A kipufogórendszer és a leömlő méretezésének alapjai
A kipufogórendszer, különösen a leömlő, kulcsfontosságú szerepet játszik a motor teljesítményének optimalizálásában. A kipufogót rengeteg mítosz övezi, de a valóságban a célja egyszerű: biztosítani, hogy az égésgázok hiánytalanul távozzanak a hengerből, elég gyorsan ahhoz, hogy friss keveréket húzzanak maguk után.
A motor ereje szempontjából semmi sem fontosabb a hatékony töltetcserénél, mert elégetni csak azt tudjuk, ami bemegy. Ha nem használunk turbót vagy kompresszort, akkor bemenni csak annyi levegő fog a hengerbe, amit a szívószelepek nyitvatartási ideje alatt a légköri nyomás betol. Ezt használja ki a szelepösszenyitás, így segít a lehető legtöbb friss keveréknek a hengerbe kerülni.
Why Exhausts Make So Much Power😵| Explained Ep.27
A töltetcsere hatékonysága
A gázcsere hatásfokát alapjaiban meghatározza a levegő mozgásának sebessége, amit pedig alapvetően meghatároz a fordulatszám. Nagyobb fordulaton nagyobb a dugattyúsebesség, másak az áramlási viszonyok. Az a fordulattartomány, ahol az öblítés hatásfoka a legmagasabb, az lesz a motor nyomatékcsúcsa.
A szelepek nyitásának időzítésével, a befelé áramló levegő útját adó szívórendszer kialakításával, és a kifelé nyomuló gázok útját adó kipufogórendszer kialakításával választjuk ki azt a fordulatszám-tartományt, ahol a motor a saját képességeihez képest a legjobb hatásfokkal öblít, azaz a legerősebb, a legnagyobb a nyomatéka. Ez - a köcsög fizika miatt - egy relatíve szűk tartomány. Nem lehet egyszerre mindenhol jó, 1000-en és 8000-en is.
Fontos megérteni a különbséget a nyomaték és a teljesítmény között. A nyomaték azt mondja: az adott pillanatban ekkora erővel tudom megcsavarni a főtengelyt. A teljesítmény azt mondja meg, hogy oké, hogy egy adott pillanatban ilyen marha erős vagy, de hányszor vagy ilyen marha erős adott idő alatt?
Chiptuning a Mercedes E 270 CDI-hez
A teljesítmény és a nyomaték kapcsolata
A leömlő szerepe és méretezése
A leömlő ebben a legfontosabb. A csövek hossza és átmérője is kritikus. Azzal, hogy a leömlő milyen hosszú és milyen vastag, azt állítod be, hogy milyen fordulatszám-tartományban és milyen szelepidőzítés mellett segítse a legjobban a töltetcserét. Mindenhol nem tud jó lenni. Ha nagyon szűkre veszed, akkor viszonylag gyorsan áramlik benne a levegő, így alacsony fordulaton, amikor nem kéne marha soknak átférni rajta, jól működik, és a jó húzása miatt segít nyomatékosnak lenni odalent (mert hatékonnyá teszi a töltetcserét).
A leömlő méretezésénél figyelembe kell venni a motor adatait, mint például a gyári vezérműtengelyeket, és a motor nyomatékcsúcsát és teljesítménycsúcsát. Az összefüggések alapján elmondhatjuk, hogy a csőátmérő csökkentésével lefelé, növelésével felfelé mozgatjuk a nyomatékcsúcs helyét a fordulatszám-tartományban.
A forró gázoszlop maga kimegy, ahogy a dugattyú kitolja. A másik folyamat magán a légoszlopon belül történik: egy jó kis nyomáshullám fut végig rajta. Ahogy az égésgáz szinte kirobban a szelepen át, a nyomáskülönbség lökése egy nyomáspúpként végigzúg a csőben. Míg maga a gázoszlop legfeljebb pár száz km/h-val halad, és folyamatosan lassul, addig a nyomáshullám a gázban hangsebességgel közlekedik, ami jó közelítéssel 1200 km/h tengerszinten, normál légköri nyomáson, és elég sokkal gyorsabb a kipufogócső nagy nyomású terében. Amikor ez a nyomáspúp kiér a csőből, egy nyomásvölgy vonul vissza a kiindulási helyére, a hengerbe.
A kipufogórendszer működése
A kipufogórendszer további elemei
A kipufogórendszer nem csak a leömlőből áll. Fontos szerepet játszik a kollektor, ahol a leömlő csövei találkoznak, valamint a rendszer további pár métere a végső hangtompítóig.
A gyári kipufogórendszerek a zajcsökkentést úgy oldják meg, hogy a kiáramló gázt mindenféle akadályokon terelik át. Ez a módszer természetesen energiát igényel, amit a motorunk kell hogy előállítson, illetve elpocsékoljon. A sport dobokban általában egyetlen átmenő cső van a kipufogódobban, tehát a gáz nem ütközik akadályba!
Négyleömlők
A négyleömlő feladata, hogy a hengerekből jövő "kipufogások" gáznyomás-impulzusait egymás mögé rendezze. Ezt hengerenként azonos hosszúságú csövekkel lehet megoldani. A gyári leömlő távolról sem felel meg ennek a kritériumnak.
Kétféle négyleömlő létezik: 4-az-egybe és 4-2-1 típusú. Az előbbi a magas fordulatú, nagy teljesítménycsúcsú versenymotorokhoz való, a második megfelel utcai használatra.
Katalizátor
A katalizátor viszonylag sokat fog az autón. Kiiktatni nem lehet! A Ladák katalizátora persze kiiktatható technikailag, de hivatalosan nem. Zöldkártyán megbukik.
Sport dob
A hátsó sport dob felszerelése már tuning. Mint minden áramlási rendszernél, itt is a legszűkebb keresztmetszet számít. Minél nagyobb, annál jobb - ez NEM igaz!
A forró gáz térfogata nagyobb, mint a hűvös gázé. Azaz, ugyanakkora térfogatú gáz könnyebb. Így könnyebb kinyomni a rendszerből. A túl nehéz (lehűlt) gázzal jobban meg kell szenvednie a motornak. Nagyobb átmérőjű rendszerben lassabban áramlik a gáz, ami eleve rossz az átöblítés miatt, valamint ideje is van a kihűlésre, és nagyobb lesz a tömege ("súlya"). A gyorsan áramló gáz a hengerfej átöblítését, a hengerek töltési hatásfokát javítja.
A cső választását bízzuk szakemberre. Aki ráhagyja a vevőre a végig 100mm-es csövet, az nem szakember. Itt most nem a krómvégről, hanem a rendszer kocsi alatti részeinek az átmérőjéről van szó!
Figyelem: az áramlási sebesség nem az átmérőtől, hanem a keresztmetszet felületétől függ, ami pedig a sugár (átmérő:2) négyzetével arányos! Tehát kétszer akkora csőben négyszer lassabb a gáz!
Kétütemű motorok kipufogórendszere
A kétütemű motor kipufogója egy össze vissza kígyózó, átmérőben változó, a mérnökök számára is állandó fejtörést okozó, nagy helyigényű, bonyolult, hengerelt lemezdarab. És mégis, egyezményesen állíthatom, hogy semmi mástól nem remélhetünk hasonló lórúgásnyi teljesítménynövekedést az olajzabáló retró gépünkön, esetlen robogónkon, vagy krosszkecskénken, ha az a motorhoz és a felhasználáshoz van méretezve.
A teljesítmény növekedésében reménykedve sokan sokféle módon építenek rezonátorokat a motorjukhoz. Nincs is igaz út, csak méretezési irányelvek, melyek ha a végén hajlandóak együttműködni, akkor a mérőpad a gyárinál magasabb számértékkel örvendezteti meg az egyszerű tunert. Az igazság azonban az, hogy annyi a buktató, hogy sok esetben csak a hanghatás nő, a teljesítményben elenyésző lesz a javulás. Vagy éppen rosszabb lesz.
A kétütemű motor kipufogórendszere
A rezonátor működése
A rezonátor egy növekvő keresztmetszetű szakasza a rezonátornak. Az ide érkező hullámok egy elenyésző hányada máris úgy viselkedik, mint ami a rendszer végére ért, és egy ellentétes előjellel elindul visszafelé a hengerbe, míg egy jelentősebb hányad tovább utazik a csőben. Ezek a gyorsan mozgó hullámok maguk egy jelentős nyomásesést hoznak létre maguk mögött a henger oldalon.
A rezonátorban a bővülő keresztmetszet állandóra vált egy rövidebb szakaszon, a has részen, ami után az átmérő elkezd csökkenni. Ez egy közel zárt végű szakasza a rezónak. A tölcsér keresztmetszete jelentősen csökken, az eredeti leömlő átmérője alá.
A diffúzorban már elindult egy nyomáshullám vissza a henger irányába, de a jelentősebb része a hullámnak eléri a konfúzor falát és onnan fog irányt változtatni. Idővel ez a hullám visszaútja során eléri a kipufogó portot, és véget vet a hengerből még éppen kiáramló töltet szökésének, ezzel megfordítva az áramlás irányát.
Méretezési javaslatok
Az egyszerű, egy kúpból álló diffúzor kúpszöge 8 fok, az energiavisszanyerési ráta itt a legkedvezőbb. 5-10 a két határérték, ami között mozogni kell, de a használható tartomány inkább a 6-9 fok. A laposabb szög szélesebb tartományt ad, a hegyesebb 9 körüli a csúcsteljesítményre teszi a hangsúlyt.
Manapság 3-4 lépcsős konfúzorokat használnak, ami már a leömlőnél nyit 2-3 fokot, aztán egy hosszabb 7 fokos szakasz belefut egy akár 12-16 foknyi kúpba.
A konfúzor méretezésre szintén van egy ökölszabály. A zárási szöge fogja meghatározni a teljesítménygörbe lefutását a maximum után. A kúpjának zárási szögét valahova 14-20 fok köré kell belőni.
A végcső átmérőjét a leömlő átmérőből számoljuk, kerekítve 0,6-os szorzóval. A hossza pedig a számolt átmérő tizenkétszerese kell legyen. Ismét közelítő értékekről beszélünk.