Jauda un grieze !

Daudzu īpašnieku vēlmes palielināt sava auto dzinēja jaudu ir pašsaprotamas. Un lieta nav tikai konkrēto personāliju rakstura īpatnībās, jo jaudīgāks dzinējs padara automašīnu dinamiskāku, manevrēt spējīgāku un pie pareizas braukšanas – arī drošāku ikdienas lietošanā. Rodas jautājums: kas tad ir JAUDA? Kur tā dzīvo un ko ēd ziemā, kā to sajust un noteikt/aprēķināt?

Varbūt jaudīgāks dzinējs ir tas, kas labāk “velk”? T.i. nodrošina labāku ieskrējienu? Paskatīsimies…

Paņemsim divus ārēji vienādus dzinējus. Pirmais – nu, nekas īpašs. Re kur otrs – līdzīgs, bet maksimālā jauda ir divreiz lielāka. Mēģinot pabraukt konstatēsim, ka ar pirmo dzinēju nekādu problēmu vai sarežģījumu – atlaižam sajūgu un braucam. Savukārt ar otro… jā gan… atlaižam sajūgu un – nevelk! T.i. mēģinām uzsāk braukšanu kā pierasts, bet sajūta kā uz Moskviču pārsēdušies. Tējkanna ne mašīna!

Būtībā nekā pārsteidzoša tur nav: forsējot dzinēju līdz jaudas dubultošanai pret izgatavotājrūpnīcas rādītājiem, tā griezes momenta un jaudas maksimumi pārvietojas uz daudz lielāku apgriezienu diapazonu un dzinējs “nevelk” pie ikdienas braucējam pierastiem režīmiem. Šādu dzinēju vispirms ir “jāiegriež” līdz kādiem 4’000 rpm un tikai šeit tiek realizētas priekšrocības un jauda. Un tagad pamēģiniet ar šādu dzinēju šķērsot Vanšu tiltu darbadienas beigās… jā vēl ir uzstādīts sporta sajūga grozs, kuram izspiešanas pretestība mēdz būt arī 2X lielāka.
Paradokss: mūsu gadījumā standarta dzinējs “velk” labāk. Tātad – jauda, tas nav viss kas nepieciešams laimei. Proti – lieli maksimālās jaudas rādītāji paši par sevi vēl nerada priekšrocības. Šo jaudu vēl ir jārealizē praksē.

Tad kāpēc “vārgs” dzinējs labāk velk? Īstenībā vienkārši – tā griezes moments sasniedz optimālos (tuvu maksimāliem) lielumus salīdzinoši plašā darba apgriezienu diapazonā, t.i. – griezes momenta līkne grafikā ir lēzenāka un mazāk mainās atkarībā no dzinēja apgriezieniem. Tieši to arī jūt pilots – nav papildus “jāgāzē”, mašīna paklausīgāk atsaucās uz akseleratora pedāli

Secinājums : griezes momenta līknei ir noteicoša loma ikdienas braukšanas režīmos.

Raksturosim griezes momenta ietekmi uz mašīnas ieskriešanās dinamiku. Paātrinājumu (a) var izteikt izmantojot Ņūtona likumu. Mēs šeit vienkāršojot izteiksmi ignorēsim berzes, rotējošo masu inerces, rites pretestības, un citus spēkus.

F=m * a (1)

F- vilkmes spēks, kas nodrošina auto paātrinājumu;

m – automašīnas masa.

Savukārt vilkmes spēks F ir cieši saistīts ar dzenošā riteņa griezes momentu (Gr), ko var izteikt sekojoši:
F=2*Gr*Dr

Dr – riteņa diametrs; (Mk=Gr – grieze ritenim)
Gr - riteņa griezes moments

Dzinēja griezes momentu ar dzenošā riteņa momentu saista sekojošs vienādojums:

Gr= it * Gd * 2 (M? = it Me 2 ),

Gd – dzinēja griezes moments

it – transmisijas pārnesuma skaitlis.

Ieliekot F un Gr vienādojumā Nr.1 mums sanāk, ka auto paātrinājums ir vienāds ar:

a = Gd * it * m * Dr (2)

Tātad – jo lielāks dzinēja griezes moments, jo lielāks automobiļa paātrinājums. Ja atceras, ka griezes moments nav pastāvīgs pie dažādiem dzinēja apgriezieniem, kā arī pakļauts izmaiņām vēl citu faktoru ietekmē, tad secināsim, ka automobilim ieskrienoties tā paātrinājums nebūs visu laiku vienāds.

Kas tad notiek ar jaudu? Šis parametrs manuprāt ir ļoti uzskatāms, kad ir jānosaka maksimālo ātrumu kādu spēj attīstīt auto, jo dzinēja jauda (Ne) tiek izlietota aerodinamiskās pretestības(Na), riteņu rites pretestības (Nr), kā arī transmisijas berzes pretestību pārvarēšanai (Nm) pārvarēšanai

Ne=Na+Nr+Nm . (3)

Citiem vārdiem sakot – jo lielāka dzinēja jauda, jo lielāks ir maksimālais ātrums, ko varam attīstīt pie līdzīgiem apstākļiem. Protams, ka arī te mēs nedrīkstam aizmirst par to, ka dzinēja jaudas lielums ir lielā mērā atkarīgs no kloķvārpstas apgriezieniem un saistīts ar griezes momentu, ko var izteikt vienkārša vienādojumā:

Ne = Gd * rpm * 9550

rpm – kloķvārpstas apgriezieni minūtē.

Griezes moments un dzinēja jauda tiek nodoti uz riteņiem caur transmisiju. No tā kļūst saprotams, ka ieskrējiena dinamika un maksimālie ātrumi ir pakļauti atkarībai no pārnesum skaitļiem ātrumkārbā un diferenciālī. Tāpēc pareizi izvēlēti transmisijas pārnesumi var manāmi uzlabot auto ekspluatācijas ērtību, savukārt kļūdas – likvidēt ar dzinēja forsēšanu panāktās priekšrocības.
Tā vai savādāk, bet jebkura dzinēja rekonstrukcija ar mērķī palielināt tā jaudu ir pasākumu komplekss, kuru ir jābalsta uz skaidras izpratnes par to kāds dzinējs ir nepieciešams, kā to sasniegt un vai tas ir tehniski sasniedzams. Nepārzinot darba procesus, kas notiek dzinējā, panākumi būs minimāli.

Ko saka teorija?

Teorijā ļoti bieži tiek izmantoti relatīvie lielumi. Tā piemēram ja darbu, kas veikts cikla laikā, attiecināt uz cilindra tilpumu (Vh), mēs iegūsim relatīvo parametru, kas ir ērts dažādu dzinēju salīdzināšanai un tas ir – dzinēja vidējais efektīvais darba cikla spiediens(Pe).

Pe=Le * Vh (5)

Le – cikla darbs.

Tālāk ir viegli aprēķināt griezes momentu dzinējam (Gd):

Gd = 79.6* Vh * Pe (6)

Un dzinēja jaudu (Ne):

Ne = Gd * rpm * 9550=i * Vh * Pe * rpm * 120 (7)

griezes moments dzinējam (Gd);

Kloķvārpstas apgriezieni (rpm);

dzinēja vidējais efektīvais darba cikla spiediens (Pe);

cilindra tilpums (Vh);

cilindru skaits (i).

Ar matemātiku esam beiguši, tagad analizēsim kas mums sanāca:

Pirmais kas krīt acīs ir tas, ka griezes moments NAV atkarīgs no kloķvārpstas apgriezieniem un to nosaka galvenokārt darba tilpums I*Vh un vidējais efektīvais gāžu spiediens cilindrā Pr. Acīmredzot ir tikai divi veidi kā celt griezes momentu (Gd) – palielinot dzinēja darba tilpumu, vai spiedienu cilindros.

Ar tilpumu ir skaidrs – jo vairāk, jo labāk. Līdz pat limitiem, ko uzliek dzinēja konstrukcija. Ar Pe parametru “cīnīties” jau ir grūtāk. Savukārt ir skaidrs, ka Pe palielinājumu var panākt palielinot saspiešanas pakāpi. Gan arī to nevar darīt līdz bezgalībai – ierobežojumus nosaka detonācija .

Var risināt šo jautājumu no otras puses – jo vairāk degmaisījuma ieplūdīs cilindrā, jo lielāks siltums tiks radīts darba takts laikā un lielāks spiediens veiks lielāku darbu.

Cilindra piepildījuma koeficientu var palielināt palielinot ieplūdes/izplūdes kanālu šķērsgriezumus, izmainot to formu, modificējot vārstus un to ligzdas, sadegšanas kameru, utt., kā arī paplašinot ieplūdes/izplūdes fāzes. Zināmā mērā pozitīvu efektu dod arī gaisa filtra ar minimālu plūsmas pretestību uzstādīšana, utt. Pie kardināliem līdzekļiem ir pieskatāma turbo pūte. Tomēr to ir pietiekoši sarežģīti ( un arī dārgi) realizēt tūninga praksē, jo saistās ar lielām dzinēja pārbūvēm.

Būtisku ietekmi uz Pe atstāj arī izplūdes sistēmas darbība. Nepareizi uzbūvēta izplūdes sistēma spēj “nožmiegt” arī visnotaļ labi izforsētu dzinēju.

Atgriežoties pie 4. formulas varam pamanīt, ka darbs, ko dzinējs patērē mehānisko pretestību pārvarēšanai, arī ir mūsu ienaidnieks. Šeit ir savas rezerves – varam samazināt berzi virzuļa-cilindra pārī , samazināt virzuļu, klaņu un pārējo kustīgo detaļu svaru (mazāka inerce), utt.

Iespējamo modifikācijas var turpināt uzskaitīt, bet būtu naivi cerēt, ka viens atsevišķs pārbūvēts mezgls spēs nodrošināt jaudas vai griezes momenta pieaugumu par padsmit procentiem. Vienkāršs piemērs: palielināsim darba tilpumu par 20%. Vadoties pēc 6.formulas tam būtu jānodrošina proporcionālu griezes momenta kāpumu. Nu tā gluži nenotiks, jo dzinējā viss ir savstarpēji saistīts! Bez uzmanības atstātais gāžu sadales mehānisms un barošanas sistēma nespēs nodrošināt pienācīgu cilindra piepildījumu, degvielas sadegšanu un cilindra atbrīvošanu no sadegšanas produktiem. Tas nozīmēs (Pe) samazinājumu un reāls griezes momenta pieaugums būs MAX +10% un tad tikai pie maziem un vidējiem apgriezieniem.

No idejas pie prakses:

Tātad, primārās likumsakarības mēs noskaidrojām un izpratām. Tagad ir jāizvēlas shēmu pēc kuras forsēsim dzinēju.

Acīm redzot pirmais, par ko ir jādomā – vai mainīsim dzinēja darba tilpumu un ja mainām, tad līdz kādai pakāpei. Ja ir nosprausts mērķis sasniegt maksimālos forsēšanas rezultātus, tad tilpumu nekādi nevar atstāt novārtā, jo jauda un griezes moments ir tieši proporcionāli cilindru tilpumam.

Nākamais temats – gāžu sadales fāzes. Ir precīzi jāzina kāds dzinējs ir nepieciešama – vai nu būvējam “ātrgaitas” dzinēju, kas strādās galvenokārt uz augstiem apgriezieniem (šaurs darba apgriezienu diapazons – asfaltam), vai arī “griezes”, kas labprātāk darbosies pie vidējiem apgriezieniem un nodrošinās maksimālu griezes momentu (piemēram rallijam). Nenoliedzami šī izvēle (ja neiet runa par sportu), ir atkarīga no konkrētā braucēja braukšanas stila un vēlmēm. Izvēloties sadales vārpstu mēs nosakām izmaiņu raksturu griezes momentam un jaudai pie noteiktiem dzinēja apgriezieniem.

Tālāk visi pārējie mezgli un detaļas tiek pieskaņoti dzinēja tilpumam un (galvenokārt) izvēlētai sadales vārpstai . Citiem vārdiem sakot – vārstu mehānisms, iepludes-izplūdes kanāli, virzuļu grupa – viss tiek pielāgots sadales vārpstas “raksturam”.

Kāds arī dzinējs nebūs sanācis – tas būs noteikti pavisam savādāks pēc rakstura. Ar to ir savādāk jābrauc, savādāk jāvada. T.i. iespējams, ka savādāk būs jāregulē aizdedzi, degmaisījuma sastāvu, utt. Bez tā visa jaunais dzinējs nespēs realizēt savas jaunās iespējas un iespējams ka zaudēs savas standarta analogam. Īpaši tas attiecinām uz dzinējiem, ko vada iesmidzināšanas sistēmas.

Visu etapu realizēšana praksē ir gana sarežģīts pasākums un tā grūtība ir tieši proporcionāla jaudas un griezes momenta kāpumam, ko esam iecerējuši iegūt. Labu rezultātu sasniegšanai ir nepieciešama gan pieredze, gan zināšanas, gan – iekārtas un instrumenti….