JAK NA TO

Přeplňování (03.04.2003)

V situacích, kdy jsou vyčerpány všechny běžné možnosti zvýšení výkonu atmosferického motoru, přistupují často konstruktéři k dalšímu stupni "honu na koně". To představuje úkol zvýšit množství tepla uvolněného během hoření při spalování, což logicky vyústí ve snahu "nacpat" do motoru více vzduchu a tím i palivové směsi. Během vývoje vzniklo mnoho různých variant a typů mechanismů pro přeplňování. My se však podíváme pouze na dva nejrozšířenější a pro tuning nejpoužívanější způsoby - turbodmychadla a kompresory. A o tom,že přeplňování motorů, je v podstatě nejúčinnějším způsobem zvyšování efektivnosti spalovacího motoru, přesvědčí zcela jistě skutečnost, že ve zlaté éře turbomotorů ve formuli 1dokázala firma Hodna vydolovat ve své verzi motoru pro kvalifikační tréning kolem 1 000 koní objemu 1500 cm3!!!


Turbo
Přestože výklad principu přeplňování motoru pomocí turbodmychadla k tuningu vyloženě nepatří, zkusíme se na něj stručně podívat. Odcházející horké výfukové plyny jsou odváděny přímo ze spalovacího prostoru na lopatky turbíny, kde expandují a roztáčí ji. Turbínové kolo umístěné ve výfukovém traktu je spojeno hřídelí s turbínovým kolem v sacím potrubí, které provádí přesně opačnou funkci, a tou je stlačování vzduchu. Důvody jsou jasné - potřebné nakrmení válce větším množstvím čerstvé směsi, než by tomu bylo v případě atmosférického sání. A to už jsme u věci, která tunera zcela jistě zajímá. To však není jedinou věcí.Jak už bylo zmíněno dříve, velmi důležitý pro výkon je také střední efektivní tlak pe  ve válci, který pochopitelně roste s tlakem plnícím. Velmi zjednodušeně by se pak tedy nárůst výkonu při přeplňování dal určit podle vztahu:
 
Pp  =  Pn * [ (plnící tlak + atmosférický tlak) / atmosférický tlak]

Pp - výkon přeplňovaného motoru
Pn  - výkon nepřeplňovaného motoru


Tento vztah však nezahrnuje mnoho dalších faktorů a předpokládá pochopitelně zachování všech ostatních parametrů (kompresní poměr, výhřevnost paliva apod.). Vzhledem k tomu, že konečný výkon přeplňovaného motoru je souhrnem komplexních úprav celého motoru, nebudeme se dále zabývat teorií a podíváme se na věc z praktického hlediska. Do zásadních přestaveb motoru se lze pustit pouze v případě profesionálního zázemí, a proto běžný tuning spočívá především v zakoupení kompletní turbosady optimalizované pro ten či onen motor či ve vylepšení parametrů stávajícího přeplňování. Protože turbo jako takové umí co umí, zaměřme se na prvky, kterými lze jeho plnící účinnost navýšit.

- První věcí, kterou lze udělat, je přeprogramování řídící jednotky, což je současně i relativně nejméně nákladné a pracné. V tomto případě má chiptuning podstatně větší efekt než u atmosférického plnění, protože pouhou změnou velikosti plnícího tlaku (v některých případech až na dvojnásobek) lze získat až 30 % výkonu navíc. Pochopitelně je tomu nutno přizpůsobit i množství vstřikovaného paliva.
- Druhým stupněm je úprava vlastního turbodmychadla. Nejjednodušší krok je zvětšení přístupu do kompresorové části turbíny, což pochopitelně umožňuje nasávání většího množství vzduchu ke stlačování. Celá záležitost umožní nárůst výkonu řádově kolem 10%. Podstatně efektivnější je výměna celého turbodmychadla za větší (eventuelně převrtání stávajícího pro větší turbínu), které podle parametrů může výkonu pomoci i k dvojnásobku. Otázkou však zůstává co tomu řeknou ostatní komponenty, včetně převodovky a soustavy trakce. Další věcí, kterou musíte zakalkulovat, je nárůst "turboefektu", tj. prodlevy roztočení turba po sešlápnutí plynového pedálu, který pochopitelně stoupá s nárůstem setrvačných sil u větší turbíny.
- Protože vzduch se při stlačování přirozeně zahřívá, což je podpořeno přenosem tepla z horké (výfukové) části turbíny, je potřeba mezi výstup z turba a sání umístit účinný mezichladič vzduchu. Při výměně turbíny za větší je pochopitelně díky většímu tlaku a teplotě nutno vyměnit nejen veškeré hadice za pevnější a tepelně odolnější, ale především pořídit větší vzduchový chladič. Zde je nutno připomenout, že některé starší motory (zejména s nízkotlakým přeplňováním) tyto mezichladiče vůbec nemají. Jejich zabudováním bez jakýchkoliv dalších úprav tak lze získat slušné stádo koní navíc. Obecně se dá totiž říct, že ochlazení plnícího vzduchu o 10oC může přinést až 3 % výkonu navíc. Proto pro další ochlazení nasávaného vzduchu je u některých velmi namáhaných motorů vstřikována do prostoru sání voda. Pokud již motor tento způsob snižování teploty nemá zabudován, je možno pořídit potřebné zařízení dodatečně, avšak správná činnost vyžaduje velmi pečlivé nastavení. Mnohem jednodušší fintou ( i když ne tak účinnou) je rozprašování vodní mlhy před mezichladič vzduchu, čímž se rovněž sníží teplota chladícího vzduchu. Věc je proveditelná i v amatérských podmínkách, kdy např. pomocí motorku z ostřikovačů rozstřikujeme malými tryskami vodu ze zásobníku ve voze přímo před mezichladič. Věc je výhodné používat v horkých dnech, kdy krátkodobě nadměrně zatěžujeme motor.U soutěžních vozů se toto ostřikování používá během rychlostních zkoušek, u vás tak dlouho, dokud budete mít zásobu vody.
- Nárůst plnícího tlaku znamená pochopitelně i změnu velikosti kompresního poměru. Z těchto důvodů mají běžné turbomotory kompresní poměr menší než motory stejného objemu bez přeplňování. Plnící tlak má tímto pochopitelně rezervu pro další nárůst při tuningových úpravách, tak aby nedocházelo k detonačnímu hoření z důvodů příliš velkého kompresního poměru. Každopádně je vhodné alespoň informativně provést před úpravou kontrolu, do jaké míry lze plnící tlak navýšit, aniž by došlo ke zbytečným komplikacím. Podotýkám jen, že u benzinových je hranice kompresního poměru přibližně kolem 12:1, u dieselů je omezení dáno individuálně, zejména technologickou hranicí (vstřikovací tlaky apod.).
  
 eEFF     =      ?GEOM   1,44odmocnina(pp / pa)
  
 ?GEOM - geometrický kompresní poměr motoru
 ?EFF  - kompresní poměr přeplňovaného motoru
 pp  - absolutní plnící tlak
 pa  - atmosférický tlak
 pp = pa  + plnící tlak turbodmychadla

 Pozn. Plnící tlak se v běžné praxi udává v jednotkách [bar]. Atmosférický tlak se pohybuje v nadmořské výšce České republiky v hodnotách cca 1 bar. 

jaknato/70a

jaknato/70b

- Pokud použijete větší turbo, je nutno nárůstu množství vzduchu přizpůsobit také množství paliva nejen délkou vstřiku, ale i velikostí trysek. V těchto případech může přijít na řadu úprava celé regulační soustavy palivového systému a montáž výkonnějšího čerpadla, aby bylo zajištěno dostatečné množství paliva.

Jestliže se při zvyšování výkonu u turbomotorů můžete potýkat s většími či menšími technickými problémy (podle míry úprav), při implantaci turba na stávající atmosférický motor se jim zcela jistě nevyhnete. Než podniknete jakékoliv kroky, je nutné zvážit několik skutečností.

- V případě, že problematice vůbec nerozumíte, bude nejlépe, pokud úpravu svěříte specializované firmě, případně si pořídíte kompletní vyzkoušený kit pro úpravu daného vozu (pokud existuje). Je nutno si uvědomit, že některé motory jsou pro podobné operace nevhodné, tzn. že vám vše přinese více starostí než užitku. Navíc náklady na úpravu mohou narůst na takovou výši, že levnější bude varianta pořízení vozu přímo s turbomotorem.
- Po přestavbě bude motor extrémně tepelně i pevnostně namáhán.Ve spalovacím prostoru díky přeplňování vzniká podstatně vyšší pracovní tlak. Pokud již byl motor "laděn" snižováním hlavy (zvýšení kompresního poměru), další "nafouknutí" motoru i při malém plnícím tlaku může znamenat závažné problémy. Při použití turba je tedy vhodnější kompresní poměr trochu snížit. Nezbývá pak tedy nic jiného než postupovat přesně opačně oproti zvyšování kompresního poměru. Není zde však vhodné používat jako řešení silnější těsnění pod hlavu válců, protože díky turbu tlak a teplota ve spalovacím prostoru neklesají ba naopak. Přijatelnější je zvětšit objem spalovacího prostoru (nejlépe tak,aby byl zachován jeho geometrický tvar) či použít jiné písty.Velikost změny pak můžete stanovit ze vztahu:
  
 x = [H/(?v - 1)] - [H/(? - 1)]
  
 x (mm) - velikost změny (např. změna síly těsnění)
 ? - původní kompresní poměr
 ?v  - výsledný (požadovaný) kompresní poměr
 H (mm) - zdvih motoru


- Při použití turbodmychadla je nutno přizpůsobit také mazací soustavu. Nejde jen o vyšší namáhání celého mechanismu, ale také o to, že turbo je částečně chlazeno olejem z mazací soustavy motoru. V těchto případech je chladič oleje téměř nezbytností.
- Protože uhlídání celkových maximálních teplot u přeplňovaných motorů je velmi důležitou záležitostí, kromě pořízení a zabudování mezichladiče stlačeného vzduchu je nutno vyřešit a upravit i samostatné chlazení motoru, a to pravděpodobně výměnou stávajících chladičů vody za větší.
- Pokud se jedná o motor s elektronickou řídící jednotkou, je pochopitelně nezbytné přizpůsobit řídící data motoru pro provoz "turbo". Zde se může výrazně projevit nedostatek "know-how" a pokud nekoupíte v celé sadě i patřičný čip, můžete v celé věci docela pohořet. A to i doslova.

Jestliže se opravdu hodláte k přestavbě na turbo, pamatujte, že je vhodné použít raději nižší plnící tlaky. I tak to bude značné zatížení motoru, který na tuto variantu nebyl dimenzován. Pokud však chcete mnohem víc, nachystejte si ne měšec, ale pytel peněz a připravte se na totální přestavbu motoru,a vlastně i celého auta.


Kompresory
V současné produkci automobilek je kompresor (někdy nazývaný také jako supercharger) nepříliš rozšířeným způsobem přeplňování motorů. Důvodem tohoto trendu jsou jednak vyšší mechanické ztráty při jeho pohonu,nerovnoměrnost plnícího tlaku, vyšší hlučnost, ale zejména nevyužitá energie odcházejících výfukových plynů.
V dávnějších dobách velmi oblíbený způsob zvyšování výkonu závodních motorů tak měl poslední výrazné úspěchy v 80.letech, kdy jej používal v soutěžním mistrovství světa tovární tým Lancia ve svém typu 037 Rally. I dnes existují kompresory mnoha různých konstrukčních typů, ale kromě výjimek (jako je např. G-dmychadlo u vozů VW) je v sériové produkci budete hledat stěží. Přesto však existují v nabídce mnoha tuningových firem,protože jejich implementace není příliš komplikovaná.
- Výhodou kompresoru je absence "turboefektu". Díky přímému pohonu od klikového hřídele vytváří plnící tlak již od nízkých otáček s okamžitou reakcí na sešlapání plynového pedálu.
- Další pozitivem přijatelného plnícího tlaku od nízkých otáček je lepší průběh výkonu a točivého momentu. Používají se však pro nižší plnící tlaky s ohledem na skutečnost, že při větších stlačováních vzduchu výrazně klesá účinnost.
- Jsou vhodnou alternativou pro tunery bez potřebného technického zázemí. Oproti zástavbě klasického turba, které je technicky mnohem složitější, je možné pořídit na některé vozy sady,jež "našroubujete" takřka doma v garáži. Při jejich instalaci však také platí zásady uvedené dříve u turbodmychadel s tím rozdílem, že plnící tlaky se pohybují do 0,6 baru, a tudíž tepelné namáhání není tak vysoké.

jaknato/74a

jaknato/74b

jaknato/75

 

NOS (Nitrous Oxide System)
Nedá se zcela přesně říct, že tento záhadně vypadající způsob zvyšování výkonu patří do kapitoly o přeplňování motoru. Rovněž se však nedá tvrdit, že tomu tak není. Princip celého systému totiž nespočívá v "natlačení" většího kvanta kyslíku do spalovacího prostoru (o což u přeplňování jde), ale o dodání většího množství kyslíku, které umožní spálit podstatně více paliva (o to jde u přeplňování taktéž), a tím i většího výkonu motoru. V zásadě se jedná o vstřik kapalného oxidu dusíku (N2O) na začátek sacího potrubí, tak aby tuto změnu zareagovala veškerá čidla z řídící jednotky. Změnou podchlazeného oxidu dusíku z kapaliny na plyn dochází k prudkému ochlazení okolního nasávaného vzduchu (cca o 50oC),na jehož změnu hustoty zareaguje řídící jednotka zvýšením dodávky paliva. Navíc vliv tohoto ochlazení plnícího vzduchu v případě turbomotoru si jistě dokážete představit. Další výhodou je, že ve spalovacím prostoru dochází k uvolnění kyslíku, kterého N20 obsahuje asi 35 % (pro srovnání - ve vzduchu je ho asi 20 %). Díky tomuto opět dochází ke zvýšení dávky paliva a pochopitelně díky přebytku kyslíku k lepšímu spalování. Nárůst výkonu je při této "forsáži" opravdu velmi znatelný - podle typu motoru se může pohybovat od 30 do 50 %. Při opravdu "hard" použití, např. u dragsterů, jde tato hodnota podstatně výše. Při instalaci a používání tohoto systému je však nutno dbát na několik zásad.
- Celý systém se prodává jako stavebnice.Informace, z čeho se takový NOS-kit skládá, můžete získat třeba na internetových stránkách http://www.nosnitrous.com. N20 jinak známý jako "rajský plyn", se dá pořídit vcelku bez problému, avšak jeho používání má drobné riziko. Vzhledem k  tomu, že v České republice je k mání plyn pouze k lékařskému použití, a tudíž bez zápachu, jakákoliv porucha na těsnosti celé soustavy umístněné ve voze může posádku včetně vás bez problému uspat. Pokud se to stane za jízdy, není to určitě to nejlepší co vás mohlo potkat.
- Vzhledem ke značnému tepelnému namáhání motoru lze výkon takto maximalizovat pouze na velmi krátký čas - cca do 30 sec. Pokud se rozhodnete tuto "specialitu" používat rádi a často, nezbývá než počítat s rapidním poklesem životnosti motoru, protože co je moc, to je příliš.
- Další věcí je palivová soustava.Systém se dá použít jak pro vstřikování, kde je pochopitelně účinnější, tak i pro karburátorové motory.Každopádně však  v důsledku extrémní spotřeby může dojít k nedostatku paliva, což vyřeší jedině výkonnější palivové čerpadlo.
- Celá věc v žádném případě nemá schválení k užívání v běžných vozidlech a při provozu je nutno dodržovat bezpečnostní opatření, aby nedošlo k unikání plynu či nesprávným naplněním (či přeplněním) tlakové nádoby k její explozi.

zpět na seznam všech novinek

Sdílet na facebooku Přidej na Google Přidej na Netvibes pošli na vybrali.sme.sk TopČlánky.cz Přidej odkaz na Bookmarky.cz

Výběr dle kategorie


Nápověda k search +

- napište požadované klíčové slovo (neklikejte, nemačkejte Enter)
- napište minimálně 3 písmena
- výsledky hledání můžete více omezit použitím více klíčových slov (např. vana mondeo)
- používejte jednotlivá klíčová (např. filtr green punto)
- hledání nerozlišuje diakritiku
- hledá v názvu kategorie, názvu produktu a kódu zboží
- najetím myši na text se zobrazí obrázek, popis a cena zboží
- kliknutím na odkaz zobrazit na pravé straně se zobrazí všechny nalezené položky
- kliknutím na odkaz načíst další se načte více nalezených položek