Jak zvýšit otáčky motoru a dosáhnout maximálního výkonu?

Při odkazu na výkon motoru je nutné pamatovat na to, že tato hodnota je vypočítaná hodnota. Skutečné množství mechanické energie produkované spalovacím motorem se měří v momentu při určitých otáčkách. Součin točivého momentu a rychlosti, při které je měřen, se nazývá výkon. Výkon se vypočítá pomocí následujících vzorců:

Nezabíhejme hluboko do teorie. Podívejme se na praktické metody zvýšení výkonu motoru:

1 Zvýšení zdvihového objemu motoru.
2 Zvyšte kompresní poměr.
3 Snížení mechanických ztrát.
4 Optimalizace procesů spalování směsi.
5 Zvýšené plnění válce.

Zvažme každou z uvedených metod samostatně.

Zvýšení zdvihového objemu motoru.

Zdvihový objem motoru můžete zvýšit: výměnou klikového hřídele za jiný s větším zdvihem, zvětšením průměru válce nebo obojím současně. Nesmíme zapomínat, že při změně objemu motoru je nutné zvětšit objem spalovacího prostoru – kompenzovat zvětšení objemu válců.

Pro motory VAZ používané u vozů s pohonem zadních kol jsou klikové hřídele se zdvihem 66, 80, 84, 86, 88 mm.
Pro motory VAZ používané u vozů s pohonem předních kol jsou klikové hřídele se zdvihem 60.6, 71, 74.8, 75.6, 78, 80, 84 mm.
Při montáži klikového hřídele s velkým zdvihem je nutné upravit (nebo vyměnit) ojnice nebo písty.

K vyvrtávání blokových válců o značné množství (2 mm) je třeba přistupovat opatrně. Například při vyvrtávání sériového bloku VAZ 21083 od 82 mm. až 84 mm. Motor má zvýšenou spotřebu oleje. K tomu dochází v důsledku ztráty tuhosti bloku. V tomto případě je lepší použít speciální silnostěnný blokový odlitek. VAZ vyrábí takové bloky v malých sériích.

Zvyšující se zdvihový objem motoru vede ke zvýšení maximálního točivého momentu, ale zároveň dochází k poklesu otáček maximálního výkonu. To je způsobeno poklesem mechanické účinnosti. Dojde-li ke zvětšení objemu v důsledku zvětšení průměru válců, pak se zvětší kontaktní plocha mezi stěnami válce a pístem s pístními kroužky. V důsledku toho se zvyšuje tření. Pokud ke zvýšení objemu dojde v důsledku zvýšení zdvihu klikového hřídele, pak se průměrná rychlost pístu zvýší, což vede ke stejným výsledkům.
V každém případě zvýšení objemu vede k poklesu celkové účinnosti motoru.

Změna vnějších rychlostních charakteristik sériového motoru VAZ 21083 při výměně klikového hřídele se zdvihem 71.0 za klikový hřídel se zdvihem 74.8

Zvýšení kompresního poměru.

Zvýšení kompresního poměru (expanzního poměru) je efektivní způsob, jak zvýšit účinnost motoru. Geometrický kompresní poměr se vypočítá podle vzorce:

Geometrický objem spalovací komory se skládá z:

Při provozu motoru, zejména ve vysokých otáčkách, se geometrický objem spalovacího prostoru zmenšuje. To je způsobeno: volbou vůle, tepelnou roztažností pístu, dynamickým prodloužením ojnice. Na závodním motoru bez těsnění tedy píst při montáži nedosáhl roviny hlavy o 0.85 mm. Po provozu motoru při 9000 ot./min byly na pístu a rovině hlavy zřetelné kontaktní stopy.
Kompresní poměr závisí na časování ventilů (zpoždění uzavření sacího ventilu) a úhlu otevření škrticí klapky. U sériových motorů tak úhel zážehu při částečném zatížení přesahuje 40 stupňů. To je možné díky nízkému plnění válců a v důsledku toho snížení kompresního poměru. Čím vyšší náplň, tím vyšší kompresní poměr. Existuje koncept – dynamický kompresní poměr. U většiny motorů, silničních i závodních, je dynamický kompresní poměr v rozmezí od 7 do 10 a závisí na oktanovém čísle použitého benzínu. Velmi vysoký geometrický kompresní poměr sportovních motorů je způsoben především použitím vačkových hřídelů. šachty se širokými fázemi. Montáž upraveného vačkového hřídele na motor. hřídel s širokými fázemi umožňuje mírně zvýšit geometrický kompresní poměr. Zvýšení kompresního poměru přechodem na benzín s vyšším oktanovým číslem má za následek zvýšení výkonu v celém rozsahu otáček.

Snížení mechanických ztrát.

Mechanické ztráty motoru se skládají z:
Ztráty třením.
Čerpací ztráty.
Ztráty pro pohon pomocných zařízení.

Nejvýznamnější část ztrát je způsobena třením ve válci. Ztráty závisí na ploše třecích částí, tuhosti a počtu pístních kroužků, tloušťce olejového filmu a průměrné rychlosti pístu. Průměrná rychlost pístu se vypočítá podle vzorce:

Když průměrná rychlost pístu překročí 20 m/s. Ztráty třením a zatížení částí klikového hřídele se prudce zvyšují. Proto je u vysoce zrychlených motorů pro zvýšení mechanické účinnosti nutné snížit zdvih pístu.
Pro snížení třecích ztrát ve dvojici píst-válec je nutné použít prefabrikované stírací kroužky oleje, je také vhodné mírně zvětšit mezeru mezi pístem a válcem. Odlehčení ojnice, zejména horní hlavy, snižuje boční tlak na píst ke stejnému účelu je nutné použít pokud možno delší ojnici, což se příznivě projeví na snížení třecích ztrát. Teoreticky je nutné upravit hmotnost a vyvážit všechny díly klikové hřídele.
Provedli jsme experiment. Sériový motor VAZ 21083 byl testován na stojanu, poté byl rozebrán, všechny díly klikového hřídele byly pečlivě seřízeny podle hmotnosti. Vyrovnal kolena. hřídel a ojnice (ojnice jsou vyváženy na speciálním zařízení, které umožňuje zavěsit ojnice tak, aby těžiště pro všechny bylo ve stejném bodě). Po opakovaných testech na lavičce jsme nárůst výkonu nezaznamenali. Můžete se ujistit, že horší už to nebude.
Abychom snížili ztráty třením v našich závodních motorech, instalujeme nové písty s výrazně zmenšenou plochou pláště, jeden kompresní kroužek, vysoký 1.2 mm. a prefabrikovaný stírací kroužek na olej o výšce 2 mm. Používáme také speciálně vyrobené ojnice H-profilu, které jsou o 2108 mm delší než sériové 12. a mnohem tužší a lehčí.

Pro snížení tření v čepech klikového hřídele je nutné zvětšit vnitřní průměr spodní hlavy ojnice a lůžek klikového hřídele honováním o 0.02 mm (od jmenovité velikosti VAZ). Nedochází k poklesu tlaku oleje. Je také nutné zkontrolovat snadnost otáčení vačkového hřídele.
Při plnění válců vzduchem vzniká tlakový rozdíl mezi válci motoru a atmosférou. Motor v této části cyklu funguje jako čerpadlo a část výkonu se spotřebuje na jeho pohon. Čím nižší je aerodynamický odpor sacího systému, tím nižší jsou energetické ztráty. V důsledku toho snížení odporu v hlavě vede nejen ke zvýšení plnění, ale také ke snížení čerpacích ztrát. Stejně tak blahodárně působí instalace vačkových hřídelů s širšími fázemi.
Hladina oleje v olejové vaně sériového motoru je v těsné blízkosti rotujícího klikového hřídele. Při příčném a lineárním zrychlení vozu se olej dostává na protizávaží a čepy klikového hřídele a zpomaluje jeho otáčení. Použití systému „suché jímky“, kdy je olej čerpán z jímky do samostatné nádoby, umožňuje zvýšit výkon motoru, zejména při vysokých rychlostech.
Část energie motoru se využívá k pohonu pomocných zařízení, jako jsou: pohon rozvodů, vodní čerpadlo, generátor atd. U nucených motorů používaných ve vysokých otáčkách je vhodné zvýšit převodový poměr vodního čerpadla a pohonu generátoru. Při instalaci klimatizace a posilovače řízení se snižuje efektivní výkon motoru.

Optimalizace procesů spalování směsi.

Charakteristiky spalovacího motoru v konečném důsledku závisí na procesech probíhajících ve spalovací komoře, kde se tepelná energie přeměňuje na mechanickou práci. Smíchání čerstvé vsázky se zbytkovými plyny, zapálení směsi, hoření a tepelné ztráty závisí na konstrukci spalovací komory.

Konstrukce spalovací komory musí zajistit promíchání čerstvé náplně – pro zlepšení spalovacích procesů a být kompaktní – pro snížení tepelných ztrát a snížení pravděpodobnosti detonace. Čím větší je plocha spalovací komory, tím více tepla se odvádí ven a ztrácí, čímž se snižuje výkon. Čím větší vzdálenost se čelo plamene pohybuje, tím větší je pravděpodobnost detonace, protože se zvyšuje doba kontaktu ještě nezapálené směsi s hořící náloží.
Většina objemu ve spalovací komoře by měla být soustředěna v blízkosti zapalovací svíčky. Při pohybu pístu k TDC dochází k vytlačování směsi z mezery mezi hlavou pístu a rovinou hlavy směrem k zapalovací svíčce, přičemž dochází k intenzivnímu pohybu (turbulizaci) náplně, což přispívá k lepšímu spalování. Čím menší je mezera, tím je méně pravděpodobné, že dojde k detonaci, protože celkové množství směsi vzdálené od zapalovací svíčky se snižuje. Je pravda, že současně se provoz motoru ztíží v důsledku vyšší rychlosti nárůstu tlaku.

Spalovací prostor byste neměli řezat ze strany zapalovací svíčky na velikost válce, i když to má za následek větší koncentraci směsi v optimální zóně. Je nutné vytvořit malou oblast zpětného tlaku, aby se zabránilo rozstřikování zapalovací svíčky.

Leštění povrchu spalovacího prostoru a dna pístu pomáhá mírně snížit tepelné ztráty (zvyšuje relativní účinnost), i když při delším chodu motoru dochází k jejich zanesení sazemi.

Zvýšené plnění válců.

Zvýšení poměru plnění válců (objemové účinnosti) je nejúčinnějším způsobem zvýšení výkonu motoru. Všechny ostatní činnosti, velmi pracné a drahé, vedou k nepříliš dobrým výsledkům.
Maximální faktor plnění sériového motoru VAZ 21083 je přibližně 75%. To znamená, že do motoru vstupuje množství vzduchu rovnající se 75 % celkového objemu válců. Na nejlepších závodních atmosférických motorech (nenasávané motory) dosahuje faktor plnění 115-125 %. Správným vyladěním motoru s nízkým odporem sacího systému je možné dosáhnout plnění nad 100 %.
Koeficient plnění se mění za různých provozních podmínek motoru a své maximální hodnoty dosahuje při příznivém tlakovém rozdílu ve válci, sání a výfukovém systému v úzkém rozsahu otáček blízkých otáčkám maximálního točivého momentu.
Při chodu motoru dochází v sacích a výfukových systémech k vlnovým procesům, jejich vlastnosti závisí na mnoha příčinách: geometrické rozměry a aerodynamický odpor sacího a výfukového systému, časování ventilů, otáčky motoru a další faktory. Se změnami pracovních režimů motoru se mění tvar, frekvence a amplituda vln.

Pokles tlaku v sériovém motoru VAZ 21212 při provozu s plně otevřenou škrticí klapkou při 3000 ot./min. a 6000 ot./min.

Pro zvýšení maximálního výkonu je nutné vytvořit podmínky, za kterých se nejvyšší faktor plnění posouvá do vyšších otáček. Pokud například na motoru VAZ 21083 zvýšíme faktor plnění na 100% při 3000 ot./min, pak se výkon zvýší z 48 na 62 – o 14 hp, a pokud o 6000 ot./min. na stejných 100 %, pak se výkon zvýší z 67 na 133 – o 66 koní.

Zvýšení maximálních otáček pro zvýšení účinnosti atmosféricky plněného motoru je nevyhnutelné, protože faktor plnění nelze zvýšit nad určité číslo, ale můžete zvýšit rychlost, při které je dosaženo jeho maximální hodnoty. V tomto případě dochází ke zvýšení výdeje energie za jednotku času. To vysvětluje vysokou rychlost motorů Formule 1 (17000-18000 ot./min.).

Pro zvýšení faktoru plnění je také nutné snížit aerodynamický odpor v sacích a výfukových systémech a kanálech hlavy motoru. Nejvyšší odpor se vyskytuje v oblasti ventilové mezery. Zvláštní pozornost by měla být věnována úpravě této konkrétní části plynových kanálů. Rychlost vzduchu v sacím systému by neměla překročit 50-70 m/s. Pro zvýšení otáček motoru je nutné zvětšit průtokové úseky plynových kanálů a především průměry ventilových desek. Tím se zvýší rychlost maximálního výkonu a ohyb křivky bude plynulejší. Ale zároveň může dojít k mírnému poklesu výkonu v nízkých a středních otáčkách. To je vysvětleno skutečností, že v těchto režimech není rychlost vzduchu dostatečně vysoká.

Změna vnější otáčkové charakteristiky sportovního motoru VAZ 21083 1.6 skupina A, SOLEX 24×26, při výměně ventilů z průměrů talíře 31.5 a 37 na průměry 34 a 39

Instalace víceplynového systému na motor s individuálním sacím potrubím pro každý válec může výrazně zvýšit výkon, ale pouze v případě, že přesah ventilů dosáhne významné hodnoty. (přesah je stejná výška otevření sacích a výfukových ventilů u TDC – u sériových vačkových hřídelů 0.2 – 0.8 mm, u sportovních 3 – 5 mm.)

Změna vnějších rychlostních charakteristik sériového motoru VAZ 21083 1.5 při instalaci karburátorů WEBER 40 DCOE. Zvýšení výkonu o 8 hp

Změna vnějších rychlostních charakteristik sportovního motoru VAZ 21083 1.6 skupiny A při instalaci karburátorů WEBER 45 DCOE. Zvýšení výkonu o 33 koní

Instalace sportovního výfukového systému má také efekt pouze při vysokém překrytí ventilů. Instalace „pavouka“ na sériový motor tedy může zvýšit výkon maximálně o 2-3 hp. Je to dáno principem fungování laděného výfukového systému. V prvním okamžiku po otevření výfukového ventilu se výfukové plyny řítí do výfukového potrubí rychlostí přesahující rychlost zvuku. Rychlé odstranění první části výfukových plynů vytváří ve výfukovém potrubí nízký tlak. Když zvuková vlna dosáhne prvního prudkého nárůstu průměru výfukového systému (jak je pravidlem u rezonátoru), tlak v systému vzroste. Tím se vytvoří první vlna, po které oscilační proces pokračuje s klesající amplitudou.
Pokud se vstupní ventil otevře v době, kdy je tlak na výstupu nižší než ve vstupním otvoru, pak přídavný podtlak pomáhá zvýšit plnění. V tomto případě je část čerstvé směsi nasávána do výstupního kanálu. Za příznivých podmínek je tato část náplně zatlačena zpět do válce zónou zvýšeného tlaku těsně před uzavřením výfukového ventilu. Čím vyšší je výška překrytí ventilu, tím je tento proces výraznější.

Bohužel se to děje v úzkém pásmu otáček v závislosti na geometrii sacího a výfukového systému a časování ventilů.

V jiných provozních režimech motoru může dojít k opačnému procesu, kdy zóna zvýšeného tlaku ve výfuku v okamžiku odstavení brání průtoku čerstvé náplně.
Proto se takovým výfukovým systémům říká laděné. (Vyladěno na úzký rozsah otáček)

Změna velikosti výfukového systému, stejně jako konstrukce a umístění rezonátoru, má obrovský vliv na výkon nuceného motoru.

Motor snímá změny v délce kterékoli části „pavouka“ o 20 mm. a průměr o 1 mm.

Změna externí charakteristiky rychlosti při použití různých konfigurací výfukového systému. Motor VAZ 2112 1500 sériová hlava, sériový spodek, upravený vačkový hřídel. hřídele (přesah 2.8 mm) čtyřškrticí sání SVR.

Provozní teplota sportovního motoru by neměla přesáhnout 75-80 stupňů. Při této teplotě se dosáhne maximálního naplnění a sníží se pravděpodobnost detonace. Při testech na stolici, kdy se teplota chladicí kapaliny zvýší ze 70 na 95 stupňů, je pozorován pokles maximálního výkonu o 4-6%. Pro udržení nízkých teplot motoru potřebují sportovní vozy instalovat olejové chladiče, stejně jako vodní chladiče se zvýšenou plochou.

S výrazným zvýšením otáček a výkonu motoru se výrazně zvyšuje zatížení jeho částí. To se týká především ventilů, klikových hřídelí, pístů, ojnic a ojnicových šroubů. Také zvýšení tlaku ve válcích motoru zvyšuje požadavky na utěsnění konektoru mezi blokem a hlavou. Proto je u vysoce zrychlených sportovních motorů nutné používat speciálně vyrobené vysoce kvalitní komponenty.
Pro utěsnění konektoru head-block se doporučuje použít tzv. beztěsnící provedení. Do bloku jsou vyfrézovány drážky, do kterých jsou vloženy pásy ze speciální žáruvzdorné pryže. Hlava je přitahována kroutícím momentem 6 kgm. Tato konstrukce je mnohem tužší než u sériového těsnění a má vyšší přenos tepla, odolnost proti zničení detonací a přehřátí motoru.

Řekněte mi, teoreticky je možné zvýšit rychlost asynchronního motoru určeného pro 50 Hz jeho napájením napětím 100 Hz 2krát. Dokáže to někdo vydržet? Jak se změní moc? Jsou proti tomu nějaké námitky?

avmal

03.04.2010 ve 23:10:59

Chemik napsal: Vydrží motor?

S tímto dotazem je lepší kontaktovat výrobce ohledně kvality použitých ložisek.