Hangos legyen a kipufogó vagy ronda?

2010.03.04. 05:45
Ízlésről felesleges vitatkozni, azonban azzal sokan egyetértünk, hogy az utóbbi időben egyre nagyobb és rondább kipufogók jelentek meg. Vajon elszállt a tervezők szépérzéke, vagy egyéb ok van a háttérben?

Sajnos az utóbbi.

Volt, amikor azon küzdöttek a mérnökök, hogy a motorblokk kibírja az utat Londontól Birminghamig anélkül, hogy út közben szerelni kelljen. Később azon küzdöttek, hogy tartósan meghaladják az 5000-es fordulatot és az 50 lóerős literteljesítményt. Utána azon folyt a lázas munka, hogy a jármű fogyasztását csökkentsék, de azért erős és gyors maradjon. Ezt követően a nagy teljesítménynek rendeltek alá minden mást, persze tartósan, lehetőség szerint kis fogyasztással.

Ma is van első számú közellenség a motorkerékpár-tervezők elméleti és gyakorlati harcában: a zaj.

A környezetvédelem mindannyiunk egyik legfontosabb feladata, ebből alaposan kijut a járműgyártóknak is. Szinte hihetetlen, de a motorkerékpár-gyártás egyik legnagyobb jelenlegi problémája a közeltéri és elhaladási zaj megfelelő szinten tartása, hogy a szükséges környezetvédelmi normáknak (jelenleg a motorkerékpároknak ez az Euro3-as) megfeleljenek.

Mindenki gyors, erős és keveset fogyasztó motort szeretne, de ezekkel, mint lóval a nyereg, együtt jár a magas zajszint. Akkor lehet erős a motor, ha nagy lökettérfogatú: a nagy hengerek nagy zajt csinálnak. Akkor lehet erős, ha magas fordulatszámon jár, de ez is zajos. Növelhetjük a kompresszióviszonyt, ekkor csökkenhet a fogyasztás, nőhet a hatásfok, azonban ismét hangosabb lesz a motor. Gyakorlatilag akármit teszünk, a motor egyre jobban ordít.

A 2008-ban végleg megszűnt Euro2-es kötelező megfelelőségi szint valójában szinte csak minimálisan tér el károsanyag-kibocsátásban az Euro3-astól, azonban a zajszintet erősen csökkentették. Néhány egyéb apróság mellett módosult a mérési mód: most adott fokozatban, teljes terheléses gyorsítással, vagyis csutkagázzal kell elhaladni a mérőmikrofonok előtt.

Mi határozza meg a mérőmikrofonok előtt elhaladó motor zajszintjét? Az első a mechanikai zaj. Ide tartozik a láncmeghajtás zaja, a váltó sírása, a motor, a szelepvezérlés mechanikus hangja. Megvannak a módszerek, hogyan csökkentsék: gumirátétes első lánckereket, speciális ötvözetű kuplungfedelet, gumiágyazott burkolatokat használnak.

A másik jelentős zajforrás a motor szívóhangja. A nagy összenyitású, sportos vezérműtengelyek alkalmazásával, a nagy légnyelésű, pörgős motorok megjelenésével ez is tényező lett. Komoly energiát fordítanak az airbox csillapítására, a fojtás csökkentésére, a halk üzemre. Tovább rontják a helyzetet a kis ellenállású, így kisebb hangcsillapítású, sportos légszűrők. Nem is nagyon találunk manapság homológ motorkerékpárban mosható sportszűrőt. Gyakran a gyári, első szerelésű papírbetétes levegőszűrőn még van egy vékony, kb. 10 mm-es szivacsréteg is. Igen, ez is zajcsillapító, és nem a jobb szűrési hatásfokot hivatott szolgálni.

A harmadik és legtöbb műszaki problémát felvető zajforrás a kipufogó, azaz az égés zaját csillapítandó hangtompító berendezés. Ráadásul nem csak az égés zaját kell csillapítania, hanem károsanyag-tartalmát is mérsékelnie kell. A szépség is számít, de el kell férnie, sőt a tömeg is fontos. Az előállítási ár sem mindegy, hiszen a gyártó haszonra hajt. Megvalósítható? Nézzük sorjában.

A kipufogó elsődleges feladata a hang tompítása. Akkor hatékony a berendezés, ha nagy a fojtása, de ez korlátozza a töltéscserét, tehát csökkenti a teljesítményt. A megoldás, hogy nem egyszerű fojtásos rendszert alkalmazunk, hanem úgynevezett abszorpciós, azaz elnyelő, hangmegkötő dobot. Az ilyenekben a nyomáshullámok egy általában üveggyapot- vagy kőzetgyapotszerű falban elnyelődnek, abszorbeálódnak. A fojtásos rendszert az abszorpcióssal kombinálva meglehetősen jó hatásfokú rendszert kapunk, azonban ahhoz, hogy egy viszonylag nagy lökettérfogatú motort kis fojtással kiszolgáljon a rendszer, nagyon nagy térfogatú dob kell.

Már el is jutottunk az első problémánkig: nagyon nagy lesz a dob. Nem fér el, nem tudjuk az idomzat alá integrálni. A második feladat, hogy a dobban el kell helyeznünk a katalizátort, mégpedig úgy, hogy lehetőség szerint közel legyen az égéstérhez, így könnyen melegedjen fel és nagy hőfokon maradjon a teljes üzemidő alatt. A nagy hőfokot izolálni kell a külvilágtól, mert megolvad az idomzat, városban a kisugárzott hőtől meggyullad a ruhánk, vagy ránk olvad a bőrruha is. Mellesleg megjegyezném, a meleg katalizátor esetleg elszínezi, megkékíti a kipufogódobot, és az esztétikára érzékenyebbek garanciában reklamálnak majd cserét követelve…

A második feladat tehát kreált egy újabb problémát: dupla falú, hőszigetelt dobot kell gyártani. Nézzünk egy konkrét példát: a KTM RC8R az európai gyártó 2008-ban megjelent RC8-as superbike-jának kicsit vadabb, de szintén Euro3-as utcai változata. Teljesítménye 168 lóerő 10250-as fordulaton, a kompresszió 13,5:1-hez. El tudjuk képzelni, hogy milyen terhelést ad a dobnak a két, majdnem 600 cm3-es henger, ekkora kompresszióviszonnyal, nagy égési csúcsnyomással? Alacsony fordulaton erős kisfrekvenciás, lüktetésszerű erőhatások érik a teljes dob belsejét, magasabb fordulaton ez magasabb frekvenciára vált és hozzájön a nem elhanyagolható nyomásérték, ami a dob fojtása miatt alakul ki. Nyilván ezt a dobot csak a motorblokk alá tehették, mert hová fért volna el egy több mint 15 liter bruttó térfogatú, több, mint 10 kg-os (!) dulpa, egyes helyeken tripla falú, rozsdamentes acélból készült, belül háromkamrás, négy belsőcsöves monstrum?

A dob egy rémálom: semmiről nem szól, csak a kényszerről, amibe a tervezőket belesodorta a nagy motorteljesítmény és az Euro3-as szabályozás. Két katalizátor van benne, azonnal a bevezető csőnél, kétszer fordul benne 180 fokot a gáz, középen pedig szembevezetik a két henger gázáramát, majd a jobb hátulra kivezetik a dobból. A szembe áramoltatással energiát, így zajt csökkentenek, de vajon jót tesz ez az öblítésnek, a töltéscserének?

Tudnak egy ilyen komplex, a lehetőségekhez képest kis fojtású dobot rezonanciára hangolni? Nem, de nincs más megoldás. Egyedül a bevezető csövek hosszával és a cső belső átmérőjével tudnak kicsit játszani a jobb töltöttségi fok érdekében, de a dobban már nincs lehetőség ilyen mérnöki bravúrra.

A tripla fal, mint valami szendvicsszerkezet, abszorpciós tömőanyagot használ zajcsillapításra. Belül több helyen van lamellás, a gázokat irányváltásra kényszerítő vagy furatolt csöves fojtás. Amikor a gyártást tervező mérnök meglátta a kész terveket, biztos öngyilkosságra gondolt, mert egy ilyen dobot nem lehet automatizáltan gyártani. Ez konkrétan nyolc munkafázisban összeszerelhető és csak részfolyamatok automatizálhatók. Ráadásul a merevség és tartósság miatt nem lehet olcsó és gyors ponthegesztéseket alkalmazni, szinte az összes varrat speciális és teljesen végigvezetett. A bonyolult belső elrendezésnek akkor is stabilnak kell lenni, ha -10 fokról melegszik fel viszonylag gyorsan 300 fölé. És nem egyszer. A tartósság fontos, mert a dob nem szerelhető, a tömőanyag kiürülése vagy a lamellák elszabadulása a zaj felerősödését jelentené. Egy ilyen dob nem lehet olcsó -  nem is az.

Ha erre a motorra ráteszünk egy Akrapovic dobot, ami szintén utcai minősítésű és hozzá sem nyúlunk a motorvezérlő elektronikához, azonnal kapunk 5-7 pluszlóerőt. Ha pedig átprogramozzuk az EFI ECU-t (motorvezérlő elektronikát), akkor vagy további tizet. Ez tisztán bizonyítja, hogy a gyári dob gyakorlatilag egy tőkesúly a motor alján. Álljunk meg egy szóra! Az említett utólagos dob ennyivel jobb lenne? Az is utcai minősítésű és mégis jobb vele a motor? A gyáriak az egyetem mellé jártak a sörözőbe? A válasz kicsit prózaibb.

A gyártó elkészült járművét az ECWVTA, azaz a Europian Committee of Whole Vehicle Type Approval, azaz a teljes járműmegfelelőségi nyilatkozatot készítő bizottság megbízottjai ellenőrzik, több járművön és nagyon szigorúan. Nem ismernek tréfát, akár teljes modellsorozatnak vonhatják be az utcai minősítését.

Az utólagos kipufogókat gyártó cég pedig egy előírt mérési jegyzőkönyvet köteles benyújtani az adott modellhez való megfelelőség bizonyítására egy erre felhatalmazott cégnek. Udvariasan fogalmazva, kicsit optimálisabbra festik a képet. Nem csalnak, csak jól választják meg a mérés körülményeit és a vizsgálatra beküldendő dobot. Talán más tömőanyaga van, talán a perforált belső lemeze nem 2 millimétereses furatolású, hanem 4-es. Esetleg ezer kilométer alatt kifújja a tömőanyagot? Érdekel ez valakit? Nem. Majd a sorozatgyártású másmilyen lesz, de azt meg nem méri már jó esetben senki, kész, megvan a homologizációs papír, használhatjuk utcán, Euro3.

Mi lesz a jövő? Nyilvánvalóan nem húzhatjuk a 40 kilós kipufogónkat motorkulin magunk után, hanem valami okos, kis és könnyű megoldás kell. Ez az aktív kipufogórendszer, amelynek lesz utcai homológ állása és sport, közúton nem használható állása. Ugye, nem is fogjuk pályán kívül használni a sport állást?

Míg régebben a kipufogót változtató geometria (pl. Yamaha EXUP - Exhaust Ultimate Power Valve) kizárólag a teljesítmény és a nyomatékkarakterisztika optimalizálására szolgált, a jövőben a kipufogó csillapításának változtatására fogják használni a dobban elhelyezett, áramlástani viszonyokat módosító berendezéseket, amelyek speciálisan működtetett és elektronikusan vezérelt csappantyúk, szelepek lesznek.

További lehetőség a motor szelepvezérlésének fokozatos vagy fokozatmentes állítása, így utcai (homológ) és sport állást tudunk megkülönböztetni, az egyik halk, a másik erős. Vannak erre vonatkozó elképzelések, azonban nehéz garantálni, hogy mindenki a megfelelő beállításban használja majd a technikát. Erre a jövőképre már nem kell sokat várnunk: korábban elképzelhetetlen energiát fordítanak a gyártók a zajcsillapításra a most fejlesztett modellek esetében is.