Увеличаването на обема на двигателя с вътрешно горене е най-простият метод за подобряване на моментните (в повечето случаи) и мощностните характеристики на мотора. Съществуват няколко възможни варианта за увеличаване на обема на двигателя ВАЗ-21083 (и на неговите производни – ВАЗ 2111, 2112, тъй като те ползват практически еднакви блокове, с изключение на 16-клапановите двигатели на ВАЗ-2112):
Първи метод („народен”, евтин) – разпилване на цилиндровия блок за бутала с по-голям диаметър. Разходи – работа по разпилването на блока + стойността на новите бутала с по-голям диаметър.
Втори метод (по-скъп) – замяна на стандартния колянов вал с друг, имащ по-голям радиус – по-голям ход на буталото – по-голям обем. Разходи – колянов вал (от 74,8 мм до 80 мм), комплект специални бутала (тъй като цилиндровия блок си има определена височина), сегменти и накрая работа по разпилването на блока за новите бутала.
Увеличаването на обема не винаги е най-изгодният начин за форсиране на двигателя – понякога, в зависимост от това, което искате да постигнете от мотора, е по-добре да се доработи цилиндровата глава и след тази операция да се вдига мощността на агрегата.
За да се разкрият възможностите на разпределителния вал с пълна сила е необходима сериозна работа по главата – замяна на клапаните с такива с по-голям диаметър (на 8-клапановите двигатели пасват клапани от BMW, а на 16-клапановите – от различни VW и Opel). Не трябва да забравяме за всмукателните и изпускателните канали, по които сместа влиза в цилиндрите, а отработените газове се „изстрелват” с висока скорост – сечението им трябва да се увеличи до определени предели и да се направи вътрешна полировка и промяна на профила.
Освен главата, голямо влияние на характера на мотора оказва „геометрията” му. Няма да обсъждаме различните типове бутала и формата им или теглото на коляновия вал, макар те безспорно имат принос за характера на бъдещия мотор.
Съществува едно понятие, което изразява съотношението на дължината на мотовилката към хода на буталото (диаметъра на коляновия вал) и тази характеристика съществено влияе на „дишането” на мотора.
В тази статия ще разгледаме влиянието на тази характеристика и как тя влияе на двигателите от семейство ВАЗ-2108. В англоезичната литература това съотношение се нарича R/S – rod to stroke ratio, и на него се обръща доста сериозно внимание при доработване на мотора. Много източници смятат, че „златната среда” е R/S = 1,75.
При желание в Интернет сами можете да намерите достатъчно много извадки и сметки за двигателите на Honda. Отчасти всички те ще са справедливи и за моторите на ВАЗ, защото и в двата случая става въпрос за двигатели с относително малък работен обем (двигателите на Honda от серията B16A – B20B с обем съответно от 1,6 до 2,0 литра, което съответства с литража на мотора ВАЗ 21083 (2112), получен при форсиране с увеличаване на обема). Ето пример с геометрията на легендарния мотор B16A (обем 1587 куб. см., мощност 160 к.с., първият „цивилен” мотор с мощност 100 к.с./литър):
Дължина на мотовилката: 134 мм
Ход на буталото: 77 мм
Съотношение R/S: 1,74:1 (както се вижда, много близко до „златната среда”)
Да видим какво е положението с родните двигатели:
21081 – обем 1099 куб. см
- ход 60,6 мм
диаметър на буталото 76 мм
дължина на мотовилката 121 мм
R/S = 1,996
- ход 71 мм
диаметър на буталото 76 мм
дължина на мотовилката 121 мм
R/S = 1,7
- ход 71 мм
диаметър на буталото 82 мм
дължина на мотовилката 121 мм
R/S = 1,7
- ход 74,8 мм
диаметър на буталото 82 мм
дължина на мотовилката 121 мм
R/S = 1,61
Нестандартни конфигурации на двигателя 21083: Мотовилки 132 мм могат да се слагат на стандартен блок 21083 само при използване на двусегментни бутала.
Ефекта на голямото отношение R/S (дълга мотовилка, малък радиус на коляновия вал):
ЗА: Позволява на буталото да се намира по-дълго време в ГМТ, което допринася за по-доброто горене на горивната смес, тоест по-пълното изгаряне на сместа, по-високо налягане върху буталото след подминаване на ГМТ, по-висока температура в горивната камера. Резултатът е добър въртящ момент при средни и високи обороти.
Дългата мотовилка намалява триенето на двойката «бутало-цилиндър», а това е много важно при работния ход на буталото.
ПРОТИВ: Двигател с много голямо отношение R/S не може да осигури добро напълване на цилиндрите при ниски и средни обороти на коляновия вал, заради намаляването на скоростта на въздушния поток (поради намаляването скоростта на движение на буталото след ГМТ, когато се отваря всмукателния клапан).
Голяма вероятност има да се получават детонации, заради високата температура в горивната камера и дългото време, в което буталото се намира в ГМТ.
Ефект на малкото отношение R/S (къса мотовилка, голям радиус на коляновия вал):
ЗА: Осигурява много добра скорост на напълване на цилиндрите при ниски и средни честоти на въртене на коляновия вал, тъй като скоростта на движение на буталото от ГМТ е по-висока, разреждането се повишава по-бързо, което подобрява напълването на цилиндрите, по-високата скорост на движение на горивната смес прави сместа по-хомогенна (еднородна), което от своя страна способства за по-доброто изгаряне.
Преимущества: по ниски изисквания към обработката и диаметъра на каналите в цилиндровата глава, отколкото при двигателите с голямо отношение R/S.
ПРОТИВ: Малкото отношение R\S означава по-голям наклон на мотовилката. Това от своя страна означава, че по-голяма сила ще натиска буталото в хоризонталната плоскост. За двигателя това означава следното:
1) Високо натоварване на мотовилката (особено в централната и част), което способства вероятността да мотовилката да се разруши. Самото разрушаване на мотовилката, разбира се, е слабо вероятно, освен в случай на счупване, при блокиране и хидравличен удар. В тези случаи обикновено мотовилката се чупи в областта на горното или долното ухо под ъгъл 45 градуса спрямо оста на мотовилката.
2) Увеличение на натоварването на стените на цилиндровия блок, високо натоварване на буталото и буталните пръстени (сегменти), увеличаване на работната температура поради увеличеното триене – всичко това води до по-бързо износване на стените на цилиндрите, буталните пръстени и влошаване на условията за смазване. Износването в тази зона зависи от изместването на оста на буталния болт спрямо оста на буталото и от максималният ъгъл под който застава мотовилката, тоест при използване на "ковани" бутала с изместен бутален болт, износването е по-малко отколко при използване на стандартни бутала.
3) По-късата мотовилка също така повишава скоростта на движение на буталото, коео влияе на износването и увеличава на триенето. Максималната скорост на буталото съответства на около 80 градуса на завъртане на коляновият вал от ГМТ. За двигател с колянов вал с радиус 74,8 мм при 5600 оборота в минута скоростта на буталото е равна на 22,92 м/с при мотовилка с дължина 121 мм, и 22,80 м/с., при мотовилка с дължина 129 мм.
Най-голямо значение за ускорението на буталото има дължината на мотовилката. По-големите ускорения на буталото влияят положително на напълването на цилиндрите при ниски обороти, което води до по-добро „теглене” на двигателя заради подобреното пълнене. За сметка на това при високи обороти заради инертността на потока във всмукателния колектор се получава ефекта на затапване в всмукателния клапан (тоест обемът на цилиндъра над буталото расте по-бързо, отколкото може да премине през отвора на клапана, което води до влошаване на пълненето и мощностните характеристики на високи обороти). При по-дълга мотовилка при ниски обороти се получава обратно изхвърляне на смес, но за сметка на това във високи обороти не се получава затапване.
По напълно ясни причини, АВТОВАЗ оборудва двигателите си с мотовили с дължина 121мм (тя осигурява на двигателя 21083 R/S = 1,7, което е напълно задоволително). Но за тунинг, когато се използва колянов вал с по-голям радиус, мотовилката с дължина 121 мм не осигурява много добро отношение R/S (виж таблица 1), затова на пазара за нестандартни и спортни части се продават по-дълги мотовилки с дължина – 129, 132 мм. Цената им, разбира се, не е толкова привлекателна – от 70 до 200 долара за комплект. Също така не трябва да се забравя, че удължаването на мотовилката се компенсира с по-малка компресионна височина на буталото (изместване на буталният болт нагоре) или с увеличаване на височината на цилиндровия блок. Понеже компресионната височина на буталото не може да се намалява безкрайно, следващата стъпка е подмяната на цилиндровия блок с по-висок, което води до големи разходи. Всичко това се прави, за да се увеличи стойността на отношението R/S.
Статията е написана с помощта на Алексей Шмидт ("СВ-Строй", град Толияти)
Превод: Денис Иванов и Драган Драганов
