Bejárat > Eset-tanulmányok > Egy sporttengely margójára

Egy sporttengely margójára

2018. szeptember 26.

Egy kicsit modernizálni, teltebbé, karakteresebb akartam tenni a Sierrám motorját. De semmiképpen sem veszítve a leglényegesebb tulajdonságain, mint például a megbízhatóság és a használhatóság. Lássuk, mik a konklúziók!

Sporttengely-szett

Sporttengely-szett

A kiindulási alap egy ‘83-as évjáratú, kétliteres, kétszelepes, karburátoros, OHC motor. Maga a motor konstrukciója ‘70-ből származik, és a gyár Pinto keresztnévvel illette. Ez a motor érdemi változtatás nélkül készült szűk 25 éven át. A konkrét példány kétliteres, és 9,2-es sűrítési viszonnyal 105 lóerőt produkált. Ezzel az autó óra szerint 180 km/h sebességet ért el. A motor gyári állapotában 5200-nál adja le a maximális teljesítményét, és óra szerint 5500-tól 7000-ig piros.

Sierra motortér

Sierra motortér

Nézzük milyen változások történtek!

  • Első körben emeltem a sűrítésen, így 10,4 lett sűrítési viszony. Ezzel a hatásfokon növeltem, mivel a ‘70-ben kapható benzinekre tervezett motorban még sok potenciál maradt a mostanság kapható 95-ös benzinnel használva. Tehát nőtt a nyomaték, nőtt a sűrítési végnyomás és ezzel együtt az égési középnyomás is, tehát kisebb fojtószelep-állás elegendő ugyanakkora nyomaték kivételéhez, ergo csökken a fogyasztás is;
  • A szívó, de főleg a kipufogó-csatornában a gyártás optimalizálásához lettek kialaktíva az eredeti, öntött felületek, amelyek elég nagy fojtásként működnek. Ezeket szépen eldolgoztam;
  • A gyári tengely helyett bekerült egy Kent 285/280-as “fast road” tengely;
  • És végül a progresszív Weber 32/36 DGAV karburátor helyett felkerült egy csatlakozó méreteiben megegyező, egybenyitós Weber 38/38 DGAS, szélessávú lambdaszondával igazítva a motorhoz.

Weber 38 DGAS

Weber 38 DGAS

Ez így teljes mértékben megtartotta a gyári motor kinézetet, és nem került bele semmilyen olyan átalakítás, amire a műszaki vizsgán érzékenyek lennének. Tehát nem láthatóak az átalakítások.

Tapasztalatok

  • Az emelt sűrítés kompenzálta a nagyobb nyitású tengely sajátosságaként fellépő alsótartományi nyomatékvesztést. Számszerűen: a Hűvösvölgyi úton, negyedikben, 1500 alatti fordulatszámmal nyugodt 50-es tempóval, visszaváltás nélkül is gyorsításra képesen felviszi az autót Hűvösvölgyig. És amúgy simán lehet vele krúzolni ötödikben 1000-1200-as fordulattal is, akkor is nyugodt, akkor sem rángatós.
  • Látványosan emelkedett az üzemi fordulatszám-tartomány. A gyári vezérműtengellyel a piros kezdetén, alias 5500-nál, egyesben 50, kettesben 95, hármasban 130km/h a sebesség. Az új konfiggal egyesben 70, kettesben 130, hármasban 170-nél kell elváltani. Ez, az áttételekből és a gumiméretekből visszaszámolva, egyesben és kettesben 7500-as váltást jelent, harmadikban 7000-et.
  • A végsebességet még nem próbáltam ki. De csak a korábbi DGAV -> DGAS csere által 10 km/h-val nőtt a végsebesség, óra szerint 190-re. A mostani hengerfejjel magabiztosan kell tudja a 200-at.
  • Fogyasztás terén egyelőre csak városi “ovibajárós” értékem van, rövidtávra, dugóban ácsorgós. Hát ez közel sem szép, 12-14 liter körüli. Kivárok egy városon kívüli, folyamatos haladós utat, az jobb összehasonlítási alap lesz.
  • Az alapjárat megtartható maradt közel eredeti értéken. Egy picit remegősebb lett, meg a kipufogó lett “puffogós”. Alapjárat is elviseli a lambda=1 értéket!

Alapjárat

Alapjárat

Nézzük meg diagramokban, mi is történt!

Bevezetésként, hogy akik kevésbé vannak elmélyedve a témában, ők is könnyen értsék, beszúrok egy diagramot. Az alábbi diagram a négyütemű körfolyamatokra jellemzően két főtengely-körülfordulást ábrázol, és mutatja a megfelelő szelepnyitási-, és zárási helyzeteket a főtengely pozíciójához képest.

Camshaft timing diagram

Camshaft timing diagram

A fentiek fényében pedig nézzük meg, hogy a sporttengely által miként változik a szelepek nyitása a gyári görbéhez képest. Kiindikáltam mind a gyári, mind az új sporttengelyt. A piros görbe a kipufogó, kék a szívó oldalt mutatja. A szelepösszenyitásokra rendeztem görbéket.

Szelepemelés-görbe

Szelepemelés-görbe

Kipufogó-nyitás: Engem is meglepő módon, de úgy tűnik, maradt ugyanott, ahol a gyári. Sportosabb motorkarakterhez pedig korábban szokták nyitni a kipufogót, hogy magas fordulaton legyen elég ideje a gáznyomásnak leépülni azelőtt, mielőtt a dugattyú elindulna felfelé.

Kipufogó-zárás: Ezt későbbre tolták, így a szelep-összenyitás nőtt. Ezáltal szelepváltáskor a motorból kifelé áramló kipufogógázok az áramlási sebességükből fakadóan keltett vákuummal hosszabb ideig hatnak a szívóoldalra, tehát jobban meg tudják indítani a friss  keverék beáramlását a hengerbe.

Szívószelep-nyitás: A nyitást is korábbra tolták, tehát magas fordulaton korábban kezd hatni a szívócsatornára a kifelé áramló kipufogógázok által keltett vákuum.

Szívószelep-zárás: Ezt is későbbre tolták, ami magas fordulaton jelentkezik előnyként, hisz a nagy sebességgel (akár hangsebességgel is!) beáramló friss töltet a tehetetlenségénél fogva, még az AHP (alsó holtpont) után is áramlik befelé. És ha nagy az áramlási sebesség, még a dugattyú felfelé indulása után is egészen meglepően sokáig.

Szelepbenyitás: ennek a növelésével pedig a nyitvatartás közbeni effektív áramlási keresztmetszetet növelték, tehát nem csak főtengely-fokban nézve, hanem keresztmetszetben nézve is nagyobb lett az áramlás számára biztosított feltétel.

A fentiek nyilván alátámasztják a felfelé eltolódott nyomaték-, és ebből származtatott teljesítménygörbét, ez nem kérdés. Viszont ha jobban elmélyedünk benne, akkor a puffogós alapjáratot is. Behúztam egy vízszintes vonalat 0,5mm-nél, ami a szelephézagoknak a bármilyen üzemállapotban való teljes eltűnését mutatja. Eszerint a szívószelep ca. 18 vezérműtengely-fokkal, vagyis 36 főtengely-fokkal a FHP előtt kezdi beengedni a friss töltetet. A kipufogószelep még épp csak épp közelít a bezáráshoz, számszerűen még közel 6mm-t nyitva van, de a szívószelep már kezd rányitni. Ez azt jelenti, hogy a kipufogógáz nem csak kifelé, de a nyomások és keresztmetszetek arányában a szívóoldal felé is próbál távozni. Vagyis a friss töltetet elkezdi visszatolni a szívósorba. És amikor megkezdődik a tényszerű szívási ütem, akkor ott a motor nem friss töltetet, hanem éghetetlen gázzal hígitott töltetet fog beszívni. (*Ezt nevezik amúgy belső kipufogógáz-visszavezetésnek, belső EGR-nek) És ha azt vesszük, hogy egy közel -0,6bar-os nyomású helyről kezd el a motor szívni, majd a szívószelep lezárása után először ezt a vákuumot kell leépíteni, és csak azután fog tudni nyomást felépíteni; valamint azt is kisebb mennyiségű, és rossz égési feltételeket kínáló közegből; akkor belátható, hogy az alapjárat problémás lesz. Ehhez jön még hozzá az is, hogy a sűrítés az AHP után ca. 80 főtengelyfokkal kezdődik csak meg. (*Ez meg amúgy az Atkinson ciklus alapelve.) Tehát kis fordulaton nem csak rossz égést előrevetítő töltetet kell begyújtani, de még azt is csak alig komprimálva. Vagyis a fenti görbe-elemzés alapján nem csak a puffogós, tehát rossz égést jelentő alapjárat, de pont a kis fordulati rossz égésből fakadóan a kis fordulati magas fogyasztás is rögtön magyarázatot nyert.

Egy ideig morfondíroztam, hogy visszateszem a gyári vezérműtengelyt, de a cikk írása pillanatában úgy vagyok vele, hogy nem sokára kész lesz a városi rohangálásra vásárolt szívódízel autóm, s úgy a Sierrát csak akkor és csak arra kell elővegyem, amire és amikor én akarom. És amikor arra gondoltam, hogy ezt az amúgy nagyon jól sikerült, karakteres, temperamentumos, ugyanakkor minden tartományban nagyon jól használható motort el kell rontsam egy unalmas gyári vezérműtengellyel, sírhatnékom támadt. Szóval ez meg is válaszolta: nem bontom meg a motort. Ez az autó marad az, amire eddig is használtam. Városon kívüli programokra. Egyszerűen nem tudom elengedni azt a feelinget, hogy ha autópályán egy kamion mögött 90-nél várom, hogy behúzódjon, és gyorsítani akarok, akkor még bátran visszahúzom kettőbe; vagy ha 130-nél elkezdenek tolni, akkor visszaszúrom háromba… :-D

– Geree –

Megjegyzések:

- Belső kipufogóvisszavezetés: Az EGR lényege, hogy kis terhelésű, de mindenképpen valahol 2000 feletti, és nem alapjárati üzemállapotokban éghetetlen közeget, vagyis kipufogógázt vezetnek vissza a szívóoldalra. Ezzel a keverési arány nem változik, csak a henger által meghatározott térfogatú, beszívott töltet kevesebb benzin-levegő keveréket tartalmaz. Ezáltal bár kissé romlik az égés, ellenben csökken a fogyasztás.

- Atkinson ciklus: A lényege, hogy a sűrítést a szokásosnál később kezdik meg, de a munka ütemet vagy meghagyják, vagy pedig elnyújtják a kései kipufogószelep-nyitással. Így a komprimálás kisebb teljesítményt von el a főtengelytől, ellenben az elnyújtott égés hosszabb ideig végez munkát, tehát javul a betett/kivett munka aránya.

Geree Eset-tanulmányok , , , , , , ,

Hozzászólások lezárva