Bejárat > Blog - tematizálatlanul > Sporttengellyel miért nő a fogyasztás?

Sporttengellyel miért nő a fogyasztás?

2019. január 4.

… avagy hogyan működik a sporttengely?

Játszadozom egy kétliteres OHC motor vezérlésével. Nekem most egy 285/280-as sporttengely van bent. A karaktert hozza is, amit vártam tőle, de a fogyasztást valahogy nem tudom olyan nagyságrendűre tornázni, mint szeretném, hiába van rendben a lambda. Igaz, hogy rövid, pár km-es városi oviba-járás teszi ki a jelentős részét, és az a kevés maradék is város, amikor használom, és ezek egyike sem kifejezetten fogyasztásbarát egy kétliteres motornak, de számszerűen 13,5 liter az elmúlt 1000km átlaga, hiába lőttem be 1-es lambdát. Visszanyúltam az elmélethez, gubbasztottam egy kicsit a szelepemelési görbék felett…

A gyári és a sporttengely

A gyári és a sporttengely

A diagramon felhúztam egy vízszintes lila görbét, amely az effektív szelepnyitási ponthoz tartozó szelepemelést mutatja. Alatta csak a szelephézag eltüntetése történik, de érdemi töltetcsere nem igazán. A világos színnel jelölt szelepemelési görbe a gyári tengely, míg a telt színnel jelölt görbe a sporttengelyhez tartozik. A szelepváltásnál hozva szimmetriába a két tengely görbéit, a sporttengely emelési görbéi a következőket mutatják a gyári tengelyhez képest.

  • A kipufogószelep gyakorlatilag ugyanott nyit
  • A szívószelep szűk 15 vezérműtengely-fokkal, vagyis ca. 25 főtengelyfokkal később zár
  • A kipufogószelep kb. 10 vezérműtengely-fokkal, vagyis ca. 20 főtengelyfokkal korábban nyit
  • A szívószelep szűk 10 vezérműtengely-fokkal, vagyis ca. 20 főtengelyfokkal később zár.

Definíció:
- BBDC: Before Bottom Dead Center
- ATDC: After Top Dead Center
- BTDC: Before Top Dead Center
- ABDC: After Bottom Dead Center

Cam timing diagram

Cam timing diagram

Mi történik kis fordulaton?

  • Amikor a bármelyik szelep nyitva van, és amíg a dugattyú mozog bármilyen irányban, addig van áramlás a szelepeknél. Vagyis ha a FHP-ban nyit a szívószelep, és elindul a dugattyú lefelé, akkor megy a beáramlás. De ha az AHP-ben nem zár a szelep, és a dugattyú elindul felfelé, akkor az vissza fogja tolni a levegőt a szívószelepen.
  • Ugyanez a kipufogóoldalon: ha a kipufogószelep nyitva és a dugattyú jön felfelé, akkor tolja ki az elégett gázokat. És ha a FHP-ban nem zárjuk a kipufogószelepet, akkor a lefelé haladó dugattyú vissza fogja szívni a gázokat a kipufogóból.

Tehát a konklúzió, hogy minél alacsonyabb a fordulat, annál közelebb kell kerüljünk a szelepnyitási és -zárási pontokkal a holtpontokhoz.

Na de mi a különbség ehhez képest magas fordulaton? Hát az áramló közegek mozgási energiájából fakadó tehetetlenség! A mozgási energia a tömeg és a sebesség négyzetének a szorzata. Ebben látható, hogy a gázok a kis tömegüknél fogva nem sokat tudnak beletenni, de a sebesség négyzete már izgalmassá teheti a játékot! Számszerűsítsük gyorsan, egyszerűen, csak a nagyságrend kedvéért! Egy autóknál jellemző hengertérfogat 3-600 cm³ körüli. Maradjunk az 500 cm³ értéknél. Egy átlagos autó 6000 rpm magasságában adja le a maximális teljesítményét, az egyszerűség kedvéért számoljunk 6000-rel, ami 100 fordulat másodpercenként. Négyütemű motornál minden második fordulatnál történik egy hengertérfogatnyi levegő beszívása, tehát másodpercenként 50 x 500 cm³, ami egyenlő 25000 cm³, vagyis 25 liter másodpercenként. (A hengertöltöttséget most az a számítás egyszerűsége kedvéért 100%-nak vettem) Egy átlagos szívócsatorna ca. 40 mm átmérőjű, aminek a keresztmetszete 12,5 cm². Vagyis ha 1 mp alatt 25000 cm³ levegőnek kell átáramlania 12,5 cm² keresztmetszeten, akkor az 2000 cm/s, vagy 20 m/s, ami egyenlő 72 km/h áramlási sebességgel. Ez egész békés értéknek tűnik. Azonban azt se felejtsük ki belőle, hogy ez egy középérték. Vagyis a szelep nyitása és zárása közötti időben a levegő középsebessége ennyi. De ha másodpercenként 50-szer szív a motor, akkor az 1/50, vagyis 0,02 mp, 20 ms jut egy fordulatra. De a szívás csak kb. egy fél fordulat, maximum 3/4, tehát 10-15 ms jut arra, hogy az álló levegő felgyorsuljon és meg is álljon, és ennek az áramlásnak a középsebessége lesz a 72km/h. Vagyis a csúcssebesség minimum a duplája. No és ha azt mondjuk, hogy 10-15 ms alatt 0-ról 150 km/h sebességre gyorsítani és onnan meg is állni, no az már azért izgalmasabban hangzik, nem? ;-)

No, de vessük össze az alapjárat-közeli 1000-es fordulat melletti mozgási energiát a 6000-es fordulatra jellemző értékkel. Hatszoros a sebesség, tehát 36-szoros a mozgási energia. Na ez is szám már, nem? És akkor még nem vettünk elő izgalmasabb motort, ami mondjuk 8000-et forog, hisz ott a mozgási energia hányadosa az alapjárat és a max fordulat között már 64 lesz! ;-)

Láthatjuk tehát, hogy az áramló közegek mozgási energiáival számolni lehet és kell is! De vissza akkor az előző kérdéskörhöz, mi történik nagy fordulaton? Szívási ütemben a lefelé haladó dugattyú áramlásba indítja a szívósorban várakozó friss töltetet. Az AHP-ba érve viszont a hiába indul el a dugattyú felfelé, a szívósorból befelé áramló gázok a sebességükből fakadóan még olyan mozgási energiával bírnak, hogy a felfelé haladó dugattyú által a hengertérben létrejövő nyomás ellenére is képesek még tovább áramlani befelé. És amíg a gázok befelé akarnak menni a szívósorból a hengerbe, nehogymá’ becsukjuk a szívószelepet, nem? ;-) És amikor a felfelé haladó dugattyú által felépíteni kezdett nyomás és a befelé haladó gázok mozgási energiája kiegyenlítődik, akkor fordulna meg az áramlás, onnantól tolná ki a dugattyú a hengertérből a friss töltetet. És ha egy igazán magas fordulatra tervezett tengelyen megnézzük a szívószelep zárási szögét, simán 90° körüli értékkel is találkozhatunk. Tehát a dugattyú már a sűrítési ütem felénél jár, amikor megáll a beáramlás, és érdemes bezárni a szívószelepet, mert már csak visszafelé áramlana a friss töltet. És ami a legszebb, hogy amikor zár a szívószelep, akkor már nyomás van a hengertérben, tehát a sűrítés már az előtt megkezdődőtt, hogy a szelep bezárt volna. :-D

Jó, megtörtént a sűrítés, be is gyújtottuk a keveréket, ég is szépen, jöhet a kipufogószelep nyitása. No de hol. Kis fordulat esetén az AHP-ban, hogy minél tovább végezzen a gáz munkát. De nem így magas fordulaton. Ha az AHP-ban nyitjuk ki a kipufogószelepet, ott még bőven lesz nyomás a hengerben, ergo a dugattyúnak nyomással szemben kell kitolnia az elégett gázokat. Ha pedig nyomással szemben dolgozik, akkor az teljesítményt vesz el a főtengelyről. Akkor el kell érni, hogy minél kisebb legyen a kitolási munka. Ezt úgy lehet elérni, hogy a dugattyú lefelé haladása közben már ki kell nyitni a kipufogószelepet, és így a nyomás elkezd leépülni az előtt, hogy a dugattyú az AHP-ba érne. Eme kipufogószelep-nyitás is, egy izgalmasabb motor esetében simán 90°-kal az AHP előtt, tehát a löket felénél megtörténhet…

Jó, már távoznak az elégett gázok, kezdenénk bezárni a kipufogószelepet. De itt még olyan kiáramlási sebességekről beszélhetünk a szelep közelében, amik a beáramlási sebesség többszörösei. Itt most egyelőre nem vesznék el egy égés thermodinamikai boncolgatásában, de ha csak egy óvatos háromszoros kiáramlási sebességet feltételezünk a beáramláshoz képest, akkor is 9-szerese lesz az áramló gázok mozgási energiája, a beáramló gázokéhoz képest. Azért látható, hogy itt is izgalmas számokról beszélünk! És amikor eme elégett gázok ezzel a sebességgel távoznak, a dugattyú átfordulása után olyan vákuumot hagynak maguk mögött, hogy máris kínálkozik az ötlet, hogy ezt a vákuumot nyissuk meg a szívócsatorna előtt, lévén az segít a friss töltetet áramlásba indítani. És ez lesz a szelep-összenyitás. És minél nagyobb fordulatról beszélünk, annál inkább nő a szelep-összenyitás mértéke is. Ez látható is a fentebbi emelési görbék összehasonlításán is.

És akkor most lássuk, hogy mit csinál egy sport-tengely alacsony fordulaton! Ne felejtsük el, hogy amíg a dugattyú mozog, ÉS amíg a szelep nyitva van, addig van áramlás. Tehát sűrítési ütemben az AHP után 90°-kal zárjuk le a szívószelepet, vagyis a sűrítési végnyomás máris nagyjából a felére esett. Ezt begyújtjuk, nagyon rossz minőségű lesz az égés, és a terjeszkedő gázokat a FHP után 90°-kal már el is engedjük. Vagyis nem csak kicsi sűrítési-, és ebből fakadóan égési csúcsnyomásról indulunk, de még azt sem hagyjuk dolgozni, mert a munkára fogható löket felétől eleresztjük. Képzeljük el ezt egy munkaerő-piaci helyzetben. Van egy munkakör, ami napi nyolc órában kiterhel egy embert. Felveszünk valakit, aki reggel 8 helyett csak 10 körül esik be. Álmosan, másnaposan. Majd 2-3 körül megunja a munkát és hazamegy. Így pedig ahhoz, hogy az a napi 8 óra munka el legyen végezve, még egy embert fel kell venni félállásban, hogy a maradék 3-4 órányi munka is el legyen végezve. Hát ezért eszik a sporttengely többet utcai felhasználásnál… :-D

– Geree –

Gergely Blog - tematizálatlanul ,

Hozzászólások lezárva