Tune it: Πολλαπλές εισαγωγής

Tune it: Πολλαπλές εισαγωγής

Τέρμα οι περιορισμοί και βγήκαμε πάλι όλοι στη γύρα. Πήξανε πάλι οι δρόμοι…. Τι ωραία ήταν πριν, άδειοι δρόμοι, μετακίνηση σε χρόνο μηδέν, καθόλου άγχος…. Ωραίο θέαμα η άδεια Αθήνα, αλλά τι να κάνουμε, όλα τα παραμύθια τελειώνουν κάποτε! Αφού γύρισαν και οι τελευταίοι…Οστρογότθοι από την περίφημη επαρχία, ξαναγίναμε πάλι μια ωραία οικογένεια… Σκέτη μυρμηγκοφωλιά! Για να μπούμε κι εμείς πάλι σε σειρά, λέω να πιάσουμε ένα θέμα που σχεδόν ποτέ δεν βρίσκεται στο προσκήνιο, γιατί από μόνο του… δεν είναι και πολύ εντυπωσιακό. Μιλάω για την πολλαπλή εισαγωγής. Για να δούμε, μήπως έχει τίποτα κρυμμένα μυστικά αυτό το «βαρετό» εξάρτημα και πώς επηρεάζει την απόδοση; Στον κόσμο μας, πολλαπλή εισαγωγής είναι το εξάρτημα που τροφοδοτεί το μείγμα αέρα/ καυσίμου στους κυλίνδρους. Αντιθέτως, η πολλαπλή εξαγωγής συλλέγει τα καυσαέρια από πολλούς κυλίνδρους για να τα διοχετεύσει τελικά στην ατμόσφαιρα, αφού περάσουν πρώτα από καταλύτες και …καζανάκια ή σιλανσιέ, ό,τι προτιμάτε. Κύρια λειτουργία της πολλαπλής εισαγωγής είναι η ομοιόμορφη κατανομή του μείγματος -ή μόνο του αέρα σε έναν κινητήρα άμεσου ψεκασμού- σε κάθε αυλό εισαγωγής στο καπάκι. Η ομοιόμορφη κατανομή είναι σημαντική για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του μοτέρ. Μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως βάση για το καρμπυρατέρ (αν τα θυμάστε αυτά τα προϊστορικά εξαρτήματα…), το σώμα της πεταλούδας, τα μπεκ ψεκασμού και άλλα εξαρτήματα. Λόγω της καθοδικής κίνησης των εμβόλων και του περιορισμού που προκαλείται από την πεταλούδα, υπάρχει ένα μερικό κενό -υποπίεση- στην πολλαπλή εισαγωγής. Αυτή η υποπίεση είναι χρήσιμη και συνήθως χρησιμοποιείται για τη λειτουργία των φρένων, συσκευών ελέγχου καυσαερίων, cruise control και άλλων βοηθητικών συστημάτων, όπως και για την αναρρόφηση και απομάκρυνση αερίων από τον στροφαλοθάλαμο του μοτέρ. Ιστορικά, η πολλαπλή εισαγωγής κατασκευάζεται από αλουμίνιο και πολύ-πολύ παλιότερα από …μαντέμι, αλλά η χρήση σύνθετων πλαστικών υλικών κερδίζει την αγορά εδώ και αρκετά χρόνια.

Ανάδευση

Το καρμπυρατέρ -ή τα μπεκ- ψεκάζουν σταγονίδια καυσίμου στον αέρα που ρέει στην πολλαπλή. Κάποια ποσότητα από αυτά τα καύσιμα θα μαζευτεί στα τοιχώματα της πολλαπλής και τα μικρά σταγονίδια σχηματίζονται σε μεγαλύτερα στο ρεύμα του αέρα. Αυτό δεν είναι κάτι καλό, επειδή δημιουργεί ανομοιομορφίες στην αναλογία αέρα-καυσίμου. Η ανάδευση στην εισαγωγή  βοηθάει στην καλύτερη εξαέρωση του καυσίμου και τείνει στην αποκατάσταση αυτής της ανομοιομορφίας. Ο αποτελεσματικός ψεκασμός προάγει την πληρέστερη καύση όλου του καυσίμου και βοηθά στην καλύτερη εξάπλωση του μετώπου της φλόγας στο θάλαμο. Για να βοηθήσουμε την ανάδευση, δεν γυαλίζουμε τα τοιχώματα των αυλών εισαγωγής, κάτι που έχουμε ξαναπεί σε άλλη ενότητα.

Ογκομετρική απόδοση

Ο σχεδιασμός και οι διαδρομές της πολλαπλής εισαγωγής είναι σημαντικοί παράγοντες στην ογκομετρική απόδοση ενός κινητήρα. Οι απότομες αλλαγές κατεύθυνσης προκαλούν πτώσεις πίεσης/ταχύτητας, με αποτέλεσμα λιγότερος αέρας -ή και καύσιμο- να εισέρχεται στο θάλαμο καύσης. Οι συνηθισμένες πολλαπλές χρησιμοποιούν συνήθως ξεχωριστούς αυλούς  που φτάνουν σε κάθε αυλό εισαγωγής στο καπάκι και οι οποίοι ξεκινούν από ένα κεντρικό χώρο, το plenum, που βρίσκεται μετά την πεταλούδα. Τoplenum είναι μια «αποθήκη» αέρα που βοηθάει στην πιο αποδοτική προετοιμασία του αέρα πριν μπει στους κυλίνδρους. Μόλις ο αέρας φτάσει στο plenum επιβραδύνεται και επομένως, λόγω του Νόμου του Bernoulli, αυξάνεται η πίεσή του. Συνέπεια της αυξημένης πίεσης είναι η αύξηση και της πυκνότητάς του, δηλαδή της μάζας που περιέχεται σε συγκεκριμένο όγκο και που μπορεί να χρησιμοποιηθεί προς καύση. Αυτή είναι η βασική ιδέα πίσω από την ύπαρξή του.

Ο σκοπός του plenum είναι να εκμεταλλευτεί την ιδιότητα συντονισμών του αέρα που ρέει με μεγάλη ταχύτητα μέσω της ανοικτής πεταλούδας. Όταν η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει, ο αέρας, που δεν έχει ακόμα μπει στο θάλαμο, έχει ακόμα πολλή ορμή και «συμπιέζεται» πριν τη βαλβίδα λόγω αυτής του της αδράνειας, δημιουργώντας μια περιοχή υψηλής πίεσης. Αυτός ο αέρας υψηλής πίεσης αρχίζει να εξισώνεται με τον αέρα χαμηλότερης πίεσης στην πολλαπλή. Λόγω της αδράνειας του αέρα, η εξίσωση πιέσεων αποκτά μια κινητικότητα: Αρχικά, ο αέρας στον αυλό θα βρίσκεται σε χαμηλότερη πίεση από την πολλαπλή. Στη συνέχεια, ο αέρας στην πολλαπλή προσπαθεί να ισοφαρίσει την πίεση στον αυλό και η ταλάντωση επαναλαμβάνεται. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει με την ταχύτητα του ήχου και στις περισσότερες πολλαπλές ταξιδεύει μέσα-έξω στον αυλό πολλές φορές πριν ανοίξει ξανά η βαλβίδα εισαγωγής. Όσο μικρότερη είναι η διατομή του αυλού τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση που αλλάζει στο συντονισμό για μια δεδομένη ροή αέρα. Αυτή η εκδήλωση του φαινομένου συντονισμού Helmholtz αναπαράγει ένα αποτέλεσμα του φαινομένου Venturi. Όταν το έμβολο επιταχύνεται προς τα κάτω, η πίεση στην έξοδο του αυλού εισαγωγής μειώνεται. Αυτός ο παλμός χαμηλής πίεσης τρέχει μέχρι την άκρη της εισαγωγής, όπου μετατρέπεται σε παλμό υπερπίεσης. Αυτός ο παλμός ταξιδεύει πάλι πίσω μέσα στον αυλό και η δουλειά αυτή συνεχίζεται μέχρι να ανοίξει η βαλβίδα… Ανιαρά πράγματα! Για να αξιοποιήσουμε πλήρως τον συντονισμό Helmholtz, το άνοιγμα της βαλβίδας εισαγωγής πρέπει να χρονιστεί κατάλληλα, διαφορετικά ο παλμός θα μπορούσε να έχει αρνητικό αποτέλεσμα. Αυτό δημιουργεί ένα πολύ δύσκολο πρόβλημα για τους σχεδιαστές, καθώς ο χρονισμός βαλβίδων είναι δυναμικός και βασίζεται στην ταχύτητα του μοτέρ, ενώ ο χρονισμός του παλμού είναι στατικός και εξαρτάται από το μήκος των αυλών εισαγωγής και την ταχύτητα του ήχου. Η παραδοσιακή λύση ήταν να συντονιστεί το μήκος του αυλού εισαγωγής για κάποιες συγκεκριμένες στροφές, όπου είναι επιθυμητή η μέγιστη απόδοση. Ωστόσο, η σύγχρονη τεχνολογία έχει οδηγήσει σε μια σειρά λύσεων που περιλαμβάνουν ηλεκτρονικά ελεγχόμενο χρονισμό βαλβίδων (για παράδειγμα το σύστημα Valvetronic που είδαμε πριν μερικά τεύχη) και δυναμική γεωμετρία εισαγωγής, που θα δούμε λίγο παρακάτω. Ως αποτέλεσμα του συντονισμού, ορισμένα συστήματα εισαγωγής λειτουργούν με ογκομετρική απόδοση πάνω από 100%: η πίεση του αέρα, δηλαδή, στο θάλαμο καύσης πριν από τη φάση συμπίεσης είναι μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Σε συνδυασμό με αυτό το χαρακτηριστικό, ο σχεδιασμός της πολλαπλής εξαγωγής, καθώς και ο χρονισμός ανοίγματος της βαλβίδας εξαγωγής μπορούν να ρυθμιστούν έτσι ώστε να επιτευχθεί και η μεγαλύτερη δυνατή εκκένωση του κυλίνδρου. Οι πολλαπλές εξαγωγής επιτυγχάνουν υποπίεση στον κύλινδρο λίγο πριν το έμβολο φτάσει στο πάνω νεκρό σημείο. Η βαλβίδα εισαγωγής μπορεί στη συνέχεια να γεμίσει το 10% του κυλίνδρου πριν ξεκινήσει το ταξίδι του εμβόλου προς τα κάτω, επιτυγχάνοντας υψηλότερη πίεση στον κύλινδρο, μπορεί δε να παραμείνει ανοιχτή, αφού το έμβολο φτάσει στο κάτω νεκρό σημείο, ενώ ο αέρας συνεχίζει να μπαίνει μέσα στον κύλινδρο. Σε ορισμένα μοτέρ, οι αυλοί εισαγωγής είναι «ευθύγραμμοι» για την ελάχιστη δυνατή αντίσταση. Στα περισσότερα, όμως, οι αυλοί έχουν καμπύλες ... και μερικές μάλιστα πολύ περίπλοκες για να επιτύχουν το επιθυμητό μήκος στο διαθέσιμο χώρο. Αυτές οι καμπύλες επιτρέπουν την κατασκευή μιας πιο… συμμαζεμένης πολλαπλής, βοηθώντας στο μικρότερο δυνατό όγκο του μοτέρ. Με τον κατάλληλο σχεδιασμό, κατασκευάζονται βέβαια και πολλαπλές μεταβλητού μήκους. Πολλαπλές εισαγωγής 180 μοιρών... Αρχικά σχεδιασμένες για καρμπυρατεράτους V8, τα δύο επίπεδα κάτω απ’ το καρμπυρατέρ διαχωρίζουν τους παλμούς εισαγωγής που παρουσιάζονται με 180 μοίρες διαφορά στη σειρά ανάφλεξης. Αυτό ελαχιστοποιεί την επίδραση των κυμάτων πίεσης μεταξύ των κυλίνδρων, με αποτέλεσμα καλύτερη ροπή. Τέτοιες πολλαπλές μπορεί να είχαν αρχικά σχεδιαστεί για ένα ή δύο τετραπλά καρμπυρατέρ, αλλά τώρα χρησιμοποιούνται τόσο με ψεκασμό μονού ή πολλαπλών σημείων.

Πολλαπλή εισαγωγής μεταβλητού μήκους

Η πολλαπλή εισαγωγής μεταβλητού μήκους (Variable Intake Manifold) είναι μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του ’90, με τους κατασκευαστές να ενσωματώσουν στην ουσία πολλές διαφορετικές εισαγωγές σε μία, επιτρέποντας στο μοτέρ να λειτουργεί συντονισμένα, δηλαδή αποδοτικά, σε πολύ μεγαλύτερο εύρος rpm. Υπάρχουν συνολικά τρεις διαφορετικές παραλλαγές της ιδέας της εισαγωγής μεταβλητού μήκους: οι πολλαπλές με μεταβλητό μήκος αυλών εισαγωγής, οι διατάξεις συντονισμού μεταξύ των δύο plenum στα μοτέρ V και οι διατάξεις δημιουργίας στροβιλισμού στην εισαγωγή.

Η πρώτη κατηγορία (Variable Length Intake Manifold) χρησιμοποιεί στην πλειοψηφία των περιπτώσεων έναν «λαβύρινθο» από αυλούς διαφορετικού συνολικού μήκους, οι οποίοι ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται με ειδικές βαλβίδες που κινούν ένα σύστημα από κλαπέτα μέσα στην πολλαπλή εισαγωγής. Ανάλογα με τη θέση των βαλβίδων -δηλαδή αν είναι ανοικτές ή κλειστές- η αναρρόφηση του αέρα στις χαμηλές rpm γίνεται από τους μακριούς αυλούς και στις υψηλές από τους κοντούς αυλούς.

Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει συστήματα με αγωγούς που γεφυρώνουν τα plenum σε κάθε πλευρά των κινητήρων με διάταξη κυλίνδρων V. Οι αγωγοί έχουν βαλβίδες που ανοίγουν από κάποιες συγκεκριμένες rpm και πάνω, ώστε να επιτευχθεί συντονισμός των παλμών εισαγωγής των δύο plenum.

Στην τρίτη κατηγορία συναντάμε διατάξεις που εξελίχθηκαν για να αντιμετωπίσουν τις διαρκώς αυξανόμενες απαιτήσεις για χαμηλούς ρύπους και μειωμένη κατανάλωση καυσίμου. Πρόκειται για μικρά κλαπέτα (flaps), τα οποία είτε χρησιμοποιούνται στο ρελαντί είτε σε πολύ μικρά φορτία, ώστε να δημιουργούν τυρβώδη ροή στον εισερχόμενο αέρα για να αναμειγνύεται καλύτερα με το καύσιμο.

Υπάρχουν δύο βασικά αποτελέσματα της μεταβλητής γεωμετρίας εισαγωγής:

  • Εφέ Venturi - Σε χαμηλές στροφές, η ταχύτητα της ροής του αέρα αυξάνεται, κατευθύνοντας τον αέρα μέσω μιας διαδρομής με περιορισμένη διάμετρο. Η διαδρομή με τη μεγαλύτερη διατομή ανοίγει όταν το φορτίο αυξάνεται, έτσι ώστε να μπορεί να εισέλθει μεγαλύτερη ποσότητα αέρα στο θάλαμο. Σε μερικά μοτέρ διπλού επικεφαλής εκκεντροφόρου (DOHC), οι αυλοί συνδέονται συχνά με ξεχωριστές βαλβίδες εισαγωγής, έτσι ώστε η μικρότερη διαδρομή να μπορεί να αποκλειστεί, απενεργοποιώντας την αντίστοιχη βαλβίδα εισαγωγής.
  • Πίεση - Μία συντονισμένη διαδρομή εισαγωγής μπορεί να έχει ένα ελαφρύ αποτέλεσμα πίεσης παρόμοιο με έναν υπερσυμπιεστή χαμηλής πίεσης λόγω συντονισμού Helmholtz. Ωστόσο, αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται μόνο σε ένα στενό εύρος στροφών του μοτέρ που επηρεάζεται άμεσα από το μήκος εισαγωγής. Όταν η ταχύτητα του αέρα εισαγωγής είναι υψηλότερη, η δυναμική πίεση που ωθεί τον αέρα (και/ή το μείγμα) μέσα στο μοτέρ αυξάνεται. Η δυναμική πίεση είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ταχύτητας του αέρα, οπότε κάνοντας τη διαδρομή στενότερη ή μεγαλύτερη, η ταχύτητα/δυναμική πίεση αυξάνεται. 

Πολλοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν παρόμοια τεχνολογία με διαφορετικά ονόματα, όπως TGV, VarioRam, VIS, ICV κλπ... Ένας άλλος κοινός όρος γι’ αυτήν την τεχνολογία είναι το σύστημα επαγωγής μεταβλητού συντονισμού (VRIS). Όταν η μεταβλητή γεωμετρία εισαγωγής συνδυάζεται με σύστημα μεταβλητού χρονισμού εκκεντροφόρων, το αποτέλεσμα είναι η αίσθηση ενός αρκετά μεγαλύτερου -σε κυβικά- μοτέρ, με πολύ μεγάλο εύρος χρήσιμης λειτουργίας. Τέτοια αποτελέσματα έχουν καταστεί βέβαια εφικτά μέσα από την εξέλιξη των ηλεκτρονικών συστημάτων διαχείρισης και στις δυνατότητές τους δεν φαίνεται ακόμα τέλος στον ορίζοντα! Αυτά γι’ αυτόν τον μήνα, πιστεύω ότι όλοι έχουμε πάρει γραμμή τις ομορφιές που διαθέτουν οι παραλίες της πατρίδας μας και έχουμε πιάσει τα κατάλληλα στρατηγικά πόστα… έστω και πίσω από κάποιο ρημάδι plexiglass!

 

Αρθρογράφος

 

Οι 5 απλές συμβουλές φροντίδας της Nissan

Οι 5 απλές συμβουλές φροντίδας της Nissan

Απλές τεχνικές φροντίδας του αυτοκινήτου μας, για να τις θυμόμαστε όσο αυτό είναι ακινητοποιημένο για αρκετό καιρό.