Chiptuning silników diesela

Ostatnimi laty w dziedzinie rozwoju silników diesela wydarzyła się prawdziwa rewolucja. Jeszcze niespełna 15 lat temu silniki te kojarzyły się z oszczędną, ale powolną i głośną taksówką. Dziś role się odwróciły, w segmencie samochodów popularnych silniki diesla oferują niesamowite osiągi i kulturę pracy, zachowując swe bezkonkurencyjnie niskie zużycie paliwa. Dodatkową cechą turbo-dieseli jest łatwość zmiany ich mocy maksymalnej. Z tego powodu powstał cały segment przemysłu motoryzacyjnego zajmujący się tzw. chiptuningiem.

Podstawowe cechy pracy silnika diesela

Każdy silnik spalinowy zasilany jest mieszaniną paliwowo-powietrzną. W silniku benzynowym zasilanie cylindra w mieszaninę kontrolowane jest poprzez jej ilość (za pomocą przepustnicy), podczas gdy jej proporcje muszą pozostać na równym poziome wynoszącym 14,7 kg powietrza na 1 kg paliwa (lambda równa 1). Jeśli zwiększymy tylko ilość doprowadzonego paliwa, silnik po prostu zgaśnie. W silniku diesela, aby proces spalania był możliwy nie jest koniecznym utrzymywanie stałej proporcji pomiędzy paliwem i powietrzem. W dieselach przepustnica nie jest potrzebna ponieważ moc silnika regulowana będzie wielkością dawki paliwa wtryskiwanej do silnika, a nie ilością mieszaniny paliwowo-powietrznej. W dwóch słowach w silnikach benzynowych istotna jest ilość mieszanki, a w silnikach diesela jej jakość. Dla prawidłowej pracy silnika diesela dopuszczalna jest nawet ilość powietrza kilkukrotnie przewyższająca wymaganą, natomiast w warunkach pełnego obciążenia współczynnik lambda wynosi około 1,3. Tak więc maksymalna moc silnika wynika z ustawień producenta, a nie z natury silnika. Oczywistym jest, że wszyscy producenci starają się oferować moc możliwie wysoką dla danego rodzaju silnika. Pozostawiają jednak zawsze pewien margines bezpieczeństwa, którego przekroczenie w rozsądny sposób nie powinno w znaczący sposób szkodzić silnikowi. Wchodzeniem na ten margines zajmują się firmy chiptuningowe.

Można powiedzieć, że zwiększenie mocy o 10-15% przy zachowaniu rozsądku w czasie jazdy nie powinno zaszkodzić żywotności naszego silnika. Oczywiście lepiej jest w tedy unikać sytuacji jak np. jazda z przyczepą pod górę z pedałem gazu wciśniętym do oporu, ponieważ silnik jest w tedy przeciążony i w takim stanie może przebywać tylko chwilę. Warto zwrócić uwagę, że w wielu przypadkach dla zwiększenia przyjemności prowadzenia samochodu wystarczającym jest zwiększenie momentu obrotowego tylko dla niskich prędkości obrotowych silnika. Pozwala to pozostawić moc maksymalna na niezmienionym poziomie. Taka operacja jest mniej szkodliwa dla silnika, jednak jest mniej atrakcyjna marketingowo.

Moment obrotowy i moc silnika

Moment obrotowy zależny jest od średniego ciśnienia spalania w cylindrze silnika. W naukowej nomenklaturze nazywa się to średnim ciśnieniem użytecznym. Zwiększając dawkę paliwa (silnik diesela) lub ilość mieszaniny paliwowo-powietrznej (silnik benzynowy) rośnie średnie ciśnienie spalania. Mówiąc obrazowo, ciśnienie spalania to siła z jaką gazy spalinowe napierają na tłok, która poprzez układ korbowo-tłokowy zamieniana jest na moment obrotowy na wale korbowym silnika. W tym miejscu warto jest również wrócić uwagę na zależność miedzy momentem obrotowym, a mocą silnika. Moc jest iloczynem prędkości obrotowej i momentu obrotowego (oczywiście w odpowiednich jednostkach). Tak więc, aby zwiększyć moc silnika należy zwiększyć moment obrotowy, czyli w przypadku silnika diesela zwiększyć dawkę wtrysku. To co odczuwamy w trakcie jazdy samochodem to też głównie moment obrotowy. To on jest odpowiedzialny za przyspieszenie i przyjemne uczucie wbijania fotel. Zwiększenie mocy pozwala nam osiągnąć wyższą prędkość maksymalną. Jednak przy zachowaniu oryginalnych przełożeń skrzyni biegów i przełożenia przekładni główniej, prędkość maksymalna nie zmieni się znacząco lub może pozostać bez zmian. Osiągi silnika najlepiej obrazuje tzw. wykres charakterystyki zewnętrznej. Na pokazanym przykładzie widoczna jest kolejno od dołu dawka wtrysku, moment obrotowy i moc silnika. Liniami przerywanymi pokazane są wartości zwiększone o 10%, czyli po teoretycznym chiptuningu.

Różnica pomiędzy 2.0 TDi 140KM i 170KM

Często wydaje się, że producenci samochodów oszukują lub przynajmniej naciągają oferując te same silniki z większą mocą i w wiele wyższej cenie. W większości przypadków jednak to co może powierzchownie wydawać się tym samym silnikiem w rzeczywistości może dzielić dużo. Podstawową i najbardziej oczywistą różnicą jest turbosprężarka. Mocniejsze wersje wyposażane są w turbosprężarki o zmiennej geometrii kierownic spalin. Taka turbosprężarka, w przeciwieństwie do turbosprężarki z zaworem upustowym wastegate cechuje się wyższą sprawnością oraz znacznie mniejszą zwłoką zadziałania. Jej cechy pozwalają osiągnąć wysoką moc nie podnosząc znacznie temperatury spalin na jej wlocie. Turbosprężarki mocniejszych wersji mają również zwiększone wymiary geometryczne, co pozwala im na pracę przy większych przepływach spalin i powietrza. Kolejną cechą różniącą od siebie silniki może być natrysk oleju na denko tłoka. Stosuje się to w silnikach bardziej wysilonych, olej omywający denko tłoka pozwala odprowadzić z niego dodatkowe ciepło. Silniki mogą różnić się również aparaturą wtryskową, jednak z punktu widzenia niewielkiego podnoszenia mocy nie jest to różnica istotna.

Na czym polega podnoszenie mocy

Podążając za informacjami zawartymi wcześniej, w celu uzyskania wyższej mocy, koniecznym i wystarczającym jest zwiększenie dawki paliwa wtryskiwanej do komory spalania. Większa ilość wtryśniętego paliwa podnosi ciśnienie spalania, którego praktycznym odpowiednikiem jest moment obrotowy. Wzrost dawki jednak ma swoje granice ponieważ od jej pewnych rozmiarów ilość powietrza trafiającego do silnika jest zbyt mała. Podstawowym objawem jest czarny dym wydobywający się z rury wydechowej samochodu podczas przyspieszania. Drugim, choć dla kierowcy nieodczuwalnym ograniczeniem przy podnoszeniu mocy, jest temperatura spalin w kolektorze wydechowym. Turbosprężarki stosowane w nowoczesnych silnikach diesela dopuszczają maksymalną temperaturę spalin na wlocie nie przekraczającą 800 st. C lub krótkotrwale do 850 st. C. Właśnie ten parametr jest kluczowy w chiptuningu. Przekroczenie tej temperatury może następować tylko chwilowo. Dlatego jazda samochodu po chiptuning pod dużym obciążeniem jest nieszkodliwa tylko przez chwilę. W innym przypadku zbyt gorące spaliny w bardzo szybki sposób zniszczą turbosprężarkę. Przy podnoszeniu mocy zalecanym jest aby równocześnie zwiększyć ciśnienie doładowania, czyli ilości powietrza trafiającego do silnika. We współczesnych silnikach zwiększenie dawki, jak i ciśnienia doładowania można dokonać jedynie za pomocą przeprogramowania elektronicznego sterownika silnika. Warto zauważyć, że pierwszą ofiarą i w zasadzie jedyną podnoszenia mocy jest turbosprężarka. Dopiero przy znacznym przekroczeniu dopuszczalnych ciśnień i temperatur spalania możliwym jest pęknięcie tłoka, czy wypalenie zaworu.

Jak to zrobić praktyczne

Obecnie rynek samochodów z silnikiem diesela jest całkowicie zdominowany przez układ zasilania common rail. Jednak rozpoczynając od różnego rodzaju pomp wtryskowych sterowanych elektronicznie zwiększenie dawki wtrysku odbywa się poprzez przeprogramowania sterownika silnika tzw. centralki. Informacje o maksymalnej dawce wtrysku w centralce opisane są za pomocą krzywej widocznej na rysunku charakterystyki zewnętrznej. Widoczna dawka maksymalna zależna jest od prędkości obrotowej silnika, a jednostka w której jest podawana to milimetry sześcienne lub miligramy paliwa wtryśnięte na jeden cykl pracy (w silniku czterosuwowym jeden cykl pracy to dwa obroty wału korbowego). Wśród dostawców elektroniki sterującej układami common rail można wymienić np. firmę Bosch i Magnetti Marelli, przy czym Bosch jest niekwestionowanym liderem w rynku w kategorii ilości i jakości oferowanych wyrobów. Sterowniki noszą nazwę EDC (Engine Diesel Control) i w zależności od generacji może to być np. EDC15, EDC16 i najnowsze EDC17. W przypadku EDC15, czyli samochody od drugiej połowy lat 90-tych, zmiana programu w sterowniku jest dość prosta. Pamięć sterownika w postaci kości elektronicznej wystarczy wyjąć i w łatwy sposób można ją zgrać, zmodyfikować i wgrać z powrotem. W sterownikach typu EDC16 i 17 przeprogramowanie wymaga jednak szerszego zakresu wiedzy ponieważ podmiana danych w samej pamięci sterownika nie jest wystarczająca.

W większości przypadków przeprogramowanie sterownika musi odbywać się za pomocą specjalnej przystawki widocznej na zdjęciu. W najnowszych sterownikach EDC17 koniecznym również jest umiejętne wlutowywanie oporników, które wprowadzają centralkę w tryb serwisowy. Po zmianie oprogramowania w sterowniku, aby możliwym było uruchomienie silnika musi zgadać się suma kontrolna tzw. checksum. Ponadto informacje o wszelkich krzywych i charakterystykach zawarte w centralce nie są przedstawione w sposób jawny. Trzeba być specjalistą, aby być w stanie odczytać jakiekolwiek informacje. Jest to celowe działanie producentów oprogramowania mające uniemożliwić nieautoryzowaną zmianę programu silnika. Wszystkie te utrudnienia uniemożliwiają w prosty, „domowy” sposób zmieniać ustawienia centralki. Firmy i warsztaty tuningowe również nie są w stanie samemu rozgryźć zabezpieczeń oraz prawidłowo zinterpretować dane ściągniętych ze sterownika. Większość z nich, a na pewno te oferujące chiptuning najnowszych samochodów, posiadają płatny dostęp do danych firm specjalizujących się w „rozpracowywaniu” sterowników. Firm takich w Europie jest zaledwie kilka.