Кардиология — осознанный тюнинг двигателя

Это ощущение впечатляет даже опытных и ко всему привычных гонщиков. Отпускаешь (или сбрасываешь) сцепление и уже по первым пройденным метрам чувствуешь: поголовье подкапотных «лошадей» существенно увеличилось. В глазах — огонек, в душе — трепет и легкое волнение. Медики называют это эйфорией. Пусть так. о эйфория иногда заканчивается слишком быстро. Увеличенный ценой немалых финансовых затрат табун чахнет на глазах, лошадки хиреют и спотыкаются, а то и гибнут «оптом» в клубах белого дыма. Обидно.

Не претендуя на лавры Чернышевского и Герцена, оставим вопросы вроде «Что делать?» и «Кто виноват?» классикам литературы. Главный вопрос этой статьи проще, банальнее и практичней: «Как избежать?».

А все-таки…
Извечные русские вопросы в данном случае тем более бессмысленны, что ответы на них весьма просты и неутешительны. Что делать с «заболевшим» мотором, поможет решить диагностика, а вот кто виноват… В случае если автомобиль не попадал в руки гаражным «левшам», «тюнингующим» современные моторы при помощи кусачек и паяльника (в интернет-конференциях полно рецептов в духе «тут оторвать, там закоротить»), а прошел доработку в серьезной фирме, не один год работающей на рынке, виноватым зачастую оказывается сам владелец.

Дело в том, что любой стоковый (серийный) мотор — вне зависимости от его характеристик и «целевой аудитории» — соткан из компромиссов. Как и всякий продаваемый на рынке продукт, его создают не одни только фанаты лошадиных сил и ньютон-метров. Напротив, под капотом любого автомобиля — от Punto до Impreza WRX — живет результат консенсуса доброй сотни специалистов: от инженеров до маркетологов, от экологов до пилотов-испытателей. И где бы автомобиль ни продавался — хоть в Штутгарте, хоть в Адлере (с соответствующим качеством топлива) — на него дается гарантия, то есть производитель берет на себя определенные обязательства. Что, собственно, и означает наличие определенного конструктивного запаса. Именно из этого самого запаса и можно выжать дополнительные лошадиные силы, не прибегая к глубоким конструктивным переделкам двигателя.

Так что, господа, хотите мощности, момента, драйва — будьте готовы чем-то жертвовать. Более того — отдавать себе отчет в том, что отказываясь от компромиссов (и конструктивного запаса), вы перекладываете ответственность за здоровье и долголетие мотора на себя. А производитель может выдохнуть. И отказать вам, скажем, в гарантийном ремонте.

В поисках отдачи
Главное заблуждение относительно работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в наши головы закладывают школьные учителя физики. Это они морочат голову детям, рассказывая о том, что топливно-воздушная смесь в цилиндре «взрывается». Проходят годы, дети вырастают, покупают себе эти самые ДВС, наиболее отчаянные из них ввязываются в «гонку вооружений» с целью поднять характеристики мотора на невиданную производителем высоту. Но не все успевают узнать, что в цилиндрах ничего взрываться не должно. А должно гореть. Но — с максимальной эффективностью, для чего жизненно необходим кислород, причем ровно столько, сколько нужно.

О кислородном «перекорме» и связанных с этим неприятностях поговорим чуть ниже, а пока — маленькая ремарка. Современные системы питания способны удовлетворить любые потребности мотора. То есть, образно говоря, гораздо проще затолкать в цилиндры на треть больше топлива, чем обеспечить подачу эквивалентного количества окислителя (воздуха, то есть кислорода в нем). Именно поэтому «тюнингаторы» уделяют такое внимание этому бесцветному газу, столь необходимому для улучшения характеристик мотора. И тут на сцене появляются разных сортов нагнетатели, фильтры нулевого сопротивления, распредвалы с измененными фазами и подъемом, «окна» в крышке капота… Все ради того, чтобы мотор не страдал кислородным голоданием.

Человек, кстати, очень легко отравляется кислородом. Достаточно превысить норму всего на 0.5%, чтобы вызвать судороги, за которыми довольно быстро следует потеря сознания. Моторы — как люди. Только вместо судорог от «кислородного переедания» (то есть работы на бедной смеси) у них начинается другая болезнь: повышение температуры в цилиндре, а в особо «клинических случаях» — детонация. Детонация — это процесс взрывного характера, при котором топливо уже не горит, а ведет себя так, как и учат на школьных уроках физики. То есть — взрывается. Причем так, как учат уже на ОБЖ, — с ударной волной и прочими неприятностями, последствия которых ложатся тяжким бременем на детали двигателя. Помимо ударных нагрузок мотору приходится иметь дело еще и с совершенно нештатным температурным режимом, отчего начинают страдать поршни, клапаны и головка блока — детали, образующие камеру сгорания. Мало того, перегретое масло теряет вязкость и перестает выполнять свой священный долг — тут и до «клина» недалеко. Словом, прогнозировать дальнейшее развитие событий практически невозможно. А вот выяснить причины кислородного «перекорма» — вполне. Этим и займемся.

«Передув»
Влияние разного рода аэродинамических фокусов (вроде тех же «окон» и воздухозаборников на капоте) на работу двигателя не то чтобы невелико, но едва ли опасно (если, конечно, двигатель стоковый и исправный). Существует такое явление, как динамический наддув, то есть создание повышенного давления во впускном коллекторе путем направления и ускорения набегающего потока воздуха. Но, например, мотористы, работающие в российском чемпионате «Формулы-1600», до сих пор спорят, оказывает ли это хоть какое-то влияние на работу мотора на скоростях ниже 200 км/ч.

«Нулевой» обман
Любой инжекторный двигатель обязан знать, сколько воздуха поступает к нему из атмосферы. За «взвешивание» отвечает датчик расхода воздуха, установленный за воздушным фильтром. Датчик, конечно, ничего не взвешивает — он, по сути, измеряет скорость набегающего на него воздушного потока. А поток этот не равномерен, и точность показаний датчика обеспечивает то обстоятельство, что контроллер «знает», как соотносится скорость воздуха на датчике с массой просачивающегося на впуск газа. Нештатный фильтр (пусть даже производитель обещает вам колоссальный прирост мощности) может кардинально изменить «аэродинамическую картину» внутри входящего патрубка. В результате датчик начинает «врать», что может привести к критическим изменениям в работе двигателя. Подробнее об этом мы еще расскажем, а пока просто запомните, что перед установкой «нулевого» фильтра неплохо бы узнать, сочетается ли он с вашим мотором.

Наибольшую опасность (а следовательно, и интерес для тюнинга) представляют системы наддува: роторные нагнетатели, спиральные и центробежные компрессоры и, наконец, самые популярные — турбокомпрессоры, именуемые в народе просто «турбинами».
 

Турбонаддув — идеологически несложная схема повышения давления (то есть, по сути, количества) воздуха во впускном тракте двигателя за счет кинетической энергии выхлопных газов. Вдобавок он позволяет найти немало дополнительных «лошадок», не влезая в электронный мозг мотора.

Любой турбонагнетатель представляет собой две установленных на одном валу крыльчатки, одну из которых раскручивают выхлопные газы, а вторая преобразует энергию вращения общего вала в повышенное давление на впуске. Естественно, чем выше обороты мотора (и интенсивнее выхлоп), тем выше скорость вращения турбины, давление наддува и тем больше воздуха поступает в мотор. Управление турбонаддувом осуществляет вэйст-гейт (waiste-gate) — клапан, запускающий «лишний» выхлоп в обход турбины. В самом примитивном варианте он ориентируется по давлению во впускном коллекторе и соединен с ним шлангом.

В самом сложном (и единственном, если мы говорим о современных моторах) — управляющее вэйст-гейтом давление регулируется электромагнитным клапаном, управляющий соленоид которого подчиняется контроллеру двигателя, «щупающему» давление на впуске специальным датчиком. Вот так вот: бабка за дедку, дедка за репку…

Чтобы добиться большей отдачи от турбомотора, приходится «влезать» в его системы управления, причем прежде всего — в систему управления наддувом. Один из самых популярных способов — установка бустконтроллера (boost-controller), то есть клапана (механического, а чаще электронного), ограничивающего управляющее давление на входе актуатора вэйст-гейта. Это дает оборотам турбины возможность покорять новые высоты, а владельцу — ощутить пьянящий вкус адреналина.
 

Диверсионный «тюнинг»
Установка бустконтроллера (даже самого примитивного) — не единственный способ «обмануть» турбонаддув. Самый простой и, кстати, не лишенный известной элегантности, придумали раллисты. Гонщики одного из заграничных моноклассов после прохождения предстартовой техкомиссии просто… втыкали в шланг актуатора вэйст-гейта иголку от одноразового шприца. Шланг начинает подтравливать, давление в нем понижается, и вот оно — повышение давления. Мало повысилось — еще одну можно воткнуть! А что делать после гонки? Правильно — выдернуть иголки. И выбросить подальше — с судейских глаз долой. Правда, в большинстве чемпионатов регламент не позволяет спортсменам «опускаться» до таких решений: останавливаться после финиша до прибытия на финальную комиссию категорически запрещено.

Кстати, не пытайтесь проделать подобный фокус со своей машиной — штурман гоночного автомобиля способен контролировать десятки параметров и легко определит «передув». Для «гражданских» подобный номер может закончиться печально.

С точки зрения электронного мозга двигателя, любое вмешательство в систему управления наддува, пусть даже с благородной целью «надрать задницу» соседям по потоку, является банальной неисправностью. Реагировать контроллер может по-разному: в зависимости от заложенной в него программы он может, например, отсечь подачу топлива при превышении давления во впускном коллекторе.

Естественно, в горячих головах (а другим тюнинг и ни к чему) созрела мысль эту отсечку убрать. А то что же это получается: «дуешь» тут, понимаешь, изо всех сил, а он… Убрать немедля! И убирают — оказывается, это совсем несложно. Если, конечно, умеешь использовать паяльник не только в интересах кредитора. Результат бывает более чем плачевным: слишком много воздуха, бедная смесь и далее по тексту (см. выше).
 

С «интеллектуальными» контроллерами сложнее — они способны «унюхать тюнинг» еще до достижения в результате последнего критических параметров работы двигателя. Этих на кривой кобыле не объедешь. Приходится звать на помощь моторных нейрохирургов.

Нейрохирургия
Игры с давлением — вовсе не единственный способ ускорить любимое транспортное средство. Есть методы более сложные, затратные и, кстати, не всегда ведущие к очевидным для клиента результатам. Речь идет о чип-тюнинге — перепрошивке электронного мозга двигателя.

Решив отказаться от компромиссов во имя реализации собственного «Я», автоматически принимаешь решение нести личную ответственность за здоровье мотора

Чип-тюнинг (chip tuning) — невероятно дорогое удовольствие. Блок управления двигателем (он же ECU — Engine Control Unit) не знает, что такое «газ в пол», адреналин в крови, драйв и эйфория от него. Ему плевать на ваши желания. Он работает по картам — впрыска, зажигания, наддува. Карты — это, по сути, многослойные таблицы, по которым процессор в зависимости от поступающих с десятков датчиков сигналов генерирует управляющие импульсы, передаваемые затем на свечи зажигания, форсунки, электромагнитные клапаны… И если вы хотите от ECU большего, придется «рассказать» ему об этом, разработав собственные карты управления. Процесс это кропотливый, требующий времени, денег и оборудования. Автогиганты тратят огромные деньги на разработку собственных программ, по которым и работают стоковые двигатели. Любая ошибка (например «нолик» вместо «единички» в двоичном коде программы) приводит к весьма осязаемым последствиям в виде прогоревших поршней, «умерших» от перегрева лямбда-зондов и «запоротых» двигателей. Все это — деньги, деньги и еще раз деньги.

Он тебя чует!
Самые «умные и продвинутые» ECU вполне способны «опознать» попытку увеличить давление наддува простыми и доступными методами. Особенно сложно обмануть контроллеры от Audi. Как они узнают, что попали в руки к «тюнингаторам»? Примерно так.

ECU по положению датчика оборотов коленвала и сигналам от электронного акселератора и зажигания выдает (в соответствии с картами впрыска) сигналы исполнительным механизмам, преобразуемые в импульсы, которые заставляют свечи искрить, а форсунки — впрыскивать топливо. Такие же команды получает и соленоид вэйст-гейта, управляющий турбиной. В следующем такте (имеется в виду такт работы не двигателя, а микроконтроллера) ECU сравнивает сигнал с датчика давления на впуске с тем значением давления, которое, по «его мнению», должно было быть, работай мотор без постороннего вмешательства. Слишком большая «дельта» расценивается как неисправность, за чем незамедлительно следует перевод двигателя в «обходной» режим: обогащение смеси, снижение наддува… И заряженный мотор начинает ехать хуже стокового.

Одно расстройство.
И тем не менее даже в России есть фирмы, вкладывающие эти самые деньги в закупку мощностных стендов, в обучение специалистов и разработку собственных программ для ECU. Деньги нужно вложить немалые, тем более что одними картами управления наддувом (то есть изменением программы управления, о котором мы говорили выше) дело не ограничивается — попутно приходится менять карты зажигания и топливоподачи. И окупаются эти затраты только путем многократного тиражирования разработок, то есть речь тут идет как минимум о мелкосерийной продукции.

Так что на эксклюзив рассчитывать не приходится — разве что за очень большие деньги. Но и без чип-тюнинга не обойтись, когда дальнейшее повышение наддува уже вызывает взрывные процессы в камерах сгорания. Надо же как-то объяснить этому «плоду консенсуса», что бензина не хватает!

Велик, конечно, соблазн поставить форсунки большей производительности. Пробуют. Одна весьма именитая гоночная команда в процессе подготовки к чемпионату по зимним трековым гонкам загубила таким образом два двигателя. «Творческий порыв» инженеров остановил только суровый взгляд начальника, приказавшего прекратить самодеятельность.

Так что любые изменения в работе датчиков и исполнительных устройств (тех же форсунок) немыслимы без коррекции калибровок и программ управления. А это — тот же чип-тюнинг…

Предохраняйтесь!
Детонацию слышно не всегда. Особенно если у вас Subaru — их моторы детонируют не так звонко, что весьма непривычно для «неоппозитного» слушателя. Ситуация еще больше осложнится, если вы решили развлечь новоприобретенных «лошадок» мощной музыкой или шумовыми эффектами в виде прямоточного выхлопа и дорожной симфонии на скоростях под две сотни.

К счастью, помимо звуковых эффектов, детонация оставляет и косвенные следы. Один из них — повышенная температура выхлопа. Стоит ей превысить, например, 820 — 850 °С (пороговые значения для Subaru) — пора бить тревогу: или температура сгорания высока, или зажигание слишком позднее. То же и с температурой масла: поставьте дополнительный прибор (это еще и выглядит круто — не правда ли?) и смотрите на него время от времени. Стоит маслу перегреться после критического рубежа (величина его зависит от типа масла) — маслом оно быть перестает: основа теряет вязкостные свойства. Может, все-таки не стоило экономить на масляном радиаторе?

Но главное — помните: решив отказаться от компромиссов во имя реализации собственного «я» в отдельно взятом автомобиле, вы, по сути, перекладываете ответственность за его работоспособность с плеч производителя на свои: сняли защиту с мотора — поставьте ее в голове. Она прекрасно встанет на место иллюзий, что можно сделать себе «круто задешево». Нельзя. И если вы чужды идее одушевления своего четырехколесного друга, подумайте о кошельке. Чуть больше потратив сейчас — на проверенное «пакетное» решение от серьезной фирмы, можно серьезно сэкономить потом — на ремонтах и нервах.
 

Информация взята с сайта Журнала «Колеса»