Vývoj a výroba leteckého motoru | konverze automobilového řadového motoru VW 1.4 16v 74kW

 Co Vás může potkat, rozhodnete-li se pro konverzi automobilového motoru do ultralehkého letadla.

 Delší dobu jsem přemýšlel, jaký motor bych si namontoval do svého „hodného“ hornoplošného letadla tak, aby splňoval tyto požadavky: aby byl levný, dostatečně výkonný, dostupný na náhradní díly a servis a aby nebyl těžký.  Něco jako Rotax 912 100 Hp, ale nechtěl jsem utratit 200 tisíc korun za použitý motor s velkým náletem a ještě 50 tisíc za montáž do letadla. Nebo kolem 450 tisíc za nový letecký motor s montáží a záletem.

Doplňující podmínky byly: vysoký stupeň komprese kolem 1 : 10, nízký obsah do 1,6 l, nízká spotřeba do 15 l za hodinu a možnost zvýšit krátkodobě výkon motoru pro vzlet kolem 110 koní, nejlépe přepínačem k řídící jednotce. Podmínkou bylo použití běžně dostupného automobilového benzínu o oktanovém čísle 95 ne vyšším.

Konstrukční podmínky pro montáž do mého letounu byly poněkud specifické. Chlazení vodou, protože jsem chtěl dát chladič na motorovou přepážku, kde chladič působil i jako radiátor topení při otevření jednoduchých suvných dvířek (tak jak to bylo původně, což se osvědčilo).

S tím spojený přetlakový systém chlazení umožňuje při vyšším tlaku chladicí kapaliny, že čistá voda začne vřít až při 107 °C, a pokud se přidá vhodná směs, bod varu této tekutiny se přiblíží k 115-120 °C. To je výhodné, protože nedojde k vyvaření směsi při odběru velkého výkonu z motoru při startu a vysokých teplotách. Také jsem chtěl, aby při letu v zimě nezamrzl karburátor, neboť na Vysočině je skoro půl roku zima.

Při úvahách o tom, který motor zvolit, jsem nakonec dospěl k motoru VW používaném v českých autech Škoda Fabia 1,4 (16 ventilů, 74 kW, tedy 101 koní). Plusem bylo, že má pětkrát uloženou klikovou hřídel a kované T písty z kvalitnější slitiny než běžné motory. Navíc je tento motor možno přečipovat na 116 koní při zvýšení krouticího momentu o osm procent. 

Trochu jsem měl obavy z řídící jednotky a elektroniky, což se později potvrdilo. Dalším plusem bylo, že základ tohoto motoru je uvažován pro motory TSI. Tedy by bylo možno přidat i turbodmychadlo s nižším plnícím tlakem.

 Zvýšení výkonu motoru  na MAXIMAL POWER
Tato modifikace je určena pro všechny, kteří mají rádi výkon a rychlost. Modifikací lze dosáhnout maximálního výkonu vozu, stále však s ohledem na jeho životnost, zvýšení citlivosti pedálu plynu, posunutí maximální rychlosti a maximálních otáček. Výrazně vyšší výkon již ve spodním rozsahu otáček, pružnější akcelerace. Prostě maximum bez dalších úprav, které je však bezpečné pro motor. Spotřeba zůstává na původní úrovni, v případě velmi razantní jízdy může lehce stoupnout. Více informací...

Výkon před úpravou:

74 kW / 101 PS / 126 Nm

Nárůst výkonu:

+ 11 kW / + 15 PS / + 10 Nm

Nárůst výkonu až o 15 % a kroutícího momentu až o 8 %
Spotřeba zůstává, při razantnější jízdě může lehce stoupnout.


Graf výkonu a krouticího momentu VW 1,4 16 ventilů 74 kW (Vidíte tu podobnost s Rotax 912S?)

Dal jsem se tedy do shánění motoru. Nakonec jsem ho sehnal v inzertním časopisu Annonce za 14 tisíc Kč. Motor byl bez výfuku, tedy bez dvou lambda sond a s kompletní kabeláží bez řídící jednotky. Postupně, asi během měsíce, jsem dokoupil řídící jednotku za 2 500 Kč, první díl výfuku i s lambda sondou a i s kusem výfuku s druhou sondou za další 2 000 Kč.

Měl jsem tedy kompletní motor, a protože jsem se v něm nechtěl šťárat sám bez potřebného vybavení a znalostí dal jsem ho na prohlédnutí a výměnu opotřebovaných dílů do autorizovaného servisu Škoda. Uvedl jsem, že chci mít motor absolutně v pořádku a vyzkoušený na stolici a udělaný včetně kabeláže, abych se mohl zabývat už jen reduktorem.

To jsem neměl dělat. V servisu se důkladně zabývali motorem, rozebrali ho, přetěsnili ho, vyměnili rozvody, napínací kladky, překontrolovali hlavu. Pak zkoušeli motor na stojanu, který jsem jim dodal a který imitoval motorové lože. Ale ouha! Nešlo jim to, neuměli to a průvodní jevy byly přehřívání výfuku do červena nebo nestabilní chod v nízkých otáčkách.

Přestože motor stále diagnostikovali, vyměňovali díly jako na běžícím páse. Stále tvrdili, že to či ono čidlo je špatné, popř. řídící jednotka. Musel jsem jim sehnat odborníka z Mladé Boleslavi na řídící jednotky a domluvit s ním schůzku v servisu. Tento technik sesouhlasil řídící jednotku s motorem a přístrojovou deskou, která má svou vlastní řídící jednotku. I tak motor nechodil úplně dobře.

Motor byl v servisu přes půl roku! Faktura se vyšplhala na 90 tisíc a výsledek nikde! Sám bych to už asi měl dávno hotové, i kdybych se musel naučit dílenskou příručku a pracovat s diagnostikou.

Rozhodl jsem se tedy, že si motor odvezu k firmě, která dělá závodní úpravy Škodovek. Tam mi doporučili malinkou rodinnou firmičku s garáží v rodinném domku místo dílny a notebookem místo testovacího přístroje. Ale dal jsem na radu bývalého závodníka…

A to se vyplatilo! Po méně než týdnu,  jsem si přijel pro svůj motor a šel! Ó jak nádherně šlapal… To byla rajská hudba! Nepřehříval se. Do otáček šel. Omezovač fungoval. Kabeláž pěkně smotaná a předpřipravená do letadla. Jedna báseň. Cena? Patnáct tisíc. Tehdy jsem se rozhodl, že kvůli životnosti motoru a kvůli tomu, co mne to stálo, nenechám motor přečipovat na vyšší výkon.


Reduktor motoru

Začal jsem uvažovat, jak udělat reduktor a v jakém poměru, tak aby byl co nejlehčí, ale zároveň pevný. Věděl jsem, že motor má elektronický omezovač na 6 500 ot/ min, ale tak hodně jsem ho kvůli životnosti točit nechtěl.

Nejlepší krouticí moment 126 Nm má při 4 500 otáčkách, což jsem potřeboval využít pro cestovní rychlost. Věděl jsem, že vrtuli smím točit maximálně na 2 750 otáček, protože pak konce listů přichází k rychlosti 0,75 M a pak už ztrácí vrtule účinnost a nehorázně řve. Potřebuji co nejtišší provoz vrtule.

Samotné lože reduktoru jsem původně uvažoval udělat z kusu duralu. Ve stejné době kamarád pracoval na stejném motoru s nižším výkonem, který uvažoval na svoji tříkolku k rogalu. Sešel jsem se s ním a prokonzultovali jsme své návrhy. Mně přišlo, že je lepší použít ozubené řemeny, jemu klínové. Ale on již měl návrh reduktoru spočívající ve využití skříně převodovky a plechových výpalků hotový.

Slovo dalo slovo a výpalky, které měl jako zmetkové, mi věnoval a já z nich udělal reduktor. Připadlo mi to rychlejší – už jsem chtěl lítat s novým výkonným motorem. Skříň převodovky nešla sehnat, musel jsem koupit celou převodovku za 4 000 Kč.


 Převodová skříň s výpalky

Vypočítal jsem si ideální převodový poměr 1 : 2,33 a ten jsem také použil s drobnou modifikací, protože jsem chtěl lineární příčně ozubené řemeny PolyChain od firmy Gates, které přenášejí až o sto procent vyšší výkon než konkurence. To se projevilo bohužel v ceně. Takový řemen stojí okolo 9 tisíc Kč.

Navrhl jsem si také rozteč řemenic a přenášený uvažovaný výkon 160 HP a vše předal ke zpracování firmě, která to měla udělat. Ta to udělala špatně v tom smyslu, že spodní řemenice měla větší průměr kvůli výpočtovému opásání a opotřebení.

Tak se stalo, že horní řemenice na vrtulovém náboji nebylo možno dopnout a byla výrazně mimo podélné osy letadla. Nechal jsem je to přepracovat. Konečná cena za dvě řemenice a řemeny byla 25 tisíc. Musel jsem také nechat udělat primární hřídel na uchycení řemenice z kvalitní hřídelové oceli s patřičným metalurgickým zpracováním, což nebylo levné – vyšla na 9 000 Kč.

Po složení motoru s ořezanou skříní převodovky a posvařovaných výpalků tělesa reduktoru jsem musel nechat vyrobit ještě duralový excentr na můj původní excentr, protože díra ve výpalcích byla příliš velká. Cena 1 500 Kč. Motor s reduktorem a vrtulí jsem odvezl na stojanu za dům, ukotvil ho do země popruhy a kotvami a ještě pro jistotu přivázal za své auto.

Po zabíhacím režimu jsem uznal, že má-li mne to spolehlivě nést k obloze, je třeba udělat zátěžový test. I nechal jsem běžet motor na plno. Asi po hodince přiběhl místostarosta naší obce s tím, že se po obci roznáší nelibý zvuk a vyzval mě k ukončení činnosti.

Nedalo se neuposlechnout! V tu chvíli jsem si uvědomil, že každý druhý obyvatel v naší vsi je myslivec vlastnící brokovnici a každý první občan má doma kosu nebo vidle. Vidina valícího se ozbrojeného procesí nahoru na konec vsi ke mně na zahradu mi opravdu naháněla strach. Nakonec jsem poděkoval místostarostovi za upozornění a slíbil, že již motor zkoušet za domem nebudu.


Zastavěný motor VW 1,4 (16 ventilů, 74 kW) v draku Yetti J-03

Motor jsem musel odvést dva kilometry od vesnice na své "letiště" a tam motorovou zkoušku trvající čtyři hodiny dokončit. Poté jsem si byl jist, že je motor dostatečně spolehlivý a mohl jsem ho namontovat do připraveného motorového lože a navěsit v garáži na drak. Ono to není úplně jednoduché, předcházely tomu dvoudenní výpočty vyvážení a zjišťování vybočení osy motorů - lépe osy vrtule u jednotlivých typů letadel. Nakonec jsem po několikeré zpětné kontrole uznal, že jinak to nemůže být a vše zkompletoval a zastavěl.

Vrtule na míru.

Nechal jsem si u pana Rudolfa Wollnera udělat dvoumetrovou dvoulistou dřevěnou vrtuli na míru na 110 koní (počítal jsem s přečipováním). Nechal jsem motor i s vrtulí při různých režimech běžet při otevřeném motorovém krytu na zemi. Motor s vrtulí se nedotáčel k maximálním uvažovaným 6 tisícům otáčkám, protože byla mírně hrubší a mírně větší, ale protože jsem stále koketoval s přečipováním, tak mi 5 200 otáček jako maximum na zemi nevadilo. S vrtulí jsem byl spokojen.

Při motorovém testu s vrtulí na letišti jsem musel občas něco posunout, tu dotáhnout, tu něco předělat, tam zajistit. Nakonec se vše podařilo. Motor seděl v loži, jak měl, nikde se nedotýkal ničeho, hadice a kabeláž byly dostatečně daleko výfuku, motor dobíjel, nevibroval… Prostě vše tak, jak má být.

Odtučňovací kůra.

Bohužel později se ukázalo, že celkově letoun nesplňuje požadavky na váhu. Tak bylo potřeba vyhodit veškerou nepotřebnou avioniku, jako např. umělý horizont, měnič 12/28 V, měnič 28/36 V, rádio, GPS, nepotřebné a staré kabeláže, světla a další. Motor musel být svěšen do garáže na odtučňovací kůru, což znamenalo vyhodit 7kg alternátor s řemenicí a řemenem a nahradit ho motocyklovým alternátorem, přidělaným přímo na klikovou hřídel. Vyhodit starý reduktor, což představovalo vyhodit převodovkovou frému, vyhodit svařenec z výpalků a udělat 3,5kg lehký příhradový reduktor z kvalitních chromvanadiových trubek.

Velmi složité bylo svařování a popouštění tak, aby byla zachována souosost děr na ložisko pro primární hřídel a díry na excentr na sekundární hřídel, aby řemeny nesjížděly a vše fungovalo, jak má. Nakonec se vše podařilo. Motor byl znovu namontován, bylo provedeno oficiální vážení a byl vystaven požadovaný vážní protokol. Nakonec motor se vším všudy vážil kolem 98 kg. Jen o chlup to vyšlo. Hurá!

Člověk by nevěřil, co vše jsem musel ořezávat, opilovávat apod. Čím víc se váha blížila požadované hmotnosti, tím exponenciálně obtížnější bylo dostat další gramy pryč. Na tuto etapu nevzpomínám příliš v dobrém, protože mi dala neskutečně zabrat!


Letové zkoušky.

Po namontování do letounu a dalších nezbytných zkouškách na zemi došlo i k letům. Lehčí motor s vysokým výkonem stoupal kolem 5-6 metrů ve dvojím při 15 °C, a to nebyla ještě doladěná vrtule ani zvýšený výkon. Vyvážení bylo citelněji lepší, a to se projevovalo hlavně při podrovnávání. Cestovní rychlost je kolem 125 až 140 km/hod. a spotřeba se pohybuje kolem 11 až15 l/h, což ukazuje palubní jednotka z přístrojové desky Fabie namontovaná uprostřed v přístrojové desce letounu.

Musím uznat, že se vše nakonec podařilo a že motor šlape jako hodinky, má srovnatelnou spotřebu s Rotaxem 912S, který máme v druhém letadle. Má i trochu vyšší výkon, který se chiptuningem dá za 6 600 Kč ještě zvýšit na cca 116 koní a 138 Nm. Řadový motor VW 1.4litru 16ventilů je celkově kultivovanější než Rotax 912S a je i tišší. Naprostá nádhera je startování. Při všech meteorologických podmínkách startuje na první protočení. Jeho zvuk - toť rajská hudba!

Bezpečnost provozu, zapalování.

 Motor VW 1.4 16V bohužel nemá zdvojené zapalování, má sice na každou svíčku svoji samostatnou zapalovací cívku, ale není to úplně ono vzhledem k bezpečnosti. A VW motor je o cca 20 kg těžší než Rotax. Celková cena motoru VW 1.4 16V a mne tedy vyšla na 143 000 Kč, za což se už dá dnes koupit olétaný Rotax 912 s 80 koníky bez montáže do letadla. Je ale potřeba podotknout, že jsem byl zaměstnán, když jsem ten motor stavěl. Proto jsem některé věci nechával dělat. Druhou věcí, která ovlivnila cenu prací, byla probíhající konjunktura v ČR. Dnes již bych to uměl daleko levněji a našel jsem cesty jak to udělat skoro zdarma, tedy za benzín a můj čas...

Shrnutí.

Pokud  mám shrnout svoji anabázi s vývojem letadlového motoru, domnívám se, že veškeré vytyčené cíle jsem splnil, kromě krátkodobého zvýšení výkonu, od kterého jsem upustil. Motor jsem pořídil o cca 100 tis. levněji než Rotax 912 100 HP. Zjistil jsem, že tento motor 1,4 (16 ventilů, 74 kW) od VW je výkonný dostatečně a další výkon, lépe řečeno přenos síly do vzduchu se dá doladit vrtulí.

Je pravda, že jsem ještě mohl doladit a odstranit dvě lambda sondy a katalyzátor a přístrojovou deskou, tím by se dalo ušetřit asi 2 až 3 kg. Ale vzhledem k složitosti a vložení „tvrdého“ programu do řídící jednotky jsem to neudělal. Vedlejším produktem je, že mám ekologický motor splňující přísné emise !

Přes klady této konstrukce takto pojatou přestavbu jednotlivcům nedoporučuji kvůli vysokým nákladům  v servisu které jsem popsal,  potřebným tolerancím u reduktoru, znalosti materiálů a jejich technologickém zpracování – tedy vysokým nákladům a mnoha možným chybám ve vývoji. Než vyvinete a zprovozníte kvalitní motor, vezme to mnoho poctivého času. V mém případě to byly dva roky. Pokud jste automechanik a motor si zkontrolujete sami- jděte do toho!

Musím ale říct, že času věnovaného vývoji konverze automobilového motoru na letecký nelituji, naučil jsem se spoustu nových věcí, získal přístup k technologiím a naučil se věci v rámci možností dělat precizně. To se mi jako instruktorovi v letecké škole na Vysočině a správci tří letadel bude hodit, nemyslíte?

 Jen je třeba dodat, že tento motor se pro svou váhu nehodí do všech letadel, například do Jory a Cory by nejspíš namontovat už kvůli těžišti nešel. Kde by ale jistě našel uplatnění? Například v letadlech Yetti J-03, Zenair, Alto, možná Kondor 232,132, Eurostar, samozřejmě po patřičných úpravách. Nutno podotknout, že jsem ještě neviděl motor v letadle, který by chodil bez vibrací a tak jemně jako tento mnou konvertovaný řadový motor.

Domnívám se, že velký potenciál je v současnosti u motorů TSI od VW, kde verze o objemu 1,2 l dosahují výkonu 120 až 140 koní s krouťákem až 220 Nm po přečipování. Tím se hodlám v budoucnosti zabývat

Nová kategorie ultralight 600kg a nové výzvy jak postavit výkonnější motor.

Máme novou možnost vzhledem k nové kategorii ELSA. Při uvažovaných běžných otáčkách v režimu cestovního letu, jak jsou používané automobilové motory tedy 3800-4500 ot./min, by  motor 1.2 TSI  po přečipování dával výkon 120 koní a 210 Nm. No není to paráda? To by létalo! A ta spotřeba!

Rozdíl oproti motoru VW 1.4 16V výše popsaném by byl v mírně větší složitosti,  ani ne tak v  hmotnosti! 1,2 TSI má  turbo a pár věcí navíc. Tedy můžeme očekávat váhu motoru s reduktorem kolem 107 až 110 kg. Stojí to ale za to? Řekl bych, že v případech, kdy máte extrémně krátkou dráhu, nebo lítáte v turbulentních podmínkách blízko lesa, či z hor do hor, tak určitě ano! Cena za takový motor bude záležet za kolik ho koupíte a jak jste šikovní!

Na konverzi tohoto motoru bych chtěl začít dělat tuto zimu. Pokud se najde někdo podobný, kdo by se mnou chtěl spolupracovat, budu mu rád nápomocen. Popřípadě můžeme vytvořit otevřenou/zavřenou skupinu, kde bychom si mohli vzájemně pomáhat a výstupem by mohly být technické výkresy, plány a návody na kvalitní český odzkoušený letadlový motor, vhodný k zástavbě do většiny UL a ELSA letadel. Takto bychom mohli snížit náklady a umožnit široké letecké veřejnosti využít možnosti, které nám dává moderní automobilový průmysl.

Jaký motor zvolíte?

Otázka by zněla: Koupíte si nový letecký motor (Rotax 912, Jabiru 3000) za 400-450 tisíc korun se zástavbou, nebo dvakrát výkonnější „High Technology“ automobilový motor s větší váhou o čvrtinu až třetinu, ale o 50-70 % vyšším výkonem a za třetinu až polovinu ceny i s montáží?

Koupíte si Rotax 915is s 140HP a 150NM za skoro milion, nebo zvolíte 1.2 TSI s výkonem 120-140Hp a 210-230 Nm za cenu okolo 100 tisíc?

Rozhodnutí je na Vás!

Řekl bych, že procentuální pravděpodobnost selhání dobrého vstřikovaného moderního přeplňovaného automobilového motoru s řídící jednotkou s dobrou zástavbou a leteckého motoru s karburátory bude podobná.

 Pojďte do  amatérské konverze automobilového motoru. Každopádně vám přeji mnoho štěstí a úspěchů!

Filip Zejda

LETECKÁ ŠKOLA ROKU

V roce 2014 jsme se umístili na skvělém druhém místě v anketě "Letecká škola roku" ve kategorii škol věnujících se výcviku pilotů ultralehkých letadel.

​​

NAŠI PARTNEŘI


AEROWEB 
Letecký informační server... více

AIRPAL
Stol Zenair letouny...  více

KONTAKT


Mobil:    +420 603 107 704
E-mail:   filip.zejda@seznam.cz
Adresa:  Zbilidy 101, PSČ 58805