piątek, 19 stycznia 2018

IN POWER WE TRUST- Tuning mechaniczny silnika V2 od ogółu do szczegółu.

Tym wpisem rozpoczynam cykl artykułów dotyczących kompleksowego podejścia do tuningu motocykla.

Prawidłowe podejście do tuningu powinno opierać się o dobrze ugruntowaną wiedzę teoretyczną oraz długoletnią praktykę. Aby usprawnienia przyniosły najlepszy efekt (czyli np. zwiększenie mocy przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa) należy do nich podchodzić kompleksowo. Metodologia działania w tej kwestii powinna opierać się o wcześniej wykonane założenia teoretyczne (projekt) i dotyczyć wszystkich znaczących układów jednostki napędowej. Nasze działania nie powinny dotyczyć tylko i wyłącznie jednego z układów np. układu zasilania, w oderwaniu od innych, gdyż modyfikując jeden układ zmieniamy parametry pracy pozostałych. 

W wielu moich wpisach pojawiają się treści dotyczące modyfikacji i usprawnień silników górno- i dolnozaworowych, głównie tych zza oceanu. Choć prace dotyczyły wybranej grupy silników V2 to zasady te dotyczą szerokiej grupy jednostek napędowych o zbliżonej konstrukcji i parametrach.

Właśnie konstrukcja silnika i jego parametry są kluczem do dalszych rozważań. Poniższy wpis będzie dotyczył starszych konstrukcji, które charakteryzują się zazwyczaj większym skokiem tłoka niż jego średnica, znanych jako „podkwadratowe” (under square engine) gdzie d<s oraz silników zbliżonych do złotego środka czyli silników „kwadratowych” (square engine) d=s. *d- średnica cylindra, s- wartość skoku tłoka. Do tej szerokiej gamy zalicza się większość silników H-D, Indian, oraz niektóre konstrukcje europejskie przed 1980 rokiem. Skąd wzięło się takie ograniczenie czasowe? W ostatnich dekadach XX-wieku zmieniło się podejście konstruktorów do projektowania za sprawą coraz lepszych rozwiązań elektronicznych układów sterujących silnikiem np. wtrysk paliwa, zapłon. Dzięki tym układom nie była już konieczna optymalizacja silnika pod kątem mechanicznym, a prym wieść zaczęły pewne założenia konstrukcyjne takie jak bardzo duża wysokoobrotowość jednostek napędowych oraz bardzo duże komory spalania mieszczące coraz większa ilość zaworów. Pewne niedobory parametrów powstałe w związku z tymi założeniami można było nadrobić dzięki rozwojowi elektroniki np. mała efektywność spalania mieszanki w dużych wielozaworowych komorach przy jednoczesnych wysokich obrotach silnika spowodowała niską wartość momentu obrotowego, którą to wadę zaczęto rekompensować charakterystyką zapłonu oraz proporcją przygotowanej przez komputer mieszanki często odbiegającej od optymalnej wartości stosunku powietrza do paliwa wynoszącej 14,7:1 dla silnika benzynowego. 

W pierwszej kolejności zajmę się ogólnie pojętą geometrią silnika czyli stosunkiem „d” do „s” (średnicy cylindra do skoku tłoka) gdyż jest on najistotniejszym parametrem charakterystycznym, który stanowi o sposobie oddawania mocy przez silnik. Właściwie dobrany wał korbowy ma bezpośredni wpływ na wielkość momentu obrotowego silnika oraz zakres obrotów w jakich uzyskuje się maksymalną wartość momentu obrotowego. Pierwsze skrzypce, na równi z geometrią wału korbowego, gra również kształt komory spalania- to ona decyduje o efektywności procesu spalania, a co za tym idzie, dawce energii przekazanej za pomocą tłoka na wał korbowy. Równie ważną rolę pełni układ rozrządu mający bezpośredni wpływ na zjawiska falowe zachodzące w kolektorze ssącym i wydechowym, decydujący o szybkości wymiany mieszanki paliwowo-powietrznej przed i po spaleniu w komorze spalania. Nieco w tle w stosunku do powyższych układów pozostają układ zasilający (gaźnik lub wtrysk paliwa) i układ zapłonowy. Choć te ostatnie pełnią bardzo znacząca rolę i prawidłowy tuning nie może się obejść bez ingerencji w te układy, to jednak w starszych konstrukcjach modyfikacja tych układów daje mniej znaczący zysk w parametrach rzędu 10-15% mocy. 

W moich rozważaniach wezmę również pod uwagę bilans cieplny silnika chłodzonego powietrzem oraz układy poprawiające to chłodzenie np. chłodząca rola oleju w układzie smarowania silnika. Będzie również miejsce na omówienie prawidłowego zestrojenia wszystkich układów silnika, tak aby ich wzajemna współpraca była jak najbardziej harmonijna

W dalszej kolejności zamierzam wziąć pod lupę układ przeniesienia napędu wraz ze sprzęgłem i skrzynią biegów, modyfikacje przełożeń w tych układach i możliwość redukcji oporów tarcia podczas współpracy części mechanicznych. 

Zanim przejdę do szczegółów, tytułem wstępu trochę teorii dotyczącej momentu obrotowego i mocy generowanej przez silnik. 

Moc i moment w funkcji obrotów dla silników V2.


Mówiąc o silnikach V2 mam na myśli silniki podkwadratowe czyli długoskokowe. Rządzą się one swoimi prawami i krótko rzecz ujmując charakteryzują się stosunkowo niskimi obrotami maksymalnymi i maksymalnym momentem obrotowym pojawiającym się w okolicach 50% obrotów mocy maksymalnej. Moje rozważania będę prowadził na przykładzie silnika Evolution 80”, był to silnik o stosunkowo małej fabrycznej mocy 57 KM przy 5250 rpm i dużym jak na tę moc momencie obrotowym wynoszącym 95 Nm przy 3000rpm. Natomiast moment obrotowy przy obrotach mocy maksymalnej 5250 wynosi jeszcze 81Nm. Oznacza to, że tak skonfigurowany silnik będzie bardzo sprawnie przyspieszał aż do obrotów mocy maksymalnej, ale najlepsze przyspieszenia uzyskamy pomiędzy najwyższymi wartościami momentu obrotowego i mocy. W tym przypadku jest to nieomalże połowa użytecznego zakresu obrotów. Jeśli trochę znacie te silniki, to wiecie, że sprawne przyspieszanie następuje w nich jeszcze znacznie poniżej maksymalnego momentu obrotowego (czyli 3000 rpm), co wydłuża dodatkowo użyteczny zakres obrotów. Aby lepiej zrozumieć powiązania pomiędzy momentem obrotowym a mocą bardzo pomocny staje się wzór na podstawie którego wyznacza się wykres mocy. Wzór ten to 
Moc silnika (P) = moment obrotowy (M) x obroty silnika (przy danym momencie obr.) / 5250 (wartość stała dla pomiarów w jednostkach calowych Foot-pounds, w przypadku jednostek metrycznych KW  wartość ta wynosi 9549). Wszystkie wykresy, których będę używał pochodzą a amerykańskiej literatury, więc wartości momentu obrotowego wyrażone są w jednostkach calowych Foot-pounds, a przelicznik na Nm (Newton-meters) jest równy Fp= 1, 3556 Nm.
P= M x rpm/5250
Jak wynika ze wzoru moc jest pochodną momentu i można ją w prosty sposób wyliczyć opierając się o wykres. natomiast wykres momentu obrotowego musimy uzyskać przy pomocy stanowiska do badań silników (hamowni). 

Przy wyborze opcji tuningu naszego silnika warto posłużyć się danymi fabrycznymi producentów tego typu silników o zbliżonych parametrach np. S&S i dokładnie przeanalizować wykres moment/moc. Przy wyborze zakładanych parametrów silnika należy przede wszystkim brać pod uwagę, w jakich warunkach będzie użytkowany motocykl. Jeśli przez większość swojego życia będzie użytkowany turystycznie wówczas szczególny nacisk kładziemy na uzyskanie wysokiego momentu obrotowego od najniższych obrotów użytkowych i płaski przebieg wykresu momentu aż do obrotów mocy maksymalnej. W tym przypadku uzyskanie maksymalnej możliwej mocy nie jest priorytetem, gdyż najwyższą moc uzyskuje się za sprawą zwiększania obrotów maksymalnych, co przy silniku długoskokowym odbija się znacznie na jego trwałości i niezawodności. 


Jeśli natomiast motocykl ma pokazać pazur i wyższość nad motocyklami kolegów to należy go zaprojektować w zupełnie inny sposób. W takiej konstrukcji najważniejsza będzie moc maksymalna a maksymalny moment obrotowy może być dostępny przy wyższych obrotach, co w połączeniu z lekką (odchudzoną) karoserią motocykla da nam rakietowe przyspieszenia pozwalające złoić tyłek dużo nowszym i na pozór mocniejszym motocyklom o zacięciu sportowym. 
Pomimo pozornie przestarzałej konstrukcji tego silnika, istnieje możliwość zastosowania go do wyczynu (wyścigi na ¼ mili), obniży to jednak drastycznie jego trwałość do około 100-150 startów i o tego typu ekstremalnym tuningu nie będę wspominał. 

A oto jeden z motocykli, które przygotowałem w zgodzie z powyższymi wytycznymi i został skonfigurowany tak, aby znaleźć złoty środek pomiędzy osiągami a trwałością. W tym motocyklu został zachowany bezpieczny margines obrotów mocy maksymalnej (nieco ponad 100KM przy 5500 rpm) przy niezmienionej pojemności 1340ccm. Motocykl jest użytkowany zarówno na szybkich przelotach autostradowych, jak i częstych krótkich przejazdach w stosunku 50/50. Nadmienić należy, że wszystkie pomiary przy tuningu dokonuje się na tylnym kole tzn., że motocykl z filmu uzyskał podaną moc na tylnym kole. Jeśli chodzi o moc na wale korbowym to jest zawsze wyższa o około 15-20%. Ta strata mocy jest spowodowana oporami tarcia i lepkości oleju oraz innymi ubytkami mocy na przeniesieniu napędu. Czysta moc silnika na wale korbowym w tym przypadku wyniosłaby prawie 120KM, ale jest to parametr nieużyteczny, gdyż nie jeździmy na samym silniku. 


W kolejnym odcinku „Dwa parametry skok tłoka/średnica cylindra- odwieczni rywale” czytaj tutaj będę pisał o kluczowej roli geometrii mechanizmu korbowego dla uzyskania dobrych parametrów momentu obrotowego przy zachowaniu maksymalnej jego trwałości. Zapraszam do śledzenia wątku.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz