Motortuning másképpen, 1. rész - Emelkedő!

Sorozatunk célja, hogy bemutassuk, milyen lehetőségek rejlenek a modern négyütemű motorok teljesítményfokozásában. Ezt az utat úgy fogjuk végigjárni, hogy egy motor konkrét példáján keresztül mutatjuk be a különböző lépéseket. Így más konstrukciókra is hasonló módon alkalmazható megoldásokról lesz szó.





Szándékunk szerint nem egy versenymotor létrehozása a cél, hanem egy olyan „tuning” összeállítása, amely a legkevesebb pénzből már megfelelő mennyiségű lóerőt eredményez, miközben a motor élettartama lehetőleg nem csökken. De az alkatrészek ki- és beszerelgetése, fékpadi tesztek sorozata helyett olcsóbb megoldásra van szükség. Alaposabban megmérve az alkatrészeket, egy számítógépes motormodellt fogunk először készíteni, és azt a számítógép képernyőjén módosítjuk. A puding próbája az evés, tehát a legköltséghatékonyabbnak ígérkező virtuális „tuningot” a valóságban is kipróbáljuk. Az lesz majd az igazság pillanata!

 

 

 

És hogy milyen motor lesz mindennek elszenvedője? Egy SV650, több okból is. Az első, hogy egy elterjedt, népszerű típusról van szó. Lényeges, hogy 2 hengeres, tehát feleannyi alkatrész kell hozzá, mint egy 4 hengereshez. Ezenkívül egy ilyen munka során elég fontos szempont, hogy viszonylag könnyen szerelhető. Hengerenként egy gyertyája van, ami az eredmények általánosabb használhatóságát teszi lehetővé. És mielőtt bárki lekicsinylő véleményt alkotna, a mellékelt táblázat tartalmaz néhány érdekes adatot. Ebben a 2013. év műszaki előírásainak megfelelő F1-versenyautó motorjának paraméterei is szerepelnek.

 

 

 

Ebből kiderül, hogy az SV elég tartalékkal rendelkezik ahhoz, hogy akár egy komoly átalakítást is elviseljen.
De vágjunk bele a műszaki dolgokba. Mi is az a szelepemelési profil? Mire jó? Mit érdemes róla tudni? Emelkedjünk hát fel „ülékünkről”, és járjunk utána! Mint minden négyütemű motor, az SV is szelepeken keresztül „lélegzi be” a friss keveréket a hengerébe, és szintén szelepeken keresztül „fújja ki” a kipufogógázt.
Esetünkben 2 szívó- és 2 kipufogószelep áll a gázcsere rendelkezésére. Ebből a szempontból általában két dologgal foglalkozunk: szelepátmérővel és szelepemeléssel. Az átmérő meghatározása nem ördöngösség, egy tolómérővel néhány másodperc alatt elvégezhető a művelet.

 

1 kép: A szükséges mérések mechanikus úton is elvégezhetők, bár nagyon aprólékos munkáról van szó

 

 

A szelepemeléssel már más a helyzet. Az emelési profil meghatározása történhet hagyományos módon, fokolótárcsával fix csúcsok/prizmák között, és indikátorórával (1. kép), illetve ugyanezen az elven, de számítógépesítve (2. kép). Mi egy kicsit továbbléptünk, és a bütyökprofil regisztrálásához koordináta-mérőgépet használtunk, amelyhez Németh Mihály (Szentes) nyújtott segítséget (3. kép).

 

2. kép: Sokkal gyorsabb és pontosabb mérést tesz lehetővé egy számítógépesített mérőállomás

 

 

A szelepemelési profil kialakításakor bizonyos határokon belül az a cél, hogy a szelepet a lehető legrövidebb idő alatt teljesen nyissuk ki, tartsuk teljesen nyitva, majd ugyanilyen gyorsan zárjuk be (4. kép). Ehhez végtelenül könnyű alkatrészekre lenne szükség, illetve olyanokra, amiket tetszőlegesen terhelhetünk, mégsem változtatják meg alakjukat, vagy nem megy tönkre a felületük. Gondolhatnánk, hogy nem lehet ez olyan nagy gond, hiszen a bütyök szép íves, fokozatosan emeli meg a szelepet. Ez így is van, ám vegyük figyelembe, hogy az SV tiltási fordulata 11 000 f/p. Bár nem ezen a fordulaton használjuk a gépet, azért nem árt, ha ekkora fordulatra pörgetve sem robban szilánkokra tuningunk tárgya. Ahhoz, hogy megvizsgálhassuk, milyen lehetőségek aknázhatók ki biztonsággal a blokkból, konkrét adatokra van szükség, amelyek jelentős része a szelepemelési profilból nyerhető ki. A számítás kézi számológéppel nem hajtható végre, és a levezetés részletei is bőven meghaladják e cikk kereteit, ezért csak a végeredményeket közöljük.

 

3. kép: A legnagyobb pontosságot koordináta-mérőgéppel lehet produkálni

 

 

A felvett emelési profil több szakaszra osztható: az előnyitó rámpa feladata a szelephézag megszüntetése, illetve annak biztosítása, hogy a szelepzáródás egy bizonyos meghatározott sebességgel történjen. Ha túl nagy a szelephézag, a szelep túlságosan hirtelen emelkedik el az ülékéről, ami a szeleprugót teheti tönkre. Ugyanez a záródáskor a szelep beverődését okozza. Nem kevésbé veszélyes a kis szelephézag: lassabb nyitási-zárási folyamat során a kipufogószelep nagyobb hőterhelést szenved el és eléghet, a szívószelep esetén viszont a friss keverék kipufogógázzal szennyeződhet, illetve hengerből „visszaszökhet” a szívócsőbe. A rámpákat a fő nyitási tartomány követi, amelynek során a gázcsere ténylegesen végbemegy (5. kép).

 

4. kép: Az SV650 szívószelepe esetén így aránylik egymáshoz az ideális és a hasznos keresztmetszet. A kipufogószelep esetén csak a területarányok mások, az ábra hasonló

 

 

Nézzük meg, hogy ebben a tartományban a fentebb említett ideális esethez képest mennyivel kisebb felület áll a gázcsere rendelkezésére. A szükséges számítások elvégzése után kiderül, hogy a szívószelep 57,1%-ra, míg a kipufogó 55,58%-ra közelíti meg az elméletileg elérendő felületet. Ez a szívószelep esetében csak kissé marad el a sportmotorok esetén alkalmazott 59-60%-os átlagértéktől, viszont a kipufogóoldalon elég nagy az eltérés. Ezen a részen tehát van min javítani, a kérdés az, hogy lehet-e. Szívóoldalon nagyobb szelepemelést a gyári rugókkal már nem lehet megvalósítani, mert a szelep teljes nyitásakor a belső rugó 1 mm-re közelíti meg a teljesen összenyomott állapotot. Kipufogóoldalon ehhez képest „dúskálhatunk” a lehetőségekben, hiszen a menetzárt helyzetet 2,4 mm-re közelíti meg ugyancsak a belső szeleprugó. A külső rugók mindkét esetben távolabb vannak a menetzárt állapottól: szívóoldalon 1,3 mm-re, míg kipufogószelepnél 2,7 mm-re, de ez ebben az esetben már nem sokat számít.

 

5. kép: A szívószelep emelési profilja és az abból számított jellemzők. Annak érdekében, hogy egy grafikonban legyenek ábrázolhatók, a sebességértékeket 30-cal, a gyorsulásértékeket 500-zal, az impulzustényező-értékeket 2000-rel szoroztuk!

 

 

Ha ezzel megvagyunk, a szelepemelés sebességprofilját kell meghatározni. Ebből az adatból meghatározható, hogy a rendelkezésre álló szelepemelő tőke átmérője lehetővé teszi-e, hogy a jelenleginél gyorsabban emeljük a szelepet. Ezáltal a valóságos görbét a szögletes ideálishoz lehet közelíteni és az áramlási keresztmetszetet növelni. Ha az emelőtőke átmérőjéhez viszonyított szelepmozgás túl gyors, akkor a tőke széle belemar a bütyök oldalába, ezt pedig nem akarjuk… Az SV esetében a tőkeátmérő 26 mm, a szívóoldali vezérműbütykök középvonalai 1 mm-rel közelebb, míg a kipufogóoldaliak 1 mm-rel távolabb helyezkednek el az emelőtőkék középvonalaitól, a bütyökszélesség mindkét vezérműtengelyen 9 mm. A tőke szélétől fennmaradó biztonsági sáv meghatározásához (6. kép) szükség van még a szelep legnagyobb sebességére, amely a szívóoldalon 0,1975 mm/fok, míg kipufogóoldalon 0,186 mm/fok. Ezekből az adatokból már meghatározható az a távolság, amely a bütyök oldala és a tőke széle között marad a leggyorsabb szelepmozgás pillanatában. Esetünkben a szívóbütyök 0,62 mm távolságra közelíti meg a tőke szélét, míg a kipufogóbütyök 1,21 mm-re. Mivel a megengedett legkisebb távolság 0,6 mm, látható, hogy a jelenlegi konstrukció a szívóoldalon máris teljesen kihasználja a rendelkezésre álló emelőtőke-átmérőt, viszont ismét azt tapasztaljuk, hogy a kipufogóoldalon vannak még lehetőségek.

 

6. kép: A biztonsági sáv elhelyezkedése az emelőtőkén

 

 

Ezt követi a statikus szelepgyorsulás meghatározása. A fent említett 11 000-es fordulaton a szívószelep gyorsulása 1390 G, miközben a kipufogószelep 1710 G-s gyorsulást produkál. Ez olyannyira megterheli az alkatrészek felületét, hogy a 70,98 grammos hatásos tömeggel rendelkező szívószelep-emelőtőke egység a bütyök, illetve az emelőtőke felületi rétegében 596 N/mm2-es feszültséget hoz létre ±26 fokkal a legnagyobb emelés előtt, illetve után. Ugyanez az érték kipufogóoldalon 658 N/mm2 ±16 fokkal a 7,2 mm-es legnagyobb emelés előtt és után, 61,5 grammos hatásos tömegű kipufogószelep-emelőtőke egységgel számolva. Mindkét esetben a felületi terhelés (Hertz feszültség) még a szakirodalom által az egyszerű csúszó emelőtőkékre meghatározott 690-700 N/mm2-es tartomány alatt marad. Ebből a szempontból tehát még lehetőség van a módosításra (7. kép).

 

7. kép: A vezérműbütyök felületén az emelési tartomány alatt kialakuló feszültségeloszlás

 

 

Mint látható, mindössze a kipufogóoldalon érdemes foglalkozni a szelepemelési profil megváltoztatásával. A következő részben a mechanikus alkatrészek vizsgálatát magunk mögött hagyjuk, és áramlástanilag boncoljuk tovább az SV 650-et.