Облегченная ШПГ, доработка ГБЦ

Из Магнитогорска поступил заказ на доработку двигателя для Шевроле-Нивы. В ходе обсуждения вариантов, клиенту был предложен как бюджетный тюнинг шнивовского двигателя объемом 1.7 литра, так и более дорогие варианты увеличения объема. Нужно отметить, что клиент поставил на машину большие колёса, сделал лифт подвески и мотор требовался с повышенными тяговыми характеристиками на малых и средних оборотах. Всем этим нивовский мотор похвастаться не может. В итоге был выбран вариант максимально возможного увеличения объема двигателя на родном блоке и доработка головки блока цилиндров.
Вариант с заменой двигателя на приоровский 16-ти клапанник был отвергнут (в конце отчёта будет проведен сравнительный анализ графиков).

Ранее автор уже собирал двигатели и отправлял в регионы, но клиент не мог самостоятельно решить вопрос с отпиской программы под мотор 2.0 литра и ему было предложено предоставить автомобиль для комплексной постройки мотора. Да и нам плюс — будут наконец графики такого двигателя! В итоге автомобиль прибыл в Набережные Челны из Магнитогорска на эвакуаторе. Своим ходом машина передвигаться не могла — мотор был частично разобран и разукомплектован.

Клиент поделился списком изменений, уже сделанных с автомобилем:

1. Стальной корпус редуктора переднего моста
2. Редуктор для стального переднего моста СПМ (4.3) 2101-2402010 24 шлица
Редуктор для заднего моста РЗМ НИВА (4,3) 2101-2402010
3. Привода ВИС 24шлица, пыльники силикон/пластик
4. Шаровые опоры Трэк, сайленблоки, оси рычагов, крепеж
5. Рулевая трапеция Трэк
6. Маятник рулевой 2123 усиленные подшипники
7. Пружины +2 дюйма
8. Проставки под шаровую опору Алюминий
9. Усиленный крепеж
10. Измененные хар-ки отбоя подвески
11. Амортизаторы перед — масло
12. Амортизаторы зад — газ/масло
13. Тяги реактивные заднего моста Штурм, усиленные
14. Удлиненные тормозные шланги
15. Вывод сапунов со всех агрегатов под капот
16. Усиленные карданные валы
17. РКП 3.15 (пониженный ряд), двухрядные подшипники, skf, koyo
18. КПП горная 5ст
1 — 4.012
2 — 2.303
3 — 1.493
4 — 1
5 — 0.898
18. Кронштейны амортизаторов — лифт, усиленные
19. Замена балки заднего моста
20. Подушки РКП
21. Тормозные барабаны
22. Установка шноркеля

От себя добавлю, странно видеть в списке отсутствие самоблокирующихся дифференциалов — без них машина на бездорожье не сможет реализовать весь потенциал. Полагаю, первые же опыты с диагональным вывешиванием в ближайшей канаве заставят клиента задуматься о необходимости блокировок.

Итак, осмотрим автомобиль. Стальные силовые бампера, новая оптика. Год выпуска автомобиля — 2004, пробег на щитке 330 тысяч километров.. Ого! Демонтировав блок цилиндров (он уже был расточен в 82.4 мм, первый ремонтный размер), наблюдаем подозрительную лужицу масла в картере КПП.

Блок был быстро раскидан на составные части. В прошлом на моторе рассыпалась однорядная цепь — кусочки втулок обильно раскиданы по поддону.

Как известно, нивовский блок 1.7 имеет коленвал с ходом 80 мм, при цилиндре диаметром 82.0 мм, получается объем 1689 кубиков. Для увеличения объема до 2.0 литров мы используем тюнинговый коленвал с увеличенным ходом. Первоначально планировался коленвал с ходом 90 мм, но таковой на момент постройки двигателя оказался в дефиците и купить его не удалось. Засим приобрели индийский коленвал с ходом шатунной шейки 88 мм.
Тяжелые нивские шатуны с литыми поршнями отправляются на помойку, уступая место Н-образным шатунам и кованным поршням-таблеткам. Снижение массы ШПГ уменьшает мехпотери, увеличивая мощность двигателя. Поршни используем с диаметром 84 мм, на тонких кольцах. Конфигурация блока цилиндров таким образом 88х84, мотор длинноходный — то что надо для Шнивы. Мощность не будет высокой, но крутящий момент должен быть повышенным — натуральный «трактор». Посчитать объем двигателя несложно — 1950 кубиков. Для ровного счёта немножко округлим цифру и будем в дальнейшем считать мотор двухлитровым.
Длина Н-образного шатуна 143.5 мм, можно посчитать РС-соотношение (длина шатуна делится на ход поршня) — 1.63 — это близко к золотой середине по ресурсу и крутящему моменту. Кстати, диаметр поршневых пальцев тоже уменьшен, относительно стандарта — 19 мм.

Была выполнена динамическая балансировка коленвала, маховика, корзины сцепления и переднего шкива в сборе. Балансировка выполнялась на компьютерном стенде, в двух плоскостях. Индийский коленвал зарекомендовал себя положительно (дисбаланс небольшой), а наибольший дисбаланс обнаружился на маховике и корзине — к ней приварили внушительный грузик-блямбу.

Ниже привожу данные, полученные при балансировке деталей двигателя Нива. Скорость вращения оси при балансировке — 1800 об.
мм\с — виброскорость, гр — дисбаланс («н\д» — данные не были записаны)
D — дисбаланс (г\мм)

Коленвал передняя плоскость (до \\ после балансировки):
7.6 мм\с, н\д \\ 0.36 мм\с, 0.8 гр
D 532 \\ D 56 г\мм
Шкив передний :
н\д, 5.6 гр \\ н\д, 0.6 гр
D 392 \\ D 56 г\мм

Коленвал задняя плоскость (до \\ после балансировки):
н\д \\ 0.1 мм\с, 0.4 гр
D 140 \\ D 28 г\мм
Маховик :
н\д, 19 гр \\ н\д, 0.8 гр
D 1330 \\ D 56 г\мм
Корзина сцепления :
н\д, 11 гр \\ н\д, 0.8 гр
D 770 \\ D 56 г\мм

В блок цилиндров были врезаны форсунки охлаждения поршней, цилиндры расточили под кованные поршни, выполнили платохонингование. Шероховатость шеек индийского коленвала была снижена путём механической полировки. Это уменьшает мехпотери на трение. Как видно по фото, блок не потребовал доработки для проворота шатунов, они не цепляют за стенки, но запас (зазор) до стенки блока очень мал. Всё подошло тютелька-в-тютельку.

Пока собирался блок цилиндров, нашли и устранили различные болячки, свойственные пожилым машинам — заменили треснувший кронштейн подушки двигателя, обновили сами подушки, заменили рваные и текущие трубки ГУРа. При снятии стабилизатора (что требуется для замены выхлопа) отломилась шпилька крепления — обломыш успешно заменили на болт.

Выхлоп модернизировали. Впускной коллектор уступил место сварному пауку 4-2-1, но резонатор и глушитель оставили заводскими. Удалили пустую банку катализатора, вварив вместо неё прямую трубу, а вместо «ушастого фланца» с вечно сифонящим графитным кольцом, вварили надёжный треугольный фланец.
Собрать блок — дело недолгое. Пару нюансов конечно оставим за кадром.

После завершения работ с «низом» двигателя, пора переходить к головке блока цилиндров. Большой объем — требует увеличения диаметра клапанов и каналов. Вы же не будете оставлять на моторе 2.0 литра клапана от двигателя 1.1\1.5 литра (напомню, история классического мотора начиналась с 1100 кубового движка, а клапана в диаметре не менялись на заводе вплоть до 1800 кубового мотора на Надежде)? По-этому сёдла заменяем на жаропрочные стальные, клапана устанавливаем размера 42х34 мм, дорабатываем каналы и камеры сгорания. Обязательно ставим бронзовые направляющие клапанов, дюралевые тарелки пружин. Мотор у нас не будет крутильным и потому пружин клапанов достаточно классических. Всё собирается на прокладках-металлопакетах. Впускной коллектор так же дорабатывается.
Ресивер остаётся заводским, у него длинный впускной тракт и достаточный диаметр каналов. Установка короткого сварного ресивера срежет крутящий момент на малых\средних оборотах, но повысит мощность — нам это не нужно для «тракторного двигателя».
Распредвал выбираем из линейки Нуждина — подъемы клапанов 11.5 \ 10.5 мм, фазы 251\249 градусов. Изначально вал имеет профиль кулачка под гидрокомпенсатор, но Нуждин для классики разрешает установку таких валов на мех.толкатель (наоборот — нельзя). Поначалу собрали мотор на гидротолкателях (старого образца), для проверки того, как будет работать двигатель с гидриками.

Шкив распредвала отрегулировали для большей тяги на малых и средних оборотах — верхи конечно «подрежем», но это вопрос компромисса. Для радиатора ГУРа пришлось изобретать крепежи на силовой бампер. Дроссель установили увеличенного диаметра. Мотор был собран и на вид ничем не отличается от заводского.

Дальше начались муки, обусловленные работой с пожилой машиной. По ходу сборки пришлось устранять много проблем — лечить драную и оплавленную проводку, менять иссохшиеся трубопроводы, что сильно тормозило процесс сборки. Но без этого — не обойтись.

Отдельные проблемы были связаны с контроллером. Машина пожилая и еще из тех годов, когда Шнивы оснащались не более современным Бошем 7.9.7, а Бошем 7.0, а в системе питания установлена обратка с регулятором давления. В ЭСУД есть датчик кислорода, но нет датчика фазы на распредвал. Программист до этапа отписки программы не знает, какой расход воздуха будет на двигателе и хватит ли нам производительности топливных форсунок. Кроме того, он отказался писать программу на Бош 7.0 — хотя у него и есть инструментарий для этого, но, как он выразился — «контроллер этот ставили недолго и многие калибровки просто недоступны, мозг не доломали до конца, некоторый чип-тюнинг конечно возможен, но полноценно отписать программу не получится«.
Контроллер пришлось заменить на Январь 5.1-41, удачно купленный на разборе за умеренные деньги. Но для установки данного контроллера требуется перекоммутировать проводку (колодка одинаковая, но распиновка отличается). Работа в целом несложная, но муторная. Для надёжности все соединения пропаяли.
Топливные форсунки установили Волговские. В контроллер была вкинута программа-болванка и мотор запустили.

Перейдем к анализу графиков ВСХ, двигатель Шеви-Нива 2.0 л

Пиковый крутящий момент (синяя линия) — 17.2 кг при 4000 об,
пиковая мощность (красная линия) — 112 л.с. при 5200 об.
Машина легко стартует на больших грязевых колёсах, шустро разгоняется, на 5-й передаче в половину педали идёт 150-160 км\ч по спидометру (сколько в реальности — неизвестно, колёса-то больше по диаметру — нужно вешать GPS навигатор и смотреть реальную скорость). Пошустрить на дороге — тоже без проблем, при этом выкручивать мотор «в звон» не требуется.
Конечная мощность не сильно велика (всё было сделано для получения именно «тракторного» двигателя), зато крутящий момент хорош. Что и требуется для Шевроле-Нивы на больших колёсах.

Отдельно хотел бы поговорить о конечной мощности. Она у двухлитрового мотора не очень велика (112 сил). Современные атмосферные двухлитровые двигатели иномарок оснащаются 16-ти клапанной головой и обычно имеют мощность в районе 150 сил. Однако, всем известны тупняки этих моторов на малых оборотах. Шестнарик тем и хорош, что едет преимущественно на верхах. В нашем случае 8-клапанная головка даёт хорошее наполнение именно на малых и средних оборотах, что отлично для внедорожника (еще лучше был бы дизель, но приходится работать с тем что «бог послал», точнее, что поставил ВАЗ в свой продукт). Конечная мощность не столь важна, важнее крутящий момент и его распределение по оборотам.
Но, можно сделать кое-какие сравнения для наглядности. Вот, допустим, собрали карбюраторный двигатель 1600 кубиков по регламенту РАФа в классе «Д2-Классика» для клиента из Читы. Получили с мотора 16.9 кг момента при 4800 об и мощность 129 л.с. при 6200 об. Мотор великолепный, верховой — зажигалка одним словом. Наложим графики кроссового мотора и нашей двухлитровой Шнивы. И сразу всё видно!!
За счёт чего высокая мощность у кроссовика (на графике — сплошные линии)? За счёт широких фаз распредвала — мотор верховой, крутильный. До 2000-2500 об крутящего момента на кроссовике нет вообще, тронуться с места — и то затруднительно. А двухлитровая Нива там имеет превосходство в 3.3 кг момента. На этом графике ярко видно, что один движок — тракторный мотор для бездорожья, а второй — верховой крутильный мотор для кросса.

Ну и последний момент, который хотелось бы обсудить в разделе со сравнениями графиков. Как известно, в классику можно поставить ВАЗовский 16-ти клапанный мотор с переднеприводного автомобиля. И некоторые выполняют такие переделки, в т.ч. и для Шеви-Нивы. С некоторыми клиентами обсуждался вопрос установки 16 кл в Шниву. Одно дело, когда клиент сам ставит двигатель, работая «забесплатно» вечерами или по выходным, другое дело эта же работа выполняется в Мастерской, когда тратятся нормо-часы (имеющие свою цену), когда всё нужно изготовить тщательно и надёжно (а не тяп-ляп), что замедляет работу и сказывается на конечной стоимости проекта. Ключевым моментом (даже упрёком) в разговорах были слова -» вы получаете маленький момент с нивовского мотора, у 16-ти клапанника на графиках момента больше«. Ну вот вам момент с нивовского мотора, получите и распишитесь!! И бюджет приемлимый (об этом ниже)! И заморочек с регистрацией двигателя в ГИБДД нет никаких (или вы думали что отмена сверки номера в ГИБДД избавляет вас от регистрации замены двигателя на другую модель?). Без регистрации замены двигателя машина с 16-клапанником никогда не пройдёт сверку при купле-продаже, а внимательным сотрудником ГИБДД может быть и вовсе закрыта на штрафстоянку до устранения нарушения (дело редкое, но в практике встречалось — начальником ГИБДД по Челнам в своё время лично была аннулирована регистрация одного из ТС с глубоким тюнингом автомобиля и двигателя после помещения ТС на штрафстоянку, но там больше виноват конечно владелец, затонировавшийся наглухо и ездивший без заднего номера — что и было причиной помещения на штрафняк, но вот дальше цепляться начали уже к остальному тюнингу).

Так давайте наглядно сравним двухлитровый мотор Шнивы с 16-ти клапанниками! Допустим, нашего (точнее, вашего) бюджета хватает только на двухлитровый мотор или на замену двигателя на 16-ти клапанный мотор от Приоры объемом 1.6 литра. Бюджета на увеличение объема не хватает (деньги ушли на движок, его переборку и установку в отсек) и вы поставили валы, отшили программу, в итоге получили мощность 120-130 сил. Забудем на время о слабых приоровских шатунах (заменить их на усиленные Н-образники у вас так же не хватило бюджета), которые обязательно вас подведут на тяжелом внедорожнике и помечтаем о приоромоторе под капотом вашей Шнивы.

Итак, ниже на графике показан 2.0 мотор Нивы (

графики пунктиром

) и 1.6 литровые приоромоторчики. Масштаб поля графиков изменен, для лучшей наглядности.

Коричневым пунктиром

— Калина 1.6 автора, приоромотор с валами 8.7\8.5 Нуждин. Момент 16.2 кг при 4900, мощность 119 л.с. при 6000 об. Разницу видите на графике?

Розовым пунктиром

— валы помощнее (Нуждин 9.75 узкофазники), машина Рустема 1.6 из Можги, приоромотор. Момент 17.5 кг при 4900, мощность 127 л.с. при 6200.

Синим пунктиром

Напоследок поговорим о финансах. Общий бюджет данного двигателя (включая запчасти и работы) составил 145 тысяч рублей. Из них только мотокомплект (коленвал, шатуны, поршни, кольца) скушал 44 тысячи. Доработка головы с валом, запчастями и работами из общего бюджета составила 32 тыс.руб. Если бы пришла более свежая машина с современным контроллером Бош 7.9.7 и не потребовалась бы замена контроллера, дохлого модуля, возможно хватило бы штатных форсунок (т.к. рампа уже была бы без обратки с более высоким давлением топлива) — это удешевило бы проект примерно на 10-20 т.р. и тогда общий бюджет составил бы около 130 тысяч.

Будем ждать отзыва владельца, если он пожелает что-либо рассказать об эксплуатации двигателя.

Обновление от 8 ноября 2015 года.

Из рабочих видео-зарисовок, снятых в процессе сборки двигателя, скомпоновано небольшое видео, с которым можно ознакомиться далее. Напоминаю, по итогам отладки двигателя от гидрокомпенсаторов пришлось отказаться.

https://youtube.com/watch?v=rD3IkPxKnZI