Jaguar-schemat-silnika-3.2-LW konstruowaniu silników spalinowych, podobnie jak we wszelkich innych konstrukcjach profesjonalnych obowiązują zasady, których omijać nie należy. Tak więc w dobrze skonstruowanych silnikach nie ma wymiarów przypadkowych, a twierdzenie, że silnik jest żywiołem możliwym do opanowania jedynie na drodze długotrwałych i żmudnych eksperymentów hamowniano–drogowych jest prawdziwe jedynie dla tych, którzy go nie potrafią obliczać. Przystępując do modyfikacji seryjnego silnika jesteśmy w znacznie lepszej sytuacji niż gdybyśmy go mieli konstruować od podstaw. Najcięższą pracę teoretyczną i praktyczną, wykonali już konstruktorzy silnika. My zaś znając jego konstrukcję i wynikające z niej osiągi, mamy jedynie przystosować go do naszych potrzeb, stosownie zwiększając moc i zmieniając charakterystykę. Jeżeli wiemy więc co chcemy osiągnąć, to do realizacji zamierzeń – poza kasą i szczerymi chęciami – wystarczy nam już tylko wiedza jak obliczyć i wykonać potrzebne modyfikacje oraz regulacje. I właśnie przy pomocy niniejszego samouczka chciałbym tę wiedzę przekazać entuzjastom tuningu. Niestety, samouczek jest w trakcie permanentnego tworzenia i uzupełniania. Wynika to z faktu, że ilość zagadnień jest bardzo duża, a ilość czasu, który mogę przeznaczyć na pisanie, dość niewielka. W rezultacie prezentowane w nim już treści nie są kompletne i zarówno te, które już są, jak i te, które dopiero się pojawią z pewnością będę jeszcze rozbudowywał, uzupełniał i/lub przerabiał tak, aby zawierały wszystko to co w tuningu silników jest istotne, a jednocześnie, aby przedstawione treści były dla każdego mechanikowatego entuzjasty zwiększania mocy zrozumiałe. Z tego powodu proszę ich nie traktować jako ostatecznych i co jakiś czas aktualizować.

Zasadniczo zwiększanie mocy silników może się odbywać dwoma sposobami, sposobem amatorskim lub profesjonalnym. Sposób amatorski, to żywioł i głównie działanie w myśl zasady „rozwiercę dziurę – zobaczę co będzie”. Efekty takiego działania są trudne do przewidzenia i często zamiast poprawą osiągów pojazdu… skutkują ich pogorszeniem. Natomiast profesjonalne zwiększanie mocy jest wynikiem przygotowania teoretycznego, a efekty z dużą dokładnością znane niejako z góry. Podstawą tuningu profesjonalnego jest dokładne zapoznanie się z mechaniczną konstrukcją silnika oraz jego charakterystyką zewnętrzną, a także z oporami ruchu napędzanego pojazdu.Potrzebna jest również znajomość poszczególnych przełożeń skrzyni biegów, przełożenia całkowitego oraz dopuszczalnych maksymalnych obrotów silnika po to, aby skutkiem niewłaściwych modyfikacji nie doprowadzić do sytuacji, że pomimo większej mocy silnika – skutkiem niedopasowania charakterystyki silnika do istniejących przełożeń skrzyni biegów –  pojazd będzie jechał gorzej niż przed modyfikacją. 

Każdy silnik spalinowy posiada charakterystykę zewnętrzną, która jest wykresem przebiegu momentu obrotowego i mocy w funkcji obrotów wału korbowego w sytuacji, gdy pracuje z maksymalnie otwartą przepustnicą. Poniżej przykład takiej charakterystyki zewnętrznej silnika D16Z5 Hondy (pozioma oś przedstawia obroty silnika, a oś pionowa wartości momentu obrotowego i mocy).

Brava_01

Każdy pojazd posiada swoją charakterystykę oporów ruchu zwaną krzywą oporów (na poniższym wykresie niebieska linia), która jest wykresem przebiegu sumy oporów mechanicznych i aerodynamicznych w funkcji prędkości pojazdu. Pozioma oś przedstawia prędkość pojazdu, a pionowa przedstawia wartość mocy silnika potrzebną do uzyskania interesującej nas prędkości. Punk przecięcia się krzywej mocy silnika (linia czerwona) z krzywą oporów ruchu pojazdu (linia niebieska), wyznacza prędkość maksymalną pojazdu. Natomiast zakreskowane pole powierzchni zawarte między krzywą mocy silnika, a krzywą sumy oporów ruchu pojazdu, określa dynamikę pojazdu.

3ae60a95-b004-45a7-9a36-ee5e8c49f9f4

Oczywiście na punkt przecięcia krzywej oporów ruchu z krzywa mocy silnika ma wpływ całkowite przełożenie skrzyni biegów. Przełożenie główne, przełożenie poszczególnych biegów i średnica koła nie stanowią tajemnicy, ponieważ ich wartości znajdują się w opisie technicznym samochodu. Podobnie szybkość maksymalna samochodu. Natomiast charakterystykę zewnętrzną silnika bez trudu możemy zmierzyć na jednej z wielu działających w Polsce hamowni podwoziowych, inercyjnych lub obciążeniowych. Co się zaś tyczy krzywej oporów ruchu pojazdu, którego silnik chcemy modyfikować, to sprawa nie jest juz tak prosta i albo musimy zmierzyć ją sami, albo wyliczyć, posługując się w tym celu podaną przez producenta szybkością maksymalną samochodu i odpowiadającymi jej obrotami silnika na najwyższym biegu przy założeniu, że potrzebna moc rośnie w kwadracie przyrostu prędkości pojazdu.

krzywe oporów

Decydujący wpływ na wielkość mocy maksymalnej silnika benzynowego mają: ciśnienie panujace w kolektorze ssącym, obroty mocy maksymalnej oraz stopień sprężania. O ile jednak zwiększanie obrotów mocy maksymalnej da się pogodzić ze zwiększaniem stopnia sprężania, o tyle zwiększanie ciśnienia w kolektorze ssącym ze zwiększaniem stopnia sprężania pogodzić się nie da, ponieważ na przeszkodzie staje tzw. spalanie detonacyjne. Dlatego do trwałego podnoszenia mocy silnika benzynowego stworzono dwie odrębne metody: metodę wolnossącą  (N/A) i metodę doładowującą (TURBO). Istotą metody wolnossącej jest zwiększanie mocy silnika poprzez zwiększanie obrotów mocy maksymalnej wraz z ew. stosownym podnoszeniem stopnia sprężania. Natomiast istotą metody doładowującej jest zwiększanie mocy silnika poprzez zwiększanie ciśnienia w kolektorze ssącym wraz z zazwyczaj koniecznym obniżaniem stopnia sprężania. W obu metodach równorzędny wpływ na wielkośc osiąganej mocy ma wpływ temperatura powietrza dostającego się podczas suwu ssania do cylindra(ów). Im jest ona niższa, tym moc jest wyższa.

Choć każdą z tych metod można podnieść moc maksymalną silnika, to ich możliwości w tej kwestii nie są równorzędne i metoda TURBO jest zdecydowanie skuteczniejsza i lepsza od metody N/A, choć przez wielu entuzjastów tuningu z różnych powodów jawi się jako mniej szlachetna. Podstawową przewagą metody TURBO jest to, że (w przeciwieństwie do metody N/A) wraz ze wzrostem mocy nie zmienia charakterystyki silnika i pomimo zwiększania wartości, zarówno obroty maksymalnego momentu obrotowego jak i maksymalnej mocy pozostają bez zmian. Tym samym elastyczność silnika nie ulega pogorszeniu, co jest bardzo korzystne, szczególnie w zastosowaniu do modyfikacji silników pojazdów używanych do jazdy na co dzień, ponieważ nie wymaga zmiany przełożeń skrzyni biegów. Kolejną przewagą TURBO nad N/A jest skuteczność i sprawność. Silniki z TURBO potrafią osiągać moc, która dla silników N/A jest nieosiągalna.

Dlatego zanim przystąpimy do zwiększania mocy, powinniśmy odpowiedzieć sobie na kilka pytań. Po pierwsze, jaki przyrost mocy nas interesuje, ponieważ odpowiedź na to pytanie jednoznacznie określi, czy może to być modyfikacja n/a, czy musi być turbo. Po drugie, czy przede wszystkim interesuje nas przyrost dynamiki pojazdu i elastyczności, czy szybkości maksymalnej. Bo wszystkich opcji naraz, nie da się pogodzić.

 

Silnik spalinowy można umownie podzielić na dwa niejako wirtualne silniki współpracujące ze sobą i wspólnym układem korbowo-tłokowym, „silnik ssący” i „silnik wydechowy”. Przy czym „silnik ssący”, to wszystko to co znajduje się po stronie ssania licząc od wspólnego cylindra do filtra powietrza, a „silnik wydechowy”, to wszystko to co znajduje się po stronie wydechu, licząc od wspólnego cylindra do wylotu spalin z układu wydechowego. I co istotne, o wymiarach „silnika ssącego” decydują wymiary „silnika wydechowego” i odwrotnie. Każdy z tych „silników” tworzy własną charakterystykę napełnienia wspólnych cylindrów, natomiast wypadkowa nałożenia się ich na siebie tworzy zewnętrzną charakterystykę silnika właściwego. W silnikach samochodów do jazdy na co dzień, charakterystyki te są mocno od siebie oddalone na osi obrotów co powoduje, że będąca ich wypadkową zewnętrzna charakterystyka silnika właściwego jest co prawda niska, ale płaska i szeroka. W efekcie takiej charakterystyki silniki samochodów do jazdy na co dzień są bardzo elastyczne, ale z niewielką mocą z litra pojemności. W silnikach sportowych charakterystyki te są znacznie bliżej siebie, a charakterystyka wypadkowa znacznie węższa i wyższa. W efekcie silniki sportowe są znacznie mniej elastyczne niż silniki seryjne, lecz ich moc z litra pojemności jest znacznie większa. Natomiast w silnikach wyczynowych, charakterystyki „silnika ssącego” i „silnika wydechowego” dokładnie się pokrywają. Charakterystyka wypadkowa jest bardzo wąska i bardzo wysoka co oznacza, że silniki wyczynowe posiadają bardzo małą elastyczność, lecz bardzo wysoką moc z litra pojemności. Zewnętrzne charakterystyki silników można umownie podzielić na naturalne i sztuczne. Naturalną charakterystyką silnika jest charakterystyka tworzona wyłącznie przez jego konstrukcję mechaniczną. Natomiast sztuczną charakterystyką silnika jest charakterystyka naturalna, zmieniona przez regulację, a taka charakterystyka zawsze będzie powodem spadku sprawności silnika i to tym większym im bardziej charakterystyka sztuczna będzie odbiegała od naturalnej. Dlatego zgodnie z prawidłami sztuki tuningowej wszelkie regulacje silnika powinny jedynie wzmacniać charakterystykę naturalną, nie powodując jej zmian w funkcji obrotów. W poprawnie skonstruowanych silnikach z racji większej intensywności przepływu w układach wydechowych, początek charakterystyki napełnienia kształtuje właśnie układ wydechowy. W praktyce oznacza to, że samochody z dobrze skonstruowanymi silnikami zaczynają jechać układem wydechowym, a kończą jechać układem ssącym. Wyjątkiem są samochody wyczynowe, ponieważ zaczynają jechać równocześnie układem wydechowym i ssącym.   cdn.