Вопрос

Какие модификации двигателя необходимы для обеспечения более высоких безопасных оборотов?

Впервые я задался этим вопросом, когда играл в гоночную игру — это была кольцевая гонка на BMW 320i, и я заметил, что могу разогнать двигатель до 8500 оборотов в минуту, прежде чем переключать передачи. Сейчас моя машина (более старая модель 320i) точно не может разогнаться до 8500 оборотов в минуту — она может разогнаться чуть больше чем до 6500 оборотов в минуту, прежде чем мне нужно будет переключать передачи (вскоре после этого срабатывает ограничитель оборотов).



Я бы предположил, что одной из модификаций будет настройка/удаление ограничителя оборотов, но я также предполагаю, что если я сделаю это со своим двигателем, то он пострадает. Так какие же модификации двигателя необходимы для безопасного увеличения оборотов?



Снова возвращаемся к гоночным играм. В Forza Motorsport 2 есть модификация, которая позволяет это сделать — «гоночные кулачки и клапаны». Может быть, это одна из них?



Кстати, под «безопасностью» я не подразумеваю нулевое негативное воздействие (я бы удивился, если бы двигатель после таких модификаций прослужил столько же), но, возможно, негативное воздействие будет минимальным. Извините за субъективность, но, надеюсь, мы сможем получить полезные ответы!



P.S. здесь действительно должен быть тег «модификации».



Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/5591/what-modifications-need-to-be-made-to-an-engine-to-enable-higher-safe-rpms

13 Комментариев

  1. Это позволяет двигателю лучше всасывать воздух, повышает его объёмный КПД и увеличивает число оборотов в минуту. После установки распределительного вала с увеличенным временем и подъёмом клапанов необходимо отрегулировать фазы газораспределения. Головка блока цилиндров должна соответствовать степени сжатия и обеспечивать балансировку вращающегося узла.


  1. Как сказал Чинелли, вам придётся серьёзно поработать над головкой блока цилиндров и, возможно, над шатунами, поршнями и болтами.



    Но вот вам маленький секрет: производители всегда оставляют широкий и комфортный запас прочности в серийных двигателях, чтобы сделать их более долговечными. В случае с вашим 320i можно без опасений увеличить практически любое свойство, связанное с производительностью, на 10 % и при этом практически не заметить дополнительного износа. Например, ограничитель оборотов можно настроить так, чтобы он срабатывал только при 7000 об/мин (при условии, что на заводе он настроен на 6500 об/мин), или можно увеличить давление наддува с 0,3 бар до 0,35 бар (или добавить примерно 10–20 % к значению в фунтах на квадратный дюйм). Я бы порекомендовал вам при этом купить термостат, рассчитанный на более низкую температуру, и установить интеркулер большего размера, соответствующий расходу, потому что вам НЕ нужно повышение рабочей температуры на 10 %. Единственное, что НЕ является чем-то незначительным, — это разница между безопасной рабочей температурой и температурой, при которой «пробивает прокладка головки блока цилиндров». Особенно в автомобилях с турбонаддувом. Турбодвигатели обычно работают при температуре от 90 до 100 градусов по Цельсию, а при температуре 112 градусов по Цельсию алюминиевый коллектор деформируется. И в жаркую погоду очень легко достичь такой температуры, стоя в пробке.



    Предупреждение: вы можете сделать только ОДНО из этих действий и при этом оставаться в безопасности. Если вы увеличите давление наддува И предельное число оборотов, ваш автомобиль эффектно разобьётся.



    Или, если вы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО хотите безопасно разогнаться до 8500 оборотов, купите Mazda RX8.


  1. Вероятно, самая важная деталь для высоких оборотов — это газораспределительный механизм. Поэтому вам нужны более качественные клапанные пружины и фиксаторы, а также специальный шлифованный кулачок, рассчитанный на те обороты, которых вы пытаетесь достичь. Всё это нужно для того, чтобы не столкнуться с ситуацией, когда клапаны не могут закрыться достаточно быстро и головка поршня врезается в клапан. Чем выше обороты, тем быстрее должны закрываться клапаны и тем выше вероятность их повреждения, если клапанные пружины не смогут закрыть клапан быстрее, чем поршень поднимется вверх. Поэтому самое важное — это наличие достаточно прочных клапанных пружин и кулачка, который закрывает клапаны в нужный момент в зависимости от частоты вращения.



    Увеличение числа оборотов двигателя обычно приводит к повышению его максимальной мощности, поэтому необходимо убедиться, что другие компоненты двигателя и трансмиссии способны выдержать возросшую мощность и нагрузку. В этом случае на помощь приходят модернизированные шатуны и поршни, а также могут потребоваться компоненты трансмиссии и сцепления, способные выдерживать более высокую мощность.


  1. Это был отличный документальный фильм о нагрузках на двигатели «Формулы-1» при 18 000 оборотах в минуту. Удивительно, что они не разваливаются на части, ведь они так близки к пределу производственных возможностей.
  1. Подвижные части => установившееся движение плюс крутящие моменты плюс ускорения плюс рывки (первая производная от ускорения). Чем выше частота вращения, тем быстрее и сильнее всё ухудшается. Преобразование линейной энергии во вращательную и обратно, напряжения... фу. Голова идёт кругом.
  1. При повышении оборотов двигателя необходимо учитывать три ключевых фактора:




    • Движущиеся части



    Если вращать стержень, кулачок или маховик быстрее, чем они рассчитаны, это приведёт к их разрушению, часто весьма зрелищному, из-за чрезмерной нагрузки. Для перемещения рычагов и поршней вперёд и назад также требуется много энергии. Кинетическая энергия = 1/2 mv в квадрате, и именно это квадратное значение вызывает проблему. Чтобы обеспечить более высокую скорость в формуле 1, нужно уменьшить массу каждой детали, но для этого требуются очень прочные материалы.




    • Высокое давление



    Топливо должно подаваться быстрее, воздух должен быстрее поступать в двигатель и выходить из него, степень сжатия двигателя, как правило, будет выше и т. д. — следовательно, давление в трубах и цилиндрах будет выше. Чтобы справиться с этой задачей, все эти элементы должны быть изготовлены из более прочных материалов, прокладки должны быть более надёжными, трубы не должны лопаться и т. д.




    • Высокая температура



    Поскольку вы увеличиваете скорость работы, температура во всех частях двигателя и выхлопной системы будет выше. Необходимо использовать материалы с более высокой температурой разрушения. Как и в случае с давлением, это касается труб, прокладок и т. д., а также типов металла, используемого в головке блока цилиндров, самих поршнях и выхлопной системе.


  1. Ограничитель оборотов придётся снять. Это будет связано с кастомизацией DME. Если снять ограничитель, то при желании можно будет разогнать двигатель.



    Чтобы поддерживать более высокие обороты, необходимо провести работы по усовершенствованию внутренних компонентов двигателя. Более мощный распределительный вал(ы), клапаны, клапанные пружины. (Работа с головкой блока цилиндров). В зависимости от прочности вращающегося узла в основе двигателя, возможно, потребуется также заменить коленчатый вал, поршни и шатуны.



    Тогда вам нужно будет обратить внимание на трансмиссию. Сможет ли она выдержать более высокие обороты. Я имею в виду, смогут ли сцепления, планетарные передачи, передний насос (если применимо), входной/выходной валы выдержать повышение давления и температуры.




    Кстати, под «безопасностью» я не подразумеваю нулевое негативное воздействие (я бы удивился, если бы двигатель после таких модификаций прослужил столько же), но, возможно, негативное воздействие будет минимальным. Извините за субъективность, но, надеюсь, мы сможем получить полезные ответы!




    Это НИКОГДА не так. Если вы когда-нибудь замечали, что механики и любители, которые строят гоночные автомобили, обычно проводят за работой над ними больше времени, чем за гонками или даже за рулём.



    С моей точки зрения.



    Собери его, чтобы взорвать, а потом собери снова



    Соревновательный аспект гонок и те знания, которые ты приобретаешь, участвуя в гонках, абсолютно бесценны. Любой может сыграть в игру/сдать экзамен. Но именно на трассе ты учишься.


  1. Я не смог бы сказать лучше, отличный ответ.
  1. О, да... и я очень люблю решать проблемы/быть инженером, а ещё мне нравится спорт. Всё это — хороший рецепт для очень успешного и, возможно, одержимого гонщика! Вот почему я действую осторожно!
  1. Если вы любите соревноваться. Тогда даже простая игра в кикбол превращается в миссию, которую вы ставите перед собой, чтобы победить. (Немного не по теме. Но суть вы уловили). Удачи вам, если вы отправитесь на ипподром.
  1. Тогда, я полагаю, так и будет. Было бы неплохо провести день на треке. Меня восхищает инженерное искусство модификации автомобилей, но я всё ещё не уверен, что хочу тратить на это деньги. Ты уже второй человек, который говорит мне, что это затягивает, так что мне придётся хорошенько подумать!
  1. Единственный «безопасный» способ — просто ездить на ней так, как она была доставлена дилером. Они не просто так собрали её именно так, как она была доставлена. Но если вы собираетесь играть. Тогда играйте по-крупному и будьте готовы потратить много времени и денег на этот проект. Я ни в коем случае не богат, но у меня всегда есть машина, готовая к заезду, или машина, которую готовят к заезду. Это зависимость. Отгоните свой автомобиль на гоночную трассу и протестируйте его. Не думайте, что вы будете выглядеть глупо, будучи «обычным» гонщиком. А как ещё можно получить базовое представление о том, как работает ваш автомобиль? Тогда вы сможете увидеть реальную пользу от модернизации. А не то, что написано на сайте.
  1. Спасибо за подробный ответ, я не думал о том, как это повлияет на трансмиссию! В конце вашего ответа вы высказали хорошую мысль: возможно, единственный «безопасный» способ — полностью заменить двигатель на более мощный, например, как у M3.
Вы уже ответили на этот вопрос