Tuning 101: Základy úprav motoru podle HKS, část 2.

Po letmém úvodu z minulého týdne se pustíme do dalšího pokračování překladu příručky HKS o základech úprav motorů. Oproti prvnímu dílu se začneme pouštět trochu do hloubky, ale opět připomínáme, že jde o základy určené těm, kteří se o tyhle věci teprve začínají zajímat.

Úpravy motoru se točí kolem pěti základních elementů, které musí být vzájemně vyvážené a při úpravě jednoho musí zpravidla následovat úprava dalších. Těmito elementy jsou sání, výfuk, palivo, zapalování a u některých motorů také přeplňování.

Sání

Pro zvýšení efektivity sání je důležité odstranit vše, co by mohlo bránit a omezovat průchod vzduchu do motoru. Sériový vzduchový filtr je navržen tak, aby vydržel co nejdéle za různých podmínek a také tlumil zvuk sání. To dělá filtr velmi neefektivní z hlediska výkonu. Je to jako kdyby někdo běžel maraton s plynovou maskou!

HKS navrhlo a vyrobilo dva druhy filtrů: Super Hybrid Filter a Super Power Flow. Super Hybrid Filter slouží jako výměna původního filtru v sériovém boxu sání a nabízí větší průchodnost vzduchu oproti sériovému filtru a tím i větší efektivitu sání. Super Power Flow kit odstraní původní box sání a nahradí ho otevřeným filtrem, který udrží krok i při pokročilém stádiu úprav motoru. Přestože tyto otevřené filtry zvyšují efektivitu sání, vyžadují pravidelnější údržbu oproti sériovým filtrům. Pravidelná údržba je nutná pro zachování optimálního výkonu.

Výfuk

Základem úprav výfuků je stejně jako u sání zvýšení jejich průchodnosti, ale je potřeba si uvědomit, že neplatí pravidlo „čím více průchozí výfuk je, tím je efektivnější“. Odstraněním tlumičů výfuku je výrazně snížen odpor výfuku, ale to má také za následek snížení točivého momentu, což má negativní dopad na pružnost motoru. Je proto důležité, aby měl výfuk dostatek zpětného tlaku (odporu). Výfukové svody jsou toho dobrým příkladem, když jejich tvar, konstrukce a délka může změnit charakteristiku motoru. Výfukový systém hraje důležitou roli v ovlivnění emisí a úrovně hluku.

Sériové výfuky mají tendenci mít ostré ohyby a být v určitých místech namačkané kvůli snížení výrobních nákladů a rozložení podvozku. Důraz je kladen na snížení hluku a zvýšení točivého momentu v nejnižších otáčkách motoru. Sportovní výfuky mají hladší ohyby pro zvýšení efektivity výfukového systému a každý z těchto systémů je upraven na míru jednotlivých modelů aut. Turba využívají energii výfukových plynů k výrobě výkonu a vytváří tak odpor ve výfukovém systému, jehož tlumiče jsou proto navrženy s menším odporem oproti autům s atmosférickým motorem. V závislosti na druhu auta a výfuku lze u turbo motorů výměnou výfuku zvýšit plnící tlak turba a tím výrazně zvýšit výkon.

Železný katalyzátor zvýší jak účinnost výfuku, tak jeho čistící vlastnosti

Katalyzátor čistí výfukové plyny tak, aby byly méně škodlivé pro životní prostředí. Uvnitř katalyzátoru je jemní mřížka, která snižuje průchodnost výfukových plynů. Pokud se bere v potaz pouze efektivita výfuku , nejlepších výsledků by se dosáhlo úplným odstraněním katalyzátoru, ale to by mělo za následek mnohonásobně vyšší znečištění ovzduší. Z tohoto důvodu je odstranění katalyzátorů nelegální v řadě zemí. Překonat tento problém se dá pomocí sportovních katalyzátorů s vyšší prostupností.

Přeplňování

Co je to turbo a jak to funguje?

Turbo je zařízení, které využívá energii výfukových plynů, pomocí kterých roztáčí kompresor. Ten přes filtr sání nasává vzduch, který stlačuje a přes sání ho tlačí do motoru. Díky tomu se do něj dostane větší objem vzduchu a umožní dosáhnout většího výkonu. Objem vzduchu, který je hnán do motoru je označován jako „plnící tlak“ (anglicky „boost“) a může být ovládán tím, kolik výfukových plynů projde turbem. Ty se regulují pomocí přepouštěcího ventilu, který je mezi motorem a turbem a může při dosažení potřebného plnícího tlaku nechat výfukové plyny turbo obejít. Tento obtokový ventil je v angličtině známý jako „wastegate“ a může být jak součástí turba, tak od něj může být konstrukčně oddělený.

Zvýšením plnícího tlaku získá motor více vzduchu a tím i výkonu, ale jeho navyšování je kvůli omezené výdrži jednotlivých součástek motoru velmi omezené. Vedle selhání mechanických součástek může vyšší plnící tlak způsobit i neadekvátní práci palivové soustavy, která nedodá motoru potřebné množství paliva. To může mít za následek vážné poškození předčasnou detonací směsi v motoru, známou jako „klepání“. Sériový plnící tlak motoru je zpravidla velmi omezen a má z důvodu bezpečnosti velkou rezervu.

Druhy obtokových ventilů

Přepouštěcí ventil ovládající plnící tlak turba se rozděluje na dva hlavní druhy. Prvním je ventil integrovaný přímo v turbu a ovládaný aktuátorem, druhým je pak externí ventil. Oba pracují na stejném principu, když se při dosažení potřebného plnícího tlaku otevřou a dovolí výfukovým plynům obejít turbo. Tím se turbo přestane roztáčet větší rychlostí a nebude tím dál zvyšovat plnící tlak. Externí wastegate nabízí vyšší průtok a tím i stabilnější plnící tlak turba, ale vyžaduje náročnější řešení výfukových svodů. Integrovaná wastegate se tak zpravidla používá na sériových a menších turbech, zatímco externí nachází využití u pokročilých úprav motorů s vysokým výkonem.

Základní navýšení plnícího tlaku

Zvětšení objemu vzduchu tlačeného do motoru zvyšuje sílu výbuchu v něm a tím i jeho výkon. Základní navýšení tohoto plnícího tlaku u sériového turba, v angličtině označované jako „boost up“, zvyšuje jeho relativně nízkou hranici a tak uvolňuje plný potenciál sériového motoru. Nejběžnější způsob jak tento tlak navýšit je použitím elektronického „boost controlleru“. Je také možné vyměnit aktuátor za jiný se silnější pružinou. Přestože je tento způsob navýšení tlaku velmi jednoduchou cestou k vyššímu výkonu, je s ním spojeno mnoho možných komplikací jako již zmíněný nedostatek paliva v motoru nebo nástup různých bezpečnostních pojistek jako je „fuel cut“. Z tohoto důvodu je nezbytné znát možnosti svého auta a nepřesahovat je.

Výměna turba

Při dosažení limitů sériového turba je dalším logickým krokem jeho výměna za větší s vyšším průchodem vzduchu. Může se zdát, že na stejném motoru a při stejném plnícím tlaku bude výkon malého i většího turba stejný. Kvůli rozdílu v účinnosti jednotlivých turb je ale opak pravdou. Různě velká turba mají různou hranici plnícího tlaku, při kterém jsou nejefektivnější. Při přesažení této hladiny se vzduch v sání začne výrazně ohřívat, čímž se sníží jeho hustota a tím i množství kyslíku, který se spaluje v motoru. Tato hladina se označuje jako „air flow rate“.

Co je to mezichladič?

Mezichladič stlačeného vzduchu slouží ke schlazení vzduchu z turba, jehož teplota stlačením vzrostla. V tomto ohledu se kromě výměny mezichladiče za jiný s větším objemem a účinností příliš dalších možností nenabízí. Dobrý mezichladič musí vytvářet co nejmenší odpor proudění vzduchu (a tím snižovat plnící tlak) a také logicky co nejvíc snížit teplotu stlačeného vzduchu. Tyto dvě vlastnosti se vzájemně vylučují a dosáhnout obou najednou je složité.

Co je to kompresor?

Opakem turba je mechanický kompresor. Ten ke svému pohonu nevyužívá proudění výfukových plynů, ale je poháněn přímo řemenem z klikové hřídele stejně jako například alternátor. Kvůli tomu na svůj pohon spotřebovává určitou část výkonu motoru, podobně jako například kompresor klimatizace. Díky přímému spojení s klikovou hřídelí dodává mechanický kompresor vzduch pod tlakem do motoru téměř okamžitě, zatímco u turba chvilku trvá, než ho výfukové plyny naplno roztočí. Výkon potřebný na pohon kompresoru roste spolu s otáčkami a kvůli tomu není příliš vhodný pro vysokootáčkové motory.

U automobilů jsou nejběžnější dva druhy kompresorů. Rootsův kompresor využívá dvě lopatky, které společně vytlačují vzduch ze skříně kompresoru. Většina běžných kompresorů využívá tuto konstrukci. Druhý typ je označován jako odstředivý kompresor vypadá jako turbo, které bylo rozříznuto na dvě části. Část turba, kterou prochází výfukové plyny je nahrazena převodem, který je pomocí řemenu spojen s motorem a ten ho roztáčí (na obrázku).

Řízení paliva

K úplnému spálení veškerého paliva ve spalovacím prostoru je potřeba mít na každý gram paliva zhruba 15 gramů vzduchu. Této 15:1 kombinaci se říká stechiometrický poměr vzduchu a paliva. V praxi mívají však motory palivovou směs bohatší (je v ní více paliva) kvůli různým podmínkám jako je například atomizace paliva (jak dobře je palivo smícháno se vzduchem) a také chladícím účinkům, které má palivo na motor. K měření tohoto poměru se využívá tzv. A/F (air/fuel) budík spojený s lambda senzorem ve výfuku. V běžných podmínkách měří řídící jednotka motoru množství nasátého vzduchu pomocí váhy vzduchu (AFM) a podle naměřených hodnot vypočítá, kolik paliva je do něj potřeba dodat. Sériový systém počítá s tím, že se parametry motoru nebudou měnit a jakmile je množství nasátého vzduchu upraveno například pomocí „boost upu“, palivový systém by měl být zpravidla také upraven.

MAF vs. MAP váhy vzduchu

U mnoha běžných motorů je množství nasátého vzduchu do motoru měřeno pomocí takzvané Mass air flow (MAF) váhy vzduchu, označované také jako L-Jetronic. MAF váha typicky používá rozžhavený drát nebo pružinu uvnitř sání a počítá množství nasátého vzduchu podle toho jak rychle je zchlazena. Ta ale do jisté míry brání průchodu vzduchu a má také omezené množství objemu vzduchu, který dokáže změřit. Oproti tomu systém Manifold air pressure (MAP), známý také jako D-Jetronic má v sání zabudovaný senzor tlaku, podle kterého vypočítává množství přítomného vzduchu a tím nebrání jeho průchodu. Oba systémy mají své pro a proti, které v budoucnu rozebereme v samostatném článku.

Zapalování

Nejoblíbenější možností jak upravit zapalování je výměna svíček. Různé zapalovací svíčky mají různé rozhraní teplot, ve kterých pracují optimálně a obecně platí, že ty s nižším rozsahem jsou vhodnější pro použití v teplotně méně namáhaných podmínkách. Jak ale teplota uvnitř spalovacího prostoru postupně s úpravami roste, mohou tyto svíčky způsobit předčasnou detonaci směsi (klepání) a tím těžce poškodit motor. Oproti tomu svíčky s vyšším teplotním rozsahem pracují nejlépe při vyšších teplotách, ale mohou způsobit nedostatečné zapálení směsi v nižších teplotách. Při navýšení plnícího tlaku turba nebo dalších úpravách roste výbušná síla ve spalovacím prostoru a tím i jeho teplota a proto je nutné těmto úpravám přizpůsobit i svíčky.

Další důležitou vlastností zapalování, kterou je třeba mít pod kontrolou je jeho časování. To se běžně ovládá pomocí elektroniky stejně jako palivo. Časování zapalování podléhá řadě faktorů a obecně platí, že čím dříve je směs zapálena, tím je výkon motoru větší, ale také náchylnější na předčasnou detonaci. Opožděné zapalování naopak předčasné detonaci předchází, ale také částečně snižuje odezvu motoru.

Grafika © HKS Co., Ltd.

tagy: ,
Like!