V situacích, kdy jsou vyčerpány všechny běžné možnosti zvýšení výkonu
atmosférického 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.).
- 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.
(Z knihy "Jak na tuning!)
