U TOMEI poodhalili tajemstvi motoru EJ25 - 1. část

Tento článek možná vyřeší všechny dohady o výkonu Vašich upravených vozidel. Střízlivým, objektivním způsobem popisuje provedené úpravy spolu s konkrétními údaji s dynamometru.



Uvnitř EJ - TOMEI poodhalil tajemství motoru EJ25

Teorie versus realita. Jednou, či vícekrát v životě každý z nás řešil rozpor mezi teorií a realitou. Určitě jste také zjistili, že realita je často úplně jiná než teorie.
Před pár měsíci Eiji Mihara z firmy TOMEI POWERED U.S.A. přišel s otázkou „Jak bychom mohli dát vědět všem našim příznivcům, že firma TOMEI není jen výrobce vačkových hřídelů?“ Během vášnivých diskusí okolo této otázky bylo nalezeno několik nápadů jak vylepšit podvědomí o firmě TOMEI a zároveň dostat k fanouškům užitečné informace. V Japonsku TOMEI zaměstnává celý tým odborníků, několik měřících zařízení a celou řadu sofistikovaného technického zařízení k vývoji vlastní řady výrobků pro zvýšení výkonu motorů specifických výrobců. Zeptali jsme se, jestli jsou ochotni podělit se s námi o některé postupy tohoto vývoje. Možná Vám jejich zkušenosti pomohou zvolit tu správnou cestu při tuningu Vašeho vozu.



Proces vývoje

Každý druh motoru, který prochází vývojem, má přiřazeného svého technického vedoucího. V případě motoru EJ25 od Subaru je to vedoucí výzkumu a vývoje Hisashi Komatsu. Proces výzkumu a vývoje je znázorněn na obrázku 1.




Obrázek 1




Tento proces začíná podrobnou analýzou sériově vyráběného motoru. Během tohoto procesu je vytvořeno několik teoretických technologických postupů, které jsou dále podrobeny důkladnému testování. V závislosti na dílčích testech může tento proces obsahovat celou řadu procedur od teoretických výpočtů, metody pokus/omyl až po testování na dynamometru. Každý prototyp je testován opakovaně, dokud není dosaženo prakticky použitelných výsledků.



Analýza sériového motoru EJ25

Na první pohled bylo jasné, že v TOMEI využijí bohaté zkušenosti ze staršího EJ20. Vždyť na vylepšení tohoto staršího typu pracovali od roku 2003, a že většina informací byla získána již testováním této velmi podobné platformy.



Jen pro srovnání uvádíme několik hlavních rozdílů mezi EJ20 a EJ25:

  • Vrtání a zdvih u EJ25 jsou větší, konkrétně 99,5mm a 79mm u EJ25 proti 92,0mm a 75mm u EJ20.
  • Kompresní poměr EJ25 je mírně vyšší než u EJ20, konkrétně 8,2:1 proti 8,0:1
  • Časování vačkových hřídelů je identické, jen zdvih je u EJ25 mírně vyšší.
  • Úhel natáčení vačkových hřídelů systému AVCS (Active Valve Control System) je u EJ25 poloviční než u EJ20, konkrétně 20°proti 40°
  • Rozdílná turbodmychadla
  • u EJ25 je z emisních důvodů v sacím traktu použit systém TGV (Tumble Generator Valves), který snižuje úroveň emisí při studeném startu krátkodobým účelovým generováním vírů v sacím potrubí (z hlediska zvyšování výkonu je problém až v 40% blokování průřezu sacího traktu)



Vedle různých turbodmychadel a TGV se u TOMEI věnují zejména rozdílům v konstrukci motoru a také analýze shromážděných datům z dynamometru.

Testování sériového EJ25 odhalilo náhlý pád výstupního výkonu při vyšších otáčkách jak 5500 ot/min. Shodou okolností se toto děje v okamžiku, kdy sériové turbodmychadlo začíná ztrácet schopnost udržovat stálý plnící tlak. Tento padá z 1,3kg/cm2 na pouhých 1,05kg/cm2 v oblasti aktivace omezovače otáček (7200 ot/min). Naměřené hodnoty sériového motoru EJ25 jsou znázorněny na obrázku 2.




Obrázek 2





Jen pro zajímavost porovnejte hodnoty patrné na obrázku 2 s hodnotami naměřenými na mém voze se sériovým EJ25 na válcové brzdě v Praze na Jarově. Velmi nápadně se oba grafy průběhu výkonu a točivého momentu podobají. (pozn. překladatele)



Stage 1 – Základní navýšení výkonu

Po té, co byly shromážděna všechna vstupní data sériového EJ25 potřebují u TOMEI zvolit nejlepší strategii navyšovaní výkonu. Dokud u TOMEI nezačnou vyrábět potřebné díly sání a výfuku, řeší toto montáží dílů osvědčených výrobců. Vedle úpravy sacího traktu a výfukového systému je potřeba změnit sériová data v řídící jednotce.




Jedná se o základní „tuning“, který provádí 90% majitelů vozů s EJ2x. Výměna celého výfuku za turbem, např. od firmy Supersprint, úprava software v sériové řídící jednotce, např. EcuTek, případně výměna sacího potrubí a airboxu za High air flow Intake systém, např. HKS, Greedy apod. (pozn. překladatele)



Od tohoto bodu u TOMEI hledají další cesty jak významně vylepšit výkonovou charakteristiku motoru EJ25. Toto v budoucnu ušetří peníze, instalační čas, ale i problémy s rozhodováním, který tunikový díl je vhodný pro daný typ motoru.



TOMEI výfukové svody a Up-Pipe

První součást motoru EJ25, kterou u TOMEI vyvíjejí, jsou výfukové svody. Sériové svody jsou zkonstruovány jako Non-equal-length, což znamená, že jednotlivá potrubí nejsou stejné délky. Viz. obrázek 3.




Obrázek 3




U TOMEI důkladně zvažují výhody a nevýhody jak řešení Non-equal-length, tak řešení Equal-length (konstrukce se stejně dlouhým potrubím).
Equal-length design zlepšuje tlakové a teplotní poměry na jednotlivých válcích, stejně jako zlepšuje celkový zvukový projev motoru. Různá délka potrubí je jedním z důvodů, proč motory EJ znějí tak, že pracují jen na tři válce z celkových čtyř. Bohužel toto řešení může výrazně zhoršit odezvu turbodmychadla. Pro street a track nadšence zhoršení odezvy turba není tou správnou volbou. Z tohoto důvodu se u TOMEI zaměřili na vývoj koncepce Non-equal-length potrubí. Během vývoje bylo otestováno několik různých průměrů hlavního a slučovacího potrubí. Experimentovali také s tím, co u TOMEI nazývají „bottleneck“, nebo „exhaust nozzle“. Jedná se o zúžený průřez těsně před vstupem do turbodmychadla. Tento design poskytuje nevýznamné zlepšení odezvy turbodmychadla a nakonec nebyl použit. Požadovaného výkonu bylo dosaženo zachováním průřezu sériového potrubí a významným zvětšením slučovací části svodů a podpěrného potrubí ze 45mm na celých 60mm.

Na dynamometru TOMEI výfukové svody vykazují významné zvýšení výkonu v celém rozsahu otáček. Základní úpravou (výfuk, sání, ECU) EJ25 vykazuje výkon okolo 337PS (1PS zhruba odpovídá 1 koňské síle). Výměnou sériových svodů a Up-Pipe za výrobek od TOMEI vzroste výkon EJ25 zhruba o 20-25 koňských sil v rozsahu od 3500 ot/min do 4800 ot/min a na vrcholu výkonové křivky v 5600 ot/min vzroste výkon zhruba o 10-20 koňských sil. Dále pak ve vyšších otáčkách se nevýšení pohybuje také v rozmezí 10-20 koňských sil. EJ25 nyní vykazuje vrcholový výkon 346PS bez ztráty odezvy turbodmychadla.



TOMEI Bolt-On turbodmychadlo (100% náhrada za sériový model)

Testovaní sériového EJ25 ukázalo, že sériově montované turbodmychadlo IHI VF39 není schopno dodávat dostatečný plnící tlak při vyšších otáčkách, respektive vyšších otáčkách motoru. Pracovníci TOMEI věří, že dmychadlo s vyšší kapacitou dokáže zvýšit výkon i při zachování maximálního plnícího tlaku. Při výběru vhodného turbodmychadla museli v TOMEI počítat se dvěma důležitými faktory. Jednak sací potrubí, které přivádí čerstvý vzduch k turbodmychadlu je v těsné blízkosti zachytávací nádoby (surge tank) a jednak tělo dmychadla je v těsné blízkosti bloku motoru. Oba tyto faktory mají zásadní vliv na rozměry nového dílu.

Kromě omezení v oblasti fyzických rozměrů hledali u TOMEI ještě turbodmychadlo schopné dodávat vhodný plnící tlak (1,30kg/cm2) po celou dobu, až do okamžiku aktivace omezovače otáček (7200 ot/min) aniž by docházelo ke zhoršení odezvy, nebo snížení výkonu. Ideálně by mělo turbodmychadlo umožnit motoru dodávat 400 koňských sil na klikovém hřídeli při plnicím tlaku pouhých 1,30kg/cm2.

S ohledem na fyzická omezení a další kritéria pracovníci TOMEI vybrali turbodmychadlo ARMS-M7760. Při porovnání velikosti vzduchových i turbín u VF39 a ARMS-M7760 je druhá v pořadí větší o cca 28%. Stejně tak, když porovnáváte turbíny na výfukové straně.

Hned jak bylo ARMS-M7760 namontováno na své místo, byl proveden nový test na dynamometru. Po úpravě dat v řídící jednotce (složení směsi a okamžik zážehu) byl zdokumentován nárůst výkonu. Tlak ve výfukovém potrubí se znovu opět dostal na úroveň sériové konfigurace. Výkonová křivka zůstala do 4,700 ot/min zhruba beze změn. Zaznamenané rozdíly byly maximálně v rozmezí do 5 koňských sil. Okolo 5000 ot/min. TOMEI ARMS-M7760 skutečně začíná fungovat a motor dodává o 25 až 30 koňských sil více až do okamžiku aktivace omezovače otáček (7200 ot/min.). EJ25 nyní vykazuje vrcholový výkon 370PS. Také plnící tlak zůstává v celém rozsahu otáček na úrovni 1,30kg/cm2.

Ačkoliv v TOMEI doufali, že s ARMS-M7760 nastaveným na 1,30kg/cm2 a sériovou konfigurací motoru dosáhnou snadno hranice 400 koňských sil, tvar výkonové křivky naznačuje, že hlavy a vačkové hřídele jsou pravděpodobně příčinou toho, že výkonová křivka opět klesá po dosažení 6000 ot/min. a vyšších (viz. obrázek 4 ).




Obrázek 4




pokračování příště ...



Zdroj: Časopis Drag Sport USA a http://www.tomeiusa.com/