TUNE-IT: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11

Την τελευταία αυτή λέξη δεν την έγραψα τυχαία αν και (δυστυχώς) οι περισσότεροι αυτοκινητόβιοι την αγνοούν παντελώς. Καταλαβαίνω ότι είναι δύσκολο να ενδιαφερθεί ο οδηγός που ψάχνει για επιδόσεις ή ο μηχανικός του για την ποιότητα του αέρα που όλοι αναπνέουμε, αλλά δεν παύει να είναι κάτι που αφορά όλους μας. Έχει επικρατήσει η άποψη –και δεν ξέρω για ποιο λόγο- ότι το «δυνατό» εργαλείο βγάζει όπως και να το κάνουμε πολλά και …βρωμερά καυσαέρια. Πρόκειται για …διαχρονικό παραμύθι ολκής, το οποίο αποδεδειγμένα καταρρίπτεται σιγά-σιγά εδώ και αρκετά χρόνια παρατηρώντας τις νέες γενιές των αυτοκινήτων, ισχυρών και μη. Μπορεί η ποσότητα των καυσαερίων να διαφέρει σε ένα δυνατό 2λιτρο από ένα οικονομικό 1000ράκι, αλλά η σύνθεση τους είναι η ίδια και αυτό βέβαια οφείλεται στις νόρμες που έχουν υιοθετήσει υποχρεωτικά όλοι οι κατασκευαστές προκειμένου να ικανοποιήσουν την όλο και αυστηρότερη νομοθεσία, σε παγκόσμιο μάλιστα επίπεδο. Κάνω αυτή την εισαγωγή, επειδή έχει βέβαια άρρηκτη σχέση με τον σχεδιασμό του συστήματος εξαγωγής, αν και το κεφάλαιο των καυσαερίων ανήκει περισσότερο στην ηλεκτρονική διαχείριση που θα δούμε σε κάποιο επόμενο τεύχος. 

BlackArt

Στο κυρίως θέμα μας τώρα. Η συλλογή, εύρεση και παρουσίαση πληροφοριών για συστήματα εξαγωγής που αυξάνουν τις επιδόσεις είναι πάντα μια δύσκολη διαδικασία, για το λόγο ότι δεν είναι εύκολη η μετάβαση από τη θεωρία στην πράξη. Στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι αδύνατος ο ακριβής υπολογισμός των προς κατασκευή εξαρτημάτων (σωληνώσεων κλπ) είτε διότι υπάρχει στενότητα και πολλές φορές …ανυπαρξία χώρου, αλλά κυρίως διότι οι στροφές του μοτέρ παίζουν από τις 1.000rpm έως και 8-9.000rpm. Βλέπετε, οι όποιοι υπολογισμοί έχουν δημοσιευθεί, αφορούν πάντα λειτουργία σε …σταθερές στροφές! Αυτό όμως δεν είναι το χειρότερο… Να ξέρετε ότι και από θέμα ακρίβειας δεν είναι παρά προσεγγίσεις με όριο σφάλματος 10%! Με άλλα λόγια, ό,τι και να υπολογίσετε δεν θα είναι τέλειο και δεν θα μπορούσε να είναι. Απλά σας δίνει ένα συγκεκριμένο πλαίσιο μέσα στο οποίο μπορείτε να κινηθείτε. Θα ήταν τελείως ανεφάρμοστη μία εμπεριστατωμένη δοκιμή στο δυναμόμετρο πολλών διαφόρων εναλλακτικών κατασκευών, κάθε φορά και με μία μικρή αλλαγή… Μόνο οι κατασκευάστριες εταιρίες και οι μεγάλες αγωνιστικές ομάδες επιδίδονται σε τέτοιους πολυδάπανους πειραματισμούς. Εμείς οι υπόλοιποι, χρησιμοποιούμε κατ’ ανάγκη τους τύπους και κάνουμε τη δουλειά μας μια χαρά! Κάποια, υποτυπώδη συνήθως, «έρευνα» έχουν κάνει για πολλά μοντέλα οι κατασκευάστριες εταιρίες εξατμίσεων και βολεύονται πολλοί ιδιοκτήτες. Βλέπετε γιατί έχουν δίκιο όσοι ονομάζουν την τεχνική σχεδιασμού εξατμίσεων «black art», σκοτεινή τέχνη δηλαδή, που μάλλον δεν συγκαταλέγεται στις ακριβείς επιστήμες.

Υπολογισμοί

Ας δούμε όμως κι’ εμείς με απλά λόγια τι γίνεται και πως συμπεριφέρονται τα υπό πίεση καυσαέρια στο σύστημα εξαγωγής. Στόχος μας είναι η δυνατόν πληρέστερη και ταχύτερη εκκένωση του θαλάμου καύσης και το ενδιαφέρον μας αρχίζει από τη στιγμή που ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής, οπότε αρχίζει και ένα κύμα θετικής πίεσης που ταξιδεύει με την ταχύτητα του ήχου. Όταν το κύμα αυτό φθάσει στην άκρη του πρωτεύοντα σωλήνα διαστέλλεται και ταυτόχρονα δημιουργεί ένα κύμα υποπίεσης που γυρίζει πίσω προς τη βαλβίδα. Το ζητούμενο στην όλη πραγματεία μας, είναι να συμπέσει η άφιξη της υποπίεσης με το άνοιγμα της βαλβίδας εξαγωγής πάλι, έτσι ώστε να βοηθήσει στην πληρέστερη και πιο γρήγορη εκκένωση του κυλίνδρου από τα κατάλοιπα της καύσης. Η δραστηριότητα αυτή έχει σαν αποτέλεσμα την καλύτερη πλήρωση του θαλάμου καύσης με νέο μίγμα, εφόσον έχει απομακρυνθεί γρήγορα το μεγαλύτερο μέρος των καυσαερίων. Για όλη αυτή την κίνηση υπάρχει ένας εμπειρικός τύπος που υπολογίζει το μήκος του πρωτεύοντα σωλήνα. Το τελικό νούμερο αφορά το μήκος αρχίζοντας από τη βαλβίδα εξαγωγής και εκφράζεται σε εκατοστά (cm).

Μήκος πρωτεύοντα =      (2167 x Μοίρες) / Στροφές                                            (M1)

Μοίρες: Συνολικές μοίρες από το σημείο που ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής έως το ΑΝΣ.

Στροφές: Χρησιμοποιούμε τις στροφές όπου θέλουμε τη μέγιστη ισχύ.

Παράδειγμα: Εκκεντροφόρος με χρονισμό 35-75-75-35, ανοίγει τη βαλβίδα εξαγωγής 75⁰ πριν από το ΚΝΣ. Μέχρι δηλαδή το ΑΝΣ έχουμε 75+180=255⁰. Ας πούμε ότι οι στροφές μέγιστης ισχύος είναι 7.000rpm. Βάζουμε τα νούμερα στον τύπο μας και έχουμε:

 Μήκος πρωτεύοντα =     (2167 x 255) / 7000 = 78,9 cm                                      (M1)                            

Το μήκος μετράει από τη βαλβίδα εξαγωγής, οπότε από το μήκος που μόλις βρήκαμε πρέπει να αφαιρέσουμε το μήκος του αυλού εξαγωγής στο καπάκι. Αν για παράδειγμα από την έδρα ως τη φλάντζα εξαγωγής έχουμε 9cm, ο κάθε πρωτεύων πρέπει να είναι περίπου 70cm(78,9-9).

Αμέσως επόμενο μέγεθος υπολογισμού, είναι η εσωτερική διάμετρος για κάθε πρωτεύοντα σωλήνα και βρίσκεται από αυτό τον τύπο:

Εσωτερική διάμετρος πρωτεύοντα = 1.5 x√(Όγκος κυλίνδρου / Μήκος)      (Φ1)  

Όγκος κυλίνδρου: Σε κυβικά εκατοστά.

Μήκος: Αυτό που μόλις υπολογίσαμε.

Παράδειγμα:  Αν το μοτέρ είναι 1.600cc, ο κάθε κύλινδρος είναι 400cc. Βάζουμε τα στοιχεία στον νέο τύπο και έχουμε:

Εσωτερική διάμετρος πρωτεύοντα = 1.5 x√ (400 / 78,9) = 3,4 cm               (Φ1)

Μάλισταααα…. Βρήκαμε λοιπόν το μήκος και την εσωτερική διάμετρο για τους πρωτεύοντες και τα νούμερα αυτά αφορούν ένα χταπόδι του τύπου 4 σε 1.

Σε περίπτωση που το χταπόδι μας είναι τύπου 4-2-1, χρησιμοποιούμε το ίδιο μήκος που υπολογίσαμε, αλλά στο χταπόδι αυτό, το μήκος αντιπροσωπεύει πρωτεύον και δευτερεύον μαζί. Κατά συνθήκη, θεωρούμε πάντα ότι το πρωτεύον έχει μήκος 38cm και το υπόλοιπο είναι το δευτερεύον. Στην περίπτωση του 4-2-1 δηλαδή, το πρωτεύον έχει μήκος 38cm, με εσωτερική διάμετρο 34mm και το δευτερεύον έχει μήκος 78,9-38= 40,9cm.

Η εσωτερική διάμετρος του δευτερεύοντα δίδεται από τον εξής τύπο:

Εσωτερική διάμετρος του δευτερεύοντα:  1,27 x Φ1                                            (Φ2)

Αν δηλαδή το χταπόδι μας είναι 4-2-1, οι δευτερεύοντες σωλήνες είναι διαμέτρου:

                                      1,27 x 3,4 = 4,3cm                                                               (Φ2)

Μετά το χταπόδι, ο τελικός σωλήνας της εξάτμισης μπορεί να υπολογισθεί από τον ακόλουθο τύπο:

Εσωτερική διάμετρος τελικού: 2,1 x√(Όγκος κυλίνδρου / Μ1)                         (Φ3) 

Στην περίπτωση μας έχουμε:

                                          2,1 x√(400 / 78,9) = 4,7cm                                           (Φ3) 

Οι ανωτέρω υπολογισμοί ισχύουν για ατμοσφαιρικά μοτέρ. Δεν υπολογίζεται απ’ ο,τι είδατε αν υπάρχει ή όχι καζανάκι, αλλά υπάρχει ένας άτυπος κανόνας για την τοποθέτηση του. Η θέση του προσδιορίζεται σε ακέραια πολλαπλάσια του μήκους Μ1, αν βέβαια κάτι τέτοιο είναι και χωροταξικά εφικτό. Αν δηλαδή το Μ1 είναι 80cm, το καζανάκι μπορεί να τοποθετηθεί στα 160cm ή 240cm από το καπάκι. Μη ρωτήσετε τι γίνεται αν το βάλουμε στα 195cm… δεν είμαι μάγος! Στην τελική, χώστε το όπου θέλετε και ψαχτείτε!…

Για να μη το παίζουμε επιστήμονες, ξαναλέω ότι τα νούμερα που βγαίνουν είναι στο περίπου και μόνο με ράβε-ξήλωνε-κόλα-κόβε και επανειλημμένο ξενύχτι στο δυναμόμετρο μπορεί να βρεθεί το σχεδόν τέλειο αποτέλεσμα. Και όπως στις περισσότερες περιπτώσεις που αφορούν το αυτοκίνητο, επιδόσεις κλπ, το σχεδόν τέλειο αυτό αποτέλεσμα εξυπηρετεί μόνο μια γκάμα στροφών και ποτέ ολόκληρη την κλίμακα. Είδατε ότι στον πρώτο τύπο βάλαμε 7.000 στροφές και χρησιμοποιήσαμε κάποιο συγκεκριμένο χρονισμό εκκεντροφόρου. Αν βάζαμε 6.300 ή 8.400 στροφές για παράδειγμα ή άλλο εκκεντροφόρο, θα έβγαιναν τελείως διαφορετικά νούμερα και αυτό μας δείχνει καθαρά την περιορισμένη κλίμακα ιδανικής (που λέει ο λόγος) απόδοσης του συστήματος εξαγωγής.

Ψάχνοντας…

Για την επιλογή ενός συστήματος 4-1 ή 4-2-1, να έχετε υπ’ όψη ότι το 4-1 έχει κάποιο πλεονέκτημα χαμηλά και ψηλά, που μπορεί να φθάσει ακόμα και το 5-6%, ενώ κάνει κάποια «κοιλιά» στις μεσαίες στροφές. Αντίθετα, το 4-2-1, πλεονεκτεί στις μεσαίες στροφές, παρουσιάζοντας κάποια πτώση στα δύο άκρα. Αν τώρα αξιολογήσουμε το αποτέλεσμα διαφορετικών διαμέτρων ή μήκους των πρωτευόντων, θα βρούμε ότι στενότερες διάμετροι κατά περίπου 3mm κατεβάζουν κατά 600-800 στροφές –ανάλογα με τα κυβικά- το σημείο όπου εκδηλώνεται η μέγιστη ροπή, ενώ το ακριβώς αντίθετο συμβαίνει με την αύξηση της διαμέτρου. Αυξομειώνοντας το μήκος, βλέπουμε να «παλαντζάρει» η καμπύλη της ροπής γύρω από τη μέγιστη τιμή της. Κοντύτεροι πρωτεύοντες, μειώνουν την ροπή χαμηλά και την σηκώνουν στα ψηλά, ενώ το αντίθετο συμβαίνει με μακρύτερους.   

Αν και είναι εύκολη η χρήση και εφαρμογή των τύπων που παρουσίασα πιο πάνω, πιστεύω ότι σήμερα, με τη διάδοση των διαφόρων προγραμμάτων εξομοίωσης κινητήρων (engine simulator software), είναι πιο πρακτική μια άσκηση προσομοίωσης όπου μπορείτε πολύ γρήγορα να αλλάζετε στοιχεία και το κυριότερο, να βλέπετε τις καμπύλες απόδοσης του μοτέρ σας. Αυτό βέβαια ισχύει και για οποιαδήποτε άλλη δοκιμή θέλετε να κάνετε, όπως αλλαγές εκκεντροφόρων, λόγου συμπίεσης, διαστάσεις βαλβίδων και πάει λέγοντας. Αν μάλιστα είστε και λίγο «μαμούνια» στο ψάξιμο, σας συνιστώ να ασχοληθείτε με το θέμα. Πρόκειται για πραγματικά δυνατό παιχνίδι!  

Εσείς οι… αρχαιοκάπηλοι με καρμπυρατέρ (ναι, υπάρχουν ακόμα και ζουν ανάμεσα μας!) μην εκπλαγείτε αν χρειαστεί κάποια ρύθμιση του μίγματος στο ρελαντί ή ακόμα και μεγαλύτερο ζιγκλέρ, μετά από την τοποθέτηση ενός χταποδιού. Η καλύτερη εκκένωση των θαλάμων αφήνει χώρο για περισσότερο φρέσκο μίγμα. Στα νεώτερης τεχνολογίας εργαλεία, οι εγκέφαλοι έχουν συνήθως επαρκές περιθώριο προσαρμογής για να μη χρειαστεί άλλη επέμβαση.

Μαγικά

Άφησα για τελευταίο το θέμα της αντίστροφης πίεσης (back pressure) το οποίο είναι και το λιγότερο γνωστό. Πόσους ξέρετε που μετράνε στο δυναμόμετρο –ή και στο δρόμο ακόμα- την πίεση στον τελικό σωλήνα? Είναι ένας άριστος τρόπος να ελέγξετε την αποτελεσματικότητα του συστήματος εξαγωγής! Για να ρίξω και ένα νούμερο στην κουβέντα, αντίστροφη πίεση μόλις 0,25bar (3,5psi), προκαλεί πτώση ισχύος 6-7 ίππων σε 2λιτρο μοτέρ και περίπου 4 ίππων σε 1.600αρι. Πιστεύω ότι είναι καλό να γνωρίζετε πόσο αποδοτικό είναι το σύστημα σας, πριν προβείτε σε μετατροπή, βελτίωση ή αντικατάσταση του, που μπορεί και να μην είναι απαραίτητη! Το να κολλήσετε ένα μικρό ρακόρ με τρύπα 2-3mm μπροστά από το πρώτο καζανάκι δεν κοστίζει και τίποτε. Θα χρειαστείτε επίσης ένα φθηνό πιεσόμετρο με κλίμακα 1bar ή 10psi και περίπου 2-3 μέτρα σωληνάκι σιλικόνης. Με το σωληνάκι στο ρακόρ και στερεωμένο κάτω απ’ το αυτοκίνητο, στερεώνετε και το πιεσόμετρο κάπου κοντά στο ταμπλό και βρίσκετε κάποια ζόρικη μεγάλη ανηφόρα, όπου μπορείτε να φορτώσετε 3^η και 4^η ταχύτητα. Αν δείτε τη βελόνα στο πιεσόμετρο να παίρνει τον ανήφορο… η περίπτωση απαιτεί παραπέρα ανάλυση. Αν ήδη φτιάξατε και βάλατε χταπόδι, θεωρώ απαραίτητο να ξέρετε αν το υπόλοιπο σύστημα «σας κόβει» πριν το ξηλώσετε άδικα και πληρώνετε τσάμπα χρήμα!

Θα κλείσω με μια δήλωση-αξίωμα: δεν υπάρχει σχέση μεταξύ θορύβου και ισχύος! Δεν θα επεκταθώ κι’ ας το εμπεδώσουν όοοολοι εκείνοι που νομίζουν ότι ο σαματάς είναι …μαγκιά! Ακούς Γιωργάκη με την κόκκινη μπουργκάνα σου? Ό,τι είναι να βγάλει το εργαλείο θα το βγάλει. Ο σαματάς μόνο για κάγκουρα σε φέρνει… Άντε και καλά μπάνια…