Статья посвящена совершенствованию производительности, динамических характеристик двигателя ВА3–21126 автомобиля «Лада-Приора» и влияния комплекса проведенных доработок на ресурс и ремонтопригодность данного агрегата. В данной статье предложена доработка основных элементов двигателя, таких как, оптимизация работы шатунно-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, системы питания двигателя, системы впуска топливно-воздушной смеси, системы выпуска отработавших газов.
Ключевые слова: двигатель, шатунно-поршневая группа, кривошипно-шатунный механизм, система питания двигателя, система впуска топливно-воздушной смеси, система выпуска отработавших газов
Актуальность работы заключается в том, что описанные анализ, оценка и доработка конструкции направлены на повышения мощностных характеристик двигателя ВА3–21126 автомобиля «Лада-Приора».
Объектом исследования является двигатель, производства Волжского автомобильного завода с маркировкой ВАЗ — 21126. Рядный 4-цилиндровый двигатель, рабочим объёмом 1.6 л, блок цилиндров по высоте составляет 197,1 мм. Шатунно-поршневая группа изготавливается из кованной стали, диаметр поршня 82 мм, ход поршня 75,6 мм, длина шатуна 133,3 мм. Головка блока цилиндров имеет два распределительных вала, занимающих верхнее положение, таким образом, количество клапанов на цилиндр- 4. Система питания с распределенным впрыском и электронным блоком управления, максимальная мощность — 98 л. с. при 5600 об/мин, крутящий момент 145 Н*м при 4000 об/мин. Степень сжатия 11:1.
Проблема: низкая литровая мощность. Для эксперимента, подсчитана литровая мощность заводского мотора ВАЗ-21126 без каких-либо доработок, она составила 61,25 л. с.
Целью является повышение литровой мощности хотя бы до 100 л.с. Для достижения данной цели, необходимо рассмотреть каждый узел силового агрегата, либо практически каждого.
Первым же решением в доводке системы впуска пришло прямиком из автоспорта. Спрямление впускных трактов было достигнуто использованием отдельных дроссельных заслонок на каждый цилиндр. Таким образом, система впуска изменилась и называется 4-х дроссельный впуск.
При доработке данного мотора использовался комплект горизонтальных дросселей диаметром 46 мм. Выбор обусловлен многолетним опытом многих зарубежных фирм в постройке высокофорсированных моторов, и тем, что момент и мощность при данных доработках должны сместиться в зону повышенных оборотов, где данная система с многодроссельным впуском и проявит себя.
Все несовпадения впускных и выпускных каналов ГБЦ с их коллекторами были удалены. Все операции по удалению лишнего металла проводились дрелью с расточными шарошками, шлифовальными насадками разного размера и шероховатости. Была произведена проточка впускных и выпускных каналов ГБЦ с целью их увеличения. В итоге диаметр впускных каналов вырос до 40 мм. вместо стандартных 35 мм, а диаметр выпускных каналов до 36мм., вместо заводских 30 мм.
Заводские распределительные валы заменены на более производительные и широко фазные, производства «Stolnikov-Motors» с подъёмом клапанов впуск/выпуск: 10,5 мм/10,5 мм. и фазой газораспределения 306 град. Перекрытия клапанов выставлены так, впуск/выпуск: 4,0 мм/3,5 мм.
Данное перекрытие клапанов, как выяснилось в результате исследований, оказалось оптимальным, и обеспечило наилучшую наполняемость при продувке цилиндра в мощностных режимах.
На смену заводскому выпускному коллектору пришел усовершенствованный, от компании «Stinger». Диаметр труб 38 мм., длина 600 мм., выход 51 мм. Компоновочная схема 4–1. Данная схема наиболее оптимально подходит под нашу конфигурацию мотора, так как рассчитывается, что максимальный момент и мощность он будет выдавать в диапазоне оборотов ближе к высоким.
На рисунке 1 показана внешняя скоростная характеристика стандартного двигателя ВАЗ-21126 с различными видами выпускных систем. Синими и красными звёздочками обозначена ВСХ двигателя с заводской системой выпуска, по графику видны абсолютно стандартные показания мощности и момента. Сплошными линиями обозначена характеристика двигателя с выпускным коллектором конфигурации 4–1. Из графика видно, что прибавка по мощности составляет порядка 10 л. с., в моменте около 4 Н*м.
С учётом того, что в последствии были установлены широко фазные распределительные валы, которые благоприятно сказываются на смесеобразовании и наполнении в режиме работы на повышенных оборотах, то разница в прибавке будет заметнее и что главное — эффективнее.
Рис. 1. Влияние формы и конфигурации выпускного коллектора на ВСХ стандартного двигателя ВАЗ-21126
Также был произведен ориентировочный расчет размеров маховика двигателя ВАЗ-21126. Размеры расчётного маховика оказались меньше, причём настолько, что на такой маховик невозможно было бы поставить сцепление. Значит, маховик можно было значительно облегчить, оставив его прежние размеры. Новый маховик весит всего 4 кг, вместо 8 кг, сохранив свою прочность.
Предлагаемый вариант облегченного маховика испытан в большом числе различных соревнований и на разных двигателях, так что можно рекомендовать его широкое применение. Единственным и безусловным условием является динамическая балансировка облегчённого маховика, произведённая отдельно от коленчатого вала. [4 с. 229]
Самое надежное и эффективное облегчение маховика достигается путем снятия метала, с самого большого радиуса маховика. Также необходимо помнить, что маховик несет функцию радиатора. Он забирает и рассеивает тепло, которое вырабатывается при работе сцепления (чем больше радиатор, тем больше эффективность). Таким образом, был приобретен уже готовый облегченный маховик для двигателя ВАЗ-21126, который и встал на месте заводского. Масса данного маховика составила 4,6 кг.
Работы по системе питания производились три этапа.
Первый этап заключался в подборе топливных форсунок большей производительности. Так как мощность нашего мотора безусловно возросла, то производительности заводских форсунок будет недостаточно. Для корректной работы данного мотора, необходимо заменить заводские форсунки фирмы «BOSCH» с производительностью в 137 см3/мин, на топливные форсунки с большей производительностью от той же фирмы «BOSCH» но с 302 см3/мин. Топливный насос оставили заводским.
Второй этап — переоборудование системы датчиков расчёта впускного воздуха. Исключаем из системы датчик массового расхода воздуха и внедряем два других: датчик абсолютного давления во впускном коллекторе и датчик температуры впускаемого воздуха.
Таким образом, был приобретен датчик абсолютного давления фирмы «BOSCH», работающий с использованием вакуумной камеры, находящейся в нем. Так как при использовании многодроссельного впуска, общий коллектор отсутствует, то для обеспечения корректной работы вакуумного усилителя тормозов и датчика абсолютного давления, была изготовлена конструкция, представленная на рисунке 2.
Рис. 2. Место установки датчика абсолютного давления
Суть состоит в том, чтобы создать небольшую, общую камеру, в которой и будет создаваться необходимое разрежение.
В качестве датчика температуры впускаемого воздуха был выбран датчик автомобиля «Нива-Шевролет». Место его установки не принципиально, главное, чтобы он показывал температуру окружающего воздуха.
Окончательным, третьим этапом, была калибровка блока управления двигателем под новую конфигурацию мотора. Настройка производилась в режиме online и прописывалась как в мощностных режимах работы мотора, так и в режиме экономичной езды, в районе низких и средних оборотов.
После окончательной настройки и проверки действия всех систем, автомобиль с доработанным двигателем ВАЗ-21126 начал проходить длительные испытания, которые на момент подготовки материала по данной работе составляли около 60 тысяч километров пробега. На данном же этапе также произвелась проверка автомобиля на динамометрическом стенде V-tech роликового типа на одну ось с ограничением до 450 л.с., для получения внешней скоростной характеристики двигателя, по которой видно, что результат оправдал все ожидания, в итоге после замеров мы имеем максимальную мощность двигателя в 210 л. с. при 8000 об/мин и 197 Н*м при 6500 об/мин. По расчётам получается, что литровая мощность составила 131,25 л. с. (Рисунок 3). По сравнению с заводским параметром — очень достойный результат. Что касается эксплуатационных характеристик, то за время испытаний, средний расход топлива в городском цикле составил около 11 л/100 км пути, а в загородном 8 л/100 км пути.
Учитывая факт, что до процесса всех доработок, заводской двигатель проехал порядка 20000 км, а уже после около 60000 км, методом визуального осмотра свечей зажигания, с помощью эндоскопа были осмотрены стенки цилиндров, поверхность поршневой группы, был проведен замер компрессии, значительных отклонений не наблюдалось. Износ был в пределах допустимой нормы.
Рис. 3. Внешняя скоростная характеристика двигателя ВАЗ-21126 после улучшений
В целом, доработка всей впускной системы, увеличивает ресурс двигателя, так как увеличивается наполнение цилиндра, оптимизируется смесеобразование, таким образом, двигатель начинает работать именно на той смеси, на которой он должен работать. Отсутствуют такие явления, как переобогащение или обеднение воздушно-топливной смеси, которые приводят к повышенным термическим нагрузкам, детонации т. д.
Установка доработанных распределительных валов, влияет только на ресурс гидрокомпенсаторов ГБЦ, только по тому, что энергоемкость последних сильно снижается к 8000 об/мин, так как данный механизм не успевает прокачивать через себя необходимый объём моторного масла.
Доработанная выпускная система, не сказывается отрицательно на ресурсе двигателя, она также участвует в процессе газообмена и улучшает его. Тем более, из системы был удалён дорогостоящий каталитический нейтрализатор, а вместе с ним и датчик кислорода.
Калибровка блока управления, также оказала положительное влияние на ресурс двигателя. Путем online-калибровки все главные точки в топливоподаче, углах опережения зажигания и т. д. были оптимизированы и настроены по соответствию именно с данной конфигурацией двигателя. Переход от датчика массового расхода воздуха к датчику абсолютного давления и датчику температуры воздуха, можно сказать, что мы косвенно решили проблему с ДМРВ, которые, даже на новых автомобилях дают ложные показания.
Что касается ремонтопригодности, то сложность основных операций по техническому обслуживанию автомобиля не изменилась, а в некоторых случаях даже упростилась.
Установка 4-х дроссельного впуска дала следующие преимущества:
‒ Замена свечей зажигания, индивидуальных катушек зажигания, прокладки клапанной крышки, постели распределительных валов; (упрощен доступ из-за отсутствия коллектора)
‒ Замена или регулировка привода сцепления, термостата и подходящих к нему патрубков, датчика температуры охлаждающей жидкости; (упрощен доступ из-за отсутствия корпуса воздушного фильтра)
В результате работы можно сделать следующие выводы:
‒ современные двигатели ВАЗ обладают не только большим потенциалом к доработкам и улучшениям, но и имеют достаточно высокий прочностной ресурс, чтобы исправно и с максимальной отдачей работать после всех усовершенствований.
‒ «Литровая» мощность двигателя увеличилась до 131,6 л. с.
‒ Автомобиль по-прежнему пригоден к эксплуатации как в городских, так и в загородных режимах.
‒ Влияние всех доработок при грамотной настройке на ресурс двигателя практически не оказывают отрицательного воздействия.
‒ Упростилась процедура замены и регулировки отдельных узлов автомобиля.
Литература:
- Сингуринди, Э. Г. Авторалли. — М.: ДОСААФ, 1978. — 387 с.
- Сингуринди, Э. Г. Автомобильный спорт. Ч. 1. — М.: ДОСААФ, 1982. — 408 с.
