Dobór sportowych wałków rozrządu

Sportowe wałki rozrządu w procesie produkcji © Źródło: Lech Świątek

Udostępnij:

Tuning silników, w tym dobór sportowych wałków rozrządu, to dość specyficzna dziedzina mechaniki samochodowej, która wymaga specjalistycznej wiedzy i doświadczenia. Wiedza inżynierska i doświadczenie są niezbędne do wyliczania kształtu krzywek i doboru parametrów wałka sportowego do silnika.

Przez ostanie dziesiątki lat dzięki rozwojowi programów komputerowych prawidłowe obliczenie wszystkich parametrów silnika tak, żeby uzyskać planowany efekt, jest znacznie ułatwione. W oparciu o własne doświadczenia podczas projektowania przeróbek tuningowych silnika stosujemy obecnie poniższy tok postępowania.

sportowa głowica z wałkami rozrządu
Tuning – sportowa głowica z wałkami rozrządu. Źródło: Lech Świątek

Etap pierwszy – przygotowanie teoretyczne

  1. Zakładamy, jakie parametry silnika chcemy osiągnąć, określając wstępnie charakterystykę: jaką moc i moment obrotowy powinien osiągać silnik przy określonych prędkościach obrotowych.
  2. Przyjmujemy zakres niezbędnych przeróbek konstrukcyjnych silnika, uwzględniając jego przeznaczenie. Ten etap wiąże się ściśle z kosztami, jakie będą związane z modyfikacjami.
  3. Wstępnie zakładamy zmiany konstrukcyjne układów dolotowych, wylotowych, rozrządu i głowicy.
  4. W oparciu o powyższe założenia przeprowadzamy symulację w specjalnym programie komputerowym, w wyniku których otrzymujemy teoretyczną charakterystykę silnika: przebieg mocy i momentu w funkcji prędkości obrotowej. Oprócz tego program oblicza inne istotne wielkości i charakterystyki, takie jak wykres indykatorowy, przebiegi ciśnień w układzie dolotowym i wylotowym, prędkości tłoków.
  5. Jeżeli otrzymane charakterystyki odpowiadają założonym parametrom, w specjalnym programie konstrukcyjnym obliczamy zarysy krzywek, które odpowiadają obliczeniom, i przystępujemy do wykonania sportowych wałków rozrządu i modyfikacji mechanicznych.

Jeżeli wyniki symulacji odbiegają od planowanych, zmieniamy założenia wejściowe parametrów konstrukcyjnych elementów silnika i powtarzamy symulację 2-, 3-krotnie, aż osiągniemy wyniki możliwie zbliżone do założonych.

Wykresy z symulacji komputerowej silnika Mazdy MX-5 (silnik 2.0 ND-1). Krzywe mocy (czerwone) i momentu (zielone).
Wykresy z symulacji komputerowej silnika Mazdy MX-5 (silnik 2.0 ND-1). Krzywe mocy (czerwone) i momentu (zielone). Wykresy niższe to symulacja silnika seryjnego, wykresy wyższe to symulacja przeróbki rozrządu i strojenia. Źródło: Lech Świątek

Symulacja komputerowa jest dość dokładna. Późniejsze pomiary na hamowniach potwierdzają rzeczywiste osiągi zwykle z dokładnością 5–10% w stosunku do teoretycznych.

Wykres mocy i momentu Mazdy MX 5
Wykres mocy i momentu Mazdy MX 5 (silnik 2,0 ND-1) pomierzony na hamowni po wykonaniu montażu sportowych wałków i strojeniu. Źródło: Lech Świątek

Etap drugi – strojenie

Po wykonaniu wszystkich modyfikacji silnika i montażu następuje etap drugi – hamowanie i strojenie silnika na hamowni. Może się to odbywać na hamowni podwoziowej lub stanowiskowej, na wymontowanym silniku.



Od tych prac zależy ostateczny efekt tuningu. Podczas tych prób oprócz opracowania dokładnych map zapłonu i wtrysku ostatecznie dobiera się ustawienie kątowe wałka rozrządu, tak aby otrzymać optymalny przebieg momentu obrotowego silnika.

Na tym kończą się prace w warsztacie i pozostaje ostatni etap – właściwie najważniejszy: sprawdzenie, jak silnik zachowuje się podczas eksploatacji. Jeżeli jest to silnik do imprez sportowych, ostateczną weryfikacją są wyniki zawodów sportowych.

Opisaną powyżej procedurę profesjonalnego tunigu silników warto uzupełnić opisem zjawisk związanych z pracą tłokowego silnika spalinowego. Związane to jest z wyobraźnią potrzebną do uzmysłowienia sobie, jakie są granice realnych przeróbek silnika. Bardzo ogólnie o „wyczynowości” silnika decyduje jego moc jednostkowa: ile koni mechanicznych osiągamy z 1 l pojemności (co wiąże się z szybkobieżnością silnika).

Współczesne wolnossące silniki użytkowe seryjnych samochodów osiągają moce jednostkowe w granicach 60–80 KM/l. W ostatnich latach powstało wiele konstrukcji silników małych, często silników doładowanych o wyższych osiągach (downsizing). Tu należy pamiętać, że coraz wyższe wymagania ekologiczne ograniczają moc silników, gdyż jej część poświęca się na usprawnienie samego procesu spalania. Dotyczy to emisji związków szkodliwych w spalinach.

Moc silnika związana jest głównie z szybkobieżnością silnika (obrotami). Można pomyśleć, że zwiększenie prędkości obrotowej o 20% zwiększy moc o ok. 20%. To jednak znaczne uproszczenie, ponieważ moc (a właściwie moment obrotowy rozwijany przy określonych obrotach) wiąże się głównie z napełnieniem cylindrów. Chodzi o ilość mieszanki paliwowo-powietrznej, która mieści się w cylindrze podczas jednego cyklu pracy. Im więcej mieszanki, tym większy jest moment, a zatem i moc (moc = moment × obroty).

Procesy związane z napełnieniem cylindrów to procesy bardzo dynamiczne, związane ze zjawiskami falowymi w cylindrach i przewodach dolotowych i wylotowych. Wystarczy sobie wyobrazić, że silnik o pojemności 2000 cm3, pracując z prędkością obrotową 6000 obr./min z pełną mocą, w ciągu 1 s „wciąga” przez układ ssący 50–60 l powietrza (mieszanki). I to przez przepustnicę o średnicy zaledwie 40–45 mm. Prędkości przepływu w przewodach są więc porównywalne z prędkością dźwięku.



Dlatego profesjonalny tuning, jeżeli ma przynieść dobre osiągi, powinien zawsze opierać się na symulacjach komputerowych zjawisk i procesów związanych z pracą silnika. Możliwości takiego tunigu dla silników wolnossących to osiągi powyżej 120 KM z litra pojemności dla silników wyczynowych.

W tuningu popularnym, „na ulicę”, zakresy przeróbek obejmują najczęściej modyfikację wałka rozrządu i przestrojenie elektronicznego sterownika silnika (EMU) lub zastosowanie BOXa, który przekształca seryjne sygnały sterownika.

W tuningu wyczynowym zakres przeróbek jest dużo szerszy i powinien obejmować także zastosowanie sportowej skrzyni biegów o innych (dużo „ciasniejszych”) przełożeniach, mechanizmu różnicowego o podwyższonym tarciu, mocniejszejszego sprzęgła itp.

Udostępnij:

Drukuj



Lech Świątek

Właściciel firmy ŚWIĄTEK




TOP w kategorii







Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również