Первый — впрыск топлива происходил на тактах впуска и сжатия, этот режим был необходим для увеличения крутящего момента на малых оборотах двигателя.
Второй — впрыск в момент впуска, этот режим применялся для достижения двигателем максимальной мощности.
Третий режим — режим впрыска обедненной смеси на такте сжатия применялся для увеличения топливной экономичности на режимах малой нагрузки и холостого хода.
Отдельно стоит сказать о том, что впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания позволяет повысить детонационную стойкость двигателя, так как при испарении бензин забирает часть тепла у нагретого в цилиндре воздуха. Этот фактор позволяет повысить степень сжатия и, соответственно, еще больше уменьшить расход топлива. При всех своих преимуществах, а именно увеличении мощности, топливной экономичности и уменьшении выбросов вредных веществ, двигатель получился достаточно дорогим, так как в нем применялись высокотехнологичные компоненты. Например, топливный насос высокого давления, развивавший 50 бар (в последних разработках давление достигает 200 бар), а педаль газа не имела прямой связи с дроссельной заслонкой. Была также применена оригинальная головка блока цилиндра, в которой впускные каналы сделаны прямыми по вертикали. С того времени как стал выпускаться этот двигатель, прошло уже более 10 лет, и сейчас практически все производители примерили непосредственный впрыск для своих двигателей. Сегодня специалисты в области двигателестроения заняты не только вопросами улучшения топливной экономичности и КПД поршневого двигателя, их особенно волнует вопрос резкого «утолщения» мотора, нашпигованного различными электронно-механическими системами. В эпоху карбюраторного двигателя было все намного проще, блок цилиндров изготавливался из достаточно тяжелого, но прочного специального серого чугуна. Кстати говоря, применение этого вида материала не случайно, ведь колебания, возникшие в сером чугуне, гасятся примерно в 10 раз быстрее, чем в стали. Головка отливалась из сплава на основе алюминия, и все было хорошо. Сейчас же борьба идет за каждый грамм лишнего веса. Вспомнить хотя бы биметаллический блок цилиндров 3‑литрового 6‑цилиндрового двигателя от BMW. Внутренняя, более нагруженная часть блока цилиндров до рубашки охлаждения выполнена из алюминиевого сплава с большим содержанием кремния. А наружная часть, менее нагруженная, сделана из магниевого. Технология получения такого блока цилиндров очень сложна, а экономия массы составляет примерно 10 кг по сравнению с цельноалюминиевым блоком. Конечно, можно подумать, что это только маркетинговый шаг, направленный на повышение реноме марки, но это не совсем так. Потому что, если нам удастся «сбросить» с одной детали несколько килограммов или даже граммов, то в совокупности мы получим огромный выигрыш по массе. Надо сказать, что во время внедрения алюминия в двигателестроение инженеры столкнулись с проблемой малой износостойкости крылатого металла. Поэтому впоследствии были разработаны специальные покрытия, предохраняющие зеркало цилиндра от износа. Одним из таких покрытий был широко известный «Никасил» — соединение жаростойкого никеля с износостойким карбидом кремния, он пришел в массовое автомобилестроение из мира королевских гонок. Кроме снижения массы автомобильные компании пытаются снизить расходы, связанные с разработкой и производством двигателей. Поэтому сегодня достаточно часто можно наблюдать сотрудничество крупных автомобильных компаний при конструировании моторов.
Недалекое будущее автомобильных двигателей (моторов)
То, что произойдет в мире двигателестроения в ближайшие 10 лет, предсказать достаточно сложно, но определить генеральные линии развития все-таки можно. Самое главное направление удара — это гибридизация, причем пока акцент, надо сказать, ставится на бензино-электрический тандем, хотя дизельно-электрическое сотрудничество, на наш взгляд, более оправданно, особенно если главной целью является экономия топлива, а не маркетинговые хитрости. «Игры» с водородом, скорее всего, прекратятся, так как выгода от автомобилей, оснащенных двигателями на сверхлегком топливе, достаточно туманна. Необходимо сначала получить водород, а из водорода уже с помощью дорогущих топливных элементов — электричество. Скорее всего, достаточно скоро будет представлен двигатель, оснащенный гидравлическим или электромагнитным приводом клапанов. Это новшество позволит отказаться сразу от двух систем: регулировки фаз газораспределения и величины подъема клапанов. Да и КПД от этого нововведения тоже подрастет, так как не нужно будет приводить во вращательное движение массивные элементы системы газораспределения. Хотелось бы, наконец, увидеть и серийный двигатель, оснащенный системой регулировки степени сжатия, теоретически он должен стать очень экономичным. Дальнейшее развитие получат и маленькие «злые» моторчики, оснащенные турбонаддувом, так как соотношение лошадиных сил и крутящего момента к единице массы у них достаточно велико. К выхлопной трубе, кстати говоря, может переехать и генератор, так как энергия выхлопных газов имеет большую величину, а практически не используется. Говоря о двигателях, не стоит забывать дизельные моторы, они, скорее всего, и получат численное превосходство в будущем, потому что уже сегодня в Европе продается больше дизельных автомобилей, чем бензиновых, но о них мы поговорим попозже.
Тюнинг двигателей
Что такое тюнинг и для чего он нужен, не знает только тот, кто находится в информационном вакууме и не знаком с конструкцией автомобиля. Но даже те, кто знают о доводке автомобиля не понаслышке, не всегда понимают, откуда у стандартной, весьма нерасторопной «десятки» или «восьмерки» берутся пресловутые момент и мощность, позволяющие тягаться со многими иномарками. Все дело кроется в настройке двигателя. Причем настройке особой.
По сути, чтобы улучшить характеристики двигателя необходимо увеличить его максимальные мощность и крутящий момент, а также диапазон рабочих оборотов. Для этого есть два пересекающихся, но различных по результативности способа.
Первый и самый простой - не углубляясь в сам двигатель, установить более производительные внешние детали. Как правило, это воздушный фильтр, ресивер, дроссельная заслонка, распредвалы и система выпуска, таким способом поднять максимальную мощность можно в среднем на 20-30%. При этом от вас не потребуется больших финансовых вложений, вы затратите минимум времени и сил.
Второй способ - это так называемая механическая доработка двигателя. Здесь можно выделить два подхода: увеличение рабочего объема двигателя и доработка головки блока цилиндров.
Сегодня мы рассмотрим модернизацию головки блока. Отметим, что указанные два способа тюнинга двигателя действительно пересекаются и дополняют друг друга: форсированный двигатель просто потребует от вас более производительных внешних узлов.
Итак, головка блока цилиндров, или ГБЦ. Что это за узел, за что он отвечает и как обеспечить лучшую производительность двигателя его доводкой?
Основной метод увеличения мощности и момента - подача в камеру сгорания как можно большей воздушной массы. Это и является главной целью тюнинга и доводки ГБЦ. Ведь головка блока, ни много ни мало, отвечает за впуск воздушной или воздушно-топливной массы в двигатель, формирование рабочих процессов и выпуск отработавших газов. И на всех тактах сопротивления движению поршня должны быть минимальными. У нас есть стандартная ГБЦ двигателя ВАЗ-2108. Мотор, прямо скажем, не самый резвый, поэтому будем его улучшать. Во-первых, обеспечим подачу большего количества воздуха в камеру сгорания, во-вторых, доработаем саму камеру сгорания в районе впускного и выпускного клапанов, и в-третьих, ошлифуем плоскость головки и затем соберем ее. Для подачи большего количества воздуха необходимо увеличить проходное сечение канала впуска, самое узкое место которого находится в области впускного клапана. Подбираем впускной клапан с тарелкой большего диаметра, после чего дорабатываем сам клапан на токарном станке. С помощью специального кругового резца уменьшаем диаметр ножки клапана и убираем лишний металл в месте сопряжения ножки с тарелкой. После обработки шлифуем фаску. Этапы обработки и результат можно увидеть на фотографиях. Так как мы подобрали клапан с тарелкой большей, чем у штатного, то и его седло должно иметь больший диаметр. Штатное седло запрессовано, поэтому просто так снять его и поставить новое не удастся. Для замены седла устанавливаем головку блока в специальный станок и приводим по направляющей втулке поверхность седла к горизонтали с помощью специального уровня. Далее устанавливаем резец соответствующего диаметра и с автоматической подачей вырезаем штатное седло.
Далее работаем с камерой сгорания. Нам необходимо убрать лишний металл вокруг впускного и выпускного клапанов и сделать «зализы» около них плавными и гладкими. Тем самым мы добьемся более ровного и плавного потока воздуха и выхлопных газов в районе входа и выхода из камеры сгорания. Так как при доработке объем камеры увеличился, то необходимо убрать лишний металл с привалочной плоскости ГБЦ (так мы сохраним изначальный объем камеры и избавимся от риска детонации).
Теперь, когда все этапы выполнены, можно провести чистовую шлифовку поверхности головки. Для этого устанавливаем ее в универсальном станке, выравниваем горизонтально и специальным резцом, установленным на шлифовальном барабане, делаем сначала черновой, а затем чистовой проходы.