Co sprawia, że silniki wolnossące mają w sobie tyle magii? Może to ich muzykalność, responsywność, a może połączenie obu tych cech, które tworzy emocjonujące doświadczenie przy każdym naciśnięciu pedału gazu. Cokolwiek by to nie było, jedno jest pewne – nic nie podkręca tej atmosfery tak, jak zestaw indywidualnych przepustnic. Właśnie w ten sposób wkraczamy w projekt NSX, który już teraz dostarcza symfonii dźwięków z silnika umieszczonego w środku, generując niemal wystarczającą moc, by zaspokoić oczekiwania. ITB. Więcej mocy. Więcej dźwięku. Mniej wagi. Więcej… mechanicznego seksapilu. Chcę tego. Nie, potrzebuję tego!
Droga do mocy
Dla tych, którzy śledzą projekt od dłuższego czasu – dziękuję za cierpliwość – możecie pamiętać, że w 2019 roku postawiono cel osiągnięcia 300 koni mechanicznych na wale korbowym. Naprawdę minęło już sześć lat? Tak, i w końcu nadszedł czas, aby to zrealizować.
Wybór odpowiedniego rozwiązania
Zanim zdecydowałem się na indywidualne przepustnice, byłem już świadomy kilku zestawów dostępnych dla silnika C30A 3.0L DOHC VTEC V6 w NSX. Jak to bywa z wieloma produktami aftermarketowymi dla NSX, były one w większości kosztowne i kompromisowe. Chciałem, aby system działał na zasadzie drive-by-wire, a nic nie pasowało szczególnie do tego rozwiązania. Pozycja wtryskiwaczy była szczególnie słabym punktem, ponieważ większość dostępnych rozwiązań umieszczała je pod kątem prostopadłym do przepływu powietrza, co było akceptowalne w samochodach wyścigowych, ale eliminowało korzyści związane z odpowiednim kierowaniem rozpylania przy niższych prędkościach powietrza. Kompromisowanie słynnych właściwości niskich obrotów NSX w ten sposób było nie do przyjęcia, więc postanowiłem stworzyć własne rozwiązanie. Miałem doświadczenie w CAD z moich przygód z drukowaniem 3D, więc pomyślałem, że to nie może być takie trudne.
Wyzwania projektowe
Szybko się przekonałem, że nie jest to łatwe zadanie. Złożone kształty wymagane do dopasowania do kątów i profilu portów dolotowych stanowiły szczególne wyzwanie, a niezliczone noce spędziłem z Fusion360 i YouTube, ucząc się na bieżąco. Popełniałem błędy, wyrzucałem wszystko do kosza i zaczynałem od nowa. Gdy miałem coś gotowego do produkcji prototypowej, byłem już przy wersji 18… to doskonały przykład tego, jak wziąć na siebie więcej, niż można zjeść, ale to także najlepszy sposób na przyspieszenie nauki.
Kluczowe cechy
Główne cechy – profil runnera 3D dopasowany do kształtu i kierunku portów dolotowych oraz przepustnica o średnicy 48 mm, pozycja wtryskiwacza identyczna jak w fabryce, w tym kąt montażu, przewidziano miejsce na centralny aktor przepustnicy DBW oraz kątowe runnera, by zapewnić miejsce na alternator i montaż. Na tym etapie wybrałem także inne kluczowe komponenty od świetnych australijskich dostawców, w tym sześć przepustnic 48 mm i związane z nimi połączenia z RHD Engineering oraz aktor przepustnicy DBW od EFI Hardware. Punkty montażowe w moim projekcie kolektora były umieszczone, aby pasowały.
Produkcja i montaż
Po kilku wydrukach plastikowych przyszedł czas na rzeczywiste komponenty. Rozważałem wydrukowanie finalnego produktu w mocnym i odpornym na wysokie temperatury nylonie wypełnionym węglem, ale ostatecznie zostałem od tego odwiedziony przez tych, którzy znają się na rzeczy – ryzyko, że kolektor będzie się wyginał lub odkształcał z powodu ciepła/obciążenia i w ten sposób niewłaściwie wyrównywał przepustnice, było znaczne. Zdecydowałem się na CNC-wytwarzany aluminium 6061.
Wyzwania kosztowe
Poszukałem ofert lokalnych i zagranicznych, ostatecznie wybierając producenta z Chin. Proces miał kilka drobnych przeszkód, ale nie mogę narzekać na komunikację ani responsywność firmy. Otrzymywałem zdjęcia na każdym etapie produkcji i kontroli jakości i z chęcią skorzystam z tej drogi ponownie. Koszt obróbki był znaczny, znacznie wyższy niż się spodziewałem. Złożoność części (a tym samym wysiłek i czas wymagany do obróbki) były głównym winowajcą – i kolejna lekcja: projektowanie z uwzględnieniem metody produkcji jest ważne. Wytwarzanie addytywne zepsuło mnie – brak ścieżek narzędziowych do rozważenia na drukarce.
Ostateczne efekty
Jednak posiadanie projektu w ręku w formie aluminium po kilku tygodniach było ogromnym dreszczykiem emocji, a po miesiącach szlifowania w CAD, w końcu mogłem przejść do montażu całego systemu. Łącząc się bezproblemowo z górą każdego runnera, znajduje się przepustnica RHD Engineering o średnicy 48 mm.
Decyzje projektowe
Wybór rozmiaru przepustnicy to kluczowa decyzja, którą należy podjąć na początku projektowania systemu wieloprzeputnicowego. Zbyt duża przepustnica może prowadzić do utraty precyzji, a w zależności od kształtu całkowitego runnera, także prędkości powietrza. Zbyt mała z kolei ogranicza maksymalny przepływ powietrza przy pełnym otwarciu przepustnicy. Chociaż obliczona 'optymalna’ średnica przepustnicy była dość mała, odniesienia do innych implementacji ITB w NSX oraz projektów OE, takich jak Porsche i BMW, sugerowały, że 48 mm będzie wspierać moje docelowe osiągi dla tego standardowego silnika, a także pozwoli na uwzględnienie wpływu efektów warstwy granicznej, ograniczeń płytki przepustnicy itp., a także na przyszłe cele mocy. NSX ma dość duże porty fabryczne, więc pójście poniżej 48 mm stworzyłoby 'zablokowany’ profil runnera, co negatywnie wpłynęłoby na prędkość i napełnianie cylindrów.
Współpraca z ekspertami
Wcześniej dostosowałem samochód do pracy z (jedną) przepustnicą drive-by-wire i cieszyłem się korzyściami z regulowanej reakcji przepustnicy oraz strategii bezpieczeństwa silnika. Silnik EFI Hardware wykorzystuje te same zasady, co elektroniczna przepustnica, ale działa za pomocą regulowanego dźwigni, co czyni go adaptowalnym do systemów wieloprzeputnicowych.
Przygotowania do montażu
Gdy złożyłem większość komponentów do zestawu, nadszedł czas na długą podróż z Melbourne do Newcastle, siedziby 909 Motorsport. Moja codzienna praca w Bosch Motorsport wprowadziła mnie w świat wyjątkowych umysłów motorsportowych, w tym Ash’a i jego zespołu w 909. To oni byli zaufanymi rękami, które doprowadziły ten projekt ITB do końca.
Finalizacja projektu
Gdy Ash zajął się realizacją ITB, ja postanowiłem, że spacery łączące przepustnicę z podstawą obudowy powietrza będą doskonałą okazją do eksperymentu z metalowym drukiem 3D, wybierając wykonanie ich z aluminium. Byłem podekscytowany i ciekawy jakości części, gdyż to był mój pierwszy zlecony metalowy wydruk. Ogólnie byłem bardzo zadowolony z tego, co przybyło z drukarki, z dolną powierzchnią montażową jako jedynym obszarem, który wymagał przeszlifowania na tokarce przez utalentowanego Erica z Apex Composites, aby uzyskać całkowicie płaską powierzchnię.
Kreatywne rozwiązania
Eric to jedna z tych rzadkich osób, które zawsze potrafią znaleźć drogę do osiągnięcia celu. Połączenie kreatywności i umiejętności technicznych budzi we mnie zarówno zazdrość, jak i podziw. W wielu sytuacjach, gdzie zdawało się, że zaprojektowałem się w trudny kąt, Eric uruchamiał (domowy) CNC i opracowywał eleganckie rozwiązanie. Obejmuje to również wydłużone ramiona linki przepustnicy, które umożliwiły centralne działanie dwóch banków przepustnic z silnika zamontowanego w centralnej V silnika.
Wykończenie i testy
Gdy zakończono produkcję różnych komponentów aluminiowych, Eric także poddał je anodowaniu, aby poprawić ich trwałość i odporność na korozję – nie wspominając o estetyce. Byłem bardzo podekscytowany, widząc części w ten sposób po raz pierwszy. Niestandardowe szyny paliwowe z twardymi rurkami wygiętymi w idealnym dopasowaniu do V dolotu – czy może być lepiej? Takie detale nigdy nie udałoby mi się zrealizować bez zaangażowania Ash’a i Erica, za co jestem niezwykle wdzięczny.
Wyzwania montażowe
Proces montażu kolektora był długi, z wieloma przymiarkami, regulacjami i wspomnianą wcześniej produkcją. W trakcie tego procesu przypomniałem sobie różnicę między projektowaniem takich części a rzeczywistym inżynierowaniem ich do pracy na wymaganym poziomie wydajności i trwałości oraz istotność posiadania ekspertów w swoim zespole. Jedną z kluczowych decyzji, które podjęli Ash i Eric, było przykręcenie każdego punktu regulacji w systemie, gdy był on perfekcyjnie ustawiony. To znaczący wysiłek obróbczy, który wymaga umiejętności i cierpliwości, a Eric (może to oczywiste dla czytelników w tym momencie) ma tego w nadmiarze. Powszechną skargą na linki wieloprzeputnicowe jest to, że z czasem tracą one wyrównanie, co wymaga ciągłego dostosowywania – teraz to już nie jest problem.
Przyspieszenie marzenia
Gdy wszystko zostało przymocowane do samochodu, w końcu zaczynałem dostrzegać rzeczywistość moich marzeń. Nadal byliśmy daleko od uruchomienia pojazdu, ale Ash wiedział, co potrzebujemy dla motywacji – szybko podłączył silnik przepustnicy i wysłał polecenie – otwórz! Widok sześciu przepustnic tańczących w synchronizacji był szczerze emocjonalnym momentem – po setkach godzin planowania i majsterkowania, ta szaleństwo może naprawdę działać.
Problemy z przepływem
Jednym z głównych kompromisów w układzie wieloprzeputnicowym jest utrata objętości kolektora poniżej przepustnic. W typowym układzie z jedną przepustnicą, kolektor użytecznie utrzymuje zrównoważone źródło podciśnienia ze wszystkich cylindrów, co zapewnia sygnał MAP (ciśnienie powietrza w kolektorze) i stałe podciśnienie do zasilania wspomagania hamulców, odniesienia ciśnienia paliwa itp. Typowe rozwiązanie polega na połączeniu cylindrów poniżej przepustnic z mniejszym kolektorem, co dokładnie zrobiłem, używając nylonowej rury Festo oraz wysokiej jakości złączek do zasilania taniego ośmioportowego kolektora. Tutaj zintegrowałem także elektryczny zawór biegu jałowego. Teoretycznie, system drive-by-wire mógłby kontrolować biegi jałowe, jednak doświadczenie Ash’a pokazało, że wymagana precyzja do dokładnej kontroli biegu jałowego, która umożliwiłaby bezkompromisową jazdę, nie byłaby możliwa tylko z tym centralnym silnikiem.
Zaawansowane rozwiązania
Powód tego jest ekstremalnie nieliniowy związek między pozycją przepustnicy a przepływem powietrza przy otwieraniu przepustnicy – pomnóż to przez sześć otwarć, a duży napływ powietrza nawet przy 1% otwarciu staje się niemożliwy do zarządzania na wysokim standardzie, który chcieliśmy osiągnąć. Prosty dwoprzewodowy silnik biegu jałowego Bosch był łatwym rozwiązaniem, zintegrowanym, by pobierać powietrze z filtrowanej obudowy powietrznej – z najbardziej eleganckim adapterem z aluminium wykonanym przez Erica.
Integracja czujników
Do tego samego bloku próżniowego z aluminium zainstalowaliśmy jeden z dwóch czujników ciśnienia powietrza (MAP). Szybka odpowiedź czujnika temperatury powietrza Bosch Motorsport zgrabnie integruje się w obudowie powietrznej z innym kawałkiem funkcjonalnej biżuterii Erica. Zdecydowaliśmy się nie używać wewnętrznego czujnika pozycji przepustnicy w silniku przepustnicy, zamiast tego używając czujnika TPS Variohm na każdym banku dolotu