Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


Motor technika 5

2007.12.20
Szívó-és kipufogó rendszerek
 
Szívócső és szívótölcsér

Különbséget kell tennünk a szívócső, amely manapság a hagyományos befecskendezéses rendszereknél kivétel nélkül érvényes és szívótölcsér fogalmak között, melyek a porlasztós motorok számára voltak fontosak. Azaz röviden azt mondhatjuk: a szívócső (vagy szívósor) az a rész, amely a szeleptől a pillangószelepig tart és a szívótölcsérek mindig a pillangószelep előtt helyezkednek el. A porlasztók idejében a hosszú szívócsövek problémásak voltak, mivel az üzemanyag, melyet a karburátorban a beszívott levegőhöz hozzákevertek, könnyen kicsapódhatott a szívócsövek falán, ami gyakran a keverék túlolajosodásához vezetett. Egy jó példa erre a VW-boxermotor, amely köztudottan hosszú szívócsövekkel rendelkezett. Másrészt a porlasztósok idejében az ember törekedett a beszívott levegőáram "nyugtatására", azaz a hengerbe történő örvénylés-mentes bejuttatásra, amit a sportmotoroknál a porlasztó előtt elhelyezett hosszú szívótölcséreken keresztül realizáltak. A benzinbefecskendezéssel, a közel helyezhető beeresztőszeleppel megszűnt az üzemanyag-kondenzáció problémája. Így a szívócsöveket úgy helyezhették el, ahogy az a tervezett motor karakterisztikája számára optimális. Az egyetlen megszorítás csupán a motortérben rendelkezésre álló szabad hely volt.

Szívórendszerek szívómotoroknál

Egyrészt a motorteljesítménnyel, másrészt a kipufogógáz minőségével szemben támasztott növekvő igényekkel együtt nőtt az elvárás a szívórendszerek és kipufogórendszerek gondos beállítására is. Így az egyes motorfelépítésekhez a hengerszám szerint speciális, az építési módhoz és gyújtási sorrendhez optimalizált rendszerek kifejlesztése vált szükségessé. A hengerek mennyisége és elhelyezkedése szerint, valamint a gyújtási sorrendnek megfelelően változnak a rezgésformák és mindenek előtt a pulzálás erőssége a mindenkori szívórendszerben. Amennyiben a "rezgő gázoszlopok" szempontjából harmóniában van a szívó- és kipufogórendszerek formája és elhelyezkedése, tehát egymásra hangoltak, akkor használhatók további töltőeffektusok, melyek az egyes hengerek rezgő gázcsöveinek egymással szembeni hatását lehetővé teszi. Így jönnek létre például a beeresztőszelep zárásakor olyan lökéshullámok, melyek egy másik henger számára újratöltő-hatásként használhatóak. Ezzel egyidőben érvényes azonban: minél több lökéshullámot engedünk ugyanabba a gyűjtőbe, annál kisebb az újratöltő-hatás, mivel a pulzációk kioltják egymást. Ezért szükséges megegyező hosszúságú szívócsövek alkalmazása az egyik oldalon és ugyanígy megegyező hosszú kipufogócsövek a kipufogórendszer gyűjtőcsövéig. Így a 4 hengeres motoroknál kipufogó oldalon ideális a 4-2-1, 6 hengeresnél a 3-2-1-kombinációjú leömlő és kipufogócső kialakítás. A szívóoldalon is megéri a ráfordítást, ha a szívórendszert a 6 hengeresnél két darab, 3 hengeres rendszerként alakítjuk ki.

A motorok technikai változása, ami a négyszelepest standard építési formává tette, egyelőre a kétszelepesre jellemző nyomatéknál gyengébb nyomatékhoz vezetett, így itt segítségre volt szükség. Opel 8 és 16 szelepes gyári szivósora A probléma egy részét orvosolni tudták a vezérműtengelyek hangolásával, amely lehetővé tette a beeresztő- és kieresztő-szelepek különböző vezérlési idejének állítását különböző fordulatszámokon. Minden esetre a vezérlési idők állítása önmagában nem eredményez olyan nyomatékot, mint amilyen egy jól kialakított kétszelepes motoré. Ennek oka a négyszelepesnek az alacsony fordulatszámon fellépő rosszabb töltési foka, melyet mindenek előtt a szívócsövekben fellépő alacsony áramlási sebesség idéz elő. A négyszelepesnél ugyan jobb (hatékonyabb) szabad geometriai szelep-keresztmeszet áll rendelkezésre, amely egy kb. 4000 rpm fölött jobb töltési fokot biztosít, azonban ezzel egyidőben 4000 rpm alatt a nagyobb keresztmetszete miatt a beszívott levegőáramnak egy jelentősen alacsonyabb áramlási sebességével kell Lexmaul szívósor gazdálkodnia. Az alacsonyabb áramlási sebesség pedig rosszabb töltést is eredményez. Egy négyszelepes soros motornak viszonylag egyszerűen konstruálhatóak olyan szívócsövek, melyek a legtöbb elvárásnak megfelelnek. Első lépésként a nyomaték alacsonyabb fordulatszámon való növelésére hosszabb szívócsöveket (rezgőcsövek) alkalmaztak, melyek derékszögben egy közös levegőgyűjtőbe, vagy egy keresztezőcsőbe (Staurohr) torkolltak. Ez előtt a levegőgyűjtő előtt helyezkedett el a közös pillangószelep, azelőtt a levegőmennyiség- ill. levegőtömegmérő és csak ezután jött a levegőszűrő. Az ilyen jellegű szívócsövek kevés áramlási veszteséggel dolgoznak, ami jótékony hatással van a teljesítményre.

A rezgőcső hossz és keresztmetszet helyes kombinációjával igen jó nyomatékértékeket kapunk az alacsony fordulatszám tartományban. Ez a megoldás ugyan Állítható szívócső érezhető javulást hozott, azonban a tervezők nem elégedtek meg ennyivel. Amennyiben tovább akarjuk növelni a nyomatékot az alacsony fordulatszám tartományban, csökkentenünk kell a szívócső keresztmetszetet vagy meg kell növelnünk a szívócső hosszát. Ennek megfelelően olyan megoldást találtak, hogy a szívócsöveket minden egyes szelephez külön a levegőgyűjtőig elvezetik, tehát 2 beeresztő szelephez egy helyett két szívócső vezetett. Az így kapott összesen nyolc szívócsőből (négyhengeres motor) négyet kb. 4000-es fordulatig csappantyúkkal zárják. Csak 4000-es fordulatszám fölött nyílnak ki a csappantyúk (többnyire vákuumvezérelten), így mind a nyolc szívócső hatékonyan működhet. A négy csatorna lezárása alacsony fordulatszámon egy jelentősen magasabb áramlási sebességet és így jobb töltést eredményez. Az előzőekben bemutatott variáns a "klasszikus kapcsolt szívócső". Ahhoz, hogy most a szívócsőhosszat is befolyásoljuk, a következő lépés a variábilis szívócsövekhez vezetett, melyek csappantyúk vagy hasonló berendezések segítségével az alsó fordulatszám tartományhoz hosszú és kisebb keresztmetszetű, míg a magasabb fordulatszám-tartományhoz rövidebb és nagyobb keresztmetszetű szívócső utakat tesznek lehetővé.

Kicsit komplikáltabb a helyzet a hathengeres motorok esetén. Ugyan jó maximális teljesítményt érhetünk el, ha mind a hat rezgőcsövet együtt a levegőgyűjtőbe vezetjük, ekkor azonban alacsony fordulatszámon le kell mondanunk a jó nyomatékról. A háromhengeres motoroknál akkor működik optimálisan a lökéshullámok rendszere az újratöltésnél, ha itt egy beeresztőszelep zár, amikor a másik éppen nyitni kezd. Ezért a hathengeres motort a beeresztőoldalon két háromhengeres rendszerre osztják. Így alkalmaztak például az Opel Omega 3000 soros hathengeresnél egy kapcsolt szívócsövet a megfelelő gyűjtővel, amely 4000 rpm alatt a hathengerest két háromhengeresre osztotta. Így lehetőség nyílt a háromhengeres jó újratöltő hatásának kihasználására a hathengeres esetén. Csak 4000 rpm fölött nyílik ki a csappantyú és változtatja meg a rezgések formáját úgy, hogy az a nagy teljesítményhez alkalmas legyen. A BMW-nél az M5-höz az un. "rezonanciafeltöltést" alkalmazták, amelyet egy dupla gyűjtőn és egy a gyűjtőben járulékosan elhelyezett pillangószelepen keresztül valósítottak meg. Ez a rendszer azonban a nyomaték és a teljesítmény növelését csupán egy viszonylag szűk tartományban tette lehetővé. A Mercedes-nél a hathengeres esetén egy regiszter-rezonanciafeltöltésre került sor, amely két rezonancia-csappantyúval rendelkezik, melyek egyike 2500 rpm-nél, majd a másik 3400 rpm-nél nyílik ki.

Air-box Így a kezdetben egyszerű szívócsövek egyre komplikáltabb, azonban nagy hatékonyságú szívórendszerekké váltak, melyek egyrészt a motorhoz optimálisan szállítják a levegőt, másrészt hatékonyan tompítják a szívózajt. A szívórendszerek csúcspontját az un. "airboxokban" találjuk a versenysport-járműveknél. Ezek a szélcsatornában optimalizált szívórendszerek a sport- vagy versenyautóknál egy bizonyos sebesség fölött további feltöltő hatásokat biztosítnak, melynek során a járműbe beáramló levegő torlónyomását használják ki. Ennek során egy megfelelően kiszámított airbox esetén maximális sebességen egy akár 40 mbar-os járulékos "töltőnyomás" is felléphet. Ha abból indulunk ki, hogy egy 1000 köbcentis lökettérfogat esetén 10 mbar járulékos töltés kb 2.6 többlet lóerőt eredményez, a viszonylag magas költség értelmet nyer.

Kipufogórendszerek szívómotornál

A kieresztő oldalon is a "rezgő gázcsövek" megfelelő kialakítással pozitív hatásúak. Egyrészt érvényes, hogy a kieresztő csatornának lehetőleg az elégetett gázt áramlásgazdaságosan kell a kipufogórendszerbe juttatniuk, másrészt ügyelnünk kell a kieresztő oldalon a kipufogógázok megfelelő áramlási sebességére. A feltöltés-támogatás hatásának optimális kihasználása érdekében a kipufogócsöveknek mindenképpen egyforma hosszúnak kell lenniük a gyűjtőcsőig. A négyhengeres motoroknál két-két kipufogócsövet fognak össze, melyek aztán egy közös gyűjtőcsőbe torkollanak. Az így keletkező két gyűjtőcső ugyancsak egyforma hosszal torkollik a kipufogórendszer közös főcsövébe. A kipufogócső hosszát itt úgy kell megválasztanunk, hogy a gyújtási sorrendben egymás mellett elhelyezkedő hengerek (1-4 és 2-3) a bennük keletkező torlónyomással a másik henger töltési folyamatát támogassák. A kipufogórendszereknél a rezgéstechnikai járulékos töltési hatás legtöbbször a magasabb fordulatszám tartományokra korlátozódik, mivel itt nincs lehetőség variábilis megoldásokra az említett körülmények miatt, mint például az alkatrészek magas hőmérséklete. Optimalizált 6 hengeres leömlö Magas fordulatszámon és nagy teljesítményen a négyszelepes motoroknál a beeresztő- és kieresztő-szelepeknél nagy élszögeket alkalmaznak. Ez a hosszú nyitású kieresztő-szelepek miatt frissgázveszteséget okoz, amely egy pontosan kiszámított ellennyomással csökkenthető. Ha a kipufogórendszert nem megfelelő módon módosítjuk a gyáritól eltérő átmérőre, összeállításra (pl. katalizátort eltávolítjuk vagy gyorsabb gázáteresztő képességű vereseny-katalizátorra cseréljük), akkor túl nyitottá tehetjük a kiáramló gázok útját, mely az előbb említett szükséges ellennyomás csökkenéséhez és egyben nyomatékvesztéshez vezet az alsó fordulatszám tartományban. A hathengeres motoroknál a kipufogórendszereket három-három hengerhez külön, általában a végcsőig átjárható "kétárasztásos" berendezésként kivitelezik. A kipufogó gáz, mint "rezgő gázoszlop" vizsgálatához tulajdonképpen csak a kipufogórendszer egy része érdekes, amely a mindenkori kipufogó főcsővéhez vezet. A modern motoroknál az a feladat, hogy rezgéstechnikailag optimalizált kipufogórendszereket építsenek, meglehetősen komplikálttá vált, mivel a katalizátoroknak az optimális hatásfok érdekében lehetőleg a motor közelében kell elhelyezkedniük. Az elő- és főhangtompítóknak (közép-és hátsó dob) azonban csak annak kell megfelelniük, hogy a megfelelő hangtompítás mellett jó átáramlási rátát tegyenek lehetővé. Egy normál személygépjármű esetén legtöbbször egy úgynevezett reflexiós-dobot találunk, míg a sportos kialakítású típusoknál ezek abszorpciós elven működnek.