Jelenleg 0 online 5373 tagból és 29 látogató olvassa az oldalt.
» Fizika és motortunig

2008. június 22. | Beküldte: f_bravo

A motorban a levegő és a tüzelőanyag keverékét meggyújtják, a felszabaduló kémiai energia miatt a hengerben lévő gázkeverék hőmérséklete és nyomása jóval a környezeti nyomás és hőmérséklet fölé nő. A megnőtt nyomás a nyomásértékének és a dugattyú felületének szorzatának megfelelő erővel dugattyút lefele nyomja; ami átadódik a forgattyús hajtóműnek. Így jön létre a forgatónyomaték. A teljesítményt a forgatónyomaték és a fordulatszám szorzataként kell értelmezni.

A munka fogalmát fizikaórán az erő és az út szorzataként tanítják. Az erő a mi esetünkben a fent említett nyomásérték és a dugattyú felületének szorzata, az út pedig, amin a dugattyú elmozdul, magyarul a löket. Ha jobban belegondolunk, akkor a löket és a dugattyú tetejének felületének szorzata megadja a lökettérfogatot. Így a henger egy munkaciklus alatt elvégzett indikált munkája megegyezik a henger térfogatának és az indikált nyomásnak szorzatával. A motorban végbemenő munkaciklusok száma egy másodperc alatt megegyezik a motor másodpercenkénti fordulatszámának kétszeresének és a motor ütemszámának hányadosával. Egyszerűbben: a négyütemű motorokban minden második fordulatra jut egy munkaütem, így a munkaütemek másodpercenkénti száma a motor fordulatszámának fele.

Ha összeszorozzuk, hogy egy henger egy munkaciklus alatt mennyi munkát végez, azzal, hogy egy másodperc alatt mennyiszer megy végbe ez a folyamat, akkor megkapjuk annak a hengernek az adott fordulatszámon leadott indikált teljesítményét. Mivel az autóinkat nem egy Simson blokk hajtja, nekünk ezt a teljesítményt meg kell szorozni a hengerek számával és így eljutottunk a motor indikált teljesítményéhez.

Eddig csak az elméletben létező motorról volt szó, a valóság az idealizált modellhez képest eltérő, ugyanis vannak veszteségek:

- a csak elméletben létező tökéletes motorhoz képest a gyakorlatban létező motorban nem tökéletesen alakul át az üzemanyag kémiai energiája hőmennyiséggé.
- a henger falán a keletkező hőmennyiség egy része elvezetődik a hűtőközegbe
- a töltetcsere veszteségei
- mechanikus veszteségek.

A kémiai energia tökéletlen átalakulása hőmennyiséggé abból származik, hogy a meggyújtott keverék terjeszkedése nem tarthat a környezet hőmérsékletéig, sem annak nyomásáig. Elég arra gondolni, hogy a motorból kiáramló kipufogógázzal mennyi hőmennyiség távozik.

Súrlódási veszteségek keletkeznek a dugattyúgyűrűk és a hengerfal között, a főtengely és a vezérműtengelyek csapágyaiban, a dugattyúcsap és a hajtórúd perselyében, a szelepeknél stb. A súrlódás fajtája függ a kenőolajfilmtől. Ha az olajhártya összefüggő az alkatrészek között, akkor tisztán folyadéksúrlódás van, ha a felületi egyenetlenségek miatt nem összefüggő, akkor vegyes súrlódás van. A folyadéksúrlódás mértéke főkent a motor fordulatszámától függ, a vegyes súrlódás pedig a felületeket összenyomó erő nagyságától. A súrlódási veszteségeket meghatározza a motorolaj viszkozitása, ill. annak hőmérséklet függése. Minél nagyobb a viszkozitás, annál nagyobb a veszteség. A hőmérséklet növekedésével pedig csökken a viszkozitás. Általában a motorolaj karakterisztikája miatt 100°C körül a legkisebbek a súrlódási veszteségek. A motorolaj hőmérsékletét lehet növelni, ha a hűtőközeg hőmérsékletét növelik, (nagyobb hőmérsékletű hűtővíz) a nagyobb terhelésnek kitett motoroknál az olaj maximális hőmérsékletét olajhűtővel korlátozzák.

Innen érdemes rátérni a lényegi tuningra…

A motor által leadott valós teljesítményt vagy úgy növeljük, hogy növeljük az indikált teljesítményt, vagy csökkentjük a veszteségeket.

Ha a teljesítményt akarjuk növelni, akkor vagy az égés alatt létrejövő nyomást, vagy a motor fordulatszámát növeljük.

Az égési sebesség függ a benzinmotorokban a légviszonytól (ennek az értékét hívják lambdának). Dús keverékben az égési sebesség gyorsabb, így a csúcsnyomás nagyobb, kialakulása pedig gyorsabb lesz a szegény keverékénél. A nyomást növelhetjük, ha növeljük az égéstérbe kerülő üzemanyag mennyiségét Erre lehetőségünk van, ha megnöveljük a benzinnyomást, vagy az injectorok nyitvatartási idejét növeljük. A megnövelt benzinnyomás az nem jár a motorvezérlő elektronika megbuherálásával, a gyárilag beleprogramozott időkeresztmetszet alatt a megnövekedett nyomás miatt több benzin áramlik át rajta. Ha az injectorok nyitvatartási idejét változtatjuk meg („chip tuning”), akkor ugyanígy több benzin áramlik bele. A nyitvatartási idők megnövelésének gátat szab, hogy az injectorokat a névleges teljesítményük 80%-ával szokták használni, a maximális átbocsátásukhoz közeledve bizonytalanná válik a működésük. Ha ezt elérjük, akkor el lehet gondolkozni a befecskendezők nagyobbra cserélésén. Az előgyújtás növelésével szintén nő a nyomás, de ehhez nagyon komoly szakértelem kell.

A motor fordulatszámának növelése az csak a versenysportban alternatíva, ugyanis a dugattyú alternáló mozgásából és a tömegéből származó ún. tömegerők nagyon jelentősen megterhelik a forgattyús hajtóművet. A tömeg csökkentése pedig nagyon drága móka.

A másik csoport a veszteségek csökkentése, ebből is a töltetcsere veszteségeinek csökkentése az, amivel érdemes foglalkozni. A hengerekbe beszívott levegő mennyiségétől is függ a motor teljesítménye. A légszűrő kicseréléséről van egy leírás, ott részletesebben leírtam, hogy milyen hatása van a teljesítményre. A motor fordulatszámával az elméletileg beszívható friss töltet és valóságban beszívott friss töltet hányadosa csökken, a motor töltési foka romlik. Ezen lehet segíteni feltöltővel. Ez lehet turbó, de lehet kompresszor is. A turbó által szállított teljesítmény a terheléstől függ, a kompresszoré a motor fordulatszámától.

A töltetcsere másik vesztesége a hengerben maradó kipufogógázok. Ez a kiszorított friss tölteten kívül azzal is veszteséget okoz, hogy felmelegíti a bekerülő friss töltetet. A maradék gázok mennyiségét lehet csökkenteni, első lépésben a szelepösszenyitás növelésével, (amit más profilú vezérműtengely beépítésével lehet elérni), másodsorban egy helyesen megtervezett kipufogóval. A kipufogószelep nyitásakor ugyanis a kiáramló nagynyomású gáz nyomáslengést indít a kipufogóban. A nyomáshullám terjedési sebessége a kipufogógáz hőmérsékletében megfelelő hangsebesség, Ahol fojtás van, onnan pozitív a visszaverődő nyomáshullám, ahol pedig hirtelen keresztmetszet-növekedés van onnan negatív. Ilyen keresztmetszet-növekedés a pl. leömlő. A negatív nyomáshullám felgyorsítja a gázokat, a nyomáshullám haladási irányával ellentétes irányba. A leömlőket és a teljes kipufogórendszert úgy tervezik, hogy a negatív nyomáshullám segítségével a hengerben lévő maradék gázokat eltávolítsák és a nyitott szívószelepen keresztül segítsék a beáramló friss töltet beáramlását, míg a pozitív nyomáshullám a kipufogócsatornába áramló friss töltetet „visszanyomja” a hengerbe. A tuningnak nagyon divatos, de kevésbé hasznos formája, hogy indokolatlanul megnövelik a kipufogócső átmérőjét, amivel csak a benne lévő kipufogógáz tehetetlenségét növelik. A tuning gyertyáknak sincs sok értelme, ugyanis a szikrateljesítmény megnövelése csak szegényebb keverékek esetén fontos, jó gyulladási hajlammal rendelkező dús keveréknél nincs jelentősége. A rossz hőértékű gyertyák használata pedig kopogásos égéshez vezethet.

© 2008 f_bravo