Czy kiedykolwiek chciałeś zaprojektować tłok od podstaw?
To właśnie zabawa, którą mam od około miesiąca i powiem wam, że M54B30 nie ułatwia życia.
Prawdopodobnie najważniejszą specyfikacją, na którą należy zwrócić uwagę podczas projektowania tłoka do silnika, jest "wysokość kompresji". Jest to pomiar od środka sworznia nadgarstka do korony tłoka. W przypadku M54B30 musimy wykonać trochę matematyki wstecznej, aby dowiedzieć się, jakie mamy ograniczenia w tym obszarze.
Odległość od środka wału korbowego do "pokładu" bloku wynosi 211 mm.
Skok wału korbowego 89,6 mm przesuwa środek czopa korbowodu o 44,8 mm w górę.
Korbowód ma 135 mm od środka do środka.
Daje to "wysokość kompresji" 31,2 mm od środka sworznia nadgarstka do pokładu bloku.
Sworzeń nadgarstka we wszystkich M54 (i większości innych silników BMW) ma 22 mm. To daje nam 20,2 mm przestrzeni do pracy nad sworzniem nadgarstka w naszym niestandardowym projekcie tłoka.
Zatem następnym krokiem jest ustalenie pakietu pierścieni, który chcemy uruchomić. Zazwyczaj w silnikach N/A zobaczysz górne i drugie pierścienie w obszarze 1 mm - 1,2 mm. Dla FI zaleca się uruchomienie grubszego górnego pierścienia. Zatem dla mojego "silnika na podtlenek azotu" wybrałem górny pierścień 1,5 mm i drugi pierścień 1,2 mm. Pierścień zgarniający olej zależy od wielu zmiennych w układzie olejowym, a także od skoku tłoka. Im większy skok, tym więcej oleju trzeba ściąć ze ściany i trzeba gdzieś to przechować, zanim przedostanie się przez otwory odpowietrzające. Na szczęście M54B30 ma skromny skok i umiarkowaną ilość oleju krążącego na ścianie tłoka. Oznacza to, że nie musimy być na wysokim końcu skali pierścieni zgarniających olej (np. 5 mm dla dużych bloków) i możemy obejść się z dobrym pierścieniem 2,5 mm.
Zatem połączony stos pierścieni wynosi 5,2 mm, co daje nam 15 mm przestrzeni na umieszczenie lądowań pierścieni. Zakładając, że umieszczamy pierścień olejowy bezpośrednio na górze otworu sworznia nadgarstka, daje nam to 3 lądowania pierścieni, które należy określić
Lądowanie górne
Górny pierścień tłokowy
Lądowanie środkowe
Drugi pierścień tłokowy
Lądowanie dolne
Pierścień zgarniający olej
Prawdopodobnie najbardziej krytyczne, jeśli chodzi o wytrzymałość, będzie górne lądowanie. Im więcej materiału możemy umieścić tutaj na tłoku F/I, tym lepiej. Oznacza to, że chcemy zminimalizować rozmiar lądowania dla lądowania środkowego i dolnego, aby dać jak najwięcej górnemu lądowaniu.
Za radą ekspertów z branży wybrałem lądowanie środkowe 3 mm i lądowanie dolne 2 mm. To daje nam 10 mm nad górnym pierścieniem. Brzmi jak dużo, prawda? Cóż, wciąż musimy zaprojektować koronę tłoka i tam musimy uwzględnić zawory.....
Podsumowując trochę matematyki:
Lądowanie górne = 10 mm
Górny pierścień tłokowy = 1,5 mm
Lądowanie środkowe = 3 mm
Drugi pierścień tłokowy = 1,2 mm
Lądowanie dolne = 2 mm
Pierścień zgarniający olej = 2,5 mm
Promień sworznia nadgarstka = 11 mm
Długość korbowodu = 135 mm
Promień skoku wału korbowego = 44,8 mm
Użyliśmy więc całej przestrzeni 211 mm z zespołem posuwisto-zwrotnym.
Niektórzy mogą zauważyć, że uszczelkę głowicy można wyregulować, abyśmy mogli uruchomić tłok nad pokładem, zanim uderzy w głowicę. To prawda i, szczerze mówiąc, możemy dostać uszczelki o grubości 3,5 mm (0,140"). Ale kiedy wytwarzasz maksymalne ciśnienie w cylindrze, czy chcesz uruchomić to ciśnienie na większej powierzchni uszczelki, czy na solidnym otworze cylindra? Większość najlepszych konstruktorów silników, gdy nie są ograniczeni zasadami wysokości pokładu, wybierze uruchomienie najcieńszej uszczelki głowicy, jaka jest możliwa. W tym przypadku konstrukcja tłoka będzie uwzględniać uszczelkę głowicy 0,030".
Jeśli chcesz przepuścić dużo powietrza przez umiarkowanej wielkości zawory, musisz je długo trzymać otwarte. Wartość szczytowego uniesienia nie jest tak ważna jak średnia wartość uniesienia w stopniach obrotu wału korbowego. Z niestandardowymi wałkami rozrządu, które mam, oznacza to, że zawory są otwarte, gdy tłok osiąga GMP na końcu suwu wydechu i na początku suwu ssania. Z wałkami rozrządu "wyśrodkowanymi" na środku zakresu regulacji VANOS, liczba ta wynosi około 4,5 mm dla obu zestawów zaworów. Opóźnienie wałka rozrządu wydechowego zwiększy tę wartość, a także przyspieszenie wałka rozrządu ssącego. W rzeczywistości można zobaczyć uniesienie prawie 9 mm przy GMP na dalekim końcu zakresu regulacji VANOS zarówno dla wałka rozrządu ssącego, jak i wydechowego. Daje to 2 opcje projektowania wgłębień zaworów:
1.) Mechanicznie blokujesz położenie wałka rozrządu dla tego, co szacujesz, że będzie najlepszą pozycją rozrządu wałka rozrządu i projektujesz tłok tak, aby oczyścić zawory w tej pozycji.
2.) Pozwalasz na pełny zakres regulacji VANOS i projektujesz tłok tak, aby to oczyścić.
Trzecią opcją jest ograniczenie zakresu VANOS za pomocą ECU, ale wtedy prawo Murphy'ego musi się pojawić z jakąś usterką, która zrujnuje silnik.
Wybrałem opcję nr 2 i miałem zaprojektowane masywne wgłębienia zaworów w koronie tłoka. Argumentowałem, że możliwość manipulowania rozrządem wałka rozrządu wydechowego zrobi więcej, aby kontrolować ciepło w komorze, niż uruchamianie dodatkowego materiału w koronie nad górnym pierścieniem tłokowym. Mam nadzieję, że z niektórymi innymi sztuczkami, które zaplanowałem, to zadziała.
Prześwit dla zaworu dolotowego wynosi 9,62 mm przy GMP z uszczelką głowicy 0,030".
Prześwit dla zaworu dolotowego wynosi 8,92 mm przy GMP z uszczelką głowicy 0,030".
Wynikiem wycięć wgłębień zaworów są 2 "niskie" obszary nad górnym pierścieniem tłokowym mierzące zaledwie 4 mm grubości na obszarze 5 mm po stronie dolotowej i 5 mm grubości na obszarze 4 mm po stronie wydechowej. To kompromis, ale taki, który jestem gotów zaakceptować, aby zachować mechanicznie bezpieczne prześwity w przypadku nadmiernego obrotu lub awarii ECU.
Gdzie to zostawia stopień sprężania?
11,4:1 z uszczelką głowicy 0,030", co jest w rzeczywistości niskie dla silników wyścigowych na podtlenek azotu, które używają paliwa wyścigowego.
Ktoś, w pewnym momencie, zamierza dowiedzieć się, co oznacza ten projekt tłoka....
