Simson Benzinmotor Bevezetése és Turbófeltöltésének Lehetőségei
Időnként felmerül, hogy egyszerű utcai autónkat turbóssá alakítsuk. Engem is évek óta foglalkoztat a gondolat, de eddig nem fogtam hozzá. A feltöltés nagyon csábító lehetőség arra, hogy komoly teljesítménytöbbletet érjünk el. Látszólag nincs is nagy különbség egy Renault 5 Turbó és a Skodánk között. De ez a szerkezet jelentős átalakítást igényel.
Értekezésünkben a benzinmotorok turbófeltöltésének rejtelmeibe szeretnénk bevezetni az olvasót, különös tekintettel a Simson motorokra és a Skoda motorokhoz való adaptáció lehetőségeire. A cikk Ecoracer munkásságán alapul, aki a Skodaklub.hu tagjaként mélyreható ismeretekkel rendelkezik a témában. Engem az utcán nap mint nap használható, megbízható és gazdaságos motor érdekel, a témát ebből a szempontból vizsgáltam.
A Feltöltött Motorok Alapjai
A motor teljesítményét elsősorban a motorba kerülő töltet nagyobb sűrűsége okozza. További teljesítménynövekedést jelent, hogy a töltetcsere veszteségei csökkennek. Ha a töltet hőmérséklete megegyezne a szívó motoréval és nyomása x-szeres lenne, akkor a mennyisége is x-szeres. Változatlan sűrítéssel a kompresszió végnyomás x-szeres, a hőmérséklet nem változik.
Az égés utáni hőmérséklet sem változik, a nyomás x-szeres, a teljesítmény x-szeres. Eddig nagyon szép, de az égési csúcsnyomás nem lehet akármilyen nagy, és a töltet hőfoka is mindenképpen magasabb.
A feltöltés az égésfolyamat két összetevőjét befolyásolja:
Simson kuplung javítás lépésről lépésre
- A lángfront haladási sebességére a nagyobb nyomásszint alig van hatással.
- A még el nem égett keverékben lejátszódó folyamatok nagymértékben függnek a feltöltéstől.
A nagyobb nyomás és hőmérsékletszint nagymértékben növeli a kopogási hajlamot. A gyárilag készült feltöltéses motoroknál ez korlátozza a feltöltés mértékét, és a teljesítményt.
A Feltöltés Mértékének Gyakorlati Korlátai
A feltöltés mértékét általában a termikus igénybevétel, az alkatrészek mechanikai igénybevétele, és gazdaságossági szempontok korlátozzák. Elsősorban a kopogási határ, illetve a kitolására tett intézkedések „mellékhatásai” a korlátozó tényezők.
Mire figyelj, ha turbóról van szó?
A Kopogás
A fontosabb tényezők hatása a kopogási határra:
- A töltőlevegő nyomása és hőmérséklete: Az alábbi ábrán látszik, hogy hogyan alakul a kopogási határ. Különösen érdekes, hogy a benzol adalékok, amik a mostani benzinekben vannak, sokkal érzékenyebbek a hőmérsékletre.
- Az előgyújtás: A kopogási határ az előgyújtástól nagymértékben függ. A töltőnyomás növelésével az előgyújtást csökkenteni kell. Ez azonban csökkenti a motor hatásfokát, és növeli a kipufogógáz hőmérsékletét, ezzel a kipufogószelep igénybevételét.
- A sűrítés: A megvalósítható sűrítési arány elsősorban a tüzelőanyag kompressziótűrésétől függ. A sűrítési arány növelésével a kompresszió véghőmérséklete és a végnyomás is nagymértékben nő, aminek kopogási hajlam a következménye.
Annak a meghatározása, hogy egy adott motor sűrítését az adott töltőnyomáshoz mennyivel csökkentsük, csak kísérletileg határozható meg igazán, mert túl sok tényező befolyásolja.
A Hőterhelés
Gyárilag készített motoroknál a kopogás mellett a hőterhelés jelenti a fő korlátot. Miközben ő maga is jelentős mértékben befolyásolja a kopogási hajlamot.
Útmutató a kuplung leszedő helyes használatához
A leginkább kritikus alkatrészek a dugattyú és a szelepek. Ezekre az alkatrészekre jellemző, hogy közvetlenül érintkeznek az égésgázokkal, de hűtésük különösen nehéz. Nem érintkeznek hűtővízzel, csak közvetve lehet a hőt elvezetni. A dugattyúnál a hő legnagyobb része a gyűrűkön keresztül, illetve a paláston adódik át kismértékben az olaj is szállít el hőt. Szívómotoroknál ennyi elég is.
Ha növeljük a dugattyú hőterhelését, a következőkre számíthatunk:
- A tető közepének hőfoka jóval nagyobb lesz, ami egyrészt kopogást vagy öngyulladást okozhat, másrészt az ötvözet csökkenő szilárdságának hatására átszakadhat
- A növekvő hőtágulás miatt a dugattyú besülhet.
- A forró dugattyún levő olaj gyantásodik, és a motor kenése veszélybe kerülhet.
Gyári motoroknál van megoldás: vastagabb falú, „erősebb” dugattyú, hűtés olajsugárral, növelt illesztési hézag, szélesebb vagy több gyűrű.
Ha növeljük a kipufogó szelepek hőterhelését:
- A fészek és a tányér melegebb lesz, erősebb korróziós igénybevétel éri.
- A gázok nyomása és hőfoka magasabb, ezért az apró tömítetlenségeken a kifúvás mértéke nő, az elégés veszélye nagyobb lesz.
- Nő a hőáram, az egész szelep és a szár melegebb lesz, a szár besülhet a vezetőbe.
A megoldás: nátriummal töltött szár, hőállóbb ötvözet, hosszabb szelepvezető.
Ha növeljük a szívószelepek hőterhelését: A nagyobb hőmérsékletingadozás miatt hajlamosabb lesz a beverődésre. A megoldás: más ötvözet, esetleg módosított szögben kimunkált szelepfészek.
Az égési nyomásból származó erő fokozottan terheli a forgattyús hajtómű minden csapágyát, növeli az alkatrészek deformációját. Járulékos igénybevételt jelent a nehezebb dugattyú (esetleg hajtórúd) által keltett nagyobb tömegerő is. A megoldás: a motor csapágyait és főtengelyét erősebbre készítik.
A Feltöltő és a Motor Együttműködése
A feltöltő és a motor együttműködésének kulcseleme a töltő méretezése, ami bonyolult feladat. A töltőlevegő hűtése is fontos, mivel a töltőben a levegő felmelegszik, ami csökkenti a sűrűségét és növeli a motor hőterhelését és kopogási hajlamát. A töltőlevegő hűtésének hátrányai is vannak: növeli a rendszer fojtását, valamint a töltő és a motor közötti térfogatot.
Hirtelen gázadáskor a turbó nem azonnal éri el az új terhelési állapotnak megfelelő fordulatszámot. Ezt a jelenséget szokták turbólyuknak nevezni. Mértékét több tényező befolyásolja:
- A kezdeti állapot: kisebb terhelésről és fordulatszámról kezdve a gyorsulást, növekszik
- A töltő tehetetlenségi nyomatéka: ez egyértelmű.
- A turbina előtti kipufogócsövek térfogata és kialakítása: kis motoroknál szinte mindig közvetlenül a torokra szerelik.
- A sűrítő és a motor közötti térfogat: ez is egyértelmű.
A konstrukcióból adódik, hogy egészen kis fordulatokon a töltőnyomás alacsony, vagy nincs is. Ennek ellenére elég jó nyomaték érhető el kisebb fordulatokon is, ha a turbó szállítása már itt is elég nagy. Ebben az esetben feltétlenül határolni kell a töltőnyomást.
Benzinmotoroknál mindig alkalmaznak pump-off szelepet, ami a beállított nyomás túllépésekor a kipufogógáz egy részét elengedi a turbina mellett. A gyorsulást és a rugalmasságot is befolyásolja a karburátor elhelyezése.
Kedvezőbb lenne, ha a turbó elé kerülne, mert részterheléskor a kisebb nyomás alatt a feltöltő nagyobb fordulatszámon működik, és gázadáskor „lendületből” áthidalhatja azt az időt, míg a kipufogó gázok mennyisége nőni kezd. Mindezekkel szemben egyetlen, de súlyos hátrány áll: az üzemidő nagy részében uralkodó vákuum olajat szív el a turbó csapágyáról, ami komoly olajfogyasztást, és nagyon csúnya füstöt okoz. Gyakorlatilag utcai autón nem is alkalmazható.
Simson és a Turbó: Lehetséges-e a házasság?
A Skoda motor nem igazán alkalmas erre, de kisebb, 1,2-1,4 bar nyomás mellett vízbefecskendezéssel működhet megbízhatóan, de a gyári teljesítménynél többel tartósan nemigen terhelhető. A nagyobb nyomáshoz szerintem kell az olajsugaras hűtés is. Jó hír, hogy ez a nyomás nem igazán követeli meg a töltőlevegő hűtését, és a hűtőrendszer is talán elboldogul ennyi hővel. Olajhűtőt felszerelnék.
A Simson motorok világában is felmerülhet a turbófeltöltés gondolata, azonban a konstrukció sajátosságai miatt korlátozottak a lehetőségek. A Simson esetében a fő problémák a következők:
- A forgattyús hajtómű nem visel el tartósan sokkal nagyobb nyomatékot, mert sajnos három főcsapágy van. Ezért a főtengely deformációja nagy, ami a csapágyak élenfutását, és gyors tönkremenetelét okozza. A nagyobb deformáció növeli a rezgések amplitudóját is, ami növeli a törés esélyét.
- Az égéstér és környéke: a kompresszióviszony nem csökkenthető egyszerűen. Vastagabb tömítés beépítésével az égéstér alakja kedvezőtlenül változik a kopogás elkerülése szempontjából.
- A hőterhelés: igazi megoldást csak új dugattyú, és nátriumos kipufogószelep jelent. Kisebb feltöltésnél segíthet a dugattyú olajsugaras hűtése, és a csodaszer, a vízbefecskendezés is. Az olajsugaras hűtés megkívánja nagyobb teljesítményű olajszivattyú és olajhűtő beszerelését.
Utcára kérdéses, hogy az elérhető 80-90 lóerő teljesítmény megér-e ekkora ráfordítást. Persze az elérhető teljesítmény határa a csillagos ég, de a motor élettartama és megbízhatósága innentől biztosan rohamosan csökken.
Nem szóltam még a tervezés és az építés szépségéről, és az autóhoz fűző szerelemről, ami minden ráfordított órát és forintot indokolttá tesz.
A Simson csillaga a 80-as években járt a legmagasabban, teljesítményben 3-4 lóerősek voltak a „tuningolásra született”, valóban akkor szerethetően kinéző kismotorok.
Szerintem a repedés csak idő kérdése. Mivel az itt leírtakat nem ellenőriztem kísérletekkel, nem kezelhetők megfellebezhetetlen igazságként. Nem szántam átalakítási útmutatónak sem, csupán gondolatébresztőnek, hogy az érdeklődők kicsit belelássanak a turbómotor működésébe, a megvalósítás ellentmondásaiba, és jobban felmérhessék az építés munkaigényét, és kockázatait, vagy a reálisan elérhető célokat.
tags: #simson #benzines #motor #bevezetése