Az Opel motorsport legendái 2. rész

Aki azt mondja, hogy egy 1992/1993-ban történt motortuningból, ill. fejlesztésekből ma már nem lehet profitálni – mivel az egész fejlesztés túl régi –, annak felhívom a figyelmét arra az apróságra, hogy a motortuningban, ill. fejlesztésben főleg az alapokról, termodinamikáról, áramlástanról és szilárdságtanról van szó. Ezek törvényei viszont az utóbbi 20 évben nem változtak. Ami változott, a technikai szoftver fejlesztése, ill. szintje: ez sokkal jobb lett. Ha azonban valaki nincs birtokában a fenti mérnöki alaptudományoknak, akkor a legmodernebb szimulációs szoftver is csak felesleges pénzkidobás, mivel nem tudja a szimulációs szoftver eredményeit értelmezni. És éppen ez a CAE/FEM-ben is a lényeg.

A cikkünk tárgyát képező Opel F3 motor fejlesztői:

Adam Opel AG Technikai Fejlesztő Központ/Rüsselsheim,

Siegfried Spiess Motorenbau GmbH/Ditzingen,

TH Darmstadt (Műszaki Egyetem Darmstadt) Belső Égésű Motorok Tanszék,

Batelle Institut/Frankfurt am Main.

Akkor talán „csapjunk bele” mindjárt a közepébe!

A túraautók szívómotorjai kb. 15 bar effektív középnyomás körül vannak, az F1-ben a motorok kicsivel több, mint 14 bar, itt ugyanis a teljesítmény az extrém magas fordulatszámból adódik. Az egyes motorok „használható“ fordulatszám-tartománya is eltérő. Ebben a spektrumban az F3 motorok (mint fojtott szívómotorok) rendelkeznek a legkisebb „hasznos“ fordulatszám-tartománnyal az effektív középnyomás viszonylatában.

Az F3 motorok fejlesztésének súlypontja nem a nagy fordulatszámok, hanem lehetőleg a nagy nyomaték, ill. az ehhez kapcsolódó nagy effektív középnyomás elérése – méghozzá közepes fordulatszám-tartományban.

Konkrétan: az Opel F3 motornál 4600 min-1 körül van az effektív középnyomás maximuma: 16,1 bar.

A szívócső-rezonancia feltöltésével elérték az 1,06-os légfelvételi tényező értéket.

A nyomásnövekedési sebesség 3,8 bar/főtengelyfok, a szériaérték „megelégszik“ a 2,7 bar/főtengelyfokértékkel.

A névleges fordulatszámon az égési csúcsnyomás közel 90 bar, ez 28%-kal nagyobb, mint a szériamotor értéke.

Az F3 motor maximális nyomatékához tartozó égési csúcsnyomás közel 100 bar, szériamotornál 70 bar. Ezek a számok tanulságos részértékei egy effektív motornak, egyúttal megvilágítják a sokak által keresett „titkot“, ami egyébként a technikában nem létezik.

(Itt ugyanis mindennek megvan az oka, ami nem titok, de lehetséges, hogy nem mindenki látja a „dolgok nyitját”.)

Az Opel motor volt az első 16 V, 4 hengerű, kopogásérzékelővel (Bosch) ellátott motor az F3-ban. A kopogásszenzor megakadályozza az eltérő benzinoktánszámokból eredő detonációs égés okozta motorkárosodást és kopogáshatáron tartja az előgyújtást.

Egy további – akkori – jelentős technikai megoldás volt a jellegmező-vezérlésű változtatható szívócsőhossz és a szívóoldali vezérműtengely-szögelfordítás. Ezeknek nagy jelentősége van a motor jó nyomatékát és teljesítményét illetően.

A különböző „motorikus“ értékeket (pl. F1 kontra F3) akkor lehetne valóban objektíven kiértékelni, ha azonos hengerűrtartalmú egyhengerű motorokat hasonlítanánk össze – úgy ahogy ezt az autógyárak motorfejlesztése is teszi. A motorfejlesztés első „terméke“ mindig az egyhengerű kísérleti motor.

Természetesen az ún. homologizációból (Air-Restriktor stb.) adódnak az eltérések a specifikus teljesítményt és a motorkarakterisztikát illetően.

A FIA F3 motorokra vonatkozó homologizáció nem teljes felsorolása:

– max. 4 henger, 2 liter hengerűrtartalom, nem 2 ütemű, nem feltöltött, de Wankel megengedett,

– az alapmotorból gyártott mennyiség min. 2500 db/12 hónapon belül (1992-ig 5000 db),

az eredeti hengerfej és motorblokk anyagából el lehet venni – de nem lehet hozzáadni, a csapágyak eredetiek, a szívórendszer változtatható, de a szívólevegőt egy fémből készült 3 mm hosszú, 24 mm kör keresztmetszetű ún. „Air-Restriktor“ fojtáson keresztül kell beszívnia,

– vízbefecskendezés nem megengedett, az egész szívórendszernek egy 1000x500x500 mm-es kockába kell beleférnie.

– a tüzelőanyag „szabad“ kereskedelemben kapható ROZ max. 104 oktán, a német bajnokságban csak ROZ 98 oktán – amit egy előírt benzinkútnál kell tankolni, katalizátor + kipufogódob előírt.

Az alapmotor Opel 2L 16V DOHC motor és az ebből fejlesztett F3 motor főbb adatainak az összehasonlítását az 1. táblázat mutatja.

1. táblázat

Ismert, hogy a motor teljesítménye arányos a hengerbe időegység alatt beáramló levegő és az ehhez hozzáadott tüzelőanyag mennyiségével. A fojtás (Air-Restriktor) a motorból kihozható teljesítményt ugyan csökkenti, de a motor élettartamát növeli. Ez fontos tényező, mert máskülönben túl sokba kerülne az F3 motorsport és emiatt sokan nem bírnák megfizetni.

Az Air-Restriktorhoz kapcsolódó Laval-fúvóka a motor levegőellátásának lényegi eleme, de áramlástani „rejtelmeibe” most ne menjünk bele, egy rendes „körüljárás“ csak egy külön cikkbe férne bele.

A szívómotor – így esetünkben a fojtott F3 motor – effektív középnyomása fordulatszám függvényében, a felső tartományban egyre csökken. Nekünk azonban most fontosabb megtudni, hogy főképpen „honnan jön” a motorteljesítmény?

Mikor ezt a kérdést egy neves motorfejlesztő mérnöknek feltették, akkor röviden csak ezt válaszolta: „mindig a fejből”. Ezt persze mi is tudtuk. Lehet a főtengely/blokk egy fontos alkatrész, de a lényeg elsősorban mégis a hengerfejben van: a vezérlés, csatornák, gázcsere, feltöltés, szelepek miatt.

Itt csak röviden: az „alapos”, klasszikus, korrekt tuning minden alkatrészre kiterjedt (extrém esetben korábban, még a csavarok is át vannak fúrva, ha másképp nem menne…) és kezdődik a főtengely-fekvőcsapágyak „egy tengelybe” fúrásával / mérésével. Ez a mai technológia idején, már csak nosztalgikus régi dologgá vált.

A dolog „hogyanját”, a főegységek változtatását nézzük meg közelebbről.

Természetesen a motor egyes alkatrészeinek a tömegét, tehetetlenségi nyomatékát, a speciális igénybevétel függvényében ahol csak lehet, csökkentették (optimalizálták). Az F3 motor össztömege 96 kg, kb. 34 kg-mal lett könnyebb, mint a szériamotor.

Az alapmotor az ismert Opel Astra GSI 16V / DOHC (ill. Calibra, Vectra – 16V) motor. Furat x löket: 86x86mm – „négyzetes” motor. A motor maximális effektív hatásfoka 37%, ez az érték akkor, 1988-ban a legjobb volt kategóriájában.

A motort természetesen állandóan továbbfejlesztették. A főbb változtatások az egyes komponensek szerint.

Hengerfej

A csatornák, az égéstér és a szelepülés „Fliessbank”-on, a csatorna-keresztmetszet formáját illetően optimalizált, majd polírozott, a szelepülés réz-berillium ötvözet a jobb hőelvezetés miatt. A négy égéstér térfogata szigorúan azonos (az azonos végnyomás elérése miatt), a szelepvezető 6 mm lett (eredetileg 7 mm volt), a mechanikus szelephézag-kiegyenlítés a hidraulikus „stöszli” helyett (súlycsökkentés), a szelepek szöge 46 fok, relatív kis keresztmetszetű szívó- és kipufogócsatornák. Ez kedvező a tuning szempontjából, mivel az előírás szerint anyagot a hengerfejből el lehet venni, de nem lehet hozzáadni.

Az F3 motor és a szériamotor effektív középnyomása

A vezérműtengely-alapkör átmérője 34 mm-ről 30 mm-re redukált, nagyobb szelepegybenyitások, dupla szeleprugók, a szelepvezérlés alkatrészei felületi nyomásra optimalizáltak, a vezérlés „időkeresztmetszete” alapban jó volt, ezért nem változtatták, ugyanezen okok miatt a szeleptányér-átmérő is maradt az eredeti méreten.

Fogazottszíj-hajtású vezérműtengely

Összességében ez az alapos „klasszikus“ hengerfejtuning. Mint ez ilyenkor szokott, itt is a részletekben van a lényeg. Például látható, hogy a vezérmű fogazott szíjjal hajtott kerekét szögben kell állítani a szelepnyitás pontos mikrométerrel való beállítása miatt.

Az F3-nál a szeleptekli többfunkciós integrált alkatrésszé változott

Természetesen a kipufogó leömlő, illetve a szívócső „átfedések nélküli“ 100%-os illesztése a hengerfejhez. De ez csak az, amit mi is láthatunk, sokkal érdekesebb lenne az eredeti és a megváltoztatott szívó- és kipufogócsatorna keresztmetszeti szelvényeinek összehasonlítása. Ilyenkor lehet látni az egyes keresztmetszetekben és az egész „csőben” a gázáramlást és a nyomásváltozást is. Ez azonban az a dolog, amiből a tuningmester „él“ és ezt nem mutatja meg.

Blokk

A szériablokkot – ahol a feszültség és a szilárdság is megengedte – „lefaragták”, optimalizálták az F3 motorban (bordák, felöntések, egyenetlenségek). Ezáltal az eredeti tömeg 38,2 kg-ról 36 kg-ra csökkent. Ahol lehetett, a blokkon, a hengerfejtömítésen és a hengerfejen további vízjáratokat, furatokat készítettek az időegységre eső nagyobb tömegű vízáramlás, hőcsere miatt.

A blokk hónolása 3 mikrométer alatti.

Lendítőkerék

A széria lendítőkerék 6,96 kg-ról 2,43 kg-ra csökkent és az átmérője is ezáltal kisebb lett. Az eredeti 0,126 kgm2 tömegtehetetlenség 0,012-re csökkent – ez kb. 90% körüli érték. Azt persze ilyenkor nem szabad megkérdezni, hogy van-e és mennyi az „alapjárati” fordulatszám. A motorblokk felőli oldalon van a lendítőkeréken a forgattyús tengely szögjeladó szenzora.

Főtengely

A főtengely tömegét tekintve a legnagyobb forgó alkatrész, extrém mértékben lekönnyítették. Az eredeti 15,03 kg-ról 10,8 kg-ra. Ezt a jelentős tömegcsökkentést főleg a 4 ellensúly redukálásával érték el. Az eredeti 0,027 kgm2 tömegtehetetlenség 0,011-re csökkent – ez kb. 60% körüli érték.

A fekvőcsapágy maradt az 58 mm értéken, a hajtórúdcsapágy 49 mm-en. A főtengely az Opel-Motorenwerk Kaiserslauternben készült. Ezt és a fenti tömegtehetetlenségi/tömeg értékeket látva már megérthető, hogy egy ilyen motor a gázadáskor „rögtön ott van”.

Hajtórúd

A széria öntött hajtórudakat 0,623 kg/
143 mm (hossz) az F3 motorban helyettesíti a nagyszilárdságú acélból kovácsolt 0,482 kg, 148 mm hosszú tuningalkatrész. A hajtórúdcsapágy 49 mm maradt, de a dugattyúcsap-átmérő az eredeti 21 mm-ről 18 mm-re csökkent. Itt tehát a 18 mmis elbírja a kiszámított feszültséget, de a kisebb csapátmérővel az oszcilláló tömegek csökkentek. A csap súrlódása is csökkent a kisebb átmérő/palástfelület miatt. A tuning hajtórudat a Pankl Präzisionstechnik GmbH, Ausztria készítette.

Dugattyú

A széria 3 gyűrűs dugattyút (0,327 kg) egy 2 gyűrűs 0,255 kg tuningalkatrész helyettesíti az F3 motorban. A tuning dugattyúcsap 0,056 kg. A dugattyú magasabb lett a 12,8-as geometriai kompresszióviszony eléréséhez.

A kompressziógyűrű 1,5 mm, az olajlehúzó gyűrű 3,0 mm magas.

Kipufogórendszer

A széria erősen ötvözött acél csőkonstrukciót („4 a 2-be és ezek után 2 az 1-be”) az F3 motornál a „4 az 1-be” helyettesíti. A leömlő végen van a lambda-szonda és egy hőmérsékletmérő szenzor.

A kipufogódob eléri az ONS által megkövetelt 106 dB(A) 4000-es fordulaton. A rendszer rendelkezik még egy fém versenykatalizátorral. A kipufogórendszer is optimalizált a definiált gázlengésekre és a minimális kipufogógáz-ellennyomásra.

Végezetül, hogy érzékeljük mit jelent az Opel F3 motor nagyon korrekt nyomatéka, egy rövid történet a magas specifikus teljesítményről alacsony nyomatékkal párosítva. A Suzuki RP 68–as 50ccm-es versenymotorról van szó. Ez egy 3 hengerű, kétütemű, szívó, versenymotor, 395 LE/Liter, (!) 19 000 1/min–en specifikus teljesítménnyel. (ebből: P=19,75 LE) Ez a világon 2008-ig egyedülálló teljesítmény.
Furat x löket: 28 x 26,5 mm (ebből: 1 henger ürtartalma:16,30 ccm), 14 fokozatú (!) váltóval. Hans-Georg Anscheidt, a tapasztalt Suzuki gyári versenyző az első tesztek után csak ennyit mondott:” 14 fokozat túl kevés, min. 18, de inkább 19 kéne”! (Quelle: W.Gruber, Oldtimer Markt 2008/1)