Následující úpravy se týkají změn a vylepšení v konstrukci motoru. V dnešní době jejich provádění pomalu ustupuje, protože pro zájemce o vyšší výkon, kteří chtějí upravit motor co nejjednodušším, a nejrychlejším způsobem je nejvýhodnější využít služeb úpravců řídicí jednotky. Dále popisované úpravy se nejvíce využívají u starších, zejména nepřeplňovaných motorů, kde pouhá úprava řídící jednotky nepřinese velký nárůst výkonu. Dalším případem, kdy se tyto úpravy používají je naopak požadavek maximálního zvýšení výkonu při přestavbách pro motoristický sport.
3.1.1 Blok motoru
Výkon motoru je mimo jiné dán také zdvihovým objemem, proto se při pokročilých úpravách někdy přistupuje k jeho zvětšení. Zda je úprava možná (a o kolik lze objem zvýšit) záleží na konkrétním typu motoru. Zdvihový objem je dán vrtáním a zdvihem. Při změně vrtání je nutné pořídit novou sadu pístů a pístních kroužků, při změně zdvihu dále ještě klikový hřídel s odpovídajícím poloměrem kliky. Jde tedy většinou o velmi nákladnou přestavbu. Finanční náročnost takovéto přestavby je nižší, pokud lze odpovídající díly použít ze sériově vyráběného motoru.
21 3.1.2 Hlava válců
Úpravy hlavy válců spočívají především ve vylepšení aerodynamických podmínek pro průtok sacích a výfukových plynů. Nabízí se změny průměru povrchu a tvaru kanálů, úpravy ventilů a slícování sacího a výfukového potrubí s hlavou.
Na špatně sesazeném spoji mezi hlavou a zejména sacím potrubím může docházet k odtržení proudu směsi a tím k vytváření nevhodných turbulencí. Z toho plyne, že každá nerovnost či překážka v potrubí způsobuje snížení plnící účinnosti motoru. Úpravy spočívají v obroušení přesahů (vyčnívajících hran) sacích a výfukových potrubí a ústí kanálů v hlavě. Po obroušení je nutné důkladné odstranění částic obroušeného materiálu a brusiva například tlakovým vzduchem a vypláchnutím.
Sací a výfukové kanály nabízí také možnosti pro zlepšení proudění plynů.
Aerodynamické podmínky se mohou vylepšit zvětšením průřezu potrubí a samozřejmě také úpravou povrchu kanálů. Při broušení je důležité, aby byly všechny kanály vybroušeny na stejný průměr. Snížením drsnosti povrchu broušením s následným leštěním se zvýší rychlost proudění plynů a navíc se omezí usazování nečistot na stěnách. Dále je možno přistoupit k zaoblení ostrých hran zasahujících do kanálů (například na ventilovém vodítku). Vylepšování aerodynamických podmínek pro proudění plynu se aplikuje především u nepřeplňovaných motorů.
Další často používanou úpravou je snižování hlavy. Snížením hlavy se zároveň změní tvar kompresního prostoru v hlavě. Proto je nutné při snižování hlavy upravit Škoda Felicia se znatelný výsledek v nárůstu výkonu dostaví již při snížení hlavy o 0,5 až 0,8 mm a s upravenou řídící jednotkou je možné hlavu snížit až o 1,5 až 1,9 mm [15].
3.1.3 Úprava kompresního poměru
Zvětšením kompresního poměru dojde k určitému nárůstu středního efektivního tlaku a tím i ke zvýšení výkonu motoru. U vznětových motorů je vysoký kompresní poměr nutností a je omezen především pevnostními možnostmi, ale u zážehového motoru je kompresní poměr omezen hranicí detonačního hoření paliva, což dovoluje
22
maximální kompresní poměr přibližně 12 : 1 [14]. Příliš velký stupeň komprese snižuje pružnost motoru v nižších otáčkách a motor takzvaně „tvrdne“. Aby při vyšších hodnotách kompresního poměru nedocházelo k detonačnímu hoření paliva, používá se benzin s vyšším oktanovým číslem. Například upravené motory závodních automobilů používají benziny s oktanovým číslem 98 až 102, v extrémních případech různé směsi etanolu [15]. Zvyšování kompresního poměru se používá u nepřeplňovaných motorů, u přeplňovaných motorů zajišťuje vyšší kompresní tlak kompresor či turbodmychadlo.
S ohledem na zvýšený kompresní tlak se také při zvýšení kompresního poměru doporučuje věnovat pozornost těsnění hlavy válců. Pro vysoké tlaky se používá například utěsnění spalovacího prostoru měděnými kroužky, které se použijí spolu se sériovým těsněním, které zabezpečuje utěsnění chladicí kapaliny.
3.1.4 Rozvodový mechanismus
Pro dosažení maximálního výkonu je důležité správné naplnění válců motoru čerstvou směsí. O okamžiku otevření a zavření ventilů rozhoduje tvar vačky a časování vačkového hřídele. Časování je dáno úhlem otevření ventilu měřeným na klikovém hřídeli a úhlem mezi osou sací a výfukové vačky. Vliv na správné naplnění válce směsí má také zdvih ventilu a ten záleží na zdvihu vačky.
Výpočet a optimalizace vačky a následná výroba vačkového hřídele je velmi složitým procesem a kromě strojního vybavení jsou potřeba teoretické i praktické zkušenosti v oboru. Při úpravách se mohou použít sériově vyráběné vačkové hřídele s vhodnými parametry, jako jsou tvar a rozmístění vaček, průměry a rozmístění ložisek a další. Tyto požadavky většinou splňují pouze vačkové hřídele motorů, které mají stejného výrobce a liší se jen některými modifikacemi (např. stejný motor v atmosférické a přeplňované verzi). Druhou možnost představují vačkové hřídele s tzv. ostrými vačkami vyráběné pro konkrétní typ motoru. Tyto vačky se vyznačují dlouhou dobou otevření výfukových a sacích ventilů, což zaručuje dostatečné vypláchnutí a naplnění válce směsí při vyšších otáčkách motoru. Nevýhodou je horší chod motoru při nižších otáčkách a nižší pružnost motoru. Při použití takovéto vačky se doporučuje použití ventilových pružin s vyšší tuhostí, jednodušším řešením je podložení stávajících pružin podložkami, které zajistí větší předpětí a tím vyšší sílu pružiny.
V závislosti na stupni úprav lze dále přistoupit i k úpravám či výměnám ventilů.
Ventil se v oblasti spodní části dříku a talířku dostává do kontaktu s proudící směsí, a proto se i zde provádějí některé úpravy. Pro zlepšení proudění plynů se například
23
opracovává kuželová část přechodu mezi dříkem a talířkem, aby se už při malém pootevření ventilu zajistilo lepší proudění směsi. Samozřejmostí je nutnost takto opracované plochy vyleštit. Dále se opracovává ventilové sedlo, aby se zajistilo správné utěsnění spalovacího prostoru.
Obrázek 4: Porovnání sériového a upraveného výfukového ventilu použitého při úpravě vozidla Škoda Favorit [43]
Při zvyšování výkonu motoru samozřejmě dochází k vyššímu tepelnému namáhání zejména výfukových ventilů, řešením je výměna sériových ventilů za ventily s vnitřním chlazením. Tyto ventily mají v dříku dutinu, která je částečně naplněna sodíkem, ten se při provozu roztaví a zajišťuje lepší přenos tepla z talířku do dříku a dále do vodítka. Tyto ventily se používají i u některých sériově vyráběných motorů s vyšším výkonem. Jako příklad lze uvést motor 1,4 TSI s maximálním výkonem 132 kW který je použit například ve vozidle Škoda Fabia RS druhé generace [17].
3.1.5 Klikové ústrojí
Motor je v sériovém provedení dimenzován na vyšší výkon, než je nastaven výrobcem. Hranice bezpečného zvýšení výkonu je dána mnoha faktory a liší se i podle výrobce či typu konkrétního motoru. Pokud je přírůstek výkonu po úpravách velký, bývá nutné některé namáhané díly vyměnit za díly k tomu uzpůsobené. Méně finančně nákladné je vyleštění povrchu exponovaných dílů, tím se omezí iniciace únavových
24
trhlin a zvýší se jejich únavová pevnost. Dále snížení hmotnosti posuvných a rotačních součástí ovlivňuje pružnost i životnost motoru. Jako příklad je možné uvést odlehčení setrvačníku, ojnic či pístů.
Obrázek 5: Odlehčený, dynamicky vyvážený a leštěný závodní klikový hřídel [38]
Při velkém zvýšení výkonu se nejčastěji přistupuje k výměně ojnic za ojnice s profilem H. Další možností je výměna pístů za speciální sportovní písty (například tzv. T písty). Na trhu se sportovními díly lze najít jak písty, tak ojnice pro konkrétní typ motoru.
Obrázek 6: Porovnání sestavy pístní skupiny a ojnice motoru 1,8 T, vpravo sériové provedení, vlevo díly určené pro závodní použití [39]
25