Тюнинг: фильтр "нулевик"

Согласно уравнениям закона идеального газа (ур-е Клапейрона) и общих принципов работы двигателя внутреннего сгорания - изменение индикаторной мощности прямо пропорционально изменению весового количества воздуха, поступающего в двигатель за рабочий цикл.
Существуют следующие методы увеличение массового расхода воздуха:
- увеличение наполнения цилиндров и КПД двигателя (в том числе снижение потерь на впуске и выпуске)
- увеличение рабочего объема и оборотов
- увеличение давления на впуске - турбонаддув

Самый простой, бюджетный и распространенный способ форсирования ДВС - замена компонентов впуска/выпуска на нештатные, "тюнинговые" - обладающие меньшим сопротивлением и увеличенной пропускной способностью.

Рассмотрим в преимущества и недостатки замены штатного воздушного фильтра на фильтр нулевого сопротивления.

ПРЕИМУЩЕСТВО. Прибавка мощности.

Для упрощения подсчета прибавки мощности возьмем эмпирически подобранный на моторном динамометрическом стенде с эталонным расходомером коэффициент отношения массового расхода воздуха к мощности, равный для мотоциклетного двигателя ~1.14 . То есть, для "среднего" рядного ДВС объемом 1л каждые 100g/s расхода воздуха будут обеспечивать приблизительно 114 лошадиных сил на коленвалу, приведенных к стандартной атмосфере по SAE J1349.

Произведя ряд тестов на продувочном стенде для ГБЦ Superflow FlowBench 1020 мы увидели, что в среднем - пропускная способность тюнинговых фильтров превышает "сток" приблизительно на 1-3 процента, что находится близко к погрешности измерительной установки.
Более точная информация была получена в "живом эксперименте".

Инжекторный мотоцикл CBR1100XX со стандартным двигателем объемом 1137куб был установлен на динамометрическом стенде. К трубке датчика давления на впуске (после возд.фильтра) подключено одно плечо простейшего дифф манометра - U образная прозрачная пластиковая трубка, заполненная подкрашенной водой. Второе плечо трубки помещено в короб воздушного фильтра .
Таким образом, мы смогли измерить падение давления, вызываемое сопротивлением воздушного фильтра.
При Wide-open throttle замере стандартный бумажный фильтр показал максимальный перепад давления в 18мм водяного столба.
При аналогичном замере с фильтром нулевого сопротивления перепад составил 14-15мм H2O. Таким образом, при установке "нулевика"
мы получили прибавку давления на впуске, равную 18-14 = 4мм H2O (0.0392kPa) .

Вычислим теоретическую прибавку мощности. В исходном замере "Дрозд" показывает 154.3 приведенные по SAE лошадиные силы на 9155об/мин.
Теоретический расход воздуха составляет 154.3 / 1.14 = 135.3g/s

Подсчитаем объемную эффективность (VE) мотора в данной точке
Для начала, перейдем из единиц измерения g/s в CFM в условиях стандартной атмосферы.
m^3/s = g/s / 1225
m^3/min = m^3/s * 60
CFM = m^3/minute * 35.31

m^3 / min = 60*(135.5 / 1225) = 6.636
CFM = 6.636 * 35.31 = 234.3

VE = (3456 X CFM) / (CID X RPM)
где CID - Объем мотора в дюймах (69.384 для Дрозда), RPM - обороты в минуту
VE = (3456 * 234.3) / (69.384 * 9155) = 809740.8 / 635210.52 = 1.27

Зная это число - не составляет труда пересчитать мощность мотора при другом расходе воздуха.
В данном случае, повысив давление на впуске на 0.039kPa мы получаем теоретическую максимальную мощность
в 159.1лс, то есть прибавка составляет 4.8 лс.

Повторный замер на динамометрическом стенде показал мощность в 158.6лс. Учитывая погрешность измерения в +-0.5лс и некоторую
в расчетах - можно сказать, что мы получили теоретические, и практические доказательства прибавки мощности при установке фильтра нулевого сопротивления.

НЕДОСТАТОК

Основным недостатком "нулевика" является существенно худшая фильтрующая способность.
В методике полноценных испытаниях фильтров подразумевается подача определенного количества абразивной (алмазной) пыли с известным размером зерна на вход фильтра и оценка износа цилиндро-поршневой группы после нескольких часов работы двигателя на моторном стенде. Дополнительно оценивается потеря пропускной способности по мере засорения фильтра. К сожалению, у нас пока что нет возможности произвести столь сложный и дорогой эксперимент, поэтому просто приведем некоторые фотографии деталей мотоциклов, эксплуатировавшихся с такими фильтрами на протяжении нескольких сезонов.

Песок в коробе воздушного фильтра:
Нулевик на "дрозде"
Песок внутри аирбокса (короба воздушного фильтра) Zx14:
Песок в коробе ZX14
"Дрозд" - грязь и песок на дроссельном узле:
Дроссельный узел CBR1100xx
Риски и задиры на зеркале цилиндра:
Задиры на никасилевом покрытии
Задиры и царапины на зеркале цилиндра
Впускные клапана "отпескоструило". Зазор кулачок распредвала-толкатель уменьшился до нуля, клапан "зажало" - что вызвало износ поверхности толкателя:
Износ толкателя клапана
И износ кулачка распредвала:
Износ распредвала мотоцикла
В одном из мотоциклов - поджатый клапан привел к неправильному смесеобразованию, и как результат - выходу из строя свечи зажигания:
Свеча зажигания

Краткий вывод - нулевик не только увеличивает мощность, но и уменьшает ресурс двигателя. При своевременном обслуживании (чистка фильтра, проверка зазоров клапанов) "потери" можно свести к минимуму - но в любом случае, "капиталить" мотор придется значительно раньше, чем при использовании родного фильтра.

ОШИБОЧНОЕ МНЕНИЕ
заключается в том, что установка нулевика приводит к обеднению смеси и сгоревшим клапанам. Да, действительно - имели место
быть выходы из строя мотора в скором времени после установки ФНСа, с диагнозом "прогар седла клапана" . Но, подробное
изучение проблемы в таких случаях показывает всего на всего нулевые или близкие к таким зазоры клапанов, вызванные абразивным
износом фаски седла и тарелки клапана.

В качестве доказательства - рассмотрим типовую карту подачи топлива инжекторного мотора (мотоцикл Harley Electra Glide, программное
обеспечение для чтения калибровок штатного ЭБУ - WinPV фирмы Dynojet, карта заднего цилиндра).
Горизонтальная ось - давление на впуске. Вертикальная - обороты двигателя.
Топливная карта Harley
Число в таблице - если сильно упростить - можно сказать, что это количество подаваемого в данном режиме топлива, в условных единицах.

Несложно заметить, что значение на 95kPa равно 76.0, а на 100kPa = 77. Таким образом 1kpa в данном участке карты равен 0.2 усл.единицы.
Изменение давления на впуске на 0.039kPa должно потребовать увеличение значения в таблице на 0.007ед. - что на 2 порядка меньше точности блока управления (0.1ед.)
x