ТЮНИНГ АВТОМОБИЛЕЙ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЗАКОНОВ ФИЗИКИ

Смирнов Дмитрий Алексеевич, Гафнер Артём Игоревич

ОГБПОУ «Томский механико-технологический техникум»

Руководитель: Комарова Н.И., преподаватель

2017г.

Введение

Основной целью проекта «Тюнинг автомобиля с точки зрения законов физики» стало: выяснить, как влияет тюнинг автомобиля на его ходовые и динамические качества, а также насколько он оправдан с точки зрения физики.

Для достижения цели мы поставили перед собой следующие задачи: познакомиться с видами тюнинга, исследовать, как выполняются законы физики при движении тюнингованного автомобиля.

Тюнинг автомобиля и его виды

Итак, что такое тюнинг? Слово "tuning" в переводе с английского означает настройка, регулировка. Существует нескольких видов тюнинга: внешний, внутренний и технический тюнинг.

Внешний тюнинг включает в себя усовершенствование внешних элементов автомобиля. Это может быть установка спойлера, оригинальных дисков и шин, фар и многого другого. Спойлеры ставят для улучшения аэродинамических свойств автомобиля.  

К примеру: передний спойлер устанавливается под передним бампером. Основная его идея - замедление роста подъемной силы под кузовом, что положительно сказывается на управляемости автомобиля.

Также для лучшего прижатия автомобиля к дороге делаются обвесы переднего и заднего бамперов, обвес порогов.

Почему так важно не допустить воздух под днище автомобиля? Когда воздушный поток попадает под днище, он, завихряясь, сталкивается о детали ходовой части, а после прохождения под автомобилем заполняет разрежённое пространство позади него. Такое поведение воздуха под днищем отнимает много энергии автомобиля и значительно повышает аэродинамическое сопротивление. Кроме того, накапливаясь под днищем, в моторном отсеке и колесных арках, воздух приобретает избыточное давление, что способствует уменьшению прижимной силы.

К элементам внутреннего тюнинга прежде всего относится тюнинг салона, установка аудиосистем, тонировка, шумоизоляция.

Технический тюнинг применяют для увеличения технических характеристик автомобиля. Сюда можно отнести тюнинг подвески, тормозной системы, двигателя. 

Тюнинг подвески

Тюнинг подвески позволяет улучшить сцепление колёс с дорогой. Однако необходимо учитывать в каких условия будет эксплуатироваться автомобиль. Например, для автомобиля, работающего на высоких скоростях по ровной дороге необходима жёсткая подвеска. Если же автомобиль эксплуатируется в условиях небольших дорожных ямок и неровностей, то нужна мягкая подвеска.

На действительно быстром автомобиле подвеска служит не только для эффективного поглощения дорожных неровностей, но и играет серьезную роль в обеспечении соответствующей динамики и управляемости. А раз так, то ее основное назначение - обеспечивать плотный и постоянный контакт колес с дорогой.

Казалось бы, не все ли равно, по какой траектории движется колесо во время хода подвески - параллельно самому себе или слегка отклоняясь в пространстве? Оказывается, нет.

Обратите внимание на «Мерседесы». Вы, наверное, замечали, как эти автомобили наклоняют вбок передние колеса при повороте руля на максимальные углы? Так «работает» большой кастер, то есть продольный угол наклона оси поворота управляемых колес. Он обеспечивает рост возвращающего усилия на руле при увеличении скорости, а значит, и устойчивость: при случайном отклонении от траектории колёса стремятся повернуться по ходу движения и вернуть автомобиль на путь истинный. Кастер выполняет еще одну положительную роль - повернутое колесо оказывается чуть отклоненным от вертикальной плоскости.

Что это дает? Дело в том, что шина из-за своей податливости подламывается в повороте от действия боковых сил. При этом искажается форма пятна контакта с дорогой, сцепление резко падает. Естественно, уменьшается и максимальная скорость, с которой можно промчаться по заданному радиусу.

"Умение" создавать отрицательный угол развала на внешних по отношению к центру поворота колесах и положительный на внутренних, является обязательным качеством для любой хорошей подвески.

Добиваются этого установкой более коротких и жестких пружин и специально подобранных амортизаторов. После этой операции заодно уменьшается клиренс, а значит, и перераспределение нагрузок на колеса при разгоне, торможении и в поворотах. Это еще один шаг на пути к улучшению управляемости.

Поработав над подвеской, не забываем о колесах. Спортивные низкопрофильные шины отлично держат дорогу, но вот на колдобинах и выбоинах сердце кровью обливается. Не всегда благоприятно влияет на управляемость увеличение ширины покрышки. На сухом асфальте широкая резина, естественно, лучше. Но в дождь, и к тому же за городом... Кроме того, более широкое колесо - это увеличенное плечо обкатки, а, следовательно, повышенная нагрузка на подшипники ступицы и изменение кинематики подвески.

Тюнинг тормозной системы

Тюнинг тормозной системы автомобиля необходим для повышения безопасности при движении на высоких скоростях, а также при существенном увеличении мощности двигателя. Тюнинг тормозов обычно производится своими руками и заключается в установке больших многопоршневых тормозных дисков и спортивных колодок. Также заменяют вакуумный усилитель тормозов и патрубки.

Тюнинг двигателя

Основной характеристикой двигателя автомобиля обычно считают его мощность. В действительности же влияние на характер автомобиля оказывают не только максимальная мощность, но и крутящий момент. Ведь наибольшую мощность в стандартном автомобиле можно реализовать только при определенных оборотах, близких к максимальным.

Стандартные двигатели с точки зрения гонщиков имеют существенный недостаток — отсутствие тяги на низких частотах вращения коленвала.

Спортивный распредвал обеспечивает оптимальную подачу полноценного заряда смеси в цилиндр путем увеличения высоты подъема клапанов. Тюнинговые кулачки отличаются исключительной плавностью профиля, что обеспечивает надежную работу механизма газораспределения.

Кованые поршни. Для ценителей тюнинга эти слова звучат как магическое заклинание, да и простым автомобилистам наверняка доводилось слышать восторженные отзывы о подобных изделиях. Чем же кованые поршни лучше широко распространенных литых?

Начнем с того, что обычные литые поршни прекрасно подходят для серийных моторов, а технология их изготовления – для массового производства. Если автомобиль для вас лишь средство доставки из пункта А в пункт Б, не стоит тратиться на замену штатных поршней коваными. Сказанное справедливо и в отношении капитального ремонта движка. Другое дело – моторы форсированные, спортивные или тюнинговые. Они-то предъявляют повышенные требования к качеству комплектующих, в том числе поршней. Стандартные поршни для спортивных двигателей тяжеловаты, а их форма неоптимальна. Кроме того, литье порой имеет невидимые глазу дефекты. При обычной эксплуатации они могут и не навредить. Но если, основательно доработав силовой агрегат, увеличить его мощность, брак постарается заявить о себе: поршень внезапно прогорит, даст трещину и т. д.

На форсированных моторах детали испытывают большие механические и температурные нагрузки. Поэтому, для производства кованых поршней с повышенными механическими характеристиками применяют высококремнистые сплавы алюминия, обладающие более высокой жаропрочностью, меньшим коэффициент расширения, лучшими прочностными характеристиками по сравнению с обычными сплавами.
Материал для штампованных поршней обладает повышенными механическими характеристиками не только при нормальной температуре, но и при рабочих температурах в 300...3500 C.

При серьезном тюнинге двигателя заводская система управления самостоятельно не справляется с контролем впрыска и зажигания. А элементарный чип-тюнинг ограничивает потенциал двигателя.

Электронщики разработали компьютеры, управляющие впрыском и зажиганием – цифровые контроллеры зажигания.

Контроллеры управления зажигания позволяют менять опережение зажигания, длительность искры, мощность разряда, а некоторые даже число импульсов искрообразования за одно зажигание.

Деталь, соединяющую коленчатый вал и поршень называют – шатун. Эта деталь отвечает за преобразование возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение.

Одна из наиболее важных вещей, которую надо иметь в виду при подготовке шатунов для тюнинга двигателя — это их прямизна. Изогнутые, или даже слегка деформированные шатуны уменьшат мощность двигателя, т.к. они удерживают поршень в отверстии цилиндра под углом, увеличивая трение.

Работа двигателя построена на том, что топливо должно быть смешано с необходимым количеством кислорода. Это позволит достичь максимально возможной мощности. Чем больше сгорит – тем больше мощность.

Центробежные нагнетатели воздуха в тюнинге получили наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха.

Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который имеет улиткообразную форму.

Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается.

Использование нагнетателей воздуха для авто может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя.

Еще одна проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.

Тюнинг выпускной системы

Любителям "горячей" езды постоянно не хватает мощности. Они стараются выжать из своего движка почти все, и каждая лишняя "л.с." для них на вес золота. Когда возможности тюнинга двигателя и ходовой исчерпаны, наступает очередь тюнинга выпускной системы.

В серийном автомобиле размеры трубы и конструкция глушителей вполне соответствуют количеству отработанных газов, вырабатываемых двигателем в единицу времени. Но как только обычный движок превратился в “сердце” агрессивного “зверя”, сразу увеличивается выброс газа, и стандартная выхлопная система просто перестает справляться с возложенными на нее обязанностями.

Если обратиться к зарубежной практике, то выяснится, что специалисты в области выхлопных систем могут получить прибавку в мощности более 12 – 15 “лошадей”. Это достигается заменой всех частей выхлопной системы (“штаны”, катализатор, резонатор, оконечная часть). Спортсмены получают большую прибавку, но их спортивный автомобиль будет иметь звуковое давление около 120 децибел. Определенный глушитель может дать прибавку и в 30 сил, но ездить по городу будет невозможно.

Если машина мало чем отличается от серийной по комплектации, то не стоит ставить “прямоток”. Это по меньшей мере смешно: на машине с “комариными” силами будет стоять глушитель, рассчитанный на огромный “табун” резвых “мустангов”.

Тюнинг автомобилей - сугубо персональное занятие и зависит от предпочтений автолюбителя, однако необходимо не забывать, что все усовершенствования не должны понижать безопасность движения на штатных автомобилях и должны соответствовать установленным ГОСТам.

Используемые источники

1. http://amastercar.ru/tuning/auto_tuning.shtml

2. http://amastercar.ru/