|
Jak zwiększyć moc silnika? - podstawowe informacje
W wielu listach adresowanych do redakcji zwracacie się z pytaniami dotyczącymi podwyższania mocy silników Waszych pojazdów. Od 1998 r. na łamach „Świata Motocykli" omawiam ten temat. Pytania często dotyczą spraw, o których już pisałem. Zdaję sobie sprawę, że przybyli nowi Czytelnicy, dotarcie do archiwalnych numerów (a właściwie roczników) bywa trudne. Książka omawiająca ten temat mam nadzieję ukaże się niebawem. Teraz pozwolę sobie podać podstawowe wiadomości jak usprawnić silnik dwusuwowy i czterosuwowy. Kierując się tę wiedzą można uzyskać wyższą moc i większy moment obrotowy z silnika wyprodukowanego do pojazdu turystycznego, dla statystycznego użytkownika.
Silnik spalinowy jest typem silnika, w którym ciepło uzyskane ze spalenia paliwa zostaje zamienione na pracę, a później moc użyteczną silnika. A więc: czym więcej uzyskanego ciepła ze spalenia mieszanki: paliwa i powietrza, tym większa moc silnika.
Zaczynamy więc od sprawdzenia przepustowości filtra powietrza na gaźniku. Brudny lub zbyt maty filtr powoduje zdławienie przepływu. Silnik dostaje zbyt mato powietrza, co powoduje, że skład mieszanki jest niewłaściwy. Paliwo dostarczane przez gaźnik nie może ulec całkowitemu spaleniu. Następnie dokonujemy bardzo dokładnego sprawdzenia stanu technicznego gaźnika. Sprawdzamy dyszę główną (w większości gaźników jest ona wkręcona w dolną część rozpylacza). Dysza powinna mieć oznaczenie zalecane przez producenta dla danego typu i pojemności skokowej silnika. Sprawdzamy wysokość poziomu paliwa w komorze pływakowej i szczelność zaworka paliwa. Jeżeli nie dysponujemy danymi fabrycznymi dotyczącymi wysokości poziomu paliwa w komorze pływakowej, to jako granicę wyjściową do dalszej regulacji, poziom paliwa ustawiamy 1,5 - 2 mm poniżej górnej powierzchni wylotowej rozpylacza. W następnej kolejności trzeba sprawdzić stan przepustnicy, iglicy i rozpylacza. Przepustnica nie może mieć zbyt dużego luzu i „wytarć" na krawędziach bocznych. Zbyt luźna przepustnica jest powodem przedostawania się do silnika tzw. „lewego powietrza". Dodatkowe powietrze dostające się do silnika utrudnia regulacje wolnych obrotów, wpływa także na niewłaściwy skład mieszanki w całym zakresie obrotów silnika, tym samym obniża jego sprawność. W gaźnikach z przepustnicami obrotowymi „lewe powietrze" dostaje się przez szczeliny w wyrobionych tulejkach łożyskujących przepustnicę.
Długotrwała eksploatacja gaźnika powoduje zużycie rozpylacza i iglicy. Rozpylacz ulega rozkalibrowaniu. Polega to na powiększeniu średnicy otworu, w który wchodzi iglica. Bardzo często otwór w rozpylaczu zostaje wybity przez iglicę i z okrągłego staje się owalnym. Uszkodzenie iglicy objawia się wytarciem jej powierzchni bocznych. W większości typów gaźników iglica i rozpylacz spełniają zasadniczą rolę w dozowaniu odpowiedniej ilości paliwa przy danych obrotach silnika, mówiąc inaczej, przy odpowiednim podniesieniu przepustnicy, jeszcze inaczej, dozują odpowiednią porcję paliwa do ilości powietrza, która w danym momencie może przepłynąć przez gaźnik.
Po opuszczeniu przepustnicy w jej dolne położenie (tzw. zamknięcie gazu) iglica zamyka otwór wylotowy rozpylacza. Paliwo może wypływać tylko dodatkowym otworkiem z układu wolnych obrotów gaźnika. W przypadku rozkalibrowania otworu rozpylacza lub wytarcia iglicy, paliwo przedostaje się przez rozpylacz nawet przy wolnych obrotach silnika. Ta sytuacja powoduje nadmierne wzbogacenie mieszanki, zalewanie silnika, niemożliwość ustawienia wolnych obrotów przy całkowicie opuszczonej przepustnicy. Przy średnich obrotach silnika iglica tylko częściowo znajduje się w rozpylaczu, ponieważ jest lekko stożkowa, pomiędzy iglicą a krawędzią otworu rozpylacza powstaje pierścieniowa szczelina umożliwiająca przepływ paliwa. Wielkość tej szczeliny, a tym samym ilość dawkowanego paliwa, można regulować przez opuszczanie lub podnoszenie iglicy w przepustnicy. Opuszczenie iglicy powoduje zmniejszenie dawki paliwa przy danym ustawieniu przepustnicy w gaźniku, natomiast podniesienie iglicy wzbogaca mieszankę w paliwo.
Skoro już mowa o szkodliwości dodatkowego powietrza dostającego się do silnika, to bardzo często dostaje się ono do silnika w miejscu mocowania gaźnika do cylindra lub głowicy. To co teraz napiszę, jest bardzo ważne i proszę, zastosujcie się do mojej rady. W silnikach, w których gaźniki przykręcane są na dwóch szpilkach, przy niewłaściwych podkładkach na styku silnik - gaźnik, kołnierz gaźnika ulega odkształceniu. Jest to pewne miejsce przenikania do silnika dodatkowego powietrza. Dzieje się tak zawsze, gdy podkładki uszczelniająco-dystansowe wykonamy z miękkiego materiału np. klingierytu lub grubego kartonu. Gaźnik należy odkręcić. Na tafli grubego szkła kładziemy drobnoziarnisty papier ścierny, a następnie przesuwając po nim kołnierz gaźnika sprawdzamy, w których miejscach pozostają na nim przetarcia od papieru ściernego. W 90% będą one w okolicach otworów pod szpilki. Kołnierz w takim przypadku należy doszlifować na papierze aż powierzchnia przylegania kołnierza do „silnika" będzie idealnie płaska. Podkładka pod kołnierz gaźnika musi być wykonana z twardego materiału. Bardzo dobry do tego celu jest tekstolit, używany na tablice izolacyjne pod liczniki energii elektrycznej. Podkładka wykonana z takiego materiału bardzo dobrze izoluje termicznie gaźnik od silnika. Jeżeli trzeba koniecznie wprowadzić dodatkowe uszczelnienie, to niech to będzie pasta silikonowa lub bardzo cienki karton (cienki brystol) nasączony lakierem nitro. Gaźnik należy przykręcić przed wyschnięciem lakieru.
Podkładkę trzeba wykonać bardzo dokładnie, średnica otworu powinna być idealnie dobrana do średnicy gaźnika i średnicy kanału ssącego. Wszelkiego rodzaju progi, uskoki, falbanki silikonu wyciśniętego w trakcie dokręcania gaźnika powodują zakłócenia przepływu i zmniejszają efekt napełniania cylindra mieszanką.
Właściwe, powiedzmy, maksymalne napełnienie silnika mieszanką ma zasadnicze znaczenie, jeżeli chcemy uzyskać jeszcze dodatkowo tych kilka koni mechanicznych. Celowo użyłem stwierdzenia - napełnienie silnika a nie cylindra, bo w silnikach dwusuwowych mieszanka najpierw wpływa do karteru (skrzyni korbowej). Maksymalne napełnienie można uzyskać przez właściwy dobór średnic kanału ssącego i gardzieli gaźnika, przez takie ukształtowanie ich przebiegu i powierzchni, aby opory przepływu mieszanki były jak najmniejsze. Przez właściwy przebieg kanału należy rozumieć taki jego przebieg, aby mieszanka od gaźnika do cylindra miała stosunkowo prostą drogę, bez niepotrzebnych zakrętów i przewężeń. Jako przykład niewłaściwego ukształtowania kanału ssącego może posłużyć konstrukcja Jawy z lat 60. i 70. Bardzo dobrze natomiast wykonany jest kanał ssący w silniku Pannonii.
Zmniejszenie oporów przepływu można uzyskać przez wypolerowanie wszystkich kanałów, przez które przepływa mieszanka i gazy spalinowe. W przypadku silników dwusuwowych są to kanał ssący, kanały przelotowe ze skrzyni korbowej do cylindra oraz kanał wydechowy. W przypadku silników czterosuwowych wypolerować należy kanał ssący i wydechowy.
Na drodze przepływu gazów nie powinny znajdować się ostre krawędzie, progi i występy. Jeżeli konstrukcja silnika przewiduje takie elementy, to za wszelką cenę należy starać się zaokrąglić wszystkie ostre krawędzie, aby przepływ mógł być jak najbardziej stabilny, bez zakłóceń. W silnikach dwusuwowych mieszanka zostaje zassana do karteru. Odbywa się to w chwili, gdy tłok porusza się w stronę GMP, a więc występuje cykl sprężania. Dolna krawędź tłoka odsłania wtedy okno ssące. Czas otwarcia okna ssącego jak i wszystkich innych okien silnika dwusuwowego jest ściśle dobrany konstrukcyjnie i nie należy go zmieniać w sposób nieprzemyślany. Czas otwarcia i zamknięcia okien w dwusuwach i zaworów w czterosuwach określany jest w kącie obrotu wału korbowego i oznaczany o.w.k. Oczywiście czasy te, mówiąc inaczej wielkość okien czy skok zaworów, można obliczyć matematycznie, ale o tym za chwilę.
Jak wspomniałem, mieszanka z kanału ssącego wpływa do skrzyni korbowej (oczywiście w silniku dwusuwowym). W chwili gdy tłok zaczyna poruszać się w dół, następuje sprężenie mieszanki pod tłokiem i w tym momencie otwierają się okna przelotowe, które pozwalają na to, aby mieszanka ze skrzyni korbowej przepłynęła do cylindra. Szybkość przepływu będzie tym większa, im pod większym ciśnieniem zostanie sprężona pod tłokiem. Jej przepływ będzie bardziej płynny im mniej progów i nierówności napotka na swej drodze. Tak więc objętość skrzyni korbowej w silnikach dwusuwowych ma zasadniczy wpływ na ostateczną sprawność silnika. Zbyt duża objętość skrzyni korbowej w stosunku do pojemności silnika jest niewskazana, szczególnie gdy chcemy uzyskać z silnika jak największą moc. Istnieje pojęcie „pojemność szkodliwa skrzyni korbowej". Pojemność tę można obliczyć i na ten temat pisałem swego czasu w „Świecie Motocykli".
Pojemność szkodliwą można zmniejszyć przez założenie do skrzyni korbowej tzw. wypełniacza, inaczej podkowy. Wielkość podkowy określa szerokość rozstawienia połówek wału korbowego i odległość stopy korbowodu od ścian karteru. Podkowa powinna być wykonana z aluminium lub z tekstolitu. Nie nadaje się do tego teflon i tworzywa pochodne. Ich wytrzymałość na wysokie temperatury jest zbyt mała. Podkowa mocowana jest w połówkach karteru na stałe, a jej odległość od tarcz wału powinna wynosić około 0,5 mm. W silnikach użytkowych pojemność szkodliwa skrzyni korbowej jest tak duża, że założenie podkowy pomiędzy połówki wału korbowego zawsze poprawia napełnianie cylindra mieszanką, a tym samym wpływa na zwiększenie jego sprawności. Skrzynia korbowa w silniku dwusuwowym to miejsce gdzie znajduje się wał korbowy, kanały przelotowe i cała przestrzeń pod tłokiem. Tę całą przestrzeń wypełnia mieszanka, która zostaje zassana w chwili, gdy tłok porusza się do góry. W prawidłowo skonstruowanych silnikach wał korbowy powinien bardzo dokładnie wypełniać przestrzeń skrzyni korbowej. Nie zawsze tak się dzieje. Odległość połówek wału od bocznych powierzchni skrzyni korbowej jest duża. Aby ją zmniejszyć, na tarcze wału trzeba przykręcić aluminiowe blachy o odpowiedniej grubości, takiej aby odległość tarcz wału od bocznej ściany karteru wynosiła 0,2 -0,5 mm. Wały niektórych silników dwusuwowych posiadają otwory lub wyfrezowania wyważające. Oczywiście tego typu rozwiązania konstrukcyjne zwiększają pojemność szkodliwą skrzyni korbowej, a tym samym w większym lub mniejszym stopniu wpływają na zmniejszenie sprawności silnika. Te miejsca należy wypełnić impregnowaną balsą, korkiem, w ostateczności wstawkami z drewna lipowego. Oczywiście wstawione elementy muszą być bardzo dobrze zabezpieczone przed wypadnięciem. Podlegają one dużym, zmiennym przyspieszeniom i w razie wypadnięcia mogą być powodem uszkodzenia silnika, w większości wypadków łożyska korbowodowego i łożysk głównych wału.
W silnikach dwusuwowych bardzo duże znaczenie ma prawidłowe dobranie średnicy tłoka do średnicy cylindra. Jeżeli w silniku czterosuwowym w czasie eksploatacji decydujemy się na wymianę pierścieni, pozostawiając stary tłok i cylinder (osobiście takich zabiegów nie zalecam), to w silniku dwusuwowym wykonanie takiego „remontu" jest niedopuszczalne. Tłok steruje czasami otwierania i zamykania okien w cylindrze. Pełni także rolę uszczelnienia, zablokowania przepływu pomiędzy oknami. Przy złym pasowaniu, zbyt małej średnicy tłoka, mieszanka będzie przepływać pomiędzy płaszczem tłoka a gładzią cylindra z okien przelotowych do wydechowego. Zwiększa się zużycie paliwa i spada moc silnika.
Podstawowymi zabiegami mającymi na celu poprawienie sprawności silnika są więc: bardzo dokładna regulacja gaźnika, polerowanie kanałów ssących i wydechowych, a w przypadku silników dwusuwowych, także kanałów przelotowych. Likwidacja wszelkiego rodzaju progów i nierówności odlewniczych w kanałach i w skrzyni korbowej, dokładne połączenie układu wydechowego i ssącego z silnikiem (wyeliminowanie wszelkich nieszczelności), zmniejszenie objętości skrzyni korbowej przez wstawienie wypełniacza w kształcie podkowy (w silnikach dwusuwowych). Zabiegi te dotyczą silników dwusuwowych i czterosuwowych.
Nigdy nie należy zaczynać usprawniania silnika od zmian wielkości okien w cylindrze dwusuwu, czy przestawiania faz rozrządu i skoku zaworów w czterosuwie.
Następnym zabiegiem, który trzeba wykonać, jest zwiększenie stopnia sprężania. Prawie zawsze zwiększenie stopnia sprężania daje największy zysk mocy. Wcześniej jednak konieczne jest skorygowanie i wypolerowanie kanałów. Mając na względzie, że zwiększenie stopnia sprężania powoduje dodatkowe obciążenie elementów układu korbowego, nie należy z tym sprężaniem przesadzać. W silnikach popularnych, tych z lat 60. - 80., stopnie sprężania miały wartości nieprzekraczające 7,5. Bez szkody dla silnika wartość tę można zwiększyć do 8,5. Zwiększanie stopnia sprężania musi być poprzedzone bardzo dokładnym pomiarem faktycznej pojemności silnika. Dokonuje się tego olejem. Na temat pomiarów, określenia faktycznego stopnia sprężania i obliczenia parametrów komory spalania dla zwiększonego stopnia sprężania, pisałem w „ŚM". W nielicznych przypadkach stopień sprężania można podnieść do 9 - 9,5. Konieczne jest jednak wtedy powiększenie użebrowania głowicy, a często i cylindra. W silnikach, w których stopnie sprężania wynosiły 6, po zwiększeniu ich do 8,5 będziemy mieli zaskakująco sprawniejszy silnik. W silnikach dwusuwowych zwiększenie stopnia sprężania jest stosunkowo proste. Trzeba stoczyć głowicę o określoną wartość otrzymaną z wcześniej wykonanych pomiarów i obliczeń. Nigdy nie należy staczać cylindra. Stoczenie cylindra od strony przylegania głowicy spowoduje wychodzenie tłoka i pierwszego pierścienia tłoka na zewnątrz cylindra. Zatoczenie cylindra od strony karteru spowoduje jego niższe osadzenie, a tym samym zmianę wszystkich czasów otwarcia i zamknięcia okien. Podobna sytuacja zaistnieje, gdy pomiędzy karter i cylinder włożymy zbyt grubą uszczelkę.
Zataczanie głowicy trzeba wykonać w specjalnym uchwycie mocowanym w uchwycie tokarskim. Prawie zawsze po zatoczeniu boczne krawędzie komory spalania wymagają dodatkowej korekty frezem. Bez tej korekty tłok będzie w nie uderzał. W sytuacjach bardzo specjalnych można zmieniać kształt komory spalania przez wykonanie nowego odlewu lub zaspawanie fabrycznej głowicy i wykonanie nowej komory. Takie zabiegi w obecnych czasach nie mają większego sensu. Kto dzisiaj chce za wszelką cenę jechać szybciej od MZ, Rometem czy Simsonkiem? Można do tego celu kupić zdezelowanego „przecinaka" i zamiast usprawniać, będzie problem, jak go uruchomić.
W przypadku silników czterosuwowych jedynym rozsądnym sposobem zwiększenia stopnia sprężania jest założenie tłoka o wyższym „garbie" na denku. Jeżeli jest to tłok fabryczny, to wyfrezowania denka pod zawory będą prawidłowe i mamy dość duży problem z głowy. W przypadku, gdy tłok zostaje odlany w przypadkowym warsztacie, to polecam bardzo dokładne sprawdzenie prawidłowości ustawienia kątów i głębokości wyfrezowań. Przy delikatnym obracaniu wałem korbowym wszystko może być w najlepszym porządku, jednak przy wysokich obrotach silnika tłok może „spotykać" się z zaworem. Grozi to uszkodzeniem silnika. Aby uniknąć takiej sytuacji należy: założyć tłok do silnika, miejsca wyfrezowań w denku pokryć 4 mm warstwą plasteliny, założyć głowicę i obracając wałem korbowym (zdecydowanie, energicznie), spowodować zagniecenia plasteliny przez zawory. Po zdjęciu głowicy sprawdzamy na tłoku jak głęboko zawory wchodzą w wyfrezowania. Optymalną wartością jest 3 mm odległości zaworu od denka tłoka. Taka warstwa plasteliny powinna zostać w miejscu wyfrezowania. Głębsze wyfrezowania zmniejszają stopień sprężania. 3 mm odległość zapewnia w miarę bezpieczną pracę silnika nawet w przypadku przekroczenia obrotów maksymalnych, tzw. przekręcenia silnika. Z praktyki wiem, że taki przypadek zdarza się przynajmniej raz każdemu motocykliście. Często jest to przypadkowe, ostre hamowanie silnikiem na niskim biegu przy ostrym zjeździe, zawieszenie przepustnicy itd. Planowanie głowicy w silniku czterosuwowym nie wchodzi w rachubę. Nawet w silnikach dolnozaworowych. Regulacja stopnia sprężania może być dokonana tylko przez zakładanie wyższego tłoka. Aby nie mieć kłopotów z ponownym wyważaniem wału korbowego, należy nowy tłok sprawdzić wagowo w stosunku do starego. Różnica w ciężarze powinna być minimalna. Sytuacja idealna jest wtedy, gdy tłoki mają taką samą wagę. Zwykle można założyć do cięższego tłoka sworzeń z większym otworem, a więc lżejszy i tym samym ważąc tłok z pierścieniami, sworzniem i zabezpieczeniami sworznia w wydaniu poprzednim i ten sam zestaw z cięższym tłokiem, ale lżejszym sworzniem, uzyskamy taki sam wynik.
Zwykle młodzi ludzie rozważając zagadnienie zmian w silniku, w celu podniesienia jego mocy, w pierwszym odruchu przed oczami mają wielkość okien w cylindrze silnika dwusuwowego oraz kształt krzywek zaworowych i wielkość zaworów w silniku czterosuwowym. Jestem w stanie zaakceptować taki sposób rozumowania w przypadku, gdy w założeniu mechanika przerabiany silnik ma być szybszy od Hondy (ale tylko na dystansie 400 m, potem się rozleci). W przypadku podnoszenia sprawności silnika popularnego, tak aby uzyskać motocykl o cechach sportowych, a nie wyścigowych, wystarczają korekty poprawiające niedoróbki masowej produkcji. W przypadku wszystkich okien silników dwusuwowych w pierwszej kolejności należy sprawdzić ich symetrię i w razie konieczności dokonać poprawek. W żadnym przypadku nie należy zmieniać kątów wlotu kanałów przelotowych do cylindra. Mieszanka skierowana pod kątem założonym przez producenta silnika omywa denko tłoka i kierując się do góry, wypełnia przestrzeń wolną od spalin. Zmiana kątów wpływania mieszanki do cylindra spowoduje zjawisko mieszania się mieszanki ze spalinami. Wielkość kanałów wykonanych fabrycznie ma wartość optymalną dla silnika o danej pojemności i co ważniejsze, dysponującego takim, a nie innym zakresem obrotów użytkowych. Szerokość okien cylindra wpływa na prawidłowy przepływ gazów. Szersze okna powodują mniejsze opory przepływu. Szerokość okien decyduje także o prawidłowym napełnianiu i opróżnianiu cylindra głównie w zakresie niższych obrotów. Szerokość okien nie może być jednak dowolnie duża. Zbyt szerokie okna powodują rozprężanie i wnikanie w nie pierścieni tłoka. Powoduje to wyłamanie pierścienia i górnej krawędzi okna. Z założenia szerokość okien nie może przekraczać wartości 0,6 D (D - średnica cylindra). Wysokość okien dobierana jest do wielkości obrotów silnika, przy których ma następować maksymalne napełnianie, a więc i moc maksymalna oddawana przez silnik. Tak więc z podwyższaniem okienek radzę być ostrożnym, bo może się zdarzyć, że silnik uzyska 100 KM przy 6000 obr/min, ale przy 3000 obr. nie będzie można nim odjechać. Może też zdarzyć się tak, że wysokość okienek zapewni silnikowi moc maksymalną przy 7000 obr/min, tylko tych obrotów silnik nigdy nie osiągnie ze względu na konstrukcję innych podzespołów. Moc w zakresie obrotów użytkowych może okazać się niższa niż w wykonaniu fabrycznym. Nieprzemyślane rozpiłowanie okien niszczy cylinder. Jeżeli ktoś bardzo pragnie prowadzić eksperymenty, to powinien zaczynać od zmieniania kątów otwarcia okien w cylindrze przez podpiłowanie tłoka. Należy pamiętać, że podpiłowanie o 1 mm daje w efekcie 2 mm. Tłok porusza się w górę i w dół. W wymiarze o.w.k. jest jeszcze więcej. Zmienia się nie tylko moment, kąt o.w.k. otwarcia i zamknięcia okna. Wydłuża się czas otwarcia i przepływu przez okno.
W przypadku silników czterosuwowych dokonywanie zmian w układzie rozrządu także powinno być przemyślane. Kąty otwarcia i zamknięcia zaworów są także tak dobrane, aby silnik dysponował dobrą elastycznością i przyzwoitą mocą maksymalną w zakresie całych obrotów użytkowych. Zmiana czasu otwarcia zaworu wydechowego może doprowadzić do jego szybkiego wypalenia. Zysk 4 KM okupimy silnikiem na jedną wyprawę w Bieszczady. Do celów sportowych ustawia się silnik na jeden wyścig i to jest normalne. Zmiana skoku zaworów bez zmiany gaźnika i kanału ssącego może doprowadzić do takiego spadku szybkości przepływu przez gniazdo zaworowe, że całkowite napełnianie cylindra będzie tylko przy 1000 obr/min. Na wolnych obrotach będziemy mogli jeździć po ścianie, a na trasie nie przekroczymy 60 km/godz.
Wszystkim ambitnym młodym ludziom, którzy chcą mieć trochę sprawniejszy motocykl od tego wykonanego fabrycznie, proponuję więc w okresie zimowym przeprowadzić zabiegi poprawiające fabryczne wykonanie, a przed przystąpieniem do bardziej gruntownych przeróbek swego silnika przeczytać książkę: „Podstawowe wiadomości o zwiększaniu mocy silników spalinowych". Mam nadzieję, że niebawem ukaże się w sprzedaży. Znajdziecie tam dość wiadomości, aby wcześniejsze przemyślenia obliczyć, sprawdzić w tabelach i zrealizować z pozytywnym skutkiem.
Tomasz Sałek - "Świat motocykli" nr12/2002r.
|