее чем профессиональных руках, гораздо менее предсказуемый. Автомобиль, идеально настроенный под гонщика-профи, был бы убийствен в руках просто компетентного водителя. Где-то посредине между этими крайностями находится ваш автомобиль. Каждая серьезная модификация, которую вы производите (то есть, рукоятка переключения передач не считается) перемещает ваш автомобиль в ту или иную сторону этого пространства.
То, к чему вы стремитесь, определяется исходя из ваших требований (ежедневная езда, радио, задние сиденья) и желаний (быстрое время на круге, выигрыш гонки BMW клуба и т.д.) Таким образом, мы приходим к трем возможностям сделать вашу машину более быстрой:
1. Улучшить водителя. Это - самый дешевый и самый быстрый путь к большей скорости. Михаэль Шумахер мог бы сесть в ваш стандартный 325i и обогнать любого из вас по треку Laguna Seca, пусть даже вы едете в модифицированном M3. Этому много причин: стратегия атаки трассы (знание, где идти быстро и где идти медленно), наличие способности находить пределы автомобиля и вести его на этих пределах, плавное управление для предотвращения потери скорости при проскальзывании и потере баланса и т.д.
Как вы можете улучшить водителя? Знание и практика. Знание можно приобрести в BMW CCA/ACA школах, профессиональных школах (Russell, Barber), книгах и видео. Две книги, которые я крайне рекомендую - Poul Frere "Sports Car and Competition Driving" и Alan Johnson "Driving in Competition": обе являются классикой. Я читал Frere (известного многим по его работе для Road&Track) в 1970 и это навсегда изменило мой стиль вождения. Alan Johnson (многократный чемпион SCCA) описал, как разделить повороты гоночной трассы на три категории, и как распределить их по важности. Другая ключевая область знания может быть получена из "The Physics of Racing" одного из моих сотрудников, Brian Beckman. Хотя физика может показаться сложной для не-технаря, это - важная часть понимания динамики транспортного средства, что необходимо для вождения автомобиля на пределе.
Практика - это всего-навсего время, проведенное за рулем. Недостаточно просто выехать и нарезать круги, если вы ВСЕ делаете неправильно. Большое количество новичков пробует сразу двигаться слишком быстро, и при этом они приобретают некоторые ужасные привычки, от которых очень трудно отучиться. Лучший способ учиться состоит в том, чтобы иметь компетентного инструктора, обеспечивающего постоянный контроль и руководство. Однако, это редко возможно, и многие из нас частенько оказываются на трассе в одиночку. Вот некоторые вещи, которые я оттачиваю на практике на трассе:
-- Ведите машину плавно. Если Вы можете научиться быть плавным, скорость придет позже сама собой. Помните, что быстрые круги редко выглядят наиболее захватывающими. Движение автомобиля боком в поворотах съедает громадное количество скорости. Блокировка тормозов ухудшает баланс автомобиля. Любая книга или школа вождения подчеркивает этот пункт: Вы должны быть плавны.
Как быть плавным? Пробуйте мягко входить в поворот, вместо попытки срезать его углом. Пытайтесь проходить поворот так, чтобы не корректировать траекторию движения. Вашей целью должно быть такое движение в повороте, при котором вы плавно поворачиваете руль в сторону поворота до достижения апекса, а затем плавно выравниваете его обратно.
Каждый раз, когда вы резко поворачиваете руль, вы существенно теряете реальную скорость автомобиля, а также сильно нарушаете баланс автомобиля. Не мучьте понапрасну педали тормоза и акселератора. При переключении передач используйте ваши кончики пальцев и переключайтесь медленно и мягко. Излишнее возбуждение и дергание рычага не улучшит ни вашего времени на круге, ни вашей трансмиссии.
-- Практикуйтесь в езде по оптимальной траектории. На гоночной трассе имеется множество траекторий, и та, что подходит для гонок клуба Форда, может не быть наилучшей для вашей M3. Для начала считайте, что имеется две траектории: для сухой и дождевой трассы. Попросите кого-нибудь их вам показать, после чего постоянно их оттачивайте, пока они не отложатся в вашей памяти. В идеале вы должны иметь контрольные точки для торможения, вхождения, апекса и выхода для каждого поворота. Иногда в школах на этих местах ставят фишки; ищите что-нибудь постоянное (отметку на асфальте, начало забора, что угодно) что вы можете запомнить после того, как кто-то задевает фишку (я лично ставлю своей целью попробовать коснуться каждой фишки апекса в водительской школе: я делаю это не из хулиганских побуждений. Просто я тренируюсь, используя КАЖДЫЙ ДЮЙМ трассы. Вы будете удивлены узнав, как много людей пренебрегают этим).
-- Поддерживайте автомобиль в балансе. Я постоянно слышал это выражение, и задавался вопросом, что же это на самом деле означает. Это означает в точности то же, что говорится: в идеале вы хотите иметь одинаковую нагрузку (вес) на каждом из четырех колес все время.
Поскольку на самом деле Вы не можете обеспечить идеальный баланс, кроме как в стоящей машине, вы должны постоянно стремиться оставаться так близко к этому, как только возможно. В моей следующей статье я буду обсуждать, как регулировки подвески влияют на передачу веса, но пока предположу, что ваш автомобиль - полностью серийный. Попытаемся представить нагрузку на каждое колесо во время движения автомобиля.
Торможение вызывает перенос веса с задних колес на передние колеса; разгон - наоборот. Торможение с левым поворотом нагружает больше всего правое переднее колесо и разгружает левое заднее. Если вы изо всех сил давите на тормоз в конце прямой, передок машины станет чрезвычайно тяжелым по отношению к заду: автомобиль больше не будет сбалансирован. Прерывистое торможение вызовет меньшую передачу веса, соответственно автомобиль останется более сбалансированным. Видели, как это работает? Одна из главных причин для плавности езды - это сохранение баланса.
-- Используйте ваше зрение. Вообще говоря, когда мы учимся чему-нибудь новому, наше взгляд узок и сосредоточен. С опытом мы начинаем смотреть шире и более обще. Когда вы впервые едете по трассе, вы смотрите прямо перед собой. Опытные водители умеют смотреть далеко вперед и в стороны. Они думают о том, куда они хотят ехать, а не о том, где они едут в данный момент. Вы уже не можете сделать что-либо со своим текущим положением на дороге после того, как вы в него попали, вы уже это проехали. Смотрите туда, куда вы хотите ехать дальше, и автомобиль последует за вашими глазами. Вот упражнение: когда вы проходите точку входа в поворот, смотрите на апекс. Когда вы добираетесь до апекса, вы должны смотреть на выход из поворота. Во время движения пробуйте обращать внимание на то, что вы видите периферийным зрением; вы должны быть способны глядеть по сторонам не двигая зрачками глаз.
-- Концентрация внимания. Вспомните, насколько вы были сосредоточенны, когда в самый первый раз сели за руль? Позже вы, вероятно, перестали думать что-либо об управлении машиной при движении по автостраде, настраивая радио, болтая по телефону, или попивая кофе. Чем более нам что-либо знакомо, тем труднее остаться на этом сосредоточенным. На гонках это происходит точно так же. Вот одна из причин, по которой средние и продвинутые водители чаще попадают в переделки, чем новички. На трассе различие между средненьким и великим гонщиком - концентрация. К счастью, этому можно научиться. При торможении старайтесь ПОЧУВСТВОВАТЬ тормоза, как они приближаются к блокировке колес. Задумайтесь: можете ли вы тормозить немного сильнее, или это предел? Когда вы прижимаете акселератор на выходе из поворота задумайтесь: автомобиль имеет тенденцию к заносу. Вы готовы противостоять этому? Почувствуйте поведение автомобиля: вы можете ощутить небольшое проскальзывание задней оси прежде, чем этот процесс станет неконтролируемым? Кто позади меня? Кто впереди? Движутся ли они быстрее? Или медленнее? Если автомобиль перед вами в следующую секунду занесет, куда вы поедете?
Над всем этим я работаю, когда нахожусь на трассе, но всему этому можно учиться и при простом движении по городу. Для этого вам не обязательно ехать быстро, просто тренируйтесь. Например, старайтесь проехать колесами в точности там, где хотите. Можете ли вы сказать, где они? Можете ли вы лишь чуть коснуься края поребрика внешним колесом при выходе из кривой? Можете ли вы затормозить до полной остановки так, чтобы автомобиль не качнулся назад? Можете ли вы переключать передачи настолько плавно, что это похоже на автоматическую коробку передач? Все эти навыки трудно развивать, но, к счастью, они могут быть приобретены в ежедневных поездках по городу или в магазин за молоком.
Я тренировался этому во всех моих автомобилях, включая мой 6.5-литровый Suburban ( да, не слишком мягкая машинка :-)
Тренируйтесь во всем этом до тех пор, пока такая езда не станет для вас естественной - и вы станете более быстрым, не затратив ни пенни на тюнинг.
В нашей прошлой статье мы обсуждали, как заставить автомобиль ездить быстрее, улучшая водителя (вас!). В этой статье мы погрузимся в некоторые технические детали, касающиеся подвески: как и почему она заставляет ваш автомобиль ехать быстрее.
Одна из причин, по которой мы выбрали BMW вместо Camaro или Corvette - это важность для нас хорошей управляемости. По крайней мере, я на это надеюсь. И одна из вещей, которыми хороши BMW - это действительно управляемость. Но если так, почему же люди подобные мне или Карлу Букланду всегда изменяют свою подвеску, чтобы получить лучшую управляемость?
Тому есть две причины: ехать быстрее и получать больше удовольствия. Хоть и говорят, что гонки выигрываются на прямых, на самом деле все аспекты примерно равны. Автомобиль, который проходит зигзаги чуть быстрее, поставит меньшее время на круге. Что касается удовольствия, многие из нас любят рулевое с быстрым откликом, которое получается в результате ужесточения подвески. Мы просто считаем, что такую машину интереснее вести.
Вы спросите: что же не так со стандартной заводской подвеской на моей M3?. Хороший вопрос. Инженеры, которые разрабатывали ваш автомобиль, должны были учесть множество факторов и достичь многих целей в реализации проекта.
Для начала, автомобиль должен быть безопасен. Поскольку BMW не может заставить вас сдать водительский тест перед покупкой вашей солнечной M3, им приходится предположить, что не все их клиенты - превосходные водители. Таким образом они закладывают в конструкцию небольшой understeer, чтобы, если вы попадете в неприятное положение, автомобиль был более управляем.
Во-вторых, автомобиль должен быть комфортабелен. Поэтому на него устанавливаются относительно мягкие пружины и амортизаторы, дабы сохранить удобство езды.
В-третьих, автомобиль должен иметь конкурентноспособную цену, так что им приходится выбирать такой проект подвески и ее компоненты, которые стоят не чересчур дорого.
Кроме того, существует множество других факторов: от размера моторного отсека до клиренса, простоты в обслуживании, долговечности шин. Все это должно быть учтено при заключительной компоновке. Само собой разумеется, такой проект является компромиссом.
В этом году BMW продаст 100.000 автомобилей, и большинство из них так и будет ездить на заводской подвеске 10 годами позже. Так что, все же, кое-что BMW делает правильно. Однако некоторым из нас хочется оптимизировать конструкцию для достижения некоторых определенных целей. Это - тот момент, когда мы начинаем модифицировать нашу машину неким непростым способом.
Каждый раз, модифицируя свою подвеску для улучшения управляемости, вы заключаете некую "сделку". Уменьшите высоту подвески, и ваш клиренс понизится. В результате довольно скоро вы оторвете какой-нибудь жутко дорогой кусок пластика от днища автомобиля. Увеличьте жесткость амортизаторов, и мягкость поездки вылетит в окно. Пять миль плохой дороги - и ваш зад будет болеть как после 58-часового сидения на табуретке.
Другая вещь, которую стоит обдумать, принимаясь за модернизацию компонентов подвески - это точное представление об изменениях, которые вы хотите почувствовать в поведении автомобиля после окончания работы. А изменения непременно будут. Машина может начать управляться лучше, а может и хуже. Прочитайте любую статью или письмо про модифицированный автомобиль, и там автор всенепременно несет бред о полученной лучшей управляемости, устойчивости в повороте, предсказуемом oversteer, и т.д. Крайне редко они сообщают вам, что их автомобиль начал ехать как грузовик, кренясь на всем протяжении пути, или пахать носом дорогу как свинья. Все эти вещи возможны и даже вероятны, если вы начинаете заменять случайные части подвески без понимания того, как и почему надо это делать.
Одно из фундаментальных явлений при прохождении автомобилем поворота - перераспределение веса. В основном внешние по отношению к повороту шины получают большую нагрузку, а внутренние - меньшую. Шины могут выдерживать те или иные боковые нагрузки в точности пропорционально вертикальной нагрузке на них. Таким образом, перенос веса на внешнюю сторону означает, что соответствующие шины могут лучше держать машину на дороге в повороте. К сожалению, с внутренними шинами - ситуация противоположная. Причем потеря способности удерживать боковое усилие разгруженными колесами больше, чем улучшение такой способности у нагруженных. Таким образом, в целом перераспределение веса приводит к снижению бокового трения шин. Это ПЛОХО.
Несмотря на то, что многие не верят этому, есть всего две вещи, которые можно сделать для изменения поперечного перераспределения веса. Можно либо увеличить межколесное расстояние, либо понизить центр тяжести автомобиля. Величина перераспределения веса - функция размеров треугольника, начерченного между этими тремя точками спереди и сзади автомобиля (то есть перед и зад могут иметь различные свойства перераспределения веса; это - важный момент, к которому мы еще вернемся позже). Вы можете до некоторого предела увеличивать межколесное расстояние засчет перехода к более широкой резине, но обычно размеры кузова не позволяют существенно увеличить этот параметр (поэтому Porsche сделал когда-то такую "жирную" 911, и поэтому Ferrari - настолько широки). Более легкий способ улучшить золотой треугольник состоит в том, чтобы опустить автомобиль вниз, понизив тем самым центр тяжести.
Как вы можете понизить центр тяжести? Как правило вы ставите более короткие стойки. Это в свою очередь уменьшает ход подвески, уменьшает клиренс, и, на некоторых типах подвесок, увеличивает отрицательный развал, что ХОРОШО, пока он не станет слишком велик - и тогда это будет ПЛОХО. Кроме того, поскольку ход колеса сократился, стойки должны быть более жесткими, чтобы предотвратить более короткую подвеску от частых ударов в ограничитель.
Сократив перераспределение веса, мы увеличили максимальную боковую нагрузку, которую способны выдержать наши шины. Таким образом, мы увеличили максимальную теоретическую скорость, с которой автомобиль способен проходить поворот. В повороте с постоянным радиусом автомобиль с меньшим перераспределением веса начнет боковое соскальзывание при большей скорости. Такой автомобиль называется имеющим лучший поперечный баланс.
Однако, автомобиль может остаться совершенно несбалансированным продольно. В идеале хорошо иметь распределение веса 50:50 между передней и задней осями, и заводская стандартная M3 - очень близка к такому распределению. Замена стоек не изменяет статический вес автомобиля, поэтому, даже понизив его, мы сохраним исходное соотношение 50/50. Но как только ваша M3 входит в поворот, распределение веса изменяется. В проект заложен understeer, помните? Как и спроектировано инженерами BMW, вы почувствуете результаты продольного перераспределения веса, которая является функцией различий в боковой устойчивости переднего и заднего мостов. Более устойчивый конец автомобиля сможет передать большее количество веса другому концу. Таким образом, если перед машины жестче, чем зад, то зад получает большее количество веса в повороте и, таким образом, лучше цепляется за дорогу. Это и называется understeer. ("Цепляется" - неправильное слово, потому что в действительности речь должна идти об углах проскальзывания и векторах силы. На самом деле understeer - такая ситуация, когда отношение угла проскальзывания к углу качения для передних колес больше, чем такое же соотношение для задних).
Ну как, вы уже уловили идею?
Поперечная устойчивость зависит от многих вещей. Жесткость пружин, амортизаторов и поперечного стабилизатора - вот основные три фактора. Кроме того, геометрия подвески (углы наклона стоек и т.п.) тоже играют роль. Если вы делаете задний мост более жестким относительно переднего (или смягчаете передний относительно заднего) автомобиль будет испытывать меньше understeer. В теории "идеальная" подвеска должна сделать автомобиль нейтральным: такая машина не испытывает ни understeer, ни oversteer на идеальной кривой. В действительности гонщики любят настраивать автомобиль либо в одну, либо в другую сторону (я думаю, что я использую 3-ю статью, чтобы обсудить - почему).
Имея такое количество переменных (жесткость пружин, высота центра тяжести, гасящая сила амортизаторов (как на растяжение, так и на сжатие), жесткость поперечных стабилизаторов... (я не забыл про шины?), как можно определить, каково "магическое" сочетание? Ответ таков - нет НИ ОДНОГО (подождите 3-ей статьи). Тем не менее, вы можете кое-что предпринять...
На этот счет существует множество различных мнений. Одни призывают к установке жестких пружин и и мягких стабилизаторов. Другие - за мягкие пружины и толстые стабилизаторы. На самом деле я лично люблю, когда пружины не более жестки, чем они должны быть - то есть они должны быть такими, чтобы подвеска почти, но не совсем достигала ограничителя на самой здоровенной колдобине данной трассы. Пружины критичны для обеспечения способности шин соответствовать неровностям дороги вместо того, чтобы перепрыгивать через них. Когда ваше колесо находится в воздухе, оно вообще не имеет сцепления с дорогой. После того, как вы установили пружины с минимальной жесткостью со всех четырех сторон, вы регулируете относительную жесткость между передней и задней подвеской. Затем вы балансируете автомобиль с помощью подбора жесткости стабилизаторов.
Однако, это только для гонки. Для движения по улице, вам нужны пружины не жестче, чем можно позволить себе на дорогах, по которым вы обычно ездите. Помните также, что стабилизаторы устойчивости - тоже пружины (торсионные). Чем жестче ваш стабилизатор, тем сильнее зависимость двух колес: когда одно из них приходит в движение, другое, следует за ним.
Одно из решений проблемы (я шел к этому) - подвеска, регулируемая по высоте. Обычно это специальные упоры пружин с нарезкой.
Такие упоры полезны по двум причинам: простое изменение клиренса и стандартизация диаметра и размера пружин. В результате можно найти пружины различной жесткости. Все это делает возможным для гоночной команды иметь набор пружин для разных трасс (подробнее об этом - в 3-ей части). Некоторые комплекты упоров позволяют регулировать высоту только на передней подвеске; с другими можно регулировать все четыре колеса.
Последнее предпочтительнее, так как это позволяет вам опускать оба конца автомобиля независимо, а также регулировать распределение веса по углам. Это - процесс балансировки автомобиля между правым передним и левым задним, между правым задним, и левым передним колесами. Автомобиль, несбалансированный диагонально, будет плохо себя вести именно тогда, когда вам меньше всего этого хочется. Это также позволит вам распределить вес для специфической настройки на конкретную трассу. Принцип прост: подъем заднего правого угла увеличивает вес левого переднего, и наоборот. И т.д.
Все это приводит нас к заключению 2-й статьи: каким же образом нам решить, что делать? У вас два выбора. Вы можете установить готовый "пакет", или изобретать его самостоятельно. Пакет - полная подвеска некоей фирмы, например Dinan или какой-то еще. Они подбирают комбинацию пружин, амортизаторов и стабилизаторов для конкретного автомобиля, и уверяют, что все это вместе будет работать хорошо. Пока ваша цель в настройке машины точно совпадает с целями, которые они ставили при подборке данного пакета, это удовлетворит вас. Альтернатива - свой собственный пакет. Вы начинаете с готового пакета и меняете детали, либо просто начинаете с нуля и сами подбираете пружины, амортизаторы и стабилизаторы. Это дорого, отнимает много времени и потенциально опасно при испытании новой настройки на трассе. Лучший способ самостоятельно настраивать подвеску состоит в том, чтобы работать так же, как тюнинговые фирмы: обеспечьте себе как можно больше настраиваемых узлов. Если у вас стоят настраиваемые поперечные стабилизаторы, вы можете попробовать разную жесткость без необходимости все время покупать новые стабилизаторы. В этом смысле амортизаторы Koni лучше, чем Bilstein: они настраиваемы. Пока еще никто не придумал настраиваемых пружин, но регулируемые упоры дают почти такой же эффект. Обычно они позволяют повышать или понижать подвеску с достаточно маленьким шагом для точной регулировки.
Мы охватили здесь много материала, и я надеюсь, что по крайней мере часть его была полезна. Думаю, написать все это меня побудили отчасти рекламные объявления, которые я видел в журналах и в сети по поводу различных пружин. Обычно они описываются в терминах уменьшения высоты автомобиля (для достижения желаемого внешнего вида!), что является довольно бессмысленной меркой. Если вы опускаете центр тяжести, это конечно хорошо... Но если при этом вы полностью нарушаете баланс, или ваши пружины оказываются слишком мягкими или жесткими - это плохо.
Мы еще не поговорили все же о регулировке подвески и о резине. Также мы не говорили о том, почему автомобиль, который сегодня идеально слушается, может стать кошмаром завтра. И почему люди волнуются о температуре шин. Я попробую рассказать обо всем этом дальше.
В нашей прошлой беседе мы говорили о различных модификациях, которые можно внести в подвеску и их влиянии на поперечное и продольное перераспределение веса. После этого мне по почте стали задавать вопросы: почему я не ограничился двумя простыми постулатами.
Как известно, для большинства людей understeer лучше, чем oversteer. Истинно ли это, и если истинно - почему?
Вкратце можно сказать, что автомобили с understeer менее склонны к входу в занос, чем автомобили с oversteer. Более детальный ответ требует исследования человеческой натуры.
Если вы входите в поворот слишком быстро (на улице, на трассе - все равно), что является вашей естественной реакцией? Ваше сознание кричит: СЛИШКОМ БЫСТРО, и ваша правая нога, которая управляет скоростью автомобиля, немедленно реагирует подъемом. Если эта нога совершенно не управляется мозгом, она может даже надавить на тормоз (именно так вы обычно снижаете скорость, не правда ли?).
Очень плохо.
Отпускание педали акселератора приведет к замедлению автомобиля, а замедление приведет к передаче веса с задней на переднюю ось. И, значит, задняя ось автомобиля станет легче.
Легче - значит шины будут обладать меньшим сцеплением с дорогой, поэтому задняя ось с большей вероятностью уйдет в сторону под влиянием центробежной силы. Долей секунды позже вы увидите дорогу через боковое стекло. Не слишком приятная ситуация. ЭТА ТЕНДЕНЦИЯ ЕЩЕ ХУЖЕ В АВТОМОБИЛЕ С OVERSTEER. Под словом "хуже" я подразумеваю, что автомобиль с еще большей вероятностью поведет себя именно так, и при меньшей "помощи" с вашей стороны, чем автомобиль с understeer. Именно поэтому Porsche 911 - машина для опытных водителей: следуйте вашим инстинктам в 911 - и следующим звуком, который вы услышите будет вой сирены скорой помощи.
Поэтому почти все автомобили настраиваются производителем так, чтобы избежать подобного бедствия. Автомобиль с understeer ВСЕГДА будет только пахать асфальт передними колесами по касательной к предполагаемой траектории, если вы были настолько неумны, чтобы сбросить скорость в быстром повороте. Конечно, даже автомобиль с understeer можно заставить войти в занос. Старые американские автомобили особенно этим знамениты, так как 60-70 процентов их веса приходилось на передние колеса, и на них не было никакого ABS. Надавите как следует на тормоза - и готово! Задние колеса идут юзом и автомобиль вращается.
Все это - экстремальные ситуации. Как правило, если вы - средний водитель, вы входите в поворот чуть быстрее, чем нужно, и сбрасываете газ. Ничего страшного не происходит.
С другой стороны, конечно же, это ужасный способ прохождения гоночной трассы. Давайте рассмотрим два примера: гонки клуба Форд (CF) и автомобиль F1.
Автомобили CF имеют небольшую мощность, они легкие и с узкой жесткой резиной.
Посмотрите любую гонку CF, и вы сразу заметите, что быстрые гонщики срывают автомобили в занос в каждом повороте. Поскольку автомобили не способны к высокому уровню сцепления с дорогой, быстрым способом прохождения поворота является вхождение в занос в первой половине поворота, а затем мощный выход из него. Типичный поворот CF, разделенный на фазы, выглядит приблизительно так:
Теперь давайте посмотрим на болид F1. Этот автомобиль имеет огромную мощность, и у него широкие, мягкие, липкие шины. Он легок, но зато обладает специальными аэродинамическими характеристиками, чтобы создать дополнительную прижимающую силу в повороте.
Честно говоря, я в точности не знаю, как настраивают автомобиль F1. Но я могу предположить, что гонщики первой формулы любят автомобиль, близкий к идеальному балансу, с, возможно, крохотным understeer. Автомобили настолько быстры, что, потеряв дорогу, они будут вылетать с трассы быстрее, чем гонщик сможет среагировать. Если вы посмотрите по телевизору гонку F1 "из автомобиля", вы увидите, как гонщики вращают руль из крайнего в крайнее положение при прохождении шикан. Это - не идеальный способ, они компенсируют какие-то мелкие ошибки. Чем больше вы поворачиваете руль, тем медленнее вы едете. Движение болида F1 боком - не самый быстрый путь по трассе. F1 - это совершенно особый класс машин из-за их аэродинамики. Их крылья предназначены для создания прижимающей силы, которая заставляет колеса лучше держать дорогу. В результате они могут испытывать около 3G боковой перегрузки. Когда автомобиль способен при таком боковом ускорении сохранять сцепление шин с дорогой, самочувствие гонщика может быстро оставить желать лучшего. Только настоящий мастер может управлять таким автомобилем.
В общем же, в по-настоящему быстром автомобиле вы должны успеть повернуть руль прежде, чем автомобиль совершит что-нибудь плохое. К тому времени, когда автомобиль попадет в сложную ситуацию, будет слишком поздно что-либо исправлять.
Так что, гонщики F1 - телепаты? Каким образом они могут заранее знать, что автомобиль собирается выйти из-под контроля? Тут мы возвращаемся к настройке подвески. Самый общий ответ заключается в том, что гонщику нужен автомобиль, который обеспечивает максимальную обратную связь, чтобы он смог почувствовать, что же происходит. Зная, за чем следить, и что воспринимать как сигнал о надвигающейся беде, можно избежать неприятностей.
Например, при увеличении боковой нагрузки наклон передних стоек вызывает большую возвращающую силу. То есть вы поворачиваете руль для входа в поворот, а руль тянет назад к прямому положению. Это - одно из преимуществ сильного наклона передних стоек (имеются также недостатки, как вы, наверное догадались). Если у вас есть гидроусилитель руля (здесь владельцы 2002 выигрывают), вы менее четко чувствуете возвращающую силу, поскольку гидроусилитель работает против нее. Почему нам так важно чувствовать возвращающую силу?
Потому что непосредственно перед боковым соскальзыванием шин возвращающая сила значительно ослабевает. Хороший водитель почувствует, что руль "цепенеет" и предпримет корректирующее действие. С усилителем руля гораздо труднее почувствовать это. Кроме того, однако, следует удалить из подвески большую часть микро-подрессоривания (я только что придумал этот термин, не пытайтесь его копировать). Иначе все попытки почувствоват машину - дохлое дело. Микро-подрессоривание - резинки в сайлентблоках каждой детали вашей подвески, которые поглощают мелкие неровности дороги и шум во время вашей поездки к бабушке. Гоночные автомобили используют твердые как камень сайлентблоки вместо резины для достижения двух целей:
1) Мгновенный ответ на мельчайшие движения рулем, так что вы не тратите впустую время и энергию на сжатие резинок сайлентблоков.
2) Обратная связь от дороги.
По той же причине для гонки хороши более жесткие пружины и поперечные стабилизаторы.
Но не всегда.
А что если идет дождь? Мокрая трасса обладает гораздо меньшим сцеплением с, шинами, уменьшается максимально допустимая боковая нагрузка. В этом случае вам надо вести машину еще более плавно, чем прежде. Так что многие гоночные команды в этом случае предпочтут "мягкую" настройку, заменив все пружины, амортизаторы и стабилизаторы на более мягкие.
Иногда то, что кажется верным, оказывается ошибкой. Когда команда BMW впервые приняла участие в гонках IMSA в 70-х годах на прекрасных CSL, гонщики в ходе тестов обнаружили, что высокая жесткость стабилизаторов не способствует хорошему времени прохождения круга. Они начали ставить все более и более мягкие, автомобили кренились все больше и больше, а на круге выигрывалась секунда за секундой. В конце концов, конечно, эти автомобили не стали в точности такими же, как нью-йоркские такси, но они стали намного более мягкими. Время прохождения круга никогда не врет.
А что с развалом? Почему это важно?
Проделайте следующий эксперимент. Возьмите новый карандаш с резинкой на конце, прижмите резинку к гладкой поверхности совершенно перпендикулярно и пытайтесь толкать резинку другой рукой. Теперь слегка наклоните карандаш в сторону, противоположную направлению движения и повторите опыт. Две вещи должны стать очевидными: чем сильнее вы давите на карандаш, тем тяжелее двигать резинку (еще бы!). Резинка на наклоненном карандаше скользит хуже, чем на перпендикулярном.
Так действует развал колес, и поэтому на гоночных автомобилях как правило установлен сильный отрицательный развал (колеса наклонены внутрь сверху). На старой диагональной резине, когда покрышка испытывала большую поперечную нагрузку при большом отрицательном развале, шина на самом деле ложилась всей плоскостью на дорогу. Отрицательный развал увеличивали до тех пор, пока измерения температуры шины после нескольких быстрых кругов не показывали одинаковых значений по всей ширине. Современные гоночные радиальные шины деформируются неоднородно из-за неоднородности конструктива корда, и, таким образом никогда не будут показывать идентичной температуры по всей плоскости. Тем не менее измерения температуры шин жизненно важны участникам гонок: вы можете заметить, как технические специалисты команды все время показывают температурные кривые гонщикам в течение тестов. Они могут многое понять в настройке машины, изучая эти температуры. Вы можете заняться тем же, если у вас есть соответствующий прибор (пирометр).
К сожалению, слишком большой отрицательный развал (Боже, опять запахло компромиссом) съедает внутреннюю часть протектора ваших покрышек во время простой поездки по дороге. Уменьшение дорожного просвета вашего автомобиля вызывает отрицательный развал, особенно задних колес. Поэтому перед покупкой особо "сверхпонижающих" пружин вы должны подумать, что они сделают с вашим развалом.
Настоящие профи настраивают машину под данную трассу в данный день. Как правило вы находите оптимум для некоторой части трассы, поскольку настройка, позволяющая быстрее пройти один поворот, может ухудшить прохождение другого. Некоторые повороты важнее остальных (см. книгу Алана Джонсона, упомянутую в 1-й статье), поэотму имеет смысл оптимизировать одни повороты засчет других. Именно поэтому команды ведут точные записи обо всех временах прохождения участков трассы, состоянии трассы, настройке, температуре шин и т.д. Накопление данных для команды Indy или F1 - серьезная работа. В качестве любителей мы должны делать все, что возможно, при помощи записной книжки и карандаша. Вам также понадобится чувство автомобиля и достаточного понимания компонентов и их взаимосвязей, чтобы определить, какие регулировки следует попробовать.
Никогда не изменяйте больше одной настройки одновременно. Измените давление в шинах, или замените стабилизатор, но не изменяйте их одновременно с целью получить некую полезную информацию.
Со временем вы будете становиться все более и более опытным водителем. И вам захочется иметь автомобиль со все большей возможностью управлять его поведением на дороге, чтобы вы могли легко развернуть его на 180 градусов и направить в любую сторону. Не торопитесь. До тех пор, пока вы на стали участником Формулы Атлантика и выше, все это - верное средство рано или поздно разбиться в лепешку. Для того, чтобы стать мастером, необходим навык и огромное количество практики.
И правильная настройка подвески.
John Browne
BMW CCA
BMW ACA Puget Sound Region
M3 LTW (PeeKay)
Suburban 2500 (Godzilla)
326 iX (Spunky the brave little car)
Статья I: Водитель
Мне кажется, не все понимают, как и почему различные нюансы отражаются на поведении автомобиля. В частности, модификация подвески является таким "шаманством", которому я учился много лет (и учусь до сих пор). Я подумал, что обзор улучшения скоростных качеств может быть полезным ряду читателей, в особенности редко обсуждаемая проблема улучшения ВОДИТЕЛЯ.
Далее я понимал, что имеется множество вещей, о которых я мог бы писать, поэтому я решил разбить этот обзор на статьи. В этой статье я сосредотачиваюсь на том, чтобы сделать водителя быстрее. В следующей части я буду обсуждать, как изменения подвески влияют на управляемость, и почему изменение вашей подвески может сделать автомобиль быстрее. В третьей статье... хорошо, я не знаю, будет ли третья статья. Поживем-увидим...
ЗАМЕЧАНИЕ: Весь этот материал - мое личное мнение. Возможно я в чем-то ошибаюсь. Если Вы потрудитесь читать это, попробуйте действовать как в продуктовом магазине: берите то, что вам нравится и не обращайте внимания на то, что вам не нужно.
Однако сначала, я хотел остановиться на философии быстрой езды. Имеются три типа "быстрого автомобиля":
1) Выглядящий быстрым (the "showcar").
2) Едущий быстро по улице.
3) Едущий быстро по гоночной трассе.
Я оставлю обсуждения пункта [1] для европейского автомобильного журнала, так как именно этому они посвящают большую часть своего редакционного бюджета (тормозные диски с канавками "для охлаждения" (sic!) и "спортивные" ручки переключения передач).
Номер [2] может быть разделен на два лагеря: любители стартовать с перекрестков и уличные слаломисты. Любителям быстрого старта нужно максимальное ускорение: они хотят, чтобы их BMW работал подобно американскому мощному автомобилю. По моему искреннему мнению, если вам нужен быстрый разгон, идите и купите себе американский автомобиль с V-образным 8-цилиндровым движком. Слаломисты - доморощенные гонщики, летающие в поворотах обычных общих дорог. Одна беда: вождение Е36 М3 на пределе возможностей чересчур опасно для дороги, по которой едут остальные. Я живу у подножия Каскадных гор в солнечном тихоокеанском штате Нью-Йорк. Здесь всюду - дороги с множеством поворотов. Я могу вести машину на безумной скорости, никогда не приближаясь к пределу возможностей собственно машины. Это просто небезопасно... Таким образом, улучшение управляемости автомобиля (см. [3]) сделает скоростное вождение по обычной дороге более увлекательным.
Давайте поговорим относительно номера [3]. Прежде всего, имеется пространство от полностью стандартного автомобиля, которым управляют иногда на учебной трассе (в водительских школах) до сугубо гоночных машин. В первом вы имеете просто хороший автомобиль, такой, какой разработали "Гномы из Мюнхена": удобный, безопасный, предсказуемый. Во втором (например, IMSA M3) вы имеете автомобиль, полностью оптимизированный для скорости: неудобный, опасный в менее чем профессиональных руках, гораздо менее предсказуемый. Автомобиль, идеально настроенный под гонщика-профи, был бы убийствен в руках просто компетентного водителя. Где-то посредине между этими крайностями находится ваш автомобиль. Каждая серьезная модификация, которую вы производите (то есть, рукоятка переключения передач не считается) перемещает ваш автомобиль в ту или иную сторону этого пространства.
То, к чему вы стремитесь, определяется исходя из ваших требований (ежедневная езда, радио, задние сиденья) и желаний (быстрое время на круге, выигрыш гонки BMW клуба и т.д.) Таким образом, мы приходим к трем возможностям сделать вашу машину более быстрой:
1. Улучшить водителя. Это - самый дешевый и самый быстрый путь к большей скорости. Михаэль Шумахер мог бы сесть в ваш стандартный 325i и обогнать любого из вас по треку Laguna Seca, пусть даже вы едете в модифицированном M3. Этому много причин: стратегия атаки трассы (знание, где идти быстро и где идти медленно), наличие способности находить пределы автомобиля и вести его на этих пределах, плавное управление для предотвращения потери скорости при проскальзывании и потере баланса и т.д.
Как вы можете улучшить водителя? Знание и практика. Знание можно приобрести в BMW CCA/ACA школах, профессиональных школах (Russell, Barber), книгах и видео. Две книги, которые я крайне рекомендую - Poul Frere "Sports Car and Competition Driving" и Alan Johnson "Driving in Competition": обе являются классикой. Я читал Frere (известного многим по его работе для Road&Track) в 1970 и это навсегда изменило мой стиль вождения. Alan Johnson (многократный чемпион SCCA) описал, как разделить повороты гоночной трассы на три категории, и как распределить их по важности. Другая ключевая область знания может быть получена из "The Physics of Racing" одного из моих сотрудников, Brian Beckman. Хотя физика может показаться сложной для не-технаря, это - важная часть понимания динамики транспортного средства, что необходимо для вождения автомобиля на пределе.
Практика - это всего-навсего время, проведенное за рулем. Недостаточно просто выехать и нарезать круги, если вы ВСЕ делаете неправильно. Большое количество новичков пробует сразу двигаться слишком быстро, и при этом они приобретают некоторые ужасные привычки, от которых очень трудно отучиться. Лучший способ учиться состоит в том, чтобы иметь компетентного инструктора, обеспечивающего постоянный контроль и руководство. Однако, это редко возможно, и многие из нас частенько оказываются на трассе в одиночку. Вот некоторые вещи, которые я оттачиваю на практике на трассе:
-- Ведите машину плавно. Если Вы можете научиться быть плавным, скорость придет позже сама собой. Помните, что быстрые круги редко выглядят наиболее захватывающими. Движение автомобиля боком в поворотах съедает громадное количество скорости. Блокировка тормозов ухудшает баланс автомобиля. Любая книга или школа вождения подчеркивает этот пункт: Вы должны быть плавны.
Как быть плавным? Пробуйте мягко входить в поворот, вместо попытки срезать его углом. Пытайтесь проходить поворот так, чтобы не корректировать траекторию движения. Вашей целью должно быть такое движение в повороте, при котором вы плавно поворачиваете руль в сторону поворота до достижения апекса, а затем плавно выравниваете его обратно.
Каждый раз, когда вы резко поворачиваете руль, вы существенно теряете реальную скорость автомобиля, а также сильно нарушаете баланс автомобиля. Не мучьте понапрасну педали тормоза и акселератора. При переключении передач используйте ваши кончики пальцев и переключайтесь медленно и мягко. Излишнее возбуждение и дергание рычага не улучшит ни вашего времени на круге, ни вашей трансмиссии.
-- Практикуйтесь в езде по оптимальной траектории. На гоночной трассе имеется множество траекторий, и та, что подходит для гонок клуба Форда, может не быть наилучшей для вашей M3. Для начала считайте, что имеется две траектории: для сухой и дождевой трассы. Попросите кого-нибудь их вам показать, после чего постоянно их оттачивайте, пока они не отложатся в вашей памяти. В идеале вы должны иметь контрольные точки для торможения, вхождения, апекса и выхода для каждого поворота. Иногда в школах на этих местах ставят фишки; ищите что-нибудь постоянное (отметку на асфальте, начало забора, что угодно) что вы можете запомнить после того, как кто-то задевает фишку (я лично ставлю своей целью попробовать коснуться каждой фишки апекса в водительской школе: я делаю это не из хулиганских побуждений. Просто я тренируюсь, используя КАЖДЫЙ ДЮЙМ трассы. Вы будете удивлены узнав, как много людей пренебрегают этим).
-- Поддерживайте автомобиль в балансе. Я постоянно слышал это выражение, и задавался вопросом, что же это на самом деле означает. Это означает в точности то же, что говорится: в идеале вы хотите иметь одинаковую нагрузку (вес) на каждом из четырех колес все время.
Поскольку на самом деле Вы не можете обеспечить идеальный баланс, кроме как в стоящей машине, вы должны постоянно стремиться оставаться так близко к этому, как только возможно. В моей следующей статье я буду обсуждать, как регулировки подвески влияют на передачу веса, но пока предположу, что ваш автомобиль - полностью серийный. Попытаемся представить нагрузку на каждое колесо во время движения автомобиля.
Торможение вызывает перенос веса с задних колес на передние колеса; разгон - наоборот. Торможение с левым поворотом нагружает больше всего правое переднее колесо и разгружает левое заднее. Если вы изо всех сил давите на тормоз в конце прямой, передок машины станет чрезвычайно тяжелым по отношению к заду: автомобиль больше не будет сбалансирован. Прерывистое торможение вызовет меньшую передачу веса, соответственно автомобиль останется более сбалансированным. Видели, как это работает? Одна из главных причин для плавности езды - это сохранение баланса.
-- Используйте ваше зрение. Вообще говоря, когда мы учимся чему-нибудь новому, наше взгляд узок и сосредоточен. С опытом мы начинаем смотреть шире и более обще. Когда вы впервые едете по трассе, вы смотрите прямо перед собой. Опытные водители умеют смотреть далеко вперед и в стороны. Они думают о том, куда они хотят ехать, а не о том, где они едут в данный момент. Вы уже не можете сделать что-либо со своим текущим положением на дороге после того, как вы в него попали, вы уже это проехали. Смотрите туда, куда вы хотите ехать дальше, и автомобиль последует за вашими глазами. Вот упражнение: когда вы проходите точку входа в поворот, смотрите на апекс. Когда вы добираетесь до апекса, вы должны смотреть на выход из поворота. Во время движения пробуйте обращать внимание на то, что вы видите периферийным зрением; вы должны быть способны глядеть по сторонам не двигая зрачками глаз.
-- Концентрация внимания. Вспомните, насколько вы были сосредоточенны, когда в самый первый раз сели за руль? Позже вы, вероятно, перестали думать что-либо об управлении машиной при движении по автостраде, настраивая радио, болтая по телефону, или попивая кофе. Чем более нам что-либо знакомо, тем труднее остаться на этом сосредоточенным. На гонках это происходит точно так же. Вот одна из причин, по которой средние и продвинутые водители чаще попадают в переделки, чем новички. На трассе различие между средненьким и великим гонщиком - концентрация. К счастью, этому можно научиться. При торможении старайтесь ПОЧУВСТВОВАТЬ тормоза, как они приближаются к блокировке колес. Задумайтесь: можете ли вы тормозить немного сильнее, или это предел? Когда вы прижимаете акселератор на выходе из поворота задумайтесь: автомобиль имеет тенденцию к заносу. Вы готовы противостоять этому? Почувствуйте поведение автомобиля: вы можете ощутить небольшое проскальзывание задней оси прежде, чем этот процесс станет неконтролируемым? Кто позади меня? Кто впереди? Движутся ли они быстрее? Или медленнее? Если автомобиль перед вами в следующую секунду занесет, куда вы поедете?
Над всем этим я работаю, когда нахожусь на трассе, но всему этому можно учиться и при простом движении по городу. Для этого вам не обязательно ехать быстро, просто тренируйтесь. Например, старайтесь проехать колесами в точности там, где хотите. Можете ли вы сказать, где они? Можете ли вы лишь чуть коснуься края поребрика внешним колесом при выходе из кривой? Можете ли вы затормозить до полной остановки так, чтобы автомобиль не качнулся назад? Можете ли вы переключать передачи настолько плавно, что это похоже на автоматическую коробку передач? Все эти навыки трудно развивать, но, к счастью, они могут быть приобретены в ежедневных поездках по городу или в магазин за молоком.
Я тренировался этому во всех моих автомобилях, включая мой 6.5-литровый Suburban ( да, не слишком мягкая машинка :-)
Тренируйтесь во всем этом до тех пор, пока такая езда не станет для вас естественной - и вы станете более быстрым, не затратив ни пенни на тюнинг.
Статья II: Подвеска
В нашей прошлой статье мы обсуждали, как заставить автомобиль ездить быстрее, улучшая водителя (вас!). В этой статье мы погрузимся в некоторые технические детали, касающиеся подвески: как и почему она заставляет ваш автомобиль ехать быстрее.
Одна из причин, по которой мы выбрали BMW вместо Camaro или Corvette - это важность для нас хорошей управляемости. По крайней мере, я на это надеюсь. И одна из вещей, которыми хороши BMW - это действительно управляемость. Но если так, почему же люди подобные мне или Карлу Букланду всегда изменяют свою подвеску, чтобы получить лучшую управляемость?
Тому есть две причины: ехать быстрее и получать больше удовольствия. Хоть и говорят, что гонки выигрываются на прямых, на самом деле все аспекты примерно равны. Автомобиль, который проходит зигзаги чуть быстрее, поставит меньшее время на круге. Что касается удовольствия, многие из нас любят рулевое с быстрым откликом, которое получается в результате ужесточения подвески. Мы просто считаем, что такую машину интереснее вести.
Вы спросите: что же не так со стандартной заводской подвеской на моей M3?. Хороший вопрос. Инженеры, которые разрабатывали ваш автомобиль, должны были учесть множество факторов и достичь многих целей в реализации проекта.
Для начала, автомобиль должен быть безопасен. Поскольку BMW не может заставить вас сдать водительский тест перед покупкой вашей солнечной M3, им приходится предположить, что не все их клиенты - превосходные водители. Таким образом они закладывают в конструкцию небольшой understeer, чтобы, если вы попадете в неприятное положение, автомобиль был более управляем.
Во-вторых, автомобиль должен быть комфортабелен. Поэтому на него устанавливаются относительно мягкие пружины и амортизаторы, дабы сохранить удобство езды.
В-третьих, автомобиль должен иметь конкурентноспособную цену, так что им приходится выбирать такой проект подвески и ее компоненты, которые стоят не чересчур дорого.
Кроме того, существует множество других факторов: от размера моторного отсека до клиренса, простоты в обслуживании, долговечности шин. Все это должно быть учтено при заключительной компоновке. Само собой разумеется, такой проект является компромиссом.
В этом году BMW продаст 100.000 автомобилей, и большинство из них так и будет ездить на заводской подвеске 10 годами позже. Так что, все же, кое-что BMW делает правильно. Однако некоторым из нас хочется оптимизировать конструкцию для достижения некоторых определенных целей. Это - тот момент, когда мы начинаем модифицировать нашу машину неким непростым способом.
Каждый раз, модифицируя свою подвеску для улучшения управляемости, вы заключаете некую "сделку". Уменьшите высоту подвески, и ваш клиренс понизится. В результате довольно скоро вы оторвете какой-нибудь жутко дорогой кусок пластика от днища автомобиля. Увеличьте жесткость амортизаторов, и мягкость поездки вылетит в окно. Пять миль плохой дороги - и ваш зад будет болеть как после 58-часового сидения на табуретке.
Другая вещь, которую стоит обдумать, принимаясь за модернизацию компонентов подвески - это точное представление об изменениях, которые вы хотите почувствовать в поведении автомобиля после окончания работы. А изменения непременно будут. Машина может начать управляться лучше, а может и хуже. Прочитайте любую статью или письмо про модифицированный автомобиль, и там автор всенепременно несет бред о полученной лучшей управляемости, устойчивости в повороте, предсказуемом oversteer, и т.д. Крайне редко они сообщают вам, что их автомобиль начал ехать как грузовик, кренясь на всем протяжении пути, или пахать носом дорогу как свинья. Все эти вещи возможны и даже вероятны, если вы начинаете заменять случайные части подвески без понимания того, как и почему надо это делать.
Одно из фундаментальных явлений при прохождении автомобилем поворота - перераспределение веса. В основном внешние по отношению к повороту шины получают большую нагрузку, а внутренние - меньшую. Шины могут выдерживать те или иные боковые нагрузки в точности пропорционально вертикальной нагрузке на них. Таким образом, перенос веса на внешнюю сторону означает, что соответствующие шины могут лучше держать машину на дороге в повороте. К сожалению, с внутренними шинами - ситуация противоположная. Причем потеря способности удерживать боковое усилие разгруженными колесами больше, чем улучшение такой способности у нагруженных. Таким образом, в целом перераспределение веса приводит к снижению бокового трения шин. Это ПЛОХО.
Несмотря на то, что многие не верят этому, есть всего две вещи, которые можно сделать для изменения поперечного перераспределения веса. Можно либо увеличить межколесное расстояние, либо понизить центр тяжести автомобиля. Величина перераспределения веса - функция размеров треугольника, начерченного между этими тремя точками спереди и сзади автомобиля (то есть перед и зад могут иметь различные свойства перераспределения веса; это - важный момент, к которому мы еще вернемся позже). Вы можете до некоторого предела увеличивать межколесное расстояние засчет перехода к более широкой резине, но обычно размеры кузова не позволяют существенно увеличить этот параметр (поэтому Porsche сделал когда-то такую "жирную" 911, и поэтому Ferrari - настолько широки). Более легкий способ улучшить золотой треугольник состоит в том, чтобы опустить автомобиль вниз, понизив тем самым центр тяжести.
Как вы можете понизить центр тяжести? Как правило вы ставите более короткие стойки. Это в свою очередь уменьшает ход подвески, уменьшает клиренс, и, на некоторых типах подвесок, увеличивает отрицательный развал, что ХОРОШО, пока он не станет слишком велик - и тогда это будет ПЛОХО. Кроме того, поскольку ход колеса сократился, стойки должны быть более жесткими, чтобы предотвратить более короткую подвеску от частых ударов в ограничитель.
Сократив перераспределение веса, мы увеличили максимальную боковую нагрузку, которую способны выдержать наши шины. Таким образом, мы увеличили максимальную теоретическую скорость, с которой автомобиль способен проходить поворот. В повороте с постоянным радиусом автомобиль с меньшим перераспределением веса начнет боковое соскальзывание при большей скорости. Такой автомобиль называется имеющим лучший поперечный баланс.
Однако, автомобиль может остаться совершенно несбалансированным продольно. В идеале хорошо иметь распределение веса 50:50 между передней и задней осями, и заводская стандартная M3 - очень близка к такому распределению. Замена стоек не изменяет статический вес автомобиля, поэтому, даже понизив его, мы сохраним исходное соотношение 50/50. Но как только ваша M3 входит в поворот, распределение веса изменяется. В проект заложен understeer, помните? Как и спроектировано инженерами BMW, вы почувствуете результаты продольного перераспределения веса, которая является функцией различий в боковой устойчивости переднего и заднего мостов. Более устойчивый конец автомобиля сможет передать большее количество веса другому концу. Таким образом, если перед машины жестче, чем зад, то зад получает большее количество веса в повороте и, таким образом, лучше цепляется за дорогу. Это и называется understeer. ("Цепляется" - неправильное слово, потому что в действительности речь должна идти об углах проскальзывания и векторах силы. На самом деле understeer - такая ситуация, когда отношение угла проскальзывания к углу качения для передних колес больше, чем такое же соотношение для задних).
Ну как, вы уже уловили идею?
Поперечная устойчивость зависит от многих вещей. Жесткость пружин, амортизаторов и поперечного стабилизатора - вот основные три фактора. Кроме того, геометрия подвески (углы наклона стоек и т.п.) тоже играют роль. Если вы делаете задний мост более жестким относительно переднего (или смягчаете передний относительно заднего) автомобиль будет испытывать меньше understeer. В теории "идеальная" подвеска должна сделать автомобиль нейтральным: такая машина не испытывает ни understeer, ни oversteer на идеальной кривой. В действительности гонщики любят настраивать автомобиль либо в одну, либо в другую сторону (я думаю, что я использую 3-ю статью, чтобы обсудить - почему).
Имея такое количество переменных (жесткость пружин, высота центра тяжести, гасящая сила амортизаторов (как на растяжение, так и на сжатие), жесткость поперечных стабилизаторов... (я не забыл про шины?), как можно определить, каково "магическое" сочетание? Ответ таков - нет НИ ОДНОГО (подождите 3-ей статьи). Тем не менее, вы можете кое-что предпринять...
На этот счет существует множество различных мнений. Одни призывают к установке жестких пружин и и мягких стабилизаторов. Другие - за мягкие пружины и толстые стабилизаторы. На самом деле я лично люблю, когда пружины не более жестки, чем они должны быть - то есть они должны быть такими, чтобы подвеска почти, но не совсем достигала ограничителя на самой здоровенной колдобине данной трассы. Пружины критичны для обеспечения способности шин соответствовать неровностям дороги вместо того, чтобы перепрыгивать через них. Когда ваше колесо находится в воздухе, оно вообще не имеет сцепления с дорогой. После того, как вы установили пружины с минимальной жесткостью со всех четырех сторон, вы регулируете относительную жесткость между передней и задней подвеской. Затем вы балансируете автомобиль с помощью подбора жесткости стабилизаторов.
Однако, это только для гонки. Для движения по улице, вам нужны пружины не жестче, чем можно позволить себе на дорогах, по которым вы обычно ездите. Помните также, что стабилизаторы устойчивости - тоже пружины (торсионные). Чем жестче ваш стабилизатор, тем сильнее зависимость двух колес: когда одно из них приходит в движение, другое, следует за ним.
Одно из решений проблемы (я шел к этому) - подвеска, регулируемая по высоте. Обычно это специальные упоры пружин с нарезкой.
Такие упоры полезны по двум причинам: простое изменение клиренса и стандартизация диаметра и размера пружин. В результате можно найти пружины различной жесткости. Все это делает возможным для гоночной команды иметь набор пружин для разных трасс (подробнее об этом - в 3-ей части). Некоторые комплекты упоров позволяют регулировать высоту только на передней подвеске; с другими можно регулировать все четыре колеса.
Последнее предпочтительнее, так как это позволяет вам опускать оба конца автомобиля независимо, а также регулировать распределение веса по углам. Это - процесс балансировки автомобиля между правым передним и левым задним, между правым задним, и левым передним колесами. Автомобиль, несбалансированный диагонально, будет плохо себя вести именно тогда, когда вам меньше всего этого хочется. Это также позволит вам распределить вес для специфической настройки на конкретную трассу. Принцип прост: подъем заднего правого угла увеличивает вес левого переднего, и наоборот. И т.д.
Все это приводит нас к заключению 2-й статьи: каким же образом нам решить, что делать? У вас два выбора. Вы можете установить готовый "пакет", или изобретать его самостоятельно. Пакет - полная подвеска некоей фирмы, например Dinan или какой-то еще. Они подбирают комбинацию пружин, амортизаторов и стабилизаторов для конкретного автомобиля, и уверяют, что все это вместе будет работать хорошо. Пока ваша цель в настройке машины точно совпадает с целями, которые они ставили при подборке данного пакета, это удовлетворит вас. Альтернатива - свой собственный пакет. Вы начинаете с готового пакета и меняете детали, либо просто начинаете с нуля и сами подбираете пружины, амортизаторы и стабилизаторы. Это дорого, отнимает много времени и потенциально опасно при испытании новой настройки на трассе. Лучший способ самостоятельно настраивать подвеску состоит в том, чтобы работать так же, как тюнинговые фирмы: обеспечьте себе как можно больше настраиваемых узлов. Если у вас стоят настраиваемые поперечные стабилизаторы, вы можете попробовать разную жесткость без необходимости все время покупать новые стабилизаторы. В этом смысле амортизаторы Koni лучше, чем Bilstein: они настраиваемы. Пока еще никто не придумал настраиваемых пружин, но регулируемые упоры дают почти такой же эффект. Обычно они позволяют повышать или понижать подвеску с достаточно маленьким шагом для точной регулировки.
Мы охватили здесь много материала, и я надеюсь, что по крайней мере часть его была полезна. Думаю, написать все это меня побудили отчасти рекламные объявления, которые я видел в журналах и в сети по поводу различных пружин. Обычно они описываются в терминах уменьшения высоты автомобиля (для достижения желаемого внешнего вида!), что является довольно бессмысленной меркой. Если вы опускаете центр тяжести, это конечно хорошо... Но если при этом вы полностью нарушаете баланс, или ваши пружины оказываются слишком мягкими или жесткими - это плохо.
Мы еще не поговорили все же о регулировке подвески и о резине. Также мы не говорили о том, почему автомобиль, который сегодня идеально слушается, может стать кошмаром завтра. И почему люди волнуются о температуре шин. Я попробую рассказать обо всем этом дальше.
Статья III: Тонкая настройка
В нашей прошлой беседе мы говорили о различных модификациях, которые можно внести в подвеску и их влиянии на поперечное и продольное перераспределение веса. После этого мне по почте стали задавать вопросы: почему я не ограничился двумя простыми постулатами.
- Поперечное перераспределение веса - это "плохо", и нам надо минимизировать его в повороте.
- Мы можем управлять продольным перераспределением веса путем выбора индивидуальных частей подвески.
Как известно, для большинства людей understeer лучше, чем oversteer. Истинно ли это, и если истинно - почему?
Вкратце можно сказать, что автомобили с understeer менее склонны к входу в занос, чем автомобили с oversteer. Более детальный ответ требует исследования человеческой натуры.
Если вы входите в поворот слишком быстро (на улице, на трассе - все равно), что является вашей естественной реакцией? Ваше сознание кричит: СЛИШКОМ БЫСТРО, и ваша правая нога, которая управляет скоростью автомобиля, немедленно реагирует подъемом. Если эта нога совершенно не управляется мозгом, она может даже надавить на тормоз (именно так вы обычно снижаете скорость, не правда ли?).
Очень плохо.
Отпускание педали акселератора приведет к замедлению автомобиля, а замедление приведет к передаче веса с задней на переднюю ось. И, значит, задняя ось автомобиля станет легче.
Легче - значит шины будут обладать меньшим сцеплением с дорогой, поэтому задняя ось с большей вероятностью уйдет в сторону под влиянием центробежной силы. Долей секунды позже вы увидите дорогу через боковое стекло. Не слишком приятная ситуация. ЭТА ТЕНДЕНЦИЯ ЕЩЕ ХУЖЕ В АВТОМОБИЛЕ С OVERSTEER. Под словом "хуже" я подразумеваю, что автомобиль с еще большей вероятностью поведет себя именно так, и при меньшей "помощи" с вашей стороны, чем автомобиль с understeer. Именно поэтому Porsche 911 - машина для опытных водителей: следуйте вашим инстинктам в 911 - и следующим звуком, который вы услышите будет вой сирены скорой помощи.
Поэтому почти все автомобили настраиваются производителем так, чтобы избежать подобного бедствия. Автомобиль с understeer ВСЕГДА будет только пахать асфальт передними колесами по касательной к предполагаемой траектории, если вы были настолько неумны, чтобы сбросить скорость в быстром повороте. Конечно, даже автомобиль с understeer можно заставить войти в занос. Старые американские автомобили особенно этим знамениты, так как 60-70 процентов их веса приходилось на передние колеса, и на них не было никакого ABS. Надавите как следует на тормоза - и готово! Задние колеса идут юзом и автомобиль вращается.
Все это - экстремальные ситуации. Как правило, если вы - средний водитель, вы входите в поворот чуть быстрее, чем нужно, и сбрасываете газ. Ничего страшного не происходит.
С другой стороны, конечно же, это ужасный способ прохождения гоночной трассы. Давайте рассмотрим два примера: гонки клуба Форд (CF) и автомобиль F1.
Автомобили CF имеют небольшую мощность, они легкие и с узкой жесткой резиной.
Посмотрите любую гонку CF, и вы сразу заметите, что быстрые гонщики срывают автомобили в занос в каждом повороте. Поскольку автомобили не способны к высокому уровню сцепления с дорогой, быстрым способом прохождения поворота является вхождение в занос в первой половине поворота, а затем мощный выход из него. Типичный поворот CF, разделенный на фазы, выглядит приблизительно так:
- Поздно затормозить.
- При движении все еще слишком быстро, чтобы совершить поворот, слегка приотпустить педаль тормоза и резко повернуть руль.
- Поскольку задние колеса несколько облегчены, а машина настроена на сильный oversteer, это моментально приводит к заносу, машина начинает быстро вращаться.
- Немедленно надавить на газ, выравнивая передние колеса.
- Вес переносится спереди назад, что несколько уменьшает боковое скольжение задней оси.
- Облегченная передняя ось тоже начинает боковое скольжение.
- Теперь автомобиль движется к апексу, но его продольная ось совпадает с выходом из поворота. Если автомобиль дальше поедет прямо, он будет двигаться через апекс к отбойнику.
- Однако автомобиль не идет по прямой линии. Он движется и вперед, и боком одновременно. Это - классический, редко выполняемый людьми на улице (что бы они ни говорили), занос всех четырех колес. Это красиво, на это стоит посмотреть.
- Автомобиль скользит к выходу из поворота, где теряет поперечное ускорение и снова едет туда, куда направлены колеса - вперед по трассе.
Теперь давайте посмотрим на болид F1. Этот автомобиль имеет огромную мощность, и у него широкие, мягкие, липкие шины. Он легок, но зато обладает специальными аэродинамическими характеристиками, чтобы создать дополнительную прижимающую силу в повороте.
Честно говоря, я в точности не знаю, как настраивают автомобиль F1. Но я могу предположить, что гонщики первой формулы любят автомобиль, близкий к идеальному балансу, с, возможно, крохотным understeer. Автомобили настолько быстры, что, потеряв дорогу, они будут вылетать с трассы быстрее, чем гонщик сможет среагировать. Если вы посмотрите по телевизору гонку F1 "из автомобиля", вы увидите, как гонщики вращают руль из крайнего в крайнее положение при прохождении шикан. Это - не идеальный способ, они компенсируют какие-то мелкие ошибки. Чем больше вы поворачиваете руль, тем медленнее вы едете. Движение болида F1 боком - не самый быстрый путь по трассе. F1 - это совершенно особый класс машин из-за их аэродинамики. Их крылья предназначены для создания прижимающей силы, которая заставляет колеса лучше держать дорогу. В результате они могут испытывать около 3G боковой перегрузки. Когда автомобиль способен при таком боковом ускорении сохранять сцепление шин с дорогой, самочувствие гонщика может быстро оставить желать лучшего. Только настоящий мастер может управлять таким автомобилем.
В общем же, в по-настоящему быстром автомобиле вы должны успеть повернуть руль прежде, чем автомобиль совершит что-нибудь плохое. К тому времени, когда автомобиль попадет в сложную ситуацию, будет слишком поздно что-либо исправлять.
Так что, гонщики F1 - телепаты? Каким образом они могут заранее знать, что автомобиль собирается выйти из-под контроля? Тут мы возвращаемся к настройке подвески. Самый общий ответ заключается в том, что гонщику нужен автомобиль, который обеспечивает максимальную обратную связь, чтобы он смог почувствовать, что же происходит. Зная, за чем следить, и что воспринимать как сигнал о надвигающейся беде, можно избежать неприятностей.
Например, при увеличении боковой нагрузки наклон передних стоек вызывает большую возвращающую силу. То есть вы поворачиваете руль для входа в поворот, а руль тянет назад к прямому положению. Это - одно из преимуществ сильного наклона передних стоек (имеются также недостатки, как вы, наверное догадались). Если у вас есть гидроусилитель руля (здесь владельцы 2002 выигрывают), вы менее четко чувствуете возвращающую силу, поскольку гидроусилитель работает против нее. Почему нам так важно чувствовать возвращающую силу?
Потому что непосредственно перед боковым соскальзыванием шин возвращающая сила значительно ослабевает. Хороший водитель почувствует, что руль "цепенеет" и предпримет корректирующее действие. С усилителем руля гораздо труднее почувствовать это. Кроме того, однако, следует удалить из подвески большую часть микро-подрессоривания (я только что придумал этот термин, не пытайтесь его копировать). Иначе все попытки почувствоват машину - дохлое дело. Микро-подрессоривание - резинки в сайлентблоках каждой детали вашей подвески, которые поглощают мелкие неровности дороги и шум во время вашей поездки к бабушке. Гоночные автомобили используют твердые как камень сайлентблоки вместо резины для достижения двух целей:
1) Мгновенный ответ на мельчайшие движения рулем, так что вы не тратите впустую время и энергию на сжатие резинок сайлентблоков.
2) Обратная связь от дороги.
По той же причине для гонки хороши более жесткие пружины и поперечные стабилизаторы.
Но не всегда.
А что если идет дождь? Мокрая трасса обладает гораздо меньшим сцеплением с, шинами, уменьшается максимально допустимая боковая нагрузка. В этом случае вам надо вести машину еще более плавно, чем прежде. Так что многие гоночные команды в этом случае предпочтут "мягкую" настройку, заменив все пружины, амортизаторы и стабилизаторы на более мягкие.
Иногда то, что кажется верным, оказывается ошибкой. Когда команда BMW впервые приняла участие в гонках IMSA в 70-х годах на прекрасных CSL, гонщики в ходе тестов обнаружили, что высокая жесткость стабилизаторов не способствует хорошему времени прохождения круга. Они начали ставить все более и более мягкие, автомобили кренились все больше и больше, а на круге выигрывалась секунда за секундой. В конце концов, конечно, эти автомобили не стали в точности такими же, как нью-йоркские такси, но они стали намного более мягкими. Время прохождения круга никогда не врет.
А что с развалом? Почему это важно?
Проделайте следующий эксперимент. Возьмите новый карандаш с резинкой на конце, прижмите резинку к гладкой поверхности совершенно перпендикулярно и пытайтесь толкать резинку другой рукой. Теперь слегка наклоните карандаш в сторону, противоположную направлению движения и повторите опыт. Две вещи должны стать очевидными: чем сильнее вы давите на карандаш, тем тяжелее двигать резинку (еще бы!). Резинка на наклоненном карандаше скользит хуже, чем на перпендикулярном.
Так действует развал колес, и поэтому на гоночных автомобилях как правило установлен сильный отрицательный развал (колеса наклонены внутрь сверху). На старой диагональной резине, когда покрышка испытывала большую поперечную нагрузку при большом отрицательном развале, шина на самом деле ложилась всей плоскостью на дорогу. Отрицательный развал увеличивали до тех пор, пока измерения температуры шины после нескольких быстрых кругов не показывали одинаковых значений по всей ширине. Современные гоночные радиальные шины деформируются неоднородно из-за неоднородности конструктива корда, и, таким образом никогда не будут показывать идентичной температуры по всей плоскости. Тем не менее измерения температуры шин жизненно важны участникам гонок: вы можете заметить, как технические специалисты команды все время показывают температурные кривые гонщикам в течение тестов. Они могут многое понять в настройке машины, изучая эти температуры. Вы можете заняться тем же, если у вас есть соответствующий прибор (пирометр).
К сожалению, слишком большой отрицательный развал (Боже, опять запахло компромиссом) съедает внутреннюю часть протектора ваших покрышек во время простой поездки по дороге. Уменьшение дорожного просвета вашего автомобиля вызывает отрицательный развал, особенно задних колес. Поэтому перед покупкой особо "сверхпонижающих" пружин вы должны подумать, что они сделают с вашим развалом.
Настоящие профи настраивают машину под данную трассу в данный день. Как правило вы находите оптимум для некоторой части трассы, поскольку настройка, позволяющая быстрее пройти один поворот, может ухудшить прохождение другого. Некоторые повороты важнее остальных (см. книгу Алана Джонсона, упомянутую в 1-й статье), поэотму имеет смысл оптимизировать одни повороты засчет других. Именно поэтому команды ведут точные записи обо всех временах прохождения участков трассы, состоянии трассы, настройке, температуре шин и т.д. Накопление данных для команды Indy или F1 - серьезная работа. В качестве любителей мы должны делать все, что возможно, при помощи записной книжки и карандаша. Вам также понадобится чувство автомобиля и достаточного понимания компонентов и их взаимосвязей, чтобы определить, какие регулировки следует попробовать.
Никогда не изменяйте больше одной настройки одновременно. Измените давление в шинах, или замените стабилизатор, но не изменяйте их одновременно с целью получить некую полезную информацию.
Со временем вы будете становиться все более и более опытным водителем. И вам захочется иметь автомобиль со все большей возможностью управлять его поведением на дороге, чтобы вы могли легко развернуть его на 180 градусов и направить в любую сторону. Не торопитесь. До тех пор, пока вы на стали участником Формулы Атлантика и выше, все это - верное средство рано или поздно разбиться в лепешку. Для того, чтобы стать мастером, необходим навык и огромное количество практики.
И правильная настройка подвески.
John Browne
BMW CCA
BMW ACA Puget Sound Region
M3 LTW (PeeKay)
Suburban 2500 (Godzilla)
326 iX (Spunky the brave little car)
Скопировано с сайта http://www.servocomp.ru/evo...
Коля Сахипов,
05-09-2009 20:53
(ссылка)
что лучше??передний привод или задний????????
Передний или задний привод:
Чтобы понять в чем преимущества и недостатки двух систем с точки зрения драйва и драйвера. Большинство автомобилей "Формула-1", М3, М5, ..... с классической схемой компоновки: мотор спереди, задние колеса ведущие. И не только. Эксперты в один голос заявляют: 180-190 л.с. для переднего привода, не снабженного сверхсложными электронными системами стабилизации, представляют предел, после которого элементы ходовой части получают значительные нагрузки, а управляемость неизбежно выходит из-под контроля. Зато задний привод, не без помощи, правда, систем стабилизации, легко поможет справиться и с большей мощностью.
Передний привод позволяет значительно быстрее изменять вектор направления движения, ему не нужна такая сложная "заднеприводная" баллистическая траектория. Другими словами, машина отчетливей реагирует на движения руля, легче и быстрее выполняет необходимые маневры. Но тут в дело вступает фактор покрытия. Переднеприводные автомобили практически всегда могут выиграть ценные секунды на скользких покрытиях, сухой же асфальт нивелирует разницу в результатах. Старт с места стопроцентно гарантирует выигрыш заднеприводному автомобилю - при продольном ускорении вес перераспределяется на заднюю ось, загружая ее, в то время как переднеприводный автомобиль теряет время из-за пробуксовки колес. Определенные преимущества есть у машин с классической схемой компоновки и при прохождении крутых поворотов: после того как оба автомобиля одинаково загрузят передние колеса торможением, заднеприводному автомобилю будет легче первым "открыть" газ - ведь вес снова перераспределится назад на ведущие колеса. А "переднеприводнику" придется постоянно дозагружать свои проскальзывающие ведущие колеса. За счет этого выигрыша пилоты заднеприводных машин могут позволить себе менее удачную траекторию входа в поворот.
Фундаментальны и принципы поворачиваемости двух разных типов машин. За счет больших углов увода передних колес, переднеприводные автомобили всегда стремятся увеличить радиус поворота, упрямо распрямляя траекторию. Это явление называется недостаточной поворачиваемостью и на пределе сцепления с покрытием грозит сносом передней оси. Заднеприводные автомобили грешат избыточной поворачиваемостью, переводя автомобиль на меньший радиус и вызывая снос задней оси. Нельзя сбрасывать со счета фактор металлоемкости - отсутствие у переднеприводных автомобилей кардана, редуктора заднего моста, сложных конструкций полуосей.
Текст: Андрей Герасенков, МСМК по ралли, руководитель петербургского филиала "Центра Высшего Водительского Мастерства"
Чтобы понять в чем преимущества и недостатки двух систем с точки зрения драйва и драйвера. Большинство автомобилей "Формула-1", М3, М5, ..... с классической схемой компоновки: мотор спереди, задние колеса ведущие. И не только. Эксперты в один голос заявляют: 180-190 л.с. для переднего привода, не снабженного сверхсложными электронными системами стабилизации, представляют предел, после которого элементы ходовой части получают значительные нагрузки, а управляемость неизбежно выходит из-под контроля. Зато задний привод, не без помощи, правда, систем стабилизации, легко поможет справиться и с большей мощностью.
Передний привод позволяет значительно быстрее изменять вектор направления движения, ему не нужна такая сложная "заднеприводная" баллистическая траектория. Другими словами, машина отчетливей реагирует на движения руля, легче и быстрее выполняет необходимые маневры. Но тут в дело вступает фактор покрытия. Переднеприводные автомобили практически всегда могут выиграть ценные секунды на скользких покрытиях, сухой же асфальт нивелирует разницу в результатах. Старт с места стопроцентно гарантирует выигрыш заднеприводному автомобилю - при продольном ускорении вес перераспределяется на заднюю ось, загружая ее, в то время как переднеприводный автомобиль теряет время из-за пробуксовки колес. Определенные преимущества есть у машин с классической схемой компоновки и при прохождении крутых поворотов: после того как оба автомобиля одинаково загрузят передние колеса торможением, заднеприводному автомобилю будет легче первым "открыть" газ - ведь вес снова перераспределится назад на ведущие колеса. А "переднеприводнику" придется постоянно дозагружать свои проскальзывающие ведущие колеса. За счет этого выигрыша пилоты заднеприводных машин могут позволить себе менее удачную траекторию входа в поворот.
Фундаментальны и принципы поворачиваемости двух разных типов машин. За счет больших углов увода передних колес, переднеприводные автомобили всегда стремятся увеличить радиус поворота, упрямо распрямляя траекторию. Это явление называется недостаточной поворачиваемостью и на пределе сцепления с покрытием грозит сносом передней оси. Заднеприводные автомобили грешат избыточной поворачиваемостью, переводя автомобиль на меньший радиус и вызывая снос задней оси. Нельзя сбрасывать со счета фактор металлоемкости - отсутствие у переднеприводных автомобилей кардана, редуктора заднего моста, сложных конструкций полуосей.
Мне нравиться задний привод, его не поменяю ни на что. BIMMER
Коля Сахипов,
04-09-2009 22:01
(ссылка)
drifting
Управляемый занос, передний привод. By Richard S. Chang
1. Тяжелее делать чем на заднем приводе, потому что у вас нет характеристик заднеприводных автомобилей. Здесь Вы используете вес автомобиля и ручногй тормоз. Пожалуйста помните: Это не безопасно для окружающих, советую не практиковаться на общественных дорогах. Входите в поворот настолько быстро, насколько возможно, пока Вы не по чувствуете, что задняя часть автомобиля соскальзывает. 1. It’s harder to do than in a RWD because you don’t have the oversteer characteristics of a rear-wheel-drive car. So you use the weight of the car and the emergency brake. Please remember: Only attempt in an area expressly deemed legal and safe for drifting, never on public roads. Steer into the turn as hard as possible, until you feel the back end begin to oversteer.
2. Выжав сцепление тяните ручной тормоз, одновременно, у берите вашу ногу от газовой педали до полного скольжения автомобиля боком. 2. With the clutch in, pull the E-brake with the clutch. Simultaneously, take your foot off the gas pedal until the car swings completely sideways.
3. Вывернуть колёса в полном противоположном направлении поворота, чтобы передние шины продолжали нормальное движение по дороге. 3. Countersteer the wheel in the complete opposite direction of the turn. This releases any tire grip from the front tires.
4. Опустить ручной тормоз, нажать полный газ. Автомобиль продолжит скольжение. 4. Drop the E-brake. Hit the gas full throttle. The car will continue to drift.
Коля Сахипов,
04-09-2009 21:43
(ссылка)
Есть ли смысл...........???????
как считаете есть смысл тюнинговать русскую тачку???????или проще купить машину со всеми прибанбасами???????
В этой группе, возможно, есть записи, доступные только её участникам.
Чтобы их читать, Вам нужно вступить в группу
Чтобы их читать, Вам нужно вступить в группу
