Honda K20A Turbo - Italians do it better...

[Maverik]

Un appunto sull'ALS : benchè possa essere settato in centralina in concomitanza con il full throttle shift, in una gara drag l'ALS non lavora.
L'ALS entra in funzione solo quando il pedale del gas viene rilasciato, ma se usiamo il flat shift questo non accade mai.
ALS, flat shift e launch sono 3 sistemi concettualmente simili che servono a fare 3 cose diverse.

Quello che dici è corretto, però per ALS intendevo in generale un sistema per evitare il calo di pressione del turbo durante i cambi marcia.

Comunque nel nostro caso il flat shift (cambio marcia senza chiudere il gas) che ha anche funzione di ALS (in quanto ritarda l'accensione e incrementa la quantità di combustibile iniettato) viene azionato da un microswitch quando si preme la frizione.
Volendo si potrebbe cambiare anche senza premere la frizione, in tal caso flat shift e ALS possono essere azionati da un microswitch posto sul volante o sulla leva del cambio.

[Maverik]

....La coppia massima come si vede dal grafico è circa 700Nm...
Poi ricordiamoci che tra potenza e coppia esiste la seguente relazione Potenza = Coppia x Velocità angolare
Ossia la Potenza è proporzionale alla Coppia per il Numero di giri/min, non capisco cosa non vi torna dal grafico...

I grafici coppia-potenza di due tra i migliori motori di Formula 1 dell'era turbo:

- Honda RA167E (742 Kw=1010 HP a 12.000 giri/min, 664 Nm a 9.800 giri/min, 3 bar di sovrapressione)

- Honda RA168E (504Kw=685 HP a 12.500 giri/min, 424 Nm a 10.000 giri/min, 1.5 bar di sovrapressione)

...Non avevano molta coppia in valore assoluto, ...siamo più o meno a livello di un buon turbodiesel stradale con la centralina rimappata, ....ma poichè quella coppia era ottenuta ad un regime di rotazione alto, erano POTENTI!

...i 700 Nm a 7500 giri/min dell'Honda K20A turbo, non sono così male.

[Maverik]

Verso la fine del 2007, mi venne chiesto di sviluppare una nuova versione del kit turbo (la release 3) per poter utilizzare i nuovi turbocompressori twin scroll che si stavano diffondendo nel mercato americano. Questo avrebbe permesso di migliorare il comportamento del motore nei transitori ed estendere il campo di utilizzazione a parità di potenza massima erogata.
Inizialmente il kit era stato pensato per poter competere nelle gare di accelerazione dove utilizzando i nuovi turbocompressori della Borg Warner si potevano raggiungere potenze dell’ordine di 1000 HP alla ruota, poi ci si rese conto delle ottime potenzialità anche nelle gare in circuito tipo time attack.

Fasi dello sviluppo del collettore di scarico
(le immagini per ovvi motivi di protezione sono state alterate nelle proporzioni)

[Maverik]

Poiché i test potevo svolgerli solo su strada, sviluppai una prima versione stradale.
Inizialmente pensai di utilizzare il nuovo turbocompressore Borg Warner S300X 83-75 che aveva una portata sufficiente per quasi 700 Hp, poi non riuscendo a reperirlo in tempi brevi, ripiegai sull’ottimo Garrett GT3582R abbinato ad una chiocciola di scarico Twin Scroll custom che sulla carta aveva una risposta molto simile al Borg Warner S300X 83-75, ma con una portata leggermente inferiore (circa 650 HP).

[KeTaMiNa]

ma in questa foto avevi crepato il collettore di scarico?

[Maverik]

ma in questa foto avevi crepato il collettore di scarico?

..nooo! Il taglio nella flangia è stato fatto appositamente per compensare le diverse dilatazioni termiche di collettore e testata e quindi per fare in modo che non ci siano forze eccessive sui bulloni che tengono il collettore e sulla superficie tra collettore e testata.

[KeTaMiNa]

grazie per la precisazione

[victorpapa]

Maverik complimenti innanzi tutto per il tuo lavoro

Vorrei chederti sperche' hai scelto di posizionare la girante così distante dalla testa allungando molto i collettori di scarico rispetto alla classica architettura "Ramhorn"

Questione di gestione degli spazi o precisa scelta tecnica?

[Maverik]

Maverik complimenti innanzi tutto per il tuo lavoro

Vorrei chederti sperche' hai scelto di posizionare la girante così distante dalla testa allungando molto i collettori di scarico rispetto alla classica architettura "Ramhorn"

Questione di gestione degli spazi o precisa scelta tecnica?

Questa è una domanda mooolto cattiva!!! (ma grazie per i complimenti)

Allora, ...un collettore di scarico per un motore turbocompresso si può fare in tanti modi e tutti funzionano! ...nel senso che alla fine si riesce sempre a far girare il turbo, infatti se fai in modo che i gas di scarico di ciascun cilindro confluiscono tutti all’ingresso della turbina, avrai raggiunto sicuramente il tuo scopo.
Ma allora perché scomodare la termodinamica, la FEM (analisi agli elementi finiti) e la CFD (fluidodinamica computazionale)? Perché vogliamo che il motore oltre a funzionare, funzioni qualitativamente bene e possibilmente come piace a noi.

La lunghezza dei condotti è CALCOLATA, mentre il posizionamento del turbo è in questo caso vincolato da motivi di spazio.

Una configurazione tipo RamHorn era molto difficile da realizzare soprattutto per il poco spazio a disposizione. Tieni conto che si è scelto di realizzare un collettore per turbo twin scroll, questo vuol dire che il condotto 1 va accoppiato col 4 ed il condotto 2 col 3, i condotti devono avere la stessa lunghezza per fare il modo che gli impulsi arrivino in turbina sincronizzati, servono due condotti per la/le wastegate, ecc. ecc.

La configurazione tipo SideWinder adottata in questo caso ha permesso di utilizzare turbocompressori di generose dimensioni (è possibile montare anche un Borg Warner S372 o un Garrett GT42RS), condotti regolari ed un buon posizionamento delle wastegate, ma alla fine si sono fatti comunque i salti mortali con gli spazi.

La lunghezza dei condotti va sempre calcolata perché si deve tenere conto del funzionamento prevalentemente ad impulsi di questo tipo di turbocompressore, perché i condotti devono avere la stessa portata (di gas di scarico ..e di calore), perché si vuole ridurre al minimo il riflusso all’interno dei cilindri e ridurre al minimo la contropressione allo scarico, ecc. ecc.

[victorpapa]

lungi da me il voler essere cattivo

Solo mi domandavo quali effetti potesse avere sul rendimento della turbina il posizionamento cosi' a valle soprattutto in termini di raffreddamento del flusso dei gas di scarico che arriva alla girante. Forse uno schermo/ coibentazione dei collettori fino alla girante avrebbe effetti benefici sul mantenimento di energia del flusso, nonche' sul surriscaldamento del vano motore.

Mi rendo conto che il posizionamento retroverso del k20 complica molto le cose per via degli spazi davvero angusti che non lasciano molto margine di manovra

[Maverik]

lungi da me il voler essere cattivo

Solo mi domandavo quali effetti potesse avere sul rendimento della turbina il posizionamento cosi' a valle soprattutto in termini di raffreddamento del flusso dei gas di scarico che arriva alla girante. Forse uno schermo/ coibentazione dei collettori fino alla girante avrebbe effetti benefici sul mantenimento di energia del flusso, nonche' sul surriscaldamento del vano motore.

Mi rendo conto che il posizionamento retroverso del k20 complica molto le cose per via degli spazi davvero angusti che non lasciano molto margine di manovra

A piena potenza, i gas di di scarico in un motore turbo di questo tipo vengono prodotti in grandi quantità e si muovono ad una velocità molto elevata. Data la distanza relativamente breve tra valvola di scarico e turbina, il tempo a disposizione dei gas di scarico per cedere calore al collettore e successivamente all'esterno è moolto breve. Considerando che i condotti di scarico in questo caso sono molto spessi (3-4 mm), il calore ceduto all'esterno è trascurabile. Questo non vuol dire che il collettore non si riscalda...
In alcuni casi il collettore viene fasciato con delle bende isolanti, oppure viene ricoperto da uno strato di isolante ceramico, ma questo serve più che altro a tenere basse le temperature del vano motore. Comunque le temperature in ingresso turbina in questo tipo di collettore possono superare i 900 gradi C...
Il discorso è un po differente per i motori aspirati dove geometria e spessori del collettore sono diversi e così pure gli altri parametri in gioco.

[victorpapa]

lungi da me il voler essere cattivo

Solo mi domandavo quali effetti potesse avere sul rendimento della turbina il posizionamento cosi' a valle soprattutto in termini di raffreddamento del flusso dei gas di scarico che arriva alla girante. Forse uno schermo/ coibentazione dei collettori fino alla girante avrebbe effetti benefici sul mantenimento di energia del flusso, nonche' sul surriscaldamento del vano motore.

Mi rendo conto che il posizionamento retroverso del k20 complica molto le cose per via degli spazi davvero angusti che non lasciano molto margine di manovra

A piena potenza, i gas di di scarico in un motore turbo di questo tipo vengono prodotti in grandi quantità e si muovono ad una velocità molto elevata. Data la distanza relativamente breve tra valvola di scarico e turbina, il tempo a disposizione dei gas di scarico per cedere calore al collettore e successivamente all'esterno è moolto breve. Considerando che i condotti di scarico in questo caso sono molto spessi (3-4 mm), il calore ceduto all'esterno è trascurabile. Questo non vuol dire che il collettore non si riscalda...
In alcuni casi il collettore viene fasciato con delle bende isolanti, oppure viene ricoperto da uno strato di isolante ceramico, ma questo serve più che altro a tenere basse le temperature del vano motore. Comunque le temperature in ingresso turbina in questo tipo di collettore possono superare i 900 gradi C...
Il discorso è un po differente per i motori aspirati dove geometria e spessori del collettore sono diversi e così pure gli altri parametri in gioco.

davvero ben fatto

[Maverik]

Basandomi sulle esperienze fatte precedentemente, decisi di rinforzare alcune parti del motore...

Il rapporto di compressione è stato portato a 10:1 mediante l'utilizzo di pistoni stampati decompressi. Il diametro dei pistoni è rimasto standard (86mm).




Le canne dei cilindri sono state "levigate" per correggere i giochi dei nuovi pistoni
e naturalmente è stato aggiustato anche il gioco delle estremità delle fascie




Le bielle sono state sostituite con altre più robuste:
la biella a sinistra è quella Honda OEM, la biella centrale è una Pauter, metre la biella a destra è una Manley.
Sia le bielle Pauter che le Manley hanno i bulloni in acciaio ad altissima resistenza di diametro maggiorato e vengono adottate su motori da 1000+ HP.
Notare la diversa forma del fusto e la diversa soluzione adottata per rinforzare la testa ...occhio a dove Manley ha aggiunto materiale: se vi capita di vedere un'analisi FEM di una biella, apparirà molto evidente perchè il materiale è stato aggiunto proprio in quelle zone...



... in particolare sul mio motore ho adottato pistoni Wiseco e bielle Manley

[Lucky]

le canne del monoblocco che selezioni avevano?

io ho montato i pistoni wiseco mantendendo il diametro 86mm ma non ripreso le canne perche erano perfette (il monoblocco aveva 20k km) e dalle misure rilevate i giochi erano gia giusti con quello richiesti dalle specifiche wiseco!

[Maverik]

le canne del monoblocco che selezioni avevano?

io ho montato i pistoni wiseco mantendendo il diametro 86mm ma non ripreso le canne perche erano perfette (il monoblocco aveva 20k km) e dalle misure rilevate i giochi erano gia giusti con quello richiesti dalle specifiche wiseco!

Il mio monoblocco aveva circa 26-27.000 Km e le canne erano in condizioni perfette. La selezione stampata nel monoblocco era A A A A. Misurando il diametro dei pistoni con il micrometro ed azzerando l'alesametro con quella misura, ho trovato che il gioco tra i nuovi pistoni e le canne non era sufficiente: il gioco era attorno 3-4 centesimi, mentre per la mia applicazione doveva essere almeno 5-6 centesimi.
Stesso discorso per le fascie: una volta inserite nella canna e messe in squadra, il gioco tra le punte non era sufficiente, così ho provveduto a sistemare il gioco a 0.4mm per la prima fascia e 0.5mm per la seconda.

[Ernest]

E' meglio che ne usciamo e continuiamo a parlare di questa trasformazione che è interessante.
A difesa dei puristi (ma non di quelli per partito preso sia chiaro) un motore turbo, seppur efficente come il K20, non può dare il feeling e la "connessione" di un aspirato.

..come promesso, parliamo di dati ...poi commentiamo.



Il grafico mostra dei dati raccolti negli USA con un banco frenato Dynapack (http://www.Dynapackusa.com).
I valori sono stati normalizzati secondo il metodo SAE.
Le linee tratteggiate mostrano i valori di coppia e potenza ottenuti ad una pressione di sovralimentazione di massima di 15 psi (circa 1 Bar), mentre le linee continue rappresentano i valori ottenuti a 25 psi (circa 1.7 Bar).
Nella prova a 25 psi la pressione di sovralimentazione tendeva a scendere dopo i 7000 giri/min (il compressore non ce la facceva più..) mentre il duty cycle degli iniettori ha raggiunto il 92% con una pressione di riferimento di 4 bar.
Queste prove sono state ottenute con una configurazione praticamente uguale a quella che ho indicato precedentemente. Il file di calibrazione della centralina Hondata K-Pro utilizzato per la prova a 15 psi è una copia di quello che ho creato durante le prove svolte in Italia, mentre la calibrazione a 25 psi è stata ottenuta utilizzando come base la calibrazione a 15 psi.
Per la prova a 15 psi è stata utilizzata della benzina PREMIUM del distributore a 93 ottani (RON+MON)/2, mentre per la prova a 25 psi è stata utilizzata della benzina speciale tipo C16 a 117 ottani (ROM+MON)/2.
Quando sono stati fatti questi test, quel motore aveva circa 65.000 miglia (circa 104.000 Km) ed ha girato al banco per un tempo equivalente a 5.5 ore in continuo.

scusa se te lo chiedo ma il grafico è un pò inpreciso, non sono direttamente i grafici usciti dal programma del banco frenato vero? li hai ripassati con qualche programmino?

[Maverik]

scusa se te lo chiedo ma il grafico è un pò inpreciso, non sono direttamente i grafici usciti dal programma del banco frenato vero? li hai ripassati con qualche programmino?

I valori numerici prodotti dal sistema di acquisizione del banco sono stati importati in un apposito software per trasformarli in formato grafico. Questo è stato fatto allo scopo di facilitare la lettura ed il confronto dai dati.

Cosa intendi per grafico un pò inpreciso? Mi puoi fare un esempio riferito a questo grafico in particolare?

[Maverik]

Anche la testa ha subito qualche lavoretto di affinamento:




Prigionieri ARP e guarnizione testa Honda:



Montaggio della testa..



Montaggio del collettore di scarico..



Motore completo pronto per i primi test.

[typer558]

ma sulla testata monti le doppie molle interne gialle/rosse?

ps
quei due scarichi bendati che vanno a finire nei fori praticati sul cofano cosa sono? una dovrebbe essere lo sfiato della valvola pressione e l'altro?

[Maverik]

ma sulla testata monti le doppie molle interne gialle/rosse?

ps
quei due scarichi bendati che vanno a finire nei fori praticati sul cofano cosa sono? una dovrebbe essere lo sfiato della valvola pressione e l'altro?

Utilizzo le doppie molle per le valvole..

I due scarichi esterni bendati, sono relativi alle due wastegate del turbo twin scroll (vedi penultima immagine).