Data publikacji: 18.07.2014
A jednak się kręci - Eppur si muove /Galileusz

Eppur si muove czyli , a jednak się kręci tak  podobno powiedział Galileusz w 1633 roku gdy zmuszono go do wyrzeczenia się swoich poglądów dotyczących ruchów obrotowych ziemi i słońca.

Zdanie to jest prawdziwe i dzisiaj  niech będzie wstępem do rozważań na temat silników spalinowych.

Trochę historii motoryzacji...
 
 Nie można zrozumieć istoty tuningu bez znajomości, choćby pobieżnej, podstawowych procesów fizycznych, a ściślej fizyko-chemicznych zachodzących w silniku. Wiedza o tym jak zamienić nalane do baku paliwo w energię umożliwiającą nam jazdę samochodem, ba, jak to zrobić w sposób jak najbardziej efektywny, rozwija się od 1879 roku, kiedy to skonstruowano pierwszy silnik spalinowy.
W roku 1883 Daimler zaprezentował silnik benzynowy pracujący z zawrotną jak na ówczesne czasy prędkością 900 obr/min. Tak popularne dzisiaj, szczególnie w samochodach z silnikami wysokoprężnymi doładowanie opatentowano już w roku 1897, a praktycznie stosowano od czasów pierwszej wojny światowej. W 1908 roku wyjeżdża z fabryki Mercedes wyposażony w silnik z dwoma świecami na cylinder (popularny Twin Spark w dzisiejszych samochodach Alfa Romeo), a w 1912 roku Peugeot zastosował wielozaworową głowicę z czterema zaworami na cylinder otwierając erę 16V, 24V, 32V, a nawet 48V, symboli dumnie przyklejanych na tylnych klapach samochodów.

A teraz trochę teorii , ale nie dużo i bardzo uproszczonej .

Moment obrotowy

Podstawowym parametrem charakteryzującym silnik samochodowy, o który od zawsze walczyli konstruktorzy, jest jego moment obrotowy. Niemal za każdym razem, gdy mowa jest o tuningu silnika pada sakramentalne pytanie: "A ile silnik będzie miał koni i czy nie da się, zrobić, aby miał jeszcze więcej?"
Najwyższy wiec czas wyjaśnić podstawowe zależności pomiędzy mocą, momentem a walorami użytecznymi samochodu.
Zacząć należy jak zwykle od początku, czyli od zasady działania silnika spalinowego, która jest prosta jak parasol. 
Należy wtłoczyć do silnika mieszankę powietrza z paliwem, sprężyć i w odpowiednim momencie zapalić powodując mini eksplozję, a produkt uboczny tego wybuchu w postaci spalin jak najszybciej usunąć z cylindra.
Siła powstała podczas tego wybuchu naciska na tłok, ruch posuwisto-zwrotny tłoka zamieniamy na ruch obrotowy wału korbowego.
Fizycznym wynikiem pracy silnika jest oddawany przez niego na wale korbowym moment obrotowy. Poprzez skrzynię biegów ruch obrotowy wału przenoszony jest na koła samochodu umożliwiając jego poruszanie. Wartość momentu na kołach  jest zależna od przełożenia czyli np. na 1 biegu jest ok 4 razy większa niż na biegu najwyższym.
Moment obrotowy silnika jest proporcjonalny do siły nacisku na tłok (F) i pojemności skokowej silnika (V). 
                                                                 Moment     M = c * F * Vs

  Moc samochodu jest wartością ściśle  matematyczną, wyliczaną poprzez pomnożenie momentu obrotowego (M)przez liczbę obrotów silnika (n) oraz przelicznika (A) zaleznego od uzytych jednostek.  
                                                                    Moc          P = A *M * n

Moment obrotowy, podobnie zresztą jak i moc, można przedstawić na wykresie jako funkcję jego wielkości w stosunku do obrotów silnika.
Gdybyśmy porównali wykres przebiegu momentu obrotowego i wykres przyspieszenia samochodu, to okazałoby się, że przyspieszenie jest wprost proporcjonalne do wartości momentu obrotowego, on bowiem odpowiada za to, jak szybko nasz pojazd "będzie się zbierał".
Drogi amatorze tuningu, jeśli imponuje Ci gwałtowne ruszanie ze świateł i na dodatek chcesz to robić swoim pojazdem szybciej niż inni, nie pytaj tunera o spodziewany wzrost mocy maksymalnej w Twoim samochodzie, ale o przyrost momentu obrotowego i o odpowiednią korektę jego charakterystyki.
Wartość maksymalną momentu obrotowego silnik uzyskuje wówczas, gdy warunki jego pracy są optymalne.
Wszystkie zabiegi konstruktorów sprowadzają się więc do tego, aby tak zoptymalizować wszystkie parametry by moment obrotowy był jak największy w jak najszerszym zakresie obrotów.
Jak wynika ze wzoru na moment obrotowy, jego wartość można zwiększać na dwa sposoby: zwiększając pojemność skokową silnika albo ciśnienie w cylindrze - rzecz jasna można robić te dwie rzeczy równocześnie.
A co z mocą - zapyta ktoś, po co w takim razie operuje się tą wielkością przy każdej okazji? Moc jest wielkością bardzo  poglądową i łatwą w operowaniu .Wartość mocy nie zmienia się bowiem z przełożeniem tak jak to jest z momentem .Wartość mocy maksymalnej determinuje uzyskiwaną przez pojazd prędkość maksymalną.
Przy czym prędkość poruszania się pojazdu ograniczają z grubsza dwie wartości - opory toczenia i opory powietrza. I o ile te pierwsze rosną proporcjonalne do prędkości, to te drugie wzrastają z 3 potęgą wzrostu prędkości, czyli dwukrotny wzrost prędkości to ośmiokrotny wzrost oporów!


         

 
Aby te relacje stały się przejrzyste dla wszystkich przedstawiam tabelę oraz wykres zależności pomiędzy poszczególnymi parametrami. Dotyczy on przeciętnego samochodu osobowego wyposażonego w standardowy silnik o mocy maksymalnej 150 KM i prędkości maksymalnej 200 Km/h

Prędkość km/h  68    85  102119136153170187200221
Moc oporów toczenia KM467891011121314
Moc oporów powietrza KM59152538547498128162
Całkowita moc oporów KM9152233476485110141176
Moc silnika KM487491105118131143152141104
Zapas mocy KM39596972716758420-72


Jak wynika z powyższej tabeli, do uzyskania prędkości np. 85 km/h wystarczy nam 15 KM mocy. Moc oporów toczenia wynosi 6 KM, a moc oporów powietrza 9 KM, pozostały potencjalny zapas mocy kierowca może wykorzystać np. do pokonywania wzniesień bądź do przyspieszania.
Ale gdy chcemy poruszać się z prędkością dwukrotnie większą czyli 170 km/h musimy dysponować już 85 KM mocy, i co najistotniejsze, o ile opory toczenia wzrosły dwukrotnie i wynoszą tylko 11 KM, o tyle opory powietrza aż ośmiokrotnie do wartości 74 KM!
Maksymalną prędkość wyznacza punkt przecięcia charakterystyki mocy silnika i mocy oporów całkowitych i dla tego samochodu wynosi 200 Km/h.
Przy prędkości maksymalnej nie dysponujemy oczywiście już żadną rezerwą mocy i jedyne co możemy w tej sytuacji zrobić to zwolnić.

TABELA OBRAZUJĄCA O ILE MUSI WZROSNĄĆ MOC MAKSYMALNA ABY OSIĄGNĄĆ ŻĄDANĄ PRĘDKOŚĆ

Procentowy wzrost prędkości maksymalnej02,5%5 %7,5 %10 %12,5 %15 %17,5 %20 %22,5 %25 %
Procentowy wzrost mocy maksymalnej08 %16 %24 %33 %42 %52 %62 %73 %84 %95 %
Prędkość maksymalna200205210215220225230235240245250
Moc konieczna do uzyskania prędkości maksymalnej 150162174186200214228243259276293


Pragnę zwrócić uwagę na jeszcze jedno, bardzo istotne wyliczenie, które najlepiej obrazuje tabela powyżej. Aby nasz przykładowy pojazd mógł poruszać się z prędkością maksymalną jedynie o 10% większą od fabrycznej /z 200 Km/h na 220 Km/h / musielibyśmy podnieść  moc aż o około 35%  czyli ze 150 KM na 200 KM.
Idąc dalej dla osiągnięcia 250 Km/h musielibyśmy dysponować prawie 300 KM czyli dwa razy więcej niż miał nasz silnik !!!!

Dopiero dysponując tą podstawową wiedzą możemy zacząć się zastanawiać nad tym, co chcemy uzyskać poprzez tuning naszego silnika, zdając sobie sprawę ze wszystkich czysto fizycznych ograniczeń jakie na każdym etapie tuningu napotkamy.

 

Autor: inż. Andrzej Godula

« Wróć do listy tematów
Do góry
strona główna | firma | akademia tuningu | klienci o nas | galeria | współpraca | praca | kontakt | linki | chiptuning | tuning mechaniczny | tuning ekstremalny | instalacje gazowe | serwis |
Kopiowanie materiałów tylko za zgodą firmy Godula
Wykonanie strony: Website