Akademia tuningu:
Ile za konia ?ILE KOSZTUJE KOŃ?
Mam samochód o pojemności 1.4 16V o mocy 100 KM przy 6500 obr/min i chciałbym z niego wyciągnąć ok. 200 KM bez doładowania i podtlenku. Jakie są koszty i jak szybko to można zrobić?
Pytań o podobnej treści otrzymuję kilka tygodniowo, różnią się one marką samochodu, ale sens jest podobny - jak ze zwykłego samochodu zrobić pojazd o parametrach WRC w ciągu kilku dni i najlepiej nie wydając za dużo pieniędzy. Postaram się bez emocji odpowiedzieć na tak postawiony pytanie.
Załóżmy, że mamy silnik o mocy 100 KM. Zastanówmy się co należy zrobić, aby moc wzrosła 2 razy. Moc silnika jest wprost proporcjonalna do pojemności, obrotów oraz średniego ciśnienia użytecznego /w przybliżeniu jest to ilość dostarczonej mieszanki powietrza i paliwa/:
Moc = Pojemność * Obroty * Ilość mieszanki
Jak wynika z tego najbardziej podstawowego wzoru mamy trzy drogi do celu:
- Zwiększyć pojemność dwa razy czyli do 2.8 litra
- Zwiększyć obroty do ponad 13000 /przy założeniu ze nie spadnie ilość dostarczonej mieszanki/
- Zwiększyć dwa razy ilość dostarczonej do silnika mieszanki
Rozwiazanie nr 2 cechują olbrzymie koszty.
Rozwiązanie nr 3: dwa razy więcej powietrza bez doładowania praktycznie nie jest możliwe.
Jedyną możliwość rozwiązania takiego problemu jest zastosowanie równocześnie rozwiązania nr 2 i 3, czyli zwiększamy obroty do granic możliwości technicznych i tak konstruujemy silnik, aby największe napełnianie dynamiczne wystąpiło na podobnych obrotach.
Jak tego dokonać?
Mamy do pokonania dwa problemy techniczne:
- obroty, czyli wzrost obciążeń silnika
- napełnianie, czyli kształt i wymiary elementów za to odpowiedzialnych.
Co należy zmodyfikować, aby poprawić wytrzymałość?
- Zwiększyć sztywność bloku silnika
- Zastosować stalowy wał korbowy
- Zastosować korbowody sportowe o zwiększonym dopuszczalnym obciążeniu
- Zastosować kute tłoki o zwiększonej wytrzymałości
- Układ smarowania
- Układ chłodzenia
- Zastosować stalowe koło zamachowe
- Wykonać całkowicie nową głowicę z dużymi zaworami i kanałami /seryjne głowice 16 zaworowe wykonane są na ogół z tak małymi zapasami materiałowymi, że jest to praktycznie niemożliwe/
- Wykonać zupełnie nowy układ dolotowy wyliczony i dopasowany do głowicy
- Wykonać nowy układ wydechowy
- Zastosować bardzo ostre wałki rozrządu
- Zastosować wtryskiwacze o zwiększonym wydatku
- Dokonać modyfikacji programu sterującego układem wtryskowym
Jak widać z tej bardzo pobieżnej analizy należy zaprojektować i wykonać od podstaw nowy silnik.
Czy jest to możliwe?
Oczywiście tak, ale jest tylko kilka firm na świecie, które mogłyby tego dokonać. W większości są to działy sportu skupione wokół dużych firm motoryzacyjnych. Koszt wykonania pojedynczego egzemplarza takiego silnika jest nie do oszacowania, ale dla przykładu mogę podać, że silnik 2.0 16V o mocy 310 KM /seryjnie 170KM/ kosztuje około 50.000$ czyli 200.000zł, a jego trwałość nie przekracza 30 godzin.
To oczywiście nie koniec problemów - mamy silnik, który kręci się np. 12000 obr/min i na seryjnej skrzyni biegów nie jesteśmy w stanie ruszyć z miejsca, bo jego chęć do jazdy zaczyna się od 6000 obrotów, czyli musimy go rozpędzić na półsprzęgle do 60 km/godz!
Żadne sprzęgło tego nie wytrzyma, nie mówiąc już o półosiach, czy innych elementach przeniesienia napędu. Dla uproszczenia dodam, że dobra sekwencyjna skrzynia biegów kosztuje niewiele mniej niż silnik !!!
Na wykresie powyżej mamy przedstawiony szacunkowe zależności trwałości i kosztów od wzrostu mocy dla silnika wolnossącego/ bez TURBO/.
Wykres ten pozwala zobrazować z jakim kosztami należy się liczyć marząc o podniesieniu mocy w swoim bolidzie .
Jak widać z tego wykresu im więcej koni tym drożej, a i trwałość maleje drastycznie .
Aby wykres był czytelniejszy założyłem, że mamy seryjny silnik o mocy 100 KM, który kosztuje 10 tys. zł a jego trwałość wynosi 100 tys. km.
| Moc silnika | KM/% | 100/+0% | 125/+25% | 150/+50% | 185/+85% | 200/+100% | 250/+150% | 300/+200% |
| Trwałość | tys. km | 100 | 94 | 68 | 19 | 10 | 2 | 0,2 |
| Koszty | tys. zł | 0 | 7 | 15 | 27 | 50 | 175 | 490 |
Jak widać przy zwiększeniu mocy o 25 KM trwałość praktycznie się nie zmienia /94 tys.km/, a i koszt jest niewielki, ok. 7 tys. zł.
Sytuacja się pogarsza wraz z dalszym zapotrzebowaniem na KM - przy dodatkowych 85 KM trwałość spada do 19 tys. km, a koszt wynosi już 27 tys.zł /patrz strzałki na wykresie/.
Przy mocach rzędu 300 KM czyli 3 razy więcej niż w serii trwałość wynosi kilkaset km a koszt jest już wręcz nieprawdopodobny 500 tyś.zł!
Jako przykład można przedstawić silnik od formuły F1, który z 3,0 litra pojemności osiąga ok. 800 KM, wytrzymuje /albo i nie / ok. 400 km i kosztuje od 1 do 1,5 mln $.
Mam nadzieje, że ten bardzo ogólny przykład pomoże zrozumieć starą prawdę, że fizyki i ekonomi nie da się oszukać.
inż. Andrzej Godula
Autor: inż. Andrzej Godula« Wróć do listy tematów
Do góry