Chlazení motorů na bázi VW
Motory na bázi VW používané v letectví jsou ve většině, mimo pár variant chlazených vodou, všechny chlazeny vzduchem a olejem. Tento způsob chlazení má své výhody i nevýhody.
Na úvod je nutné si uvědomit čím je chrakterizováno správné chlazení vzduchem chlazených motorů a jak ho dosáhnout. Pozor chlazení je důležité, protože okolo teploty 200°C začíná hliník a jeho slitiny měnit charakteristiku a mohlo by dojít ke zničení motoru a nebo k rapidnímu snížení jeho životnosti a výkonu. Správně chlazený motor se pozná podle toho , že dosahované provozní teploty jsou v limitech určených výrobcem , ideálně někde urostřed mezních hodnot při standartních meteorologických podmínkách. Špatně chlazený motor nepodává požadované výkony. Špatně chlazený motor se pozná podle toho že překračuje maximální povolené hodnoty teplot nebo se jim trvale blíží ale i tak, že naopak nedosahuje ani minimálních tepelných hodnot pro provoz. Pro motory VW v derivacích od výrobců Sauer, Limbach, Rectimo a Revmaster je účinnost chlazení indikována teplotou oleje a teplotou hlav válců v místě zapalovací svíčky. Rozsahy teplot u těchto derivátů VW uvádí výrobci v podstatě shodné a to min 50°-max 120°C pro olej. Pro hlavy je to min 120°C pro start a pro cestovní režim je optimum mezi 150°C-175°C, max teplota nesmí u hlav přesáhnout 250°C a tato hodnota je povolena pouze krátkodobě (ve stoupání).Tyto hodnoty lze v podstatě aplikovat i na homemade úpravy motorů VW.
Shrnuto - optimálně chlazený motor dosahuje na zemi po ohřátí před startem a na otáčky určené pro ohřev studeného motoru (cca 1500/min) teploty : 50°c olej a 115-125°c hlavy. Pokud ve stoupání na plný výkon dosahují hlavy max 180°C je to optimální a nemusíme mít strach, že se motor přehřeje v extrémních podmínkách a současně bude dosahovat v cestovním režimu spodní hranice optimální teploty pro cestovní režim. Pokud teplota hlav ve stoupání dosahuje hodnot okolo 190-200°C není to ještě problém ale je již nutno upravovat režim motoru ve stoupání a dosáhnout ochlazení na úkor letového výkonu. Důležite je i to, aby jednotlivé hlavy válců pracovaly s maximálním rozdílem teplot do 25°C. Pokud docílíme takto optimálního chlazení motoru můžeme očekávat, že nám motor bude podávat požadovaný výkon a dočkáme se bezproblémového provozu a veliké životnosti. Pokud motor ve stoupání snadno dosahuje maximálních tepelných hodnot, je již třeba se zamyslet nad účinností chlazení. A to tím spíše pokud maximálních hodnot dosahujeme i při horizontálním letu.
Výhodou chlazení vzduchem je jeho jednoduchost a vpodstatě bezůdržbovost ve spojení s obrovskou spolehlivostí a bezporuchovostí na rozdíl od možných poruch chladícího systému vodních motorů. Nevýhodou je jeho větší hmotnost (chladící žebra a plechy okolo motoru) a větší náročnost na prvotní precisní konstrukční provedení. Motor je značně oplechován a utěsněn v chladícím prostoru kapot a důsledkem je vyšší náročnost na sesazení celého systému bez konstrukčních chyb. Ale to je pouze o poprvé, jak je jednou systém chlazení vzduchem hotov není se třeba o něho obávat.
Tak a nyní se podíváme jak dosáhneme efektivního a účinného chlazení VW motoru. Jak je jistě jasné pro chlazení motru vzduchem je nutné poměrně velké množství chladícího vzduchu které musíme motoru zajistit. V první řadě se budeme věnovat motorům které jsou celé ukryty pod kapotou v draku letadla. Je to paradoxní ale takovéto motory jsou, v případě správného provedení, chlazeny daleko lépe nežli motory,kterým válce vyčuhují otvory v kapotách do boků vystaveny okolnímu vzduchu a nejsou nijak zakapotovány nebo vybaveny deflektory.
Co je tedy základem pro správné chlazení těchto motorů? - Dostat potřebné množství chladícího vzduchu tam kam pořebujeme, docílit toho aby vzduch putoval kudy má správnou rychlostí a po naakumulování tepla z motoru bez zbytečného otálení naše letadlo opustil a uvolnil prostor dalšímu objemu chladícího vzduchu. Chlazení u VW motoru je proto řešeno tak, že pomocí náporových otvoru v pření části kapoty dodáme tlakový studený vzduch do prostoru v kapotě nad motorem a pomocí přídavných kapotek a krycích plechů ho donutíme proudit přes motor pouze místy k tomu určenýmy do odděleného prostoru pod a za motorem, odkud je teplý vzduch vysáván proudem okolního vzduchu vhodně řešeným otvorem ve spodní kapotě mimo letadlo.
U motorů VW jsou proto v místch určených pro chlazení vzduchem vytvořena chladící žebra. Jsou to žebírka na válcích, hlavách spodku olejové vany a v chladiči oleje. Tyto žebírka zvětšují činou plochu pro styk s chladícím vzduchem. Přes tyto místa musíme zajistit proudění vzduchu v dostatečné míře a bez zbytečných ztrát. Hodně lidí se diví, když vidí konkrétně můj motor, jak je chlazena kliková skříň když je to celý zakrytý. Odpověď je jednoduchá- olejem, ten chladí komplet klikovou část motoru a ještě pomáhá chlazení hlav válců a sám olej je dochlazován olejovým chladičem a spodní, žebrovanou částí klikové skříně.
Takže důležité je propasovat co největší množství vzduchu přes tato místa a to bez ztrát které by způsobylo proudění někudy jinudy. Docílíme toho tím, že prostor nad motorem umístěným v kapotě striktně oddělíme od prostoru pod ním a za ním. Provádí se to pomocí přepážek z tenkého plechu ktré je nutné vyrobit a natvarovat tak, aby co nejpřesněji kopírovaly tvar kapoty a motoru okolo kterých prochází. Při výrobě přepážek si šablony vytvoříme z kartónu. K dotěsnění finálních dosedacích hran mezi kapotou a přepážkami použijeme pásy žáruvzdorné pryže kterou nanýtujeme na hrany přepážek tak aby její vnější rozměry byly cca o 5-6 mm větší než rozměry kapot a po sesazení ji ohneme proti směru náporového vzduchu, je to důležité protože náporový vzduch bude gumu přitlačovat ke kapotě a nedovolí její odchlípnutí a tím ztrátu objemu náporového vzduchu. K samotnému motoru plechové přepážky přichytíme ke stávajícím šroubům a dotěsníme silikonem. Námi vytvořené přepážky musí dosedat ke kapotě jak za motorem, tak okolo něj a i k předku kapoty. V předních partiích motorů bývá nejvíce chyb v utěsnění a vznikají tak velké ztráty. Pomocí těsných gumových průchodek a pomocí silikonu pečlivě utěsníme i otvory v přepážkách pro kabely, ovládací bovdeny apod. Musíme si uvědomit , že malá skulina nic neznamená ale v součtu nám mohou netěsnosti vytvořit ztrátový průřez o netušených rozměrech. Tímto máme oddělen prostor nad motorem a pod ním a tím zajištěnu nutnost procházení chladícího vzduchu pouze přes válce a hlavy motru, olejový chladič a ne okolo nich.
Těď je ještě nutné donutit chladící vzduch aby celý jeho objem, který nám již proudí přes žádaná místa také obtékal v maximální možné míře co největší plochu chladících žeber válců. V oddělené části nad motorem to není problém, tam dodáváme náporový studený vzduch přímo na horní polovinu válců, ale co s dolní polovinou válců v části pod motorem? Tam má chladící vzduch velkou rychlost a hlavně expanduje do spodního prostoru přímo a nechladí nám dobrou čtvrtinu obvodu válce. Napravíme to tak, že na válce vyrobíme plechové kryty, které kopírují jejich povrch a jsou nasazeny zepředu na přední válec a vzadu na zadní válec a staženy kovovým páskem. Pozor- kryty musí na žebra válců dosedat co nejtěsněji hlavně u krajních žeber, je možné to dohnat silikonem, zde bývá také mnoho chyb a ztrát chladícího vzduchu. Co do umístění tvoří kryty asi 1/3 obvodu válce. tím donutíme vzduch aby v přední části předního válce a v zadní části zadního válce proudil pouze přes chladící žebra. Ještě je mezi přední a zadní válec na jejich spodní stranu nutné umístit plechovou přepážku která donutí vzduch proudit okolo válců rovnoměrně mezi nimi. Mezera mezi kryty válců a spodní přepážkou je asi 15-20 mm. To je dostačující. Přepážky odělující horní a spodní prostor dotěsníme ke krytům válců žáruvzdornou gumou nebo silikonem. Tím máme docíleno aby vzduch proudil okolo celého povrchu válců.
Další věcí která nás bude zajímat je kapota motoru. Kapota jednak tvoří součást aerodinamického celku draku ale současně nám u vzduchem chlazených motorů přispívá ke správnému přístupu vzduch k motoru. Je třeba vytvořit kompromis mezi vnějším tvarem a co největším objemem náporového vzduchu nad motorem. Je dobré aby objem prostoru teplého vzduchu za motorem byl aspoň 2-3 x větší než prostor studeného vzduchu nad motorem. studený vzduch se po ohřátí od motoru roztahuje a bránil by řádnému proudění vzduchu přes motor. Jak již bylo zmíněno, spáry mezi kapotami a přepážkami musí být dokonale utěsněny. VW motory potřebují pro chlazení protlačit přes chladicí žebra cca 1000 L vzduchu za minutu o tlaku cca 500kPa. Tomu odpovídají vstupní otvory kapoty o celkovém průřezu cca 800 cm2. Rozměry jsou převzaty z instalační příručky motorů Limbach. Velmi doporučuji horní hranu vstupních otvoru kapoty vytvarovat do profilu. Zamezí se tak víření uvnitř kapoty a tím snížení efektivního průřezu vstupních otvorů. Dále je nutné horký vzduch od motoru obsažený v dolní části kapot účině odvádět mimo letadlo. Dosáhneme toho vhodně řešeným výstupním otvorem kapoty. Jeho návrh není jednoduchý a záleží na něm více než na vstupních otvorech. měl by mít minimálně 2x tak velký průřez jako vstupní otvory. Vstupní otvory mohou být velké jako kolo od vozu ale pokud nám nebude teplý vzduch účině odcházet tak vytvoří doslova špunt a chladící vzduch nebude proudit přes motor. Nejůčinější ale také nejpracnější typ výstupního otvoru je v podobě půlkruhu na spodní části kapoty s tětivou rovnoběžnou s motorovou přepážkou. Na půlkruhové náběhové hraně otvoru MUSÍ !!! být vytvořena cca 10 - 20 mm vysoká asi 30° zešikmená hranka po cellém obvodu půlkruhu. V ploše půlkruhu musí být příčně umístěno cca 6 žebírek se sklonem cca 45° po směru letu, které jsou v ideálním případě seřiditelné z kabiny pro možnost regulace teploty motoru. Tento celek funguje jako fixírka a velmi účině odsává teplý vzduch z kapot. jeho výhodou je minimální odpor okolnímu vzduchu díky tomu , že prakticky nevystupuje nad povrch draku. Další možnou, konstrukčně jednodušší variantou je provedení kapsy vystouplé mimo linii spodní kapoty motoru. Pro výstupní obdélníkový otvor kapsy platí pravidlo , že jeho průřez by mel být minimálně 2 x větší než vstupní otvory a měl by mít sklon cca 15°po směru letu. Provedení výstupního otvoru se sklonem 90° k ose letadla není ideální, protože za ním dochází k víření a snížení účinnosti chlazení. Dále je důležité aby do prostoru pod motorem nebyl veden žádný náporový vzduch. Docházelo by tím k vyrovnávání tlaků nad a pod motorem a opět ke ztrátě účinnosti chlazení. Proto je nutné vytvořit otvory v kapotě například pro výfukové potrubí co nejpřesněji s co nejmenší spárou mezi potrubím a kapotou nebo tyto otvory opatřit deflektory pro zabránění vnikání vzduchu pod motor.
Všechny popsané úpravy chlazení jsou aplikovány na mém motoru Limbach 1700 E0. Dosahuji s nimi velmi dobrých výsledků, to jest max 180°C na hlavách při stoupání, v cestovním režimu 160-165°C. Olej cca 90°C. Těchto teplot dosahuji v rozmezí okolních teplot od -10 do + 35°C. V tomto rozsahu teplot jsou změny v dosahovaných teplotách prakticky neměřitelné. Pouze je znatelná rychlost ochlazování motoru v zimním období, kdy musím na sestupu plně uzavírat výstupní otvor vzduchu. Jinak v běžných podmínkách do 25°C létám s výstupním otvorem vzduch otevřeným na cca 1/3, v 35°C je otevřen na 3/4. Pri vzletu v jakýchkoliv podmínkách otevírám žaluzie naplno. Podklady k úpravám jsem čerpal z provozních příruček k motoru Limbach kde je problematika chlazení těchto motorů popsána zobecněnou formou pro použití na různých typech letadel., dále z internetu od lidí ,kteří motory mají a chlazení jim funguje na této bázi bez problémů.
V poslední řadě je třeba si uvědomit, že chlazení vzduchem je tím účinnější čím letíme rychleji protože náporový tlak chladícího vzduchu roste s rychlostí geometricky. Proto je třeba dobré prvotní i velké stoupání po staru upravit na menší stoupání a rychlejší let. Diky této malé změně úhlu a rychlosti nabíhajícího vzduchu do náporových otvorů bude chlazení účinnější. Dodržujte předepsané režimy motoru. Ve stoupání stahněte plný plyn na hodnotu kdy lehonce poklesnou otáčky motoru, to je režim největší účinnosti motoru a neměníte palivo které teče do motoru pouze na teplo které neuchladíte.
Závěrem je dobré si uvědomit, že všechny tyto úpravy jsou funkční pouze u dobře fungujícího a seřízeného motoru. Neseřízený motor bude mít problémy s teplotami i přes dokonalé provedení chlazení. VW motorry jsou velmi spolehlivé a odolné motory pokud dodržíte základní pravidla jejich provozu. Ano jsou to motory více o úkonech ale za to mají krásný zvuk a je to klasika jak má být. V čechách rozšířená averze k těmto motorům pramení z toho že většina lidí o nich moc neví nebo není ochotná si informace zjistit a také je dodržovat.
Pokud mi čas dovolí tak o víkendu nafotím obrázky celého systému a přidám je na stránky.
