Планирате да повећате запремину мотора са 2,0 литра на 2,3 литра. Израчунали сте пречник цилиндра и ход цилиндра, али постоји нешто што већина произвођача превиђа: ваши вентили морају да прате додатну запремину. Већем цилиндру је потребно више ваздуха, а ако ваши усисни вентили не могу довољно да протокују, губите снагу.
Овај водич објашњава како израчунати запремину мотора, разлику између повећања пречника цилиндра у односу на ход цилиндра и зашто су компоненте вентилског механизма важне када мењате запремину.
Како израчунати запремину мотора
Запремина мотора је укупна запремина коју пребаце сви клипови у једном комплетном циклусу. Формула је једноставна:
Запремина једног цилиндра = π × пречник² × ход / 4
Укупна запремина = Један цилиндар × Број цилиндара
Где:
Отвор (D) = пречник цилиндра у мм или инчима
Ход (S) = кретање клипа у мм или инчима
π = 3,14159
Пример прорачуна
Хајде да израчунамо Хонда К20А мотор:
Пречник: 86,0 мм
Ход: 86,0 мм
Цилиндри: 4
Један цилиндар = 3,14159 × (86,0)² × 86,0 / 4 = 499,5 цц
Укупна запремина = 499,5 цц × 4 = 1.998 цц = 2,0 л
Пречник цилиндра наспрам хода: Два начина за повећање запремине
Када желите већу запремину, имате две опције: повећање пречника цилиндра или повећање хода клипа. Сваки приступ другачије утиче на карактеристике мотора.
Повећање пречника пречника (прекомерни мотор)
Бушење цилиндара вам даје ширу комору за сагоревање. Користећи наш пример K20A, повећање пречника са 86 мм на 90 мм уз задржавање хода од 86 мм даје вам нову запремину од 2.190 цц (2,2 л). Шири пречник омогућава веће вентиле за бољи проток ваздуха при високим обртајима, а краћи пут пламена резултира потпунијим сагоревањем.
Међутим, већи клипови додају тежину која ограничава максимални број обртаја. Бушење такође оставља тање зидове цилиндра, што може угрозити структурну чврстоћу. Шира комора за сагоревање повећава ризик од детонације, а што је најважније, повећани пречник захтева веће вентиле како би се ускладио са потребама за протоком ваздуха - коришћење вентила фабричке величине доводи до губитка повећања запремине.
Повећање хода (мотор испод квадрата)
Продужавање хода значи да клип прелази већи помак у сваком циклусу. Повећање хода са 86 мм на 94 мм, уз задржавање пречника цилиндра од 86 мм, производи 2.185 цц (2,2 л) — скоро исту запремину као и код бушења, али са другачијим карактеристикама. Дужи ход ствара бољи обртни момент на нижим обртајима и ефикасније сагоревање, а истовремено вам омогућава да користите фабрички пречник цилиндра.
Мане се односе на механичко напрезање и паковање. Веће брзине клипа ограничавају максималне безбедне обртаје, и биће вам потребан или виши блок мотора или модификована радилица. Чак и са дужим ходом, правилно време вентила и квалитетне компоненте разводника вентила остају неопходне за остваривање повећања запремине.
Однос пречника и хода цилиндра
Однос пречника и хода цилиндра вам говори који тип мотора имате:
Однос = Пречник / Ход
Преко 1.0 (Oversquare): Мотори са високим обртајима у минути
Једнако 1,0 (квадрат): Уравнотежен дизајн
Испод 1.0 (Undersquare): Мотори са фокусом на обртни момент
Зашто је величина вентила важна при повећању запремине
Ево шта многи произвођачи превиђају: када повећате запремину за 15%, сваки цилиндар треба да удахне 15% више ваздуха по циклусу. Ако ваши вентили остану исте величине, они постају уско грло.
Проблем са протоком ваздуха
При 6.000 обртаја у минути, четворотактни мотор обавља 3.000 циклуса усисавања у минути - то је 50 усисавања у секунди, по цилиндру. Када повећате запремину без надоградње вентила, брзина ваздуха кроз отвор вентила значајно се повећава, стварајући турбуленцију око главе вентила која смањује ефективну површину протока.
Повећано трење услед бржег кретања ваздуха повећава температуру усисног ваздуха, смањујући густину пуњења. При високим обртајима, волуметријска ефикасност опада јер вентили не могу да проточе довољно ваздуха да напуне веће цилиндре. Резултат: губитак снаге упркос већој запремини коју сте платили да бисте уградили у мотор.
Смернице за димензионисање вентила
Опште правило: пречник усисног вентила треба да буде приближно 38-42% пречника отвора, а пречник издувног вентила треба да буде 32-36% пречника отвора.
За отвор од 86 мм:
Усисни вентил: 33-36 мм
Издувни вентил: 28-31 мм
За отвор од 90 мм (након бушења):
Усисни вентил: 34-38 мм
Издувни вентил: 29-32 мм
Управљање топлотом код мотора веће запремине
Већа запремина значи више сагоревања горива по циклусу, што значи више топлоте. Издувни вентили трпе најгоре, са температурама које достижу 800-900°C у нормалном раду. Када повећате запремину, температуре издувних гасова могу порасти за додатних 50-80°C.
Стандардни вентили од нерђајућег челика почињу да губе чврстоћу изнад 850°C. Глава вентила се може искривити, вретено се може истегнути, а заптивна површина се погоршава. Овде квалитет материјала постаје критичан.
TOPU решења вентила за надоградње запремине
Када улажете у машински рад како бисте повећали запремину, коришћење квалитетних компоненти вентилског механизма није опционо — неопходно је да бисте остварили побољшања перформанси за која плаћате.
Високоперформансни вентили мотора
ТОПУ производи вентиле посебно дизајниране за повећану запремину и веће захтеве за перформансама. Усисни вентили користе нерђајући челик високе чврстоће 21-4N или 21-2N са температурном отпорношћу до 850°C. Ови вентили имају оптимизован профил главе за побољшани проток и доступни су у превеликим пречницима како би одговарали моторима са бушеним отворима.
За издувне вентиле, TOPU користи легуру никла Inconel 751 или Nimonic 80A, која може да поднесе температуре до 1.000°C. Ови материјали нуде супериорну топлотну проводљивост и отпорни су на савијање чак и при дуготрајној високој температури. Само надоградња материјала обезбеђује 30-50°C ниже радне температуре у поређењу са стандардним вентилима, што се претвара у дужи век трајања и одржавање перформанси у целом радном опсегу мотора.
Прецизни подизач вентила
Повећање запремине често захтева чвршће опруге вентила како би се контролисали вентили при вишим обртајима. Ово врши већи напор на подизаче вентила. Истрошени или неадекватни подизачи вентила узрокују грешке у времену вентила које троше повећање запремине.
TOPU подизач виљушка је направљен од легираног челика 20CrMo са карбуризованом и нитрираном површином која достиже тврдоћу HRC 58-62. Контактне површине су прецизно брушене до Ra 0,1μm за конзистентне перформансе. Опција DLC премаза додатно смањује трење за високоперформансне примене. Популарне примене укључују серију TP31 за Тојотине и Лексусове моторе попут 2GR-FE 3.5L V6, серију TP24 за Мерцедес-Бенц M112 и M113 V6/V8 моторе и серију TP18 за Фолксвагенове и Ауди EA888 2.0T моторе.
Када надоградити компоненте вентилског механизма
Требало би да размотрите надоградњу вентилског механизма када повећавате запремину за 10% или више, јер се потребе за протоком ваздуха пропорционално повећавају. Повећање ограничења обртаја захтева бољу контролу вентила како би се спречило плутање, а додавање присилне индукције повећава и притисак у цилиндру и топлоту.
Ако градите мотор за такмичење, поузданост под оптерећењем захтева квалитетне делове који неће отказати на граници. Плутање вентила – где вентили не прате правилно профил брегасте осовине при високим обртајима – је јасан знак да тренутне компоненте не могу да испуне захтеве вашег мотора.
Избор правих компоненти
ТОПУ пружа техничку подршку како би вам помогао да изаберете одговарајуће компоненте за вашу конструкцију. Да бисте добили тачне препоруке, потребно је да пружите информације о моделу и коду вашег мотора, тренутној и циљаној запремини, предвиђеном максималном броју обртаја, да ли је мотор атмосферски или са принудном индукцијом, и вашој примени - било да је у питању вожња по улици, употреба на стази или такмичење.
Са овим информацијама, инжењери компаније TOPU могу препоручити одговарајуће величине и материјале вентила за ваше специфичне потребе, одговарајуће спецификације подизачaча вентила које одговарају вашим притисцима опруга и профилу брегасте осовине, захтеве за опруге вентила за контролу вентила у целом опсегу обртаја и све додатне компоненте потребне за правилно комплетирање система вентила.
Закључак
Израчунавање запремине мотора је једноставно, али изградња поузданог високоперформансног мотора захтева разумевање како све компоненте раде заједно. Када повећате запремину, ваш разводни механизам мора да прати повећане захтеве за протоком ваздуха и термичким оптерећењима.
Коришћење квалитетних компоненти од самог почетка – правилно димензионисаних вентила од одговарајућих материјала, прецизних подизачaча вентила и усклађених делова вентилског механизма – осигурава да се повећање запремине преводи у стварно повећање перформанси, а не само у веће бројке на папиру.
Користите калкулатор да бисте одредили запремину вашег мотора, а затим контактирајте TOPU за препоруке компоненти специфичне за вашу конструкцију.