χταποδια...lessons (Μέρος Α)
Επειδή έτυχε να αλλάξω πολλαπλή εξαγωγής έκανα μια έρευνα περί αυτής.
Σας παραθέτω διάφορες πληροφορίες όπως επίσης και μαθηματικούς τύπους που βρήκα από τον κ. Γούγλη.
Τα πάντα ξεκινάνε από την πολλαπλή εξαγωγής, το κοινώς λεγόμενο "χταπόδι", που είναι και ο πρώτος, κατά σειρά, παραλήπτης των καυσαερίων στο σύστημα εξάτμισης. Το χταπόδι έχει ν' αντιμετωπίσει σοβαρά χωροταξικά προβλήματα, αφού πρέπει να στριμωχτεί μέσα στο μηχανοστάσιο και επιπλέον πρέπει να διαθέτει συγκεκριμένα γεωμετρικά χαρακτηριστικά (διάμετρο και μήκος σωλήνων, σημεία συμβολής δυο ή και περισσότερων σωλήνων σε έναν, σημείο στήριξης turbo και πάει λέγοντας) προκειμένου να εξυπηρετήσει αποτελεσματικά τις ανάγκες του μοτέρ.
Το στρίμωγμα ενός αντικειμένου σε συγκεκριμένο χώρο μπορεί αφ' εαυτού να μη φαίνεται τρελό ζόρι, όταν όμως πρέπει να έχει συγκεκριμένες διαστάσεις και καμπυλότητες, τότε ο γρίφος αρχίζει να απευθύνεται σε γερούς λύτες! Κι έτσι ξεκινάμε με τον πρώτο, πολύ βασικό (όπως θα δούμε στην πορεία) συμβιβασμό της σχεδίασης μιας εξάτμισης: τη δρομολόγησή της! Η εξάτμιση δεν πρέπει να περνάει πολύ κοντά από επιφάνειες και εξαρτήματα που είναι ευαίσθητα στις υψηλές θερμοκρασίες. Σε ένα μηχανοστάσιο, τέτοια σημεία αποτελούν οτιδήποτε είναι κατασκευασμένο ή φέρει επένδυση από πλαστικά και ελαστικά υλικά: από τις καλωδιώσεις και τα κολάρα μέχρι τις βάσεις του κινητήρα και τις φούσκες των ημιαξονίων! Φυσικά, εννοείται ότι η εξάτμιση δεν πρέπει να περνάει πολύ κοντά και από την καρότσα, αφού η υπερθέρμανση του φέροντος οργανισμού του αυτοκινήτου μπορεί να σημαίνει από απλή καταστροφή της βαφής / αντιδιαβρωτικής προστασίας μέχρι σημαντικά προβλήματα θερμοκρασίας στην καμπίνα.
Heatshields
Η πρώτη γραμμή άμυνας απέναντι στη θερμότητα είναι η θερμομόνωση τόσο της ίδιας της εξάτμισης όσο και των ευαίσθητων εξαρτημάτων, καλύπτοντάς τα με μεταλλικές ή επιμεταλλωμένες θερμοασπίδες, που έχουν ως σκοπό την αντανάκλαση της θερμικής ακτινοβολίας και την παρεμπόδιση αγωγής της θερμότητας μέσω του περιβάλλοντος αέρα. Η μαζική παραγωγή ενός συστήματος εξάτμισης επιφέρει σημαντικούς συμβιβασμούς στην ποιότητα και αποτελεσματικότητα των θερμομονωτικών ασπίδων, που στην πλειονότητά τους κρίνονται απλώς και μόνο επαρκείς. Το να καλύψεις ένα ευαίσθητο εξάρτημα με φύλλα χρυσού, όπως λ.χ. έκανε ο Gordon Murray όταν σχεδίασε την περιβόητη McLaren F1, αποτελεί μια λειτουργικά άριστη λύση που ωστόσο θα μείνει στην ιστορία ως άλλη μια τεχνική Extravaganza της βρετανικής σχολής των Supercars. Τα πιο καθημερινά αυτοκίνητα θα πρέπει να βολευτούν με χαλύβδινες ή αλουμινένιες θερμοασπίδες, και να πουν κι "ευχαριστώ". Κι αν το πουν, αφού σε πολλές περιπτώσεις οι κατασκευαστές είτε έχουν γεμίσει τις τσέπες τους με καβούρια, είτε έχουν υπάρξει υπερβολικά αισιόδοξοι. Παραδείγματα όπως τα μοτέρ Twin Spark και V6 της Alfa Romeo ή τα TU του Group PSA, όπου τα χταπόδια περνάνε πολύ κοντά από τα φίλτρα λαδιού και σχεδόν ξυστά από τα κάρτερ, σε κάνουν πραγματικά ν' αναρωτιέσαι για ποιο λόγο οι κατασκευαστές έχουν επιλέξει να μετατρέψουν το λάδι του κινητήρα σε περιεχόμενο φριτέζας. Πολλά βελτιωμένα τέτοια μοτέρ αντιμετωπίζουν σοβαρότατα προβλήματα θερμοκρασίας λαδιού, τα οποία λύνονται αποτελεσματικά μόνο με καλή θερμομόνωση της εξάτμισης, σε πολλές περιπτώσεις ακόμη και με μετατόπιση του φίλτρου λαδιού. Αρα, από πλευρά λειτουργικότητας, το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνει κανείς είναι να εξασφαλίσει την κατά το δυνατό βέλτιστη θερμομόνωση των πρώτων (και θερμότερων) τμημάτων της εξάτμισης, ώστε η θερμότητα να μην προκαλεί προβλήματα σε άλλους τομείς. Πέρα από τον άμεσο αντίκτυπο της θερμοκρασίας στα επιμέρους εξαρτήματα του μηχανοστασίου, η καλή θερμομόνωση της εξάτμισης συνεισφέρει στο γενικότερο περιορισμό των θερμοκρασιών που επικρατούν κάτω από το καπό. Αυτό είναι βασική ανάγκη όταν αναζητά κανείς τη βέλτιστη απόδοση, αφού οι υψηλές θερμοκρασίες μηχανοστασίου επιβαρύνουν αφενός μεν το σύστημα ψύξης, αφετέρου το σύστημα εισαγωγής αέρα. Ιδίως τα τουρμπάτα μοτέρ, που κάνουν τόσο κόπο να κρυώσουν το συμπιεσμένο αέρα με intercooler, είναι κρίμα να τον ξαναζεσταίνουν μέχρι να φτάσει στην πεταλούδα επειδή οι σωληνώσεις του μηχανοστασίου έχουν μετατραπεί σε... afterheater!
Υπερθερμαίνοντας... την εξάτμιση!
Οπως κάθε νόμισμα με δυο όψεις, έτσι και η "υπερβολική" θερμομόνωση της εξάτμισης μπορεί να επιφέρει άλλου είδους παρενέργειες, με συνηθέστερη την πρόκληση ρωγμών στην πολλαπλή εισαγωγής.H μηχανική αντοχή των μετάλλων φθίνει σε συνάρτηση με την άνοδο της θερμοκρασίας λειτουργίας. Η υπερβολική θερμομόνωση αυξάνει τη θερμική καταπόνηση των μετάλλων της εξάτμισης, με αποτέλεσμα την πρόωρη γήρανση και κόπωσή τους. Αυτός είναι και ο λόγος που κανένα εξάρτημα εξάτμισης δεν διατηρεί την εγγύησή του, εάν τυλιχθεί με θερμομονωτικά υλικά.
Μονώνοντας... inside out!
Η σύγχρονη τεχνολογία, ωστόσο, έχει λύσεις (έστω και ακριβές) ακόμη και γι' αυτές τις περιπτώσεις: αν θες να μονώσεις λ.χ. ένα χταπόδι, χωρίς ωστόσο να υπερθερμάνεις τις σωληνώσεις, μπορείς κάλλιστα να τις μονώσεις εκ των έσω, περιορίζοντας τη μεταφορά θερμότητας από τα καυσαέρια στα μέταλλα. Μιλάμε, φυσικά, για τις κεραμικές θερμομονωτικές επιστρώσεις, οι οποίες πλέον έχουν κάνει την εμφάνισή τους και στην Ελλάδα. Συνήθως τις συναντάμε ως εξωτερικές επιστρώσεις, αφού έτσι είναι ευκολότερη η εφαρμογή τους και χαμηλότερο το κόστος. Ωστόσο, ανάλογα με το σχήμα και ως επί το πλείστον το μήκος του σωλήνα (ή των σωλήνων, σε ένα χταπόδι) που πρέπει να επικαλυφθούν, υπάρχει η δυνατότητα επικάλυψης και στο εσωτερικό, ή ακόμη και... double face, για όσους θέλουν το απόλυτο αποτέλεσμα.
Στην πράξη, το αποτέλεσμα μιας κεραμικής επίστρωσης ποικίλλει ανάλογα με το υλικό που θα χρησιμοποιηθεί για την επικάλυψη, το πάχος επικάλυψης και, φυσικά, τη μέγιστη τιμή της θερμοκρασίας καυσαερίων. Σε γενικές γραμμές, μια τυπική εξωτερική κεραμική επίστρωση εξάτμισης μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία του σωλήνα πάνω από 20%, με την τιμή αυτή να μπορεί να φτάσει ή και να ξεπεράσει το 30%. Πρόκειται για τεράστιο όφελος, ιδίως σε περιπτώσεις εξατμίσεων που το σχήμα τους ή οι χωροταξικοί περιορισμοί του μηχανοστασίου δεν επιτρέπουν την θερμομόνωση με συμβατικές ασπίδες.
Ελαστικότητα Vs δυσκαμψία
Αρκετά με τον καύσωνα, οπότε πάμε παρακάτω, στους... σεισμούς! Είπαμε ότι τόσο η εξάτμιση όσο και οι διατάξεις ανάρτησής της στο αμάξωμα πρέπει να διαθέτουν μια κάποια ελαστικότητα, προκειμένου να ακολουθούν τις κινήσεις του μοτέρ. Αρκεί όμως μόνο αυτό? Μήπως πρέπει κάποιος να ασχοληθεί με τις κινήσεις του μοτέρ καθαυτό, εν προκειμένω με τις βάσεις του κινητήρα? Δεδομένου του ότι τα πάντα έχουν και τα όριά τους, δεν υπάρχει τρόπος να κατασκευάσεις μια στεγανή εξάτμιση "τιραμόλα". Ως εκ τούτου, θα πρέπει να προσαρμόσεις και το υπόλοιπο σύστημα που συνεργάζεται με την εξάτμιση, ούτως ώστε να μη φέρεις κάποιο εξάρτημα σε δύσκολη θέση. Για παράδειγμα, δεν είναι λίγοι οι "καύτες" ιδιοκτήτες Seat Ibiza FR πρώτης γενιάς που αντιμετώπισαν πάσης φύσης προβλήματα με τις πολλαπλές εξαγωγής και τα downpipe του 1.8 20VT, από λασκαρισμένα παξιμάδια μέχρι κομμένα μπουζόνια και ραγισμένα μαντέμια, μόνο και μόνο εξαιτίας του συνδυασμού σκληρή οδήγηση - μαλακές βάσεις κινητήρα (με φυσικό επακόλουθο την υπέρμετρη μηχανική καταπόνηση της εξάτμισης και το ξέσπασμά της στα πιο θερμά, άρα και αδύναμα από ένα σημείο και μετά, σημεία του συστήματος). Αντίστοιχα προβλήματα, σε μακράν μεγαλύτερη έκταση και συχνότητα, έχουν αντιμετωπιστεί με σωληνωτές πολλαπλές εξαγωγής σε διάφορα αυτοκίνητα με "Softex" βάσεις κινητήρα. Ο κόσμος βιάζεται να κατηγορήσει το υλικό του σωλήνα, την ποιότητα της συγκόλλησης κ.ο.κ., ωστόσο πολλές φορές βλέπει το δέντρο χάνοντας το δάσος.
Γιατί χυτοσίδηρος?
ο χυτοσίδηρος (μαντέμι) είναι τόσο διαδεδομένος ως υλικό κατασκευής των θερμότερων τμημάτων της εξάτμισης. Ο χυτοσίδηρος έχει κάποια πολύτιμα, για τη συγκεκριμένη εφαρμογή, προτερήματα, με προεξάρχοντα το σχετικά χαμηλό συντελεστή γραμμικής διαστολής, σε σχέση με τους χάλυβες και το αλουμίνιο, τη μεγάλη θερμοχωρητικότητά του, τη σεβαστή μηχανική αντοχή, την ευκολία χύτευσης και το χαμηλό κόστος, αναλογικά με άλλα υλικά όπως λ.χ. ο ανοξείδωτος χάλυβας.
Ξεκινώντας από το χαμηλό συντελεστή διαστολής του χυτοσιδήρου, αυτός είναι απαραίτητος προκειμένου να εξασφαλίζεται καλή συνεργασία με την κυλινδροκεφαλή: οι αλουμινένιες κυλινδροκεφαλές ναι μεν διαστέλλονται σχεδόν δυο φορές περισσότερο από το μαντέμι, ωστόσο έχουν το πλεονέκτημα της ψύξης και έτσι οι μέγιστες θερμοκρασίες τους σπάνια υπερβαίνουν το 15% της μέγιστης θερμοκρασίας της πολλαπλής εξαγωγής. Αυτή η τεράστια θερμική ανισότητα προκαλεί εντονότατα προβλήματα στεγανοποίησης στη σύνδεση κυλινδροκεφαλής / πολλαπλής εξαγωγής, με συνηθέστερο σύμπτωμα την παραμόρφωση ("πετσικάρισμα") της επιφάνειας του χταποδιού που συνδέεται πάνω στην κυλινδροκεφαλή. Οσο αυξάνεται ο συντελεστής διαστολής του χταποδιού, τόσο αυξάνεται και το κόστος για την κατασκευή ενός χταποδιού που δεν θα παραμορφωθεί ή ραγίσει, λόγω της ανομοιομορφίας στη διαστολική συμπεριφορά μεταξύ αυτού και της κεφαλής. Αυτός είναι και ο λόγος που τα περισσότερα σωληνωτά χταπόδια είναι πολύ χοντρά στο σημείο που βιδώνουν πάνω στην κυλινδροκεφαλή και, επιπλέον, χρησιμοποιούν τεχνικές λύσεις όπως οβάλ ή σκισμένες τρύπες για τις βίδες ή τα μπουζόνια τους.
Εκτός αυτού, είπαμε ότι το χταπόδι πρέπει να στριμωχτεί μέσα σε ένα μηχανοστάσιο. Αυτό απαιτεί σε πολλές περιπτώσεις τη σχεδίαση με απότομες και αρκετά μικρής ακτίνας καμπύλες, που όχι μόνο διαμορφώνονται δύσκολα σε έναν απλό σωλήνα, αλλά πολλαπλασιάζουν και την πιθανότητα εκδήλωσης ρωγμών κατά τη χρήση, λόγω της μηχανικής καταπόνησης που έχει δεχθεί ο σωλήνας κατά την καμπύλωσή του. Η κατασκευή ενός χυτού εξαρτήματος είναι πολύ πιο εύκολη και οικονομική λύση, και σ' αυτήν την περίπτωση το μαντεμάκι είναι -δικαίως- ο επικρατέστερος υποψήφιος για τη δουλειά. Εκεί που υστερεί τα μάλα είναι στην αναλογία όγκου - βάρους, σε σχέση με ένα αντίστοιχο "bolt-on" σωληνωτό χταπόδι. Ενώ το σωληνωτό συνήθως χρησιμοποιεί σωλήνα με πάχος τοιχώματος 1,5-2,25mm(αυτό που έβαλα εγώ ,χειροποίητο είναι 3,5mm), το μαντέμι στο ίδιο σημείο έχει σχεδόν διπλάσιο, αν όχι και υπερδιπλάσιο, ορισμένες φορές, πάχος.
Από την άλλη, το μαντέμι είναι λιγότερο ελαστικό από τον σωλήνα που είναι κατασκευασμένος από ανοξείδωτο ή ακόμη και από μαλακό χάλυβα. Αυτό μπορεί να είναι είτε πλεονέκτημα είτε μειονέκτημα, αναλόγως της εφαρμογής,
Η αυξημένη συνολική θερμοχωρητικότητα του μαντεμένιου εξαρτήματος, που οφείλεται ως επί το πλείστον στην αυξημένη μάζα του όπως είδαμε προηγουμένως, είναι πλεονέκτημα επειδή μετριάζει το ρυθμό μεταβολής θερμοκρασίας του χταποδιού (δηλαδή ζεσταίνεται και κρυώνει με πιο αργό ρυθμό), κι έτσι μειώνει το βαθμό θερμικής και μηχανικής καταπόνησης λόγω απότομων διαστολών - συστολών. Αυτό σημαίνει αξιοπιστία και μακροζωία για το εξάρτημα, και σε ρεαλιστικές συνθήκες, κανένα μαντεμένιο χταπόδι δεν έχει λόγο να ραγίσει όταν το μοτέρ κάθεται σε στιβαρές βάσεις και ο οδηγός δεν αντιμετωπίζει τα πεντάλ του αυτοκινήτου σαν διακόπτες ON-OFF. Αυτό, βέβαια, δεν ισχύει για όλα τα σωληνωτά χταπόδια...
χταποδια...lessons(Μέρος Β)
Το σύστημα εξαγωγής πρέπει να σχεδιάζεται με βάση ορισμένα στοιχεία, όπως ο κυβισμός και οι στροφές λειτουργίας. Οι κατασκευαστές γνωρίζουν φυσικά, πολύ καλά τους νόμους που διέπουν ένα τέτοιο σχεδιασμό, αλλά προσπαθώντας να κρατήσουν χαμηλά το κόστος παραγωγής, οδηγούνται σε συμβιβασμούς.
Η μορφή αυτή των συμβιβασμών φαίνεται στα διάφορα αυτοκίνητα, ακόμα και στα διάφορα μοντέλα του ίδιου κατασκευαστή, και διατρέχει όλο το φάσμα της αποδοτικότητας, από τραγικό έως πολύ καλό.
Όπως και στις υπόλοιπες μετατροπές, έτσι και εδώ το αποτέλεσμα που θα πάρει κάποιος σχεδιάζοντας και κατασκευάζοντας το δικό του σύστημα εξαγωγής, εξαρτάται από το πόσο κακό ή καλό ήταν το εργοστασιακό κομμάτι. Να πω εδώ ότι όλα τα συστήματα βελτιώνονται, και φυσικά δεν μιλάω για την Ferrari 360 – 430, BMW σειρές M, Porsche κλπ, που τα συστήματα τους είναι σωστά σχεδιασμένο γιατί εκεί δεν υπάρχουν περιορισμοί και συμβιβασμοί.
Τα περισσότερα αυτοκίνητα πάσχουν από συστήματα κοντά και πολύ στενά. Οι υπολογισμoί που αναφέρονται παρακάτω έχουν σκοπό την αποδέσμευση της κρυμμένης ισχύος που βρίσκεται μέσα στην αδυναμία ελεύθερης λειτουργίας των εργοστασιακών συστημάτων.
Υπάρχουν δύο βασικά συστήματα εξαγωγής. Το χταπόδι 4-2-1 και το χταπόδι 4-1(αυτό φοράω εγώ). Το κάθε ένα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα ή μειονεκτήματα.
Το 4-2-1 συγκεκριμένα λειτουργεί από τις χαμηλές ως τις μεσαίες στροφές, ενώ το 4-1 χρησιμοποιείται σε κινητήρες που εργάζονται στις υψηλές στροφές.
Το 4-2-1 αποδίδει καλά ως τις 6.500 – 7000 σαλ, και το 4-1 φθάνει ως τις ανώτερες στροφές της F1 και των αγωνιστικών Μοτό, ενώ υστερεί αρκετά έναντι του 4-2-1 στις χαμηλές και μεσαίες.
Έστω ότι θέλουμε να φτιάξουμε ένα χταπόδι 4-2-1
Ξεκινάμε πρώτα από τον κυβισμό ,στην συνέχεια πάμε στον/στους εκκεντροφόρους που ήδη έχει ο κινητήρας, ή σε αυτόν που θα τοποθετήσουμε. Όλοι οι κατασκευαστές εκκεντροφόρων δίνουν τα στοιχεία του χρονισμού.
Τέλος πάμε στις στροφές του κινητήρα. Περιέργως αυτό είναι και το πιο δύσκολο σημείο. Συνήθως υπάρχουν τρία σημεία στροφών να διαλέξετε. Πρώτες είναι οι στροφές της μέγιστης ροπής, αν διαλέξετε αυτές, το αυτοκίνητο θα κινείται με πολλή ευκολία και νεύρο στην χαμηλή κλίμακα των στροφών και θα χάνει την όρεξη του ο κινητήρας να περάσει άνετα στις υψηλές στροφές.
Δεύτερο σημείο υπολογισμού είναι κάποιο σημείο μεταξύ της μέγιστης ροπής και της μέγιστης ισχύος. Αν πχ η ροπή εκδηλώνεται στις 4500 σαλ και η δύναμη στις 6500 σαλ, παίρνετε σαν δεδομένο τις 5500 σαλ. Αποτέλεσμα αυτού του υπολογισμού θα είναι ένα χταπόδι που θα λειτουργεί σε όλη την γκάμα των στροφών ικανοποιητικά, με εμφανή έξαρση γύρω στις 5000 σαλ. Αυτός ο τρόπος σχεδίασης χρησιμοποιείται πιο συχνά γιατί καταλήγει στον ελαστικό κινητήρα.
Αν το σημείο υπολογισμού είναι οι στροφές τις μέγιστης ιπποδύναμης, το αποτέλεσμα θα είναι ένα αυτοκίνητο κάπως άδειο στις χαμηλές στροφές αλλά πολύ ζωντανό μετά τις 5500 σαλ. Σ΄αυτό το πλαίσιο κινούνται οι υπολογισμοί για τους κινητήρες αγώνων, που λίγο ενδιαφέρει αν λειτουργούν ομαλά στις 1500-2000 σαλ.
Στο σύστημα 4-2-1 οι σωλήνες που ξεκινάνε από το καπάκι ονομάζονται πρωτεύοντες. Αυτοί μετά από κάποια απόσταση, που συνήθως είναι 38 εκ. ενώνονται ανά 2, ο 1 με τον 4, και ο 2 με τον 3. Οι δύο σωλήνες που ξεκινούν από την ένωση αυτή των 4άρων ονομάζονται δευτερεύοντες, φυσικά στο σύστημα 4-1 δεν υπάρχουν δευτερεύοντες.
Οι δευτερεύοντες αυτοί μετά από μια απόσταση που υπολογίζονται, ενώνονται και αυτοί και από την ένωση τους ξεκινάει ο τελικός σωλήνας στον οποίο μπαίνουν ο καταλύτης και τα καζανάκια.
Φτάσαμε λοιπόν στους τύπους που θα σας επιτρέψουν να σχεδιάσετε το σύστημα σας.
Τα μήκη και οι διάμετροι έχουν ως εξής :
Μ1 είναι το μήκος κάθε πρωτεύοντα σωλήνα.
Μ2 είναι το μήκος κάθε δευτερεύοντα σωλήνα.
Μ3 είναι το άθροισμα των δύο, αλλά μετράει από την βαλβίδα εξαγωγής στο καπάκι, μέχρι εκεί που οι 2 δευτερεύοντες γίνονται ένας ( τελικός σωλήνας )
Οι διάμετροι του υπολογισμού είναι ( εσωτερικές ) :
Δ1 η διάμετρος του κάθε πρωτεύοντα σωλήνα.
Δ2 η διάμετρος του κάθε δευτερεύοντα σωλήνα.
Δ3 η διάμετρος του τελικού σωλήνα.
Πρώτα υπολογίζετε το Μ3
Μ3 = 13.000 Χ Ε
----------------
Στροφές Χ 6
Ε είναι η διάρκεια σε μοίρες της εξαγωγής από την στιγμή που ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και μέχρι το άνω νεκρό σημείο όμως.
Για την επιλογή των στροφών αναφέρθηκα πρίν.
Δεύτερη υπολογίζετε τη διάμετρο Δ1 κάθε πρωτεύοντα σωλήνα.
Δ1 = 2.1 Χ όγκος κυλίνδρου Χ 2
---------------------------
Μ3 Χ 3.14
Όπου όγκος εκφράζεται σε κυβικά εκατοστά ( cc )
Το Δ2, η διάμετρος του δευτερεύοντα είναι :
Δ2 = 0.93 Χ Δ1² Χ 2
Η διάμετρος του τελικού σωλήνα Δ3 είναι :
Δ3 = 2.1 X Συνολικός κυβισμός
--------------------------
Μ3 Χ 3.14
Πάλι ο κυβισμός εδώ είναι σε κυβικά εκατοστά ( cc )
Το Μ1 και Μ2 είναι πιο εύκολο να βρεθούν.
Το Μ1 όσον αφορά τα συστήματα 4-2-1 είναι πάντα γύρω στα 38 εκατοστά ( cm ).
Το Μ2 είναι η διαφορά των Μ3 και Μ1 και αυτό είναι όλο.
Δηλαδή σε κάθε περίπτωση :
Μ2 – Μ3 = 38 cm
Στο σύστημα 4-1 βέβαια, συζητάμε μόνο για Μ3 γιατί δεν υπάρχουν δευτερεύοντες ( Μ2 )
Δύο χαρακτηριστικά παραδείγματα θα βοηθήσουν στην εύκολη χρήση των υπολογισμών αυτών. Πρώτα ας πάρουμε ένα κινητήρα 2.000 κυβικών με χρονισμό βαλβίδων 50-70-70-50, ο τρίτος αριθμός, το 70, δείχνει που ανοίξει η βαλβίδα εξαγωγής πρίν το Κάτω Νεκρό Σημείο.
Με ένα τέτοιο εκκεντροφόρο περιμένουμε την μέγιστη ροπή γύρω στις 4.500 σαλ και την μέγιστη ισχύ στις 6.200 σαλ. Το σύστημα εξαγωγής θέλουμε να μας επιτρέπει την άνετη κίνηση στην κυκλοφορία της πόλης, αλλά και να δείχνει το σπόρ χαρακτήρα του αυτοκινήτου στον ανοιχτό δρόμο, ή όταν αποφασίσουμε να κινηθούμε κάπως γρήγορα….μέσα στην πόλη!
Θα πάρουμε λοιπόν σαν στροφές υπολογισμού τις 5.000 επειδή μας ενδιαφέρει η ομαλή κίνηση χαμηλά. Το Ε στην περίπτωση του κινητήρα αυτού είναι:
Ε = 180ο + 70ο = 250ο
Πρώτο έρχεται λοιπόν το Μ3
Μ3 = 13.000 Χ 250
------------------------- = 108cm
5.000 Χ 6
Ο όγκος κάθε κυλίνδρου είναι 500cc για 4κύλινδρο κινητήρα, ας πάμε τώρα στο Δ1
Δ1 = 2.1 Χ ² 500 Χ 2
----------- = 3.6cm ή 36mm
108 X 3.14
36mm λοιπόν η εσωτερική διάμετρος κάθε πρωτεύοντα σωλήνα, Δ2 τώρα και
Δ2 = 0.93 Χ² 3.6² Χ 2 = 4.7cm ή 47mm είναι η εσωτερική διάμετρος καθενός από τους δευτερεύοντες σωλήνες. Ο τελικός σωλήνας έχει τώρα σειρά με διάμετρο Δ3.
Δ2 = 2.1 Χ ² 2000
----------- = 5cm ή 50mm
108 Χ 3.14
Το Μ1 είπαμε ότι είναι 38cm ( πρωτεύοντες σωλήνες ) Οι δευτερεύοντες σωλήνες είναι η διαφορά του Μ3 και του Μ1 δηλαδή
Μ2 = 108 – 38 = 70cm
Επειδή όμως, όλο το σύστημα μετράει από την βαλβίδα εξαγωγής, πρέπει να αφαιρέσουμε από το Μ2 την απόσταση έδρας εξαγωγής-φλάτζας χταποδιού, που συνήθως είναι 8 – 10 cm. Γίνεται έτσι το Μ2, 60cm.
Καλός ο υπολογισμός, αλλά πρέπει να προσαρμοστούμε και στους πραγματικούς περιορισμούς των υλικών που υπάρχουν στην αγορά. Το Δ1 βγήκε εσωτερικά 36mm. Οι σωλήνες ( χωρίς ραφή ) που υπάρχουν στην αγορά έχουν πάχος τοιχώματος 1.3 – 1.5mm. Επειδή όταν μιλάμε για σωλήνες στην περίπτωση αυτή πάντα ορίζουμε την εξωτερική διάμετρο, έχουμε για το Δ1:
Εξωτερικά: 36+3=39mm. Στην αγορά υπάρχει σωλήνα 40άρα οπότε θα χρησιμοποιηθεί αυτή.
Το Δ2 είναι εξωτερικά 47+3=50mm, υπάρχει 50άρα σωλήνα στην αγορά.
Το Δ3 εξωτερικά είναι 50+3=53mm, στην αγορά υπάρχει 55άρα, άρα χρησιμοποιούμε αυτή.
Ανακεφαλαιώνοντας έχουμε ένα σύστημα 4-2-1 με τις εξής διαστάσεις.
4 πρωτεύοντες 38cm μήκος από 40άρα σωλήνα.
2 Δευτερεύοντες σωλήνες 60cm μήκος από 50άρα σωλήνα.
Και τελικό σωλήνα 55άρη.
Τώρα πάμε στα σιλανσιέ. Αυτά πρέπει να κάνουν δύο δουλειές καλά : Να μειώνουν πολύ τον θόρυβο και να μη γίνονται εμπόδιο στην ελεύθερη ροή των καυσαερίων. Η εσωτερική τους διάμετρος πρέπει να είναι ίδια με αυτή του τελικού σωλήνα και όχι μικρότερη !
Μετά από πολλές δοκιμές έχει βρεθεί ένας τύπος σιλανσιέ που κάνει σχεδόν τέλεια τη δουλειά του. Συνδυάζει ελεύθερη ροή καυσαερίων με επαρκή μείωση του θορύβου.
Αυτό είναι βέβαια μεγάλο προσόν σε μια τέτοια κατασκευή, γιατί μειώνει στο ελάχιστο την παρακράτηση υγρασίας, που προκαλεί τελικά και την καταστροφή των σιλανσιέ, και με την ευκαιρία για όσους δεν το ξέρουν, τα σιλανσιέ σκουριάζουν από μέσα προς τα έξω. Εχθρός κάθε σιλανσιέ, είναι οι μικρές διαδρομές του αυτοκινήτου, λόγω του ότι δεν θερμαίνεται αρκετά το σύστημα για να απομακρύνει όλη την υγρασία που συσσωρεύεται στο εσωτερικό του.
Πάμε τώρα σε ένα άλλο παράδειγμα σχεδιασμού συστήματος εξαγωγής. Αυτή τη φορά θα μελετήσουμε κάτι πιο σπόρ. Ένα κινητήρα για αγωνιστική χρήση, 1.600 κυβικά και χρονισμό βαλβίδων 56-84-84-56. Η ιπποδύναμη αναμένεται στις 7.600 σαλ και επειδή μας ενδιαφέρει μόνο η αγωνιστική χρήση θα συγκεντρωθούμε μόνο στις υψηλές στροφές, κάτι που το επιτρέπει και το κιβώτιο ταχυτήτων με κοντές σχέσεις για αυτή την χρήση.
Παίρνουμε λοιπόν σαν βάση υπολογισμού τις 7.600 σαλ.
Το περίφημο Ε είναι :
Ε=180ο = 84ο = 264ο
Το Μ3 τώρα έχει σειρά
13.000 Χ 264
Μ3 = ----------------- = 75cm από την βαλβίδα εξεγωγής
7.600 Χ 6
Θα έχετε επισημάνει ότι στην περίπτωση ότι στην περίπτωση αυτού του κινητήρα υπολογίζουμε το σύστημα 4-1 γιατί πρόκειται για αρκετά υψηλές στροφές. Οι διάμετρος Δ1 των πρωτευόντων είναι
Δ1 = 2.1 Χ ² 400 Χ 2
----------- = 3.9cm ή 39mm
75 Χ 3.14
Η τελική διάμετρος Δ3 είναι
Δ3 = 2.1 ² 1.600
-------- = 5.5cm ή 55mm
75 Χ 3.14
Διάμετρος Δ2 δεν υπάρχει, διότι δεν υπάρχουν δευτερεύοντες σωλήνες. Στις διαμέτρους που βρήκαμε, προσθέτουμε 3mm για το πάχος των τοιχωμάτων και έτσι το σύστημα γίνεται
4 πρωτεύοντες σωλήνες μήκους 65cm από 42άρα σωλήνα, που ενώνονται σε τελικό σωλήνα 60άρη, τα μεγέθη αυτά υπάρχουν στην αγορά. Οι υπολογισμένοι 75 πόντοι των πρωτευόντων έγιναν 65 λόγω της απόστασης βαλβίδας εξαγωγής – φλάντζας..
Σε καθαρά αγωνιστικές εφαρμογές χωρίς σιλανσιέ μπορούμε να βελτιώσουμε λίγο ακόμα το σύστημα αυτό, προσέχοντας ο τελικός σωλήνας να έχει μήκος ίσο, διπλάσιο ή τριπλάσιο του χταποδιού, όταν το μετράμε από την βαλβίδα όμως.
Στην περίπτωση που μελετήσαμε η καλύτερη απόδοση θα παρατηρηθεί με 60άρα σωλήνα, μήκους 75, 150, 225 εκατοστά.
Για τους περισσότερους η κατασκευή ενός καλού συστήματος εξαγωγής είναι καθαρά θέμα τύχης ή και συχνά μίμηση κάποιου άλλου συστήματος που έχουν δεί.
Οι κατασκευαστές χταποδιών επιμένουν σε δικές τους προσωπικές θεωρίες, αντιμετωπίζοντας με σκεπτικισμό οποιαδήποτε τεκμηριωμένη προσπάθεια, για τον λόγο αυτό, τα μεγέθη που υπολογίστηκαν πρέπει να διατηρηθούν αν θέλετε ένα σωστό σύστημα εξαγωγής.
Είναι προφανές ότι αφορά κινητήρες ατμοσφαιρικούς, στους τούρμπο κινητήρες και εφόσον φτιάξουμε χταπόδι ( στην περίπτωση αυτή ο κινητήρας αποκτά καθαρά σπόρ χαρακτήρα ) μετά το δίχαλο ( είτε 4-2-1 είτε 4-1 ) αυξάνουμε 18%-20% την διάμετρο του υλικού ανάλογα με τι σωλήνες υπάρχουν στην αγορά, και το D/P το έχουμε μεγαλύτερο κατά 3-5mm από την διάμετρο του τελικού σωλήνα, εφ όσον υπάρχει αυτή η σωλήνα στην αγορά, σε καμιά περίπτωση όμως δεν το φτιάχνουμε μικρότερο από την τελική σωλήνα.
Σημείωση : Tα χειροποίητα χταπόδια/πολλαπλές για τους τούρμπο κινητήρες ενέχουν εκτός των άλλων και τον κίνδυνο της αποτυχίας της κατασκευής λόγω έλλειψης κατάλληλων υλικών στην Ελληνική αγορά.
Τέλος σας παραθέτω συγκριτικό θερμοκρασιών, από σκέτο χταπόδι, τυλιγμένο με ταινία και με κεραμική επίστρωση.
https://www.zzperformance.com/downloa...omparison1.pdf
