Moduł tuningowy do silników diesla Przewodnik techniczny

Transkrypt

1 Moduł tuningowy do silników diesla Przewodnik techniczny JAK TO DZIAŁA? Aby wytłumaczyć jak działa moduł tuningowy musimy cofnąć się do podstaw dotyczących silników diesla. Główna różnica pomiędzy silnikami diesla a benzynowymi polega na sposobie podawania mieszanki paliwa z powietrzem do cylindra, a następnie zapłonu. W silniku benzynowym paliwo jest mieszane z przychodzącym powietrzem zanim wejdzie do cylindra, a następnie mieszanka jest wzniecana w odpowiednim momencie za pomocą świecy. Za wyjątkiem pracy na pełnych obrotach, we wszystkich przypadkach przepustnica ogranicza przepływ powietrza, a cylinder nie jest całkowicie napełniony. W silniku diesla samo powietrze jest wciągane do cylindra a następnie sprężane. Z powodu wysokiego stopnia sprężenia w silniku diesla (standardowo 20:1) powietrze bardzo się nagrzewa do 750 C (1382 F). Gdy tłok zbliża się do końca suwu sprężania, paliwo w rozpylonej formie pod wysokim ciśnieniem jest wtryskiwane do komory zapłonu. Temperatura powietrza jest dostatecznie wysoka, by wzniecić wtryśnięte paliwo gdy miesza się ono z powietrzem. Następnie mieszanka spala się i dostarcza energii, która wypycha tłok w dół w suwie spalania. W silniku benzynowym, by rozpocząć cykl spalania zawsze istnieje potrzeba wtrysku dodatkowej energii w formie iskry. Silnik benzynowy jest nie tylko regulowany paliwem, ale również powietrzem by zapewnić, że mieszanka zawsze będzie mieć stosunek 1:1 i nie straci swoich właściwości wybuchowych. Gdyby ilość powietrza w silniku benzynowym nie była regulowana, nadmiar powietrza w stosunku do paliwa spowodowałby utratę właściwości wybuchowych. To również tłumaczy dlaczego silnik diesla pod częściowym obciążeniem zużywa mniej paliwa ponieważ na kompresję silnika nie ma wpływu korpus przepustnicy. W silniku diesla nie mamy tego problemu, ponieważ temperatura powietrza i ciśnienie są zawsze wyższe (kompresja), co pozwala silnikowi diesla na samozapłon. W silniku benzynowym korpus przepustnicy zmniejsza sprężenie końcowe przy częściowym obciążeniu silnika, a to obniża kompresję oraz wydajność silnika. Tylko ilość wtryśniętego paliwa będzie regulować moc wyjściową silnika diesla. Gdy silnik pracuje przy małym obciążeniu zawsze pozostaje powietrze (tlen),

2 które nie jest użyte do spalania. Również kiedy silnik pracuje przy pełnym obciążeniu zawsze pozostaje sporo powietrza niewykorzystanego do spalania. Zależnie od producenta silnika ta pozostałość waha się od 20% aż do zdumiewających 50%! Gdy w tych warunkach wtryskujemy dodatkowe paliwo tworzymy dodatkową moc silnika w stosunku niemal 1 do 1 w odniesieniu do dodatkowej ilości paliwa, które wtrysnęliśmy. Tak więc poprzez regulowanie dodatkowego paliwa regulujemy dodatkową moc. Producent silnika utrzymuje taką pozostałość powietrza by zagwarantować, że praca silnika nigdy nie przekroczy danych norm emisji oraz zużycia paliwa. Również gdy samochód jest używany w krajach gdzie temperatury otoczenia przekraczają 40 stopni Celsjusza i które mają złą jakość paliwa, samochód nadal utrzyma określony poziom emisji. W Europie mamy bardzo dobrą jakość paliwa a temperatura otoczenia wyższa niż 40 stopni Celsjusza praktycznie nie występuje. Poprzez wtrysk dodatkowego paliwa tuningujemy samochód i możliwe jest podwyższenie mocy bez wytworzenia negatywnego efektu związanego z emisją (dym). Jeżeli chcemy zrobić tuning samochodu po prostu musimy wtryskiwać więcej paliwa do silnika w celu wytworzenia większej mocy.

3 COMMON RAIL (CR) W 1997 roku Bosch zaczął masową produkcję systemu common rail gromadzącego paliwo we wspólnej szynie pod wysokim ciśnieniem. Z ciśnieniem wtrysku dochodzącym do 1350 barów, nowymi wysokociśnieniowymi pompami i nawet bardziej wydajnymi modułami kontrolnymi, najnowsza generacja systemów common rail sprawia, że silniki są jeszcze czystsze, cichsze i mocniejsze niż wcześniej. W systemie common rail, wysokociśnieniowa pompa spręża paliwo i dostarcza go do wysokociśnieniowego zbiornika nazywanego listwą (rail). Paliwo wtryskiwane jest w dokładnych ilościach i dokładnym momencie do komór spalania za pomocą wtryskiwacza kontrolowanego przez zawory elektromagnetyczne. Common rail jest jedynym systemem wtrysku, w którym ciśnienie paliwa jest niezależne od sekwencji wtrysku, w taki sposób, że ciśnienie wtrysku może być dowolnie wybrane z zakresu od 250 do 1350 barów, w zależności od odwzorowania parametrów silnika. Ciśnienie w listwie mierzone jest za pomocą czujnika i jest nieprzerwanie aplikowane do wtrysku. Otwieranie i zamykanie wtrysków jest sterowane hydraulicznie poprzez włączanie zaworów elektromagnetycznych. Zarówno wtrysk wstępny jak i wtrysk główny jest sterowany poprzez cykliczne włączanie zaworu elektromagnetycznego. Minimalne tempo wtrysków 1 2 mm/suw jest uzyskiwane poprzez czasy przełączania krótsze niż 200 mikrosekund. Nie znaczy to jednak, że technologia common rail nie może być w dalszym ciągu rozwijana. W rzeczy samej, Bosch obecnie pracuje nad systemem common rail włączanym piezo-elektronicznie. Osiąga on o wiele wyższe szybkości pracy niż systemy oparte o obecnie używane zawory elektromagnetyczne. Ta innowacja w technologii otworzy nowe możliwości, które stanowić będą ogromną zaletę w spełnianiu coraz bardziej wymagających norm emisyjnych w przyszłości. Jeżeli chcemy aplikować wtryskiem więcej oleju napędowego możemy zrobić to na dwa sposoby; pierwszy wiąże się z dłuższym wtryskiem, drugi z wtryskiem pod większym ciśnieniem. Moduł tuningowy do silnika diesla uzyskuje najlepsze rezultaty w systemie wtrysku używającego wyższe ciśnienie.

4 DLACZEGO TYLKO TURBO DIESLE? Turbo Diesle mają większą pozostałość powietrza spowodowaną przez turbo, natomiast zwykłe silniki wolnossące mają pozostawiony tylko około 8% margines dzielący go od granicy dymu (czarny dym). Jeżeli wtrysk wynosi więcej niż ten 8% margines tworzy się zbędny czarny dym, i bardzo trudno jest sprawić by silnik wolnossący nabierał więcej powietrza. Jedynym rozwiązaniem by tak się stało jest inny wał rozrządczy, większe zawory i/lub instalacja turbo, co przekłada się na o wiele wyższe koszty tuningu samochodu. DLACZEGO NIE WPŁYNIE TO NIEKORZYSTNIE NA ŻYWOTNOŚĆ SILNIKA? Producenci silników zawsze projektują silnik z trzema podstawowymi właściwościami poziomami emisji, żywotnością i spalaniem. Te trzy wartości są zawsze połączone, niemniej jednak zwiększenie mocy i momentu obrotowego nie wpłynie negatywnie na długość życia silnika, ponieważ: Producenci silników pozostawiają margines około 50% w swoich silnikach. Okres czasu (cykl pracy) pożądanej mocy dodatkowej jest bardzo krótki, znaczy to, że tylko około 3-5% czasu pracy silnika obciążonych jest wyższą mocą wyjściową niż normalnie. Ogólnie, ilość dodatkowego zużycia nie jest mierzalna.

5 DLACZEGO NIE MA TO NIEKORZYSTNEGO WPŁYWU NA EMISJĘ? Emisje pojazdów napędzanych silnikami diesla zawierają 7 różnych gazów spalinowych CO 2, CO, HC, NOx, SO 2, O 2, C (dym) and H 2 O (woda). Z modułem tuningowym zainstalowanym w silniku common rail możliwe jest przeprowadzenie krótszego wtrysku, ale pod większym ciśnieniem, co przełoży się na krótszy czas spalania. Przez skrócenie czasu spalania podniesie się początkowa i średnia temperatura spalania. Azot zawarty w powietrzu pobieranym przez silnik ma taką właściwość, że im wyższa temperatura tym więcej azotu wiąże się z O 2 (tlenem). Stwarza to wyższy poziom emisji NOx, ale zarazem wydajność silnika wzrasta, a więc poziomy CO, CO 2, HC, SO 2 oraz C maleją. Jest to stała zależność obniżanie poziomu CO 2 w silniku diesla poprzez zwiększenie wydajności powoduje podwyższenie poziomów NOx. Poziomy NOx mogą być mierzone tylko w środowisku laboratoryjnym i są zgodne z obecną legislacją Ministerstwa Transportu. Jednak jeżeli ilość dodatkowo wtryskiwanego paliwa jest zbyt wysoka, silnik zaczyna dymić (C węgiel). Ogólnie emisja jest niższa oprócz poziomów NOx.

6 JAKIE JEST RZECZYWISTE ZNACZENIE TERMINÓW MOC W KONIACH MECHANICZNYCH I MOMENT OBROTOWY? Moc w koniach mechanicznych Nazwa ta została stworzona przez Jamesa Watta, który w XVIII wieku wynalazł nowy typ maszyny parowej. Watt odkrył, że koń może wykonać pewną ilość pracy w czasie jednej sekundy; gdy sprzedawał swoje silniki parowe, pomiar ten pozwalał mu oszacować wartość silnika w zakresie liczby koni, które by go zastąpiły. Dlatego, silnik o mocy 6 koni mechanicznych zdolny był zastąpić sześć koni. Moc w koniach mechanicznych uzyskana na hamowni (BHP Brake horsepower) była terminem szeroko stosowanym do lat 70-tych w Stanach Zjednoczonych, i jest stale popularna w Wielkiej Brytanii. Odnosi się do rodzaju dynamometru, tzw. hamulca Prony ego czyli inaczej popularnej hamowni przyrządu do pomiary rzeczywistej mocy silnika. Podawanie mocy w koniach mechanicznych (KM) oznacza, że jest to odczyt rzeczywisty, a nie obliczony lub przewidywany. Jednakże, nie mówi on w jakim miejscu na kole zamachowym, skrzyni biegów lub kole napędowym odczyt został przeprowadzony. Od koła zamachowego do koła jezdnego przeciętny samochód traci około 15-20% swojej mocy. Normalnie gdy mówi się o 100 KM w samochodzie, znaczy to, że silnik jest w stanie wygenerować 100 KM na wale korbowym. Gdyby było to mierzone na kołach, wartość wynosiłaby w przybliżeniu 75 KM. Znaczy to, że od korby do drogi normalny samochód ma około 15-35% strat. 1 KM = 0,736 kw. Znaczy to, że jeżeli silnik ma moc 100 KM, generuje on 73,7 kw = watów energii na wale korbowym. Gdyby wziąć grzejnik o mocy 2000 W, trzeba by było takich mieć około 37 by zyskać obraz tego ile energii generuje taki silnik.

7 Moment obrotowy Moment obrotowy jest siłą, która przejawia się w rotacji lub w obracaniu różnych rzeczy. Jest generowany za każdym razem gdy wywieramy nacisk używając klucza francuskiego. Dobrym przykładem jest również dokręcanie śrub w kołach samochodu. Podczas używania klucza, siła jest wywierana na rękojeść. Siła ta tworzy moment obrotowy na śrubie koła, który powoduje kręcenie się śruby. Brytyjskie jednostki momentu obrotowego to funto-cal lub funto-stopa; w układzie SI jednostką jest niutonometr. Proszę zwrócić uwagę na to, że jednostki momentu obrotowego zawierają odległość i siłę. Żeby obliczyć moment obrotowy, mnoży się siłę razy odległość od środka. W przypadku śrub do kół, jeżeli klucz ma długość jednej stopy, a wywrzemy na niego siłę 200 funtów, generujemy moment obrotowy o wartości 200 funto-stóp. Jeżeli użyjemy klucza o długości 2 stóp, potrzebujemy wywrzeć nacisk tylko 100 funtów by wygenerować taki sam moment obrotowy. Silnik samochodowy tworzy moment obrotowy i używa go do kręcenia wałem korbowym. Ten moment obrotowy jest tworzony dokładnie w taki sam sposób: siła jest wywierana na odległość. Spalanie gazu w cylindrze wywiera ciśnienie na tłok. Ciśnienie to tworzy na tłoku siłę, która wypycha go w dół. Siła jest przenoszona z tłoku na korbowód, a z korbowodu na wał korbowy. Odległość pozioma zmienia się gdy wał korbowy się obraca, a więc moment obrotowy również się zmienia, ponieważ moment obrotowy równy jest sile pomnożonej przez odległość. Zastanawiasz się dlaczego w ustaleniu momentu obrotowego silnika ważna jest tylko odległość pozioma? Gdy tłok znajduje się w pozycji szczytowej, korbowód jest skierowany prosto w dół w centrum wału korbowego. W tej pozycji nie jest generowany żaden moment obrotowy, ponieważ tylko siła oddziałująca na dźwignię w kierunku do niej prostopadłym generuje moment obrotowy. Jeżeli kiedyś próbowałeś poluzować naprawdę mocno dokręcone śruby w kołach swojego auta, wiesz, że dobrym sposobem na wytworzenie dużego momentu obrotowego jest ustawienie klucza w pozycji poziomej, i stanięcie na jego końcu - w taki sposób oddziałujesz całą swoją wagą w odległości równej długości klucza. Jeżeli umieściłbyś klucz w pozycji z rękojeścią pionowo do góry, a potem stanąłbyś na końcu rękojeści (zakładając, że utrzymałbyś równowagę), nie miałbyś szansy na poluzowanie śruby mocującej. Równie dobrze mógłbyś stanąć bezpośrednio na śrubie.

8 W JAKI SPOSÓB MODUŁ ZAPEWNIA LEPSZE SPALANIE? Optymalizacja za pomocą modułu tuningowego do silników diesla zmienia charakterystykę momentu obrotowego silnika i sprawia że staje się on znacznie bardziej elastyczny; znaczy to, że potrzebnych jest mniej zmian biegów, zwłaszcza w ruchu ulicznym. Dlatego silnik nie pracuje tak ciężko. Spalanie można obniżyć do 15% jeżeli styl jazdy pozostaje niezmieniony, a dodatkowa moc nie jest używana. Jaką korzyść daje to... użytkownikowi przyczepy kempingowej / podczas holowania innego pojazdu? Właścicielowi przyczepy kempingowej lub kierowcy holującemu inny pojazd moduł tuningowy przyniesie korzyść w postaci wyższego momentu obrotowego (siły uciągu). kierowcy nastawionemu na osiągi? Kierowca nastawiony na osiągi zauważy lepsze przyśpieszenie i/lub maksymalną prędkość samochodu. W większości zastosowań dosłownie będzie czuł różnicę. przedstawicielowi handlowemu / użytkownikowi przejeżdżającemu km rocznie? Przedstawiciel handlowy / użytkownik robiący duże przebiegi, który nie używa dodatkowej mocy silnika i którego styl jazdy się nie zmienia zauważy niższe spalanie spowodowane skuteczniejszym spalaniem. W większości przypadków możliwa jest oszczędność do 15%, co sprawia, że jest to idealne rozwiązanie dla użytkowników robiących duże przebiegi, ponieważ inwestycja w moduł tuningowy zwróci się w krótkim okresie czasu.