Mikä ihmeen pakovastus?

[xjrrrrräyh]

Samuelin viestissä asjaa jo oli.

Sen verran olen vahingossa jostain saanut tietää, että monipyttyisiin masinoihin järjestellään pakoputket semmoiseksi sarjaksi, että niissä kulkeva pakokaasuvirtaus saa aaltoliikkeen, siis painevaihteluita, jolla on oikea-aikaisena vaikutus, että korkeaviritteisten laitteiden nokka-akseleiden liikutellessa venttiilejä niin että sekä imu- että pakoventtiili ovat yhtäaikaisesti avoinna (overlap) ja tuoreen palamattoman kaasu-ilmaseoksen virratessa palotilaan, osa tästä seoksesta lipsahtaa tarkoituksella pakoventtiilistä pakokaaren puolelle, kohdaten yllättäen nousevan vastapaineaallon, jolloin vetäytyy takaisin palotilaan ja pakoventtiili sulkeutuu juuri sopivalla hetkellä, jolloin myös imuventtiili on ehtinyt sulkeutua jo, muodostaen palotilaan suuremman määrän polttoaineseosta kuin ilman tätä vastapaineaallon rytmiorkesteria. Eli siis saadaan turvotettua täytöstä, tämä toiminee vain vähäisemmillä kierrosnopeuksilla koska kun moottorissa kampiakseli pyörähtelee erittäin vinhasti, kaasun virtausvaste systeemissä kasvaa ja aaltoliikkeen muodostuminen häiriintyy. Niin joissakin järjestelmättömyyksissä on laitettu läppä putkeen jota serbialaisvalmisteisella servomoottorilla heilutellaan tarpeen mukaan, tarkoituksena helpottaa painetta. Jos nyt alkaa tuntua siltä ettei ole uskottavaa, ei se tarkoitus ollutkaan...

Ja sitten imupuolella yritettään aaltoilla hiukan samaan tyyliin vaikkei aina uskois, puhellaan viisaasti ilmapoksin interferensseistä, mutta sellaisista mää en tiärä mittään.

 

[Guest]

Toi oli järkeenkäypää mutt..

eikös se overlap ole pako-imutahdinin välissä, siis ennen ja jäkeen yläkuolokohdan jolloin?

"pakoventtiili sulkeutuu juuri sopivalla hetkellä, jolloin myös imuventtiili on ehtinyt sulkeutua jo"

imu pitäis sulkeutua vasta alakuolokohdan jälkeen.

Sylinterin täytöstä sillä pakovastuksella matalilla kierroksilla parannetaan siltikin.

Se täysin avara putkisto ei kai ole paras vaihtoehto huipputehon kannalta, jos nokkien ajotusta ei ole muutettu vastaavasti.

Aikalailla mutua, tuntuis silti hyvältä.

 

[Italowestern]

Totuus asiasta on varsin yksinkertainen:

4-t koneessa ei koskaan haluta pakovastusta vaan kaasuvirtausta auttavia impulsseja.

Kyseessä on kaksi asiaa:

1. Resonanssi -> ääni, taajuus
2. Liike-energia -> pakokaasun virtausnopeus

1. Sopivalla putken resonanssitaajuudella eli pituudella saadaan halutulle kierrosluvulle tietty kaasun virtaus. Tämä vaikuttaa erityisesti mopon yleissaundiin ja kohdan 2. syystä myös vääntöön eri kierroksilla.

Slipari tuo helposti tehoa mopoihin, joissa äänenvaimentimessa on vastusta aiheuttavia tekijöitä. Säädöt toki on tehtävä uudestaan, jos polttoaineen syöttö ei ole riittävän älykäs huomioimaan parantunutta virtausta. Vastaavasti useissa tehokkaissa kyykyissä ei pakoputken vastus ole välttämättä merkittävä, vaan jopa pelkät koneen säädöt muuttamalla voidaan saada muutama lisäheppa helposti.

Maksimi teho korkealla kierrosluvulla edellyttää sekä lyhyttä imusarjaa, että lyhyttä pakoputkea kun taas matalalla kierrosluvulla vastaavasti pitkää imusarjaa sekä pakoputkea.
Kummassakin tapauksessa paras suorituskyky syntyy avoimilla putkilla, joiden läpimitta ja pituus määräytyy imettävän/poistettavan kaasun virtausmäärästä.

Miksi?

Otetaan ensin matala kierrosluku:
Kone pyörii hitaasti ja imuventtiili avautuu + mäntä alkaa vetää seosta kaasuttimesta sisään. Kestää hetken, että alipaineimu saa seoksen liikkeelle.

Kun mäntä on jo melkein alhaalla on imuventtiili edelleen auki, koska paine-ero ei vielä ole ehtinyt tasaantua. Pitkässä imusarjassa kaasuun vaikuttaa jo liike-energia, joka seokselle on päässyt syntymään, joten kaasu tulee vauhdilla sisään, ennen kuin imuventtiili sulkeutuu männän ollessa jo menossa ylöspäin.

Puristus-Räjähdys ja pakoventtiili alkaa aueta, jolloin poistotahdilla pakokaasu alkaa virrata ulos. Pitkässä pakoputkessa syntyy paineimpulssi, joka saa kaasun virtaamaan ja virtausnopeus saa syntymään liike-energian avulla imun pakoputken sylinterinpuoleiseen päähän, jolloin palanut seos imeytyy tehokkaasti sylinteristä ja pakoventtiili sulkeutuu vasta kun mäntä on jo aloittanut imutahdin.

Overlap eli imu- ja pakoventtiilien hetkellinen yhtäaikainen aukiolo saa aikaan sen, että pakokaasun ulosvirtaus auttaa imutahtia tehokkaammaksi vetämällä pakokaasun poiston aiheuttamalla alipaineella seosta vielä tehokkaammin sisään sylinteriin, jolloin uutta kaasuseosta ehtii sylinteriin enemmän, kuin jos pakoventtiili suljettaisiin ensin ja sitten vasta avattaisiin imuventtiili.

Lyhyet imu- ja pakosarja putkineen eivät saisi vastaavaa ilmiötä aikaan matalilla kierroksilla, vaan paineimpulssi jäisi hyödyntämättä imupuolen työhön. Siksi matalien kierrosten vääntö ja teho kasvaa pitkillä imu- ja pakoputkilla. Kyse ei siis ole pakovastuksesta vaan järjestelmän resonanssista, joka johtuu kaasujen "jousimaisesta" luonteesta. Ts. kasaan puristumisesta ja siihen vaikuttavasta paineesta sekä tilasta.

Helmholtz resonanssi saadaan Kaavalla

Fb = Helmholtz box resonance
c = wave velocity (1120 ft./sec.)
A = duct area
L = duct length
d = duct diameter
V = effective box volume

Tämä kaava on sama, jolla esim. kaiuttimen resonanssitaajuus voidaan määritellä ja esimerkkinä imuputken tai pakoputken halkaisijan, äänenvaimentajan/imuboxin tilavuuden ja putken pituuden suhteesta. Tehokkain kaasun virtaus saavutetaan resonanssitaajuudella.

Korkeat kierrokset vaativat aivan erilaista tilannetta, koska tällöin imupuolella on kaasun virrattava nopeasti ja putken resonanssitaajuuden on oltava vastaavasti korkea saadakseen saman vaikutuksen aikaan. Niinpä suurilla kierroksilla imuputken tulee olla hyvin lyhyt ja virtausteknisesti oikein muotoiltu. Vastaavasti pakopuolella asia olisi sama, mutta teknisesti asiassa joudutaan tekemään luonnollisesti kompromissi matalien kierrosten ja korkeiden kierrosten ominaisuuksien välillä. Myös venttiilien overlap-ajan tulisi olla lyhyempi korkeilla kierroksilla ja venttiilin noston vastaavasti suurempi.

Pitkäiskuinen matalakierroksinen V2 hyötyy siten pitkästä imusarjasta ja pakoputkesta ja lyhytiskuinen sporttimoottori lyhyistä imuputkista ja korkeamman resonanssitaajuuden omaavasta pakoputkesta.

Kompromisseja voidaan poistaa tekniikalla, joka osaa muuttaa varsinkin imusarjan mutta mahdollisesti myös pakosarjan pituutta eri kierroksilla. Imusarja on kuitenkin ratkaisevampi, koska siinä pelataan normaalin ilmanpaineen alueella ja tällöin kaikki imusarjaan kohdistuvat säädöt saavat aikaan suhteessa enemmän hyötyä. (vapaasti hengittävä moottori)

Näin tehdään jo monissa moderneissa nykyautoissa ja joissain moottoripyörissäkin, joissa sekä imusarjan pituutta, että venttiilien aukioloaikaa voidaan muuttaa kierrosluvun ja kuormituksen mukaan.

Tässä ei puututtu sylinterin palotapahtumaan, venttiilien nostoon ja overlap-aikaan sen tarkemmin mutta nyrkkisääntönä voidaan todeta, että korkeaviritteiset ja lyhytiskuiset moottorit saavuttavat maksimivääntönsä yleensä paljon ylemmillä kierrosluvuilla kuin matalaviritteiset ja pitkäiskuiset.

Siksi kustomi yleensä hyötyy pitkistä ja avoimista putkista sekä imusarjoista, joissa on imuputkea kaasuttimen imupuolellakin.

Jos tuossa sepustuksessa on virheitä, niin oikaiskaa vapaasti.

Spagu

 

[Wilzu]

Asiaa, Italo, toi oli ihan pirun hyvä teksti! Kiitän omasta puolestani!

 

[khassi]

Kannattaa tutustua myös tähän kirjaan:
Virittäjän käsikirja
Siitä saa jonkinlaisen käsityksen pakoputkistoista ja nelarin vityksestä yleensäkin.

 

[xjrrrrräyh]

Toivottavasti ei Italovestikan mopon palotilassa tapahdu räjähdyksiä, se rikkoo pian koneen. Siis se on palamista, mitä siellä toivotaan tapahtuvaksi ja usein tapahtuukin, vaikka korvaan kuulostaa väljästä mölypöntöstä että jopas käy pauke, erehtyy luulemaan räjähtelyiksi, voimapuimakoneen käyntiä.

Toisekseen sitä vastusta pitäs olla, muuten ei sitä aaltoa saa, ei rupee kaasu värähtelemään eri juttu jos pakopöntössä olis monumenttaalinen vakuumi, mutta siinäkin olis vastusta, kun kaasulla kerran on massaa. Massiiviset kaasut negatiivisella vastuksella. Sama se mulle...

 

[wekkuli]

Toivottavasti ei Italovestikan mopon palotilassa tapahdu räjähdyksiä, se rikkoo pian koneen. Siis se on palamista, mitä siellä toivotaan tapahtuvaksi

No nythän on ihan pakko kysyä että mitä eroa on räjähdyksellä ja palamisella?

 

[antti]

Palamista määritellään polttomoottoriteoriassa tähän tapaan:

"Kaasuseoksen palaminen moottorissa, jossa se sytytetään sähkökipinän avulla, alkaa seuraavasti: Korkean lämpötilan omaava sähköpurkaus kulkee kaasuseoksen läpi ja nostaa purkauskohtaa ympäröivien happi- ja polttoainemolekyylien muodostaman kaasuseoksen lämpötilan yli sen kriittisen pisteen, jossa kemiallisen yhtymisen tuottama lämpö on suurempi kuin ympäristöön hajaantuva lämpömäärä. Tällöin lämpötila kohoaa edelleen kyseisessä pisteessä kemiallisen reaktion ansiosta ja samalla syttymisvyöhyke alkaa levitä kuplan tavoin kiihtyvällä nopeudella ympäristöön. Kaasuseos on syttynyt palamaan"

Lainattu opuksesta Polttomoottorit 1, Oiva Eerola Gummerus

Miten sitten räjähdys määriteltäisiin?

Voisiko olla agressiivinen ja nopeampi reaktio kuin palaminen?

 

[ookke]

Palaminen
Palaminen on kemiallinen reaktio, jossa aine (toinen alkuaine tai yhdiste) yhtyy hapen kanssa. Happi on palamisen perusedellytys, ilman happea ei palamista tapahdu. Palaminen voi olla hidasta, jolloin mitään näkyvää voimakasta reaktiota ei tapahdu, kuten raudan ruostuminen. Usein palaminen kuitenkin mielletään nopeaksi reaktioksi, jossa syntyy valoa ja vapautuu runsaasti lämpöenergiaa, äärimmäisenä esimerkkinä räjähdys. Ilman happipitoisuuden kasvu nopeuttaa palamista.

Joten oiskohan noin, että niin italo kuin xjräääyhkin ovat oikeassa...

 

[antti]

Joten oiskohan noin, että niin italo kuin xjräääyhkin ovat oikeassa...

Niinpähän se taitaa olla.

 

[wekkuli]

Juu, piti vaan kysyä kun mun mielestä ne on hyvin pitkälti sama asia. Jostain muistan kuulleeni määritelmän, että räjähtäminen on "nopeaa palamista". Ja oli määritelty palon etenemisnopeuskin palavassa aineessa tyyliin 20 m/s, joka rajaa "palamisen" ja "räjähtämisen". En muista paljonko se oikeasti oli, mutta kyseessä nyt lienee määrittelyasia. Tai vaikka makuasia?

Kiinnostais kuiteskin tietää räjähtääkö moottorissa vai palaako? Veikkaisin palamista, mutta pakoputkesta kuultava käyntiääni kuulostaa kuitenkin enempi sarjalta räjähdyksiä.

Lässyn lässyn, merkityksetöntä jorinaa...

 

[khassi]

Itsekin muistelin että palamisessa palorintaman eteneminen olis jotain luokkaa 20 m/s ja silloin kun moottori nakuttaa se olis jotain 200 m/s. Räjähdyksessä taas yli 2000 m/s.

Jotain tollasta tuli mieleen tässä formula v***tuksen keskellä.  

 

[Cobretti]

off topic, mutta jos joku viitsisi samalla selittää mistä nakutus johtuu polttomoottoreissa... eroa bensa/diesel?

 

[ZR-7herwood]

Eikös nakutus meinaa, että polttoaine syttyy ennenaikaisesti puristusvaikutuksesta... jolloin räjähdyspalaminen tapahtuu ikkäänkuin moottorin toimintaa vastaan.

 

[ZR-7herwood]

Ja eroa olis, et diesel kestää HUOMATTAVASTI suurempia puristuksia. Se syttyykin puristuksesta (ja sen aiheuttamasta lämmöstä) sekä palaa hitaammin?

 

[Jussi]

Kiitos kaikille vastanneille, nyt alkoi tulla sellaista tietoa mitä kaipasinkin. Lisäksi Italon tekstissä oli jotain, joka laittoi miettimään juuri tuota suunnittelemani putken pituutta, joten se oli kyllä kullanarvoinen vinkki!

 

[xjrrrrräyh]

Sanotaan sitte vastasuuressa että siellä se hapettuu.

Aikoinaan, joista en tahdo (siis on nin paljo aikaa jo) enää muistaa, pidettiin ero räjjäyksen ja palamisen välillä. Että palamisen hyäty on sopivassa nopeuressa, jota rakenteet kestävät.

Jos joku ny kiinnostuis, ni: http://www.galcit.caltech.edu/~jeshep/html/Glossary.html

 

[Cobretti]

Jeps, kiitos ZR vastauksesta.
Ohan tuota joskus opiskeltu, ja muistuhan se mieleen ku sai vähän johdatusta oikeaan suuntaan

 

[Italowestern]

Kiitos kaikille vastanneille, nyt alkoi tulla sellaista tietoa mitä kaipasinkin. Lisäksi Italon tekstissä oli jotain, joka laittoi miettimään juuri tuota suunnittelemani putken pituutta, joten se oli kyllä kullanarvoinen vinkki!

Hienoa, että tuosta jaarituksestani jotain hyötyäkin oli.

XJRRRÄYH ja muutkin on selvästi perillä näistä asioista. Kiitos oikaisuista. Mulle on jäänyt tuo vanhanaikainen 4-t-koneen toimintamallin termistö imu-puristus-räjähdys-poisto käyttöön. Siksipä omassa puheessani bensa-ilmaseos aina "räjähtää" työtahdin aikana

Ja sekin on tietenkin totta, että dynaamisesti ajatellen tuo putki todellakin edustaa vastusta täysin pakoputkettomaan tilanteeseen verrattuna, mutta optimaalisen putken tapauksessa putken vastuksella on pienempi negatiivinen vaikutus kuin resonanssin tai "taajuusvasteen" positiivinen vaikutus. Eli putki edustaa halutulla tavalla säädettyä harmoonista virityspiiriä.

Isot pojat on kertonu, että mitä enempi sitä palamatonta sopivan rikasta seosta sinne pyttyyn ehditään änkemään, sitä rajummin kampiakseli käännähtää ja pyörä ruopasee tien pintaa.. Ja joskus sitä seosta saadaan varsinkin ilokaasutetuissa ja turbokoneissa sinne niinkin paljon ja paineella, että koneen osat räjähtää myös..

Silloin sitten teho äkillisesti pääsee ns. "harakoille".. Ja koneen ehjääminen tai vaihto alkaa.

Toki on paljon muitakin osia, jotka voi siinä männän ja takapyörän kulutuspinnan välilllä "räjähtää"

Noista imuputkien pituuksista..
Männävuosilta muistuu mieleeni yksi jenkkiauto, (Oisko ollu joku Hyrsleri) jossa oli tautisen pitkä imusarja ja kaasutinkin sijaitsi ihan auton nokan vasemmassa laidassa. Siinä oli järjettömän valtava vääntö alakierroksilla. Aikansa 2-v vaihteistoille ja harvoille välityksille mukava ratkaisu.

Putkissa luonnollisesti usein on haluttuna asiana se oikea saundi ja siihen juuri noilla putken eri suureilla voi mukavien vääntöominaisuuksien lisäksi vaikuttaa.

 

[Godfather]

Vastaukset oli tyhjentäviä, mutta jotain kuitenkin vielä..:
Moottorissa tehoa voidaan kasvattaa kolmella(tai tietysti madaltaakin, mutta päinvastoin toimimalla) tavalla; sylinteritilavuutta kasvattamalla, kierrosnopeutta kasvattamalla ja nostamalla tehollista keskipainetta.
Eli teho voi laskea, jos kaasut virtaavat väärin pakoputkessa, aiheuttaen sylinterin paineen laskua (periaatteessa karkaa seos pakoputkeen...). Toisaalta hetkellinen virtaus voi heiketä putkessa, kun pakokaasut alkavat pyörteilemään. Lisäksi muistetaan, että kun putken tilavuuden kasvaessa pakokaasujen nopeus hidastuu (määrätyissä tilanteisa..)

Ai niin, unohtui sanoa, että moottorissa tapahtuu räjähdyksen omaista palamista...