Mergi la conţinut
Autentifica-te  
  • postări
    676
  • comentarii
    113
  • vizualizări
    260.159

Teoria Evacuării - Motorul În 4 Timpi

green.kecske

395 vizualizări

Am observat prea multe informații eronate despre teoria sistemelor de evacuare, așadar mi-am propus ca prin intermediul acestui articol să lămurim câteva dintre aspectele mai puțin înțelese de marea majoritate dintre noi. Din păcate, nu știu o metodă de mare acuratețe a calculelor pentru obținerea sistemului de evacuare "ideal" motorului motocicletei tale, dar în fapt nici nu mi-am propus acest lucru, ci mai degrabă explicarea fenomenelor și principiilor ce guvernează această știință; dacă, cât și mai ales cum vor fi influențate performanțele unui motor când s-au adus modificări sistemului de evacuare standard. Pentru astfel de calcule, marii producători de sisteme de evacuare au perfecționat simulatoare PC, care oricum constituie doar punctul inițial de plecare, mai departe căutându-se "idealul" prin teste și măsurători pe stand dyno, stradă sau pistă. Citiți, verificați, judecați și apoi decideți singuri dacă banii cheltuiți suplimentar pentru achiziționarea unui "muffler" de "firmă" constituie o investiție bună sau nu.

blogentry-41220-0-34888900-1381270465_th

Înainte de a ne afunda în "arta neagră" a teoriei evacuării, să facem un scurt țur prin sistemul de evacuare din perspectiva gazelor de evacuare.

Pe măsură ce pistonul se apropie de "punctul mort superior", bujia produce scânteia inițiatoare exploziei iar pistonul este împins în ciclul de detentă. Pistonul transferă energia gazelor de expansiune vibrochenului, urmând ca supapa de evacuare să se deschidă pe măsură ce pistonul se apropie de ultima parte a ciclului de evacuare. Presiunea gazelor este încă ridicată (depinzând de tipul de motor), cauzând o rapidă eliminare a lor. O undă de presiune este generată pe măsură ce supapa de evacuare continuă să se deschidă. Gazele de evacuare expandate se înghesuie intr-un orificiu numit "port" și mai departe în headerul primar. La capătul acestei țevi, gazele și undele converg în colector. În colector, gazele expandează rapid în timp ce undele se propagă în toate orificiile disponibile, inclusiv în tuburile primare. Gazele și o oarecare formă de energie se scurg din colector către țeava finală.

Pe baza vizualizării celor de mai sus, se remarcă două fenomene de bază ce au loc în sistemul de evacuare: mișcarea particulelor de gaz și activitatea undelor de presiune (sonore). Diferența absolută de presiune dintre cilindru și atmosferă determină viteza particulelor de gaz. Pe măsură ce gazul călătorește prin țeava expandează, viteza sa scade. Undele sonore, pe de altă parte, au ca viteză de bază viteza sunetului. În timp ce viteza undelor scade pe măsură ce ele călătoresc pe țeava de evacuare, datorită răcirii gazului, viteza va crește din nou pe măsură ce unda este reflectată înapoi pe țeava în sensul cilindrului. Întotdeauna viteza undelor și a acțiunii lor va fi cu mult mai mare decât viteză particulelor de gaz. Undele de asemenea se comportă diferit decât particulele de gaz pe o porțiune de legătură de-a lungul țevii de evacuare. Când două sau mai multe țevi sunt împreunate, ca în cazul colectorului de exemplu, undele se propagă în toate țevile disponibile - în sensul normal cât și înapoi. Undele sunt de asemenea reflectate înapoi pe țeava originală, dar cu o presiune negativă. Puterea reflexiei unei unde sonore se bazează pe schimbul de zonă în comparație cu cea a țevii de origine.

Această reflexie, "energie pulsantă negativă" este fenomenul care în general stă la bază "tuningului" acțiunii undelor sonore. Ideea de bază este temporizarea energiei pulsante negative asfel încât să coincidă cu un ciclu motor - această presiune joasă va ajuta "tragerea" amestecului carburant proaspăt pe măsură ce supapa de admisie se deschide și de asemenea, eliminarea gazelor reziduale înainte ca valvulă de evacuare să se închidă pe scurtă perioadă, când cele două supape sunt deschise în același timp. În principiu, acest fenomen este controlat de lungimea "headerului" primar, a țevii din care acesta este construit. Datorită unor zone critice a acestei tehnici de "tuning", vor exista și porțiuni în curba grafica a puterii, unde mai mult rău decât bine este făcut.

Viteza gazului este o lamă cu două tăișuri, prea mult gaz indică faptul că sistemul poate fi prea restrictiv, în timp ce prea puțin gaz va avea tendința să transforme curba grafică a puterii într-o pantă prea abruptă, afectând dezastruos zona de mijloc și de cuplu la turații joase. Diametre mărite la tuburile sistemului de evacuare vor permite gazelor să expandeze, acestea răcindu-se și într-un final reducând viteza ambelor componente deopotrivă, a gazului în şine și a undelor sonore.

Proiectarea unui sistem de evacuare este o foarte complexă operațiune, ce are în vedere echilibrarea fenomenelor descrise anterior și a temporizării lor. Chiar și cel mai bun compromis al diametrului țevii de evacuare, cât și a lungimii sale, poate fi dat peste cap dacă colectorul nu este și el asociat. O sumedenie de factori sunt luați în considerație la proiectarea lor, dintre care o să amintesc doar câțiva: destinația (stradă sau pistă), felul câștigului dorit, vârful de putere, vârful de cuplu, deplasamentul, diametrul supapei de evacuare/admisie etc. Vom observa așadar că un sistem de evacuare va avea o destinație clară - pistă sau stradă, și va funcționa în parametri optimi, absolut numai pe modelul de motocicletă destinat, schimbarea sa pe un alt model similar ca și capacitate, tip de motor etc., reducând în cele mai multe cazuri performanțele sale.

Una peste alta, orice sistem de evacuare va urmări să creeze cea mai bună și cea mai folositoare curbă a puterii. După faza teoretică, evaluarea finală a unui sistem de evacuare va fi făcută pe un stand de testare dyno și, în cele din urmă, pe pistă. Am înțeles așadar până aici de ce alegerea diametrului, lungimii şi formei țevilor de evacuare și felul în care acestea sunt îmbinate, tuning-ul headerului sunt atât de importante. Ele vor contribui la crearea efectului de baleaj și a contrapresiunii atât de necesare performatelor ridicate ale unui motor.

Să mergem mai departe, în circuitul către atmosferă, după ce ies din manifold sau header la motocicletele de generație modernă vor pătrunde în convertorul catalitic sau cum mai este denumit popular, catalizator. Principala sarcină a acestuia este să curețe pe cât posibil produsele chimice nocive din gazele de evacuare astfel încât să nu mai ajungă în plămânii noștri. De multe ori însă ele contribuie și la atenuarea sonoră, dând sistemului de evacuare un ton mai baritonal. Dezbateri înfocate au loc pe controversatul subiect al câștigului de putere, prin eliminarea catalizatorului. În practică, doar renunțarea la catalizatorul unei motociclete noi nu va arăta o creștere semnificativă în departamentul cailor putere, nemaipomenind de riscul amenzii în caz că eşti depistat. Din catalizator gazele de evacuare ajung în sfârșit în sistemul de atenuare a sunetului, ce constă într-unul sau mai multe surdine sau rezonatoare.

Surdinele (mufflers) pot atenua undele sonore pe baza a trei mari metode: absorbție, restricție și reflexie. Se poate folosi o singură metodă sau chiar toate trei deodată, pentru atenuarea cât mai bună a sunetului.

Absorbţia

Absorbția este probabil metoda cea mai neeficientă, beneficiind însă de avantajul că face cea mai bună treabă în a lăsa gazele de evacuare să curgă în afară. Această metodă mai are și avantajul de a fi cea mai simplă, constând într-un tub perforat ce trece printr-un alt tub, care este umplut cu un material absorbant, cum ar fi fibra de sticlă, plasa metalică etc. Dezavantajul acestei metode este că durata de viață a acestui material izolant este de obicei destul de scurtă, el necesitând înlocuirea sa destul de frecvent.

O alternativă a sistemului absorbant este sistemul original cu o mică modificare. În loc de un simplu tub perforat, în interiorul mufflerului există o cameră cu diametru sensibil mai mare decât al țevii de evacuare. Acest sistem abate undele sonore mai eficient decât sistemul standard direct, deoarece atunci când gazele pătrund în camera, datorită expandării, ele își reduc drastic viteza. Acest design permite materialelor izolatoare fonice mai mult timp în care acestea pot să-și facă treaba. În continuare, camera lărgită se termină printr-o țeava de diametru mai redus, prin care gazele sunt trimise în țeava finală de evacuare.

Restricţia

Sistemul tip restricție este des utilizat, datorită simplității sale în proiectare și prețului de producție scăzut. Nu voi dezvolta acest subiect, în general producătorii de motociclete îl folosesc numai când, datorită restricțiilor legislative, sunt obligați să reducă puterea unui motor (implicit a emisiilor sonore).

Reflexia

Reflexia este probabil cea mai sofisticată metodă în atenuarea undelor sonore. Ea este folosită de obicei în conjuncție cu absorbția, pentru realizarea unui atenuator sonor de înaltă calitate, care nu numai că va face cea mai bună treabă în atenuarea propriu-zisă a undelor sonore, ci o va face și fără să impună restricții în evacuarea gazelor. Care este principiul acestui sistem? Cam același ca la numerele egale, însă de semn contrar (spre exemplu -3 și +3 se vor anula reciproc). Sunetul reprezintă de fapt una sau mai multe unde de presiune. Când două astfel de unde se întâlnesc, având aceeași lungime de undă, amplitudini egale, dar de semn invers, ele se vor anula reciproc, sunetul inițial transformându-se într-un "strănut".

Pulsaţia evacuării

Pentru a înțelege mai bine cum un header și muffler își fac treaba, trebuie să fim un pic familiari cu dinamica energiei pulsante însăși. Particulele de gaz de evacuare nu curg în afara motorului într-un curent continuu. Odată ce valvulele de evacuare se închid și deschid, gazul de evacuare va curge, apoi se va opri și porni din nou în același ritm. Cu cât mai mare numărul de cilindri, cu atât mai ridicată frecvența de pulsare.

Ține cont că pentru ca un "puls" să se miște, capătul terminalului trebuie să aibă o presiune superioară celei atmosferice. Corpul acestui puls este foarte aproape de presiunea ambiantă, iar coada sa sub aceasta, de fapt atât de mică, încât putem vorbi deja despre vacuum. Diferența de presiune este cea care face ca pulsul să curgă. Putem face un experiment pentru a ilustra practic acest fenomen: ia o cutie de metal (de exemplu de cafea) ale căror capace metalice au fost înlocuite cu unele din plastic. Fă o gaură într-unul din capace, îndreaptă-l spre flacără unei lumânări și loveşte celălalt capac cu podul palmei. Ce observi? Flacără lumânării pâlpâie şi apoi se stinge. Jocul flăcării este cauzat de înalta presiune inițială a pulsului ce l-am creat, iar stingerea din cauză că porțiunea descendentă a amplitudinii pulsatile nu conține suficient oxigen pentru a întreține arderea.

Am stabilit așadar că gazele de evacuare sunt de fapt o serie de impulsuri, așa că putem folosi aceste cunoștințe pentru a propaga mișcarea înainte către țeava finală. Cum? Mai multe trucuri inginerești sunt angrenate în acest scop.

Lucrurile opuse se atrag, joasa presiune a porțiunii descendente a amplitudinii (vacuum) va atrage înalta presiune a porțiunii ascendente a următorului impuls, efectiv absorbind-o. Aici intervine rolul headerului și arta cu care acesta a fost proiectat. Țevile de colectare dintr-un header sunt astfel calculate încât să permită impulsurilor evacuării noastre să se alinieze și să se absoarbă reciproc.

Produc mufflersurile mai multă putere?

În general, răspunsul este negativ. Dacă nu au fost impuse restricții de ordin legislativ sau orice altă natură, cele mai eficiente sisteme de mufflers antrenează cam același efect de baleaj ca și headerul. În general, doar înlocuirea acestora cu unele mai puțin restrictive (față de normele de poluare sonoră) nu vor produce creșteri notabile ale puterii, ba mai mult, datorită faptului că motoarele au fost reglate ținându-se cont și de ele, pot apărea probleme în zona de "idle" sau "low" rpm. Reajustarea fină a carburației în aceste zone poate remedia aceste efecte nedorite.

De ce totuși se practică înlocuirea mufflers-urilor pentru obținerea unui sunet "ca de tunet"? Ar fi scăderea greutății, mărirea gărzii la sol, îmbunătățirea aspectului, dar în general motivația preferată este atragerea atenției celorlalți participanți la trafic, cu alte cuvinte sporirea siguranței. În realitate, adevăratul motiv nu este altul decât spiritul de "macho", orgoliul "vânătorului singuratic călare", fiindu-i orgoliul mângâiat la maxim atunci când toată lumea întoarce capul după el, mamele își iau copiii în brațe, graurii cad din copaci, soldații se reped spre rastelul de arme crezând că a început adevărata revoluție etc. Poate că un mic număr dintre participanții la trafic vor fi fost benefic preveniți de prezența ta, însă, datorită efectului doppler, undele sonore îi vor plesni pe cei pe care îi depăşeşti cu o violență inutilă, șocul resimțit putând da naștere la reacții necontrolate ale acestora, obținându-se cu totul altceva decât scopul urmărit inițial - creșterea siguranței în trafic!

Câteva precizări finale

Un element greșit interpretat este referitor la căldura gazelor din sistemul de evacuare. Am auzit de multe ori expresia "o mai bună răcire a gazelor". Cum bine se știe, răcirea unui gaz produce și comprimarea sa, cu alte cuvinte sporirea greutății sale. Pe cât posibil, nu vom dori să răcim gazele pe întreg traseul sistemului de evacuare, până la țeava finală, pentru a avea de-a face cu un volum de gaze cât mai ușor de manevrat și deci de eliminat. De subliniat că temperatura gazelor de evacuare este controlată de concentrația amestecului carburant, a duratei aprinderii și distribuției.

Înlocuirea sau, mai rău, modificarea unui sistem de evacuare la o motocicletă sport standard, chiar corelată cu reajustarea carburației, va produce un aport de putere, de cele mai multe ori nejustificat în raport cu mărirea drastică a consumului.



1 comentariu


Recommended Comments

Creează un cont sau autentifică-te pentru a comenta

Trebuie să fii membru pentru a putea lăsa comentarii

Creează un cont

Înregistrează-te în comunitate. Este uşor!

Înregistrare

Autentifică-te

Ești deja membru? Autentifică-te aici.

Autentificare
×