Még egy dolog, aminek a vastagsága és a hossza különösen fontos

NSR250 felújítás: a kipufogó problémái

2021.01.26. 06:05
11 hozzászólás

Mióta Magyarországon van a gép, az összes motorom közül ez kapta a legkevesebb törődést, holott ez a legkedvesebb a szívemnek. Egyszerűen csak nem adja ki sehogy időben és távolságban, a fővárosban dolgozom, a projekt meg vidéken pihen a szülői házban, a kellemes, fűtött pincében. A konzerválásra nincs is jobb recept, a probléma csak az, hogy így garantáltan nem egyszerű tovább vinnem a régi módit, miszerint meló után foglalkozom egy-egy részegységgel. Erre valamit ki kell találnom hamarosan, de addig is nézzük meg, mitől is csengenek olyan szép hangon a kétütemű gépek, és ha még ügyesek is vagyunk, akkor iszonyat teljesítménnyel teszik ezt.

(A sorozat előző részeit ide kattintva tudod elolvasni)

A kétütemű motor kipufogója egy össze vissza kígyózó, átmérőben változó, a mérnökök számára is állandó fejtörést okozó, nagy helyigényű, bonyolult, hengerelt lemezdarab. És mégis, egyezményesen állíthatom, hogy semmi mástól nem remélhetünk hasonló lórúgásnyi teljesítménynövekedést az olajzabáló retró gépünkön, esetlen robogónkon, vagy krosszkecskénken, ha az a motorhoz és a felhasználáshoz van méretezve. Elkerülhetetlenül a nagy teljesítményű (2T) motor építésének alapjává vált, és ez nem is fog változni mindaddig, amíg nem jön el az elektromos korszak, amikor a portolást felváltja majd a vezérlő potmétereinek tekergetése. Így ma a hangolt kétütemű rezonátor részeiről és hatásáról szeretnék kicsit értekezni, illetve bemutatni, hogyan sikerült újra elfogadható esztétikai állapotúvá varázsolnom a saját csöveimet az NSR-hez.

A teljesítmény növekedésében reménykedve sokan sokféle módon építenek rezonátorokat a motorjukhoz. Nincs is igaz út, csak méretezési irányelvek, melyek ha a végén hajlandóak együttműködni, akkor a mérőpad a gyárinál magasabb számértékkel örvendezteti meg az egyszerű tunert. Az igazság azonban az, hogy annyi a buktató, hogy sok esetben csak a hanghatás nő, a teljesítményben elenyésző lesz a javulás. Vagy éppen rosszabb lesz. Alapos tervezés esetén is előfordul az ilyen jellegű katarzismentes eredmény, de elegendő kitartással jönniük kell az eredményeknek. Mi mehet ennyire félre?

Nyomáshullámok és ellennyomás megfelelő keverékével a jól működő rezonátor a következő feladatokat látja el:

  • segíti az égéstermék távozását az égéstérből, a kipufogó port nyitásának kezdetétől egészen a transzfer portokkal történő átöblítés fázisáig
  • a friss töltet bejutását gyorsítja
  • segít a friss töltetet az égéstérben tartani amíg a kipufogó portot ismét lezárja a dugattyú

Ezt pár feladat végigolvasva nem is tűnik nagy dolognak, kivéve akkor, ha mindenre 3-4 ezredmásodperc áll rendelkezésre a motorfordulat függvényében. Így máris izgalmasabban hangzik, nem igaz?

A rezonátor főbb részei a következők:

- Leömlő vagy könyök
- Diffúzor
- Has
- Konfúzor
- Végcső vagy fullánk (stinger)
- Tompító

Nézzük a folyamatot! A munkaütemet követően, ahogy a kipufogó port nyitni kezd, nagy energiával rendelkező gázok indulnak el egy kevésbé korlátozott hely után kutatva. Rövid utat tesznek meg a gázok az első és fontos állomásukig, ami a diffúzor. Ez egy növekvő keresztmetszetű szakasza a rezonátornak. Az ide érkező hullámok egy elenyésző hányada máris úgy viselkedik, mint ami a rendszer végére ért, és egy ellentétes előjellel elindul visszafelé a hengerbe, míg egy jelentősebb hányad tovább utazik a csőben. Ezek a gyorsan mozgó hullámok maguk egy jelentős nyomásesést hoznak létre maguk mögött a henger oldalon. Csak olyan nagyságrendi értékként 0,4-0,5 bart (nem egzakt értékről beszélünk). Ez a forgattyúsház-oldali hasonló mértékű pozitív nyomásértékkel együtt már ad valami támpontot, hogyan is zajlik le ilyen gyorsan a töltetcsere két munkaütem között, és jut a friss töltet az égéstérbe. Ez az öblítés viszont egyszerre tud áldás és átok lenni, hiszen a nyitott kipufogó porton keresztül semmi nem szab határt a friss töltet kiáramlásának. Mivel a teljesítmény a hengerben maradt üzemanyag-levegő keveréktől függ, ezért megoldást kell találni a arra, hogy töltet a helyén maradjon.

Ahogy haladunk tovább a rezonátorban, a bővülő keresztmetszet állandóra vált egy rövidebb szakaszon, a has részen, ami után az átmérő elkezd csökkenni. Megérkeztünk a konfúzor szakaszához. Ez egy közel zárt végű szakasza a rezónak. A tölcsér keresztmetszete jelentősen csökken, az eredeti leömlő átmérője alá. A diffúzorban, mint mondtam, már elindult egy nyomáshullám vissza a henger irányába, de a jelentősebb része a hullámnak eléri a konfúzor falát és onnan fog irányt változtatni. Idővel ez a hullám visszaútja során eléri a kipufogó portot, és véget vet a hengerből még éppen kiáramló töltet szökésének, ezzel megfordítva az áramlás irányát. Pillanatokra ugyan, de megmentve azt, ami kárba veszett volna, mielőtt a port lezárul. Ezzel a friss töltettel eljátszott huzavonával járul hozzá a csövünk a valódi teljesítménynövekedéshez.

Mivel a konfúzor csak kvázi zárt szakaszként van jelen, meg kell említsük a végcsövet, hiszen nem elhanyagolható a szerepe. Elég szűk a keresztmetszete ahhoz, hogy a nyomáshullám szempontjából szinte zárt szakaszként viselkedjen, de a légkör irányába nyilván nyitott a rendszerünk. Konzekvensen egy hirtelen nyomásnövekedést hoz létre az egy munkaütemre jutó ciklus közben, amivel a töltet veszteségét csökkentjük.

Az így felállított kis rendszerünk varázslatosan tud működni, és hatalmas teljesítménybeli növekedést garantál, ha minden eleme megfelelően van méretezve a motorunk igényeit és felhasználását figyelembe véve. De elég egy kis tévedés, és nyomorúságos kudarc lesz a vége. A fent emlegetett hullámok terjedése ugyanis makacsul összefügg a hőmérséklettel. Ezt fejben tartva a kezdeti nyomáshullám elindulta és visszatérte közt eltelt idő a hullám terjedés sebességének és az általa megtett útnak a függvénye, és itt jön képbe a hangolt hossz fogalma.

A hangolt hossz

El is kezdhetnénk meghatározni a hosszméreteket és a keresztmetszeteket a csövünkhöz, de mint említettem, itt azért egy nem éppen könnyen számolható termodinamikai problémával állunk szemben a nyomáshullámok hőmérsékletfüggő terjedési sebessége miatt. A leömlő szakaszon nem ritkán előfordul az 600-700 Celsius körüli hőmérséklet, azonban ahogy haladnak tovább a gázok, az expanziós szakaszban beeshet a hőmérsékletük a 300 Celsius érték közelébe, mígnem a konfúzornál a nyomás növekedésével együtt ismét felfelé kúszik a hőmérséklet is. Nem egyszerű a helyzet.

Mit csinált a mérnök, aki el akart indulni valamerre? Négyzetre emelte a Pi-t, és megkapta a nehézségi gyorsulást, nagyjából. Ezt én sem gondoltam komolyan, mert pokolra kerülnénk érte, de a helyes válasz a közelítés. A keresett közelítő érték pedig az átlagos hullám terjedési sebességre ebben az esetben 518 m/s. Ebből már számolható a hangolt hossz, a kipufogó port nyitási szög érték és a hullám terjedési sebesség szorzata, osztva a megcélzott teljesítmény környéki fordulatszámmal. Ez az érték szigorúan a hengerfaltól (nem a kipufogó csatlakozási pont) a konfúzor szakasz feléig tart a rezonátor középvonalában.

Innen kicsit rövidebbre veszem és lássuk az egyes szakaszok méretezési javaslatait. Az egyszerű, egy kúpból álló diffúzor (ami a régi iskola) kúpszöge 8 fok, az energiavisszanyerési ráta itt a legkedvezőbb. 5-10 a két határérték, ami között mozogni kell, de a használható tartomány inkább a 6-9 fok. A laposabb szög szélesebb tartományt ad, a hegyesebb 9 körüli a csúcsteljesítményre teszi a hangsúlyt. Manapság 3-4 lépcsős konfúzorokat használnak, ami már a leömlőnél nyit 2-3 fokot, aztán egy hosszabb 7 fokos szakasz belefut egy akár 12-16 foknyi kúpba. Ennek az oka, hogy a lassuló lökéshullám egyre nagyobb kúpszöget hajlandó lekövetni, ami egy ilyen exponenciális növekedésnél a trombitaalak bevezetését sugallná. Valahol annak a közelében kell legyen az igazság, ezt próbáljuk ezzel közelíteni a gyárthatóság határain belül.

A diffúzor fontos mérete még, hogy a belépő keresztmetszete és kilépő keresztmetszete közötti szorzó közel essen az 1:6,25-höz (nem átmérő, terület). Ebből már számolható a konkrét hossza is. A konfúzort megelőző leömlőre, aminek értékére sok helyen hivatkozunk, a szakirodalom, annyit javasol, hogy 10-15 százalékkal nagyobb keresztmetszetű legyen, mint a hengeren levő kipufogónyílás területe. Nyilván előny, ha támogatja a fentebb említett 2-3 fokos nyitási szöget is, bár hengeríteni úgy azért nehezebb. A hosszáról annyit, hogy a hosszabb a középtartományban rendelkezésre álló nyomatékot növeli. A célszerű értékek valahol az átmérő 6-tól 11-szereséig tartanak.

A konfúzor méretezésre szintén van egy ökölszabály. A zárási szöge fogja meghatározni a teljesítménygörbe lefutását a maximum után. A kúpjának zárási szögét valahova 14-20 fok köré kell belőni. A 14 fokos tartomány hosszan elnyújtott, jól szétforgatható blokkot eredményez, de ha nem szeretnénk beleszaladni olyan tartományba, amit a motorunk nem feltétlen díjazna, akkor érdemes 20 fokra beállni. Ez a hegyesebb szög szinte elvágja a fordulatszám növekedését a csúcsteljesítmény után, ezzel jelezve az óvatlan pilótának, ideje váltani.

El is jutottunk a végcsőig. Ez a rendszerünk nyomásszabályzója. Az átmérőjét a leömlő átmérőből számoljuk, kerekítve 0,6-os szorzóval. A hossza pedig a számolt átmérő tizenkétszerese kell legyen. Ismét közelítő értékekről beszélünk. Eltérni tőlük mégis a nagyobb átmérő és a rövidebb csőhossz irányába érdemes. Ellenkező esetben ugyanis tovább növeljük a rendszernyomást, aminek a következménye egyenes ágon a bizonyos szintig növekvő nyomaték, ezzel párhuzamosan pedig a növekvő kipufogógáz-hőmérséklet. Ha az olvadt dugattyúk mesélni tudnának, elárulnák, miért nem szerencsés ötlet túltolni a szűkítést. Ezt mindig tartsuk észben.

Végül félretéve az elméletet, hogyan is lett cső akkor az NSR-re? A legszánalmasabb módon: vettem egyet. Egy régit. Annyi a változó, a kísérletezés és a munka egy saját cső kifejlesztésében, hogy már 2 évvel ezelőtt be kellett lássam, nem térülne meg soha. A teljesítményszint, amit ezzel a motorral megcéloztam, így is fényévekkel haladja majd meg, amit ki tudok motorozni belőle. Nem az utolsó 3 lóerő fog hiányozni. 3 lóból hétvégéket nyomunk végig nyomorult gyári robogókon a TB24-en, és panaszkodó emberrel én még ott nem találkoztam. Szóval lőttem egy csövet a büdzsémen belül. Ex-suzukai lakosként i-Factory cső lett. A Dog Fight a menő, az Isten, de a hangja nem tetszik, kevés is van belőle és rohadt drága. A Tyga az új ár-érték arány bajnok, de még mindig drága nekem.

Maradt a középmezőnybeli i-Factory pályacső, itt-ott kis horpadással meg néhány karccal. Amikor először felraktam, és beindítottam vele a motort, a szomszédok lehúzták a redőnyöket. Mindent lehet mondani a hangjára, csak azt nem, hogy szerény. Mint utólag kiderült, nem fújta még ki magából a tömést, de szarrá volt már égve benne. Kapott finom Polini gyapotot, hogy ne zavarjanak majd le a pályákról, ha eljutok végre megkergetni kicsit. A belső takarításra kaptam sok tanácsot, kigőzölés, ultrahangos kád, kiégetés, meg minden sámánizmus.

A végső befutó mégis a fater szpesöl szósza lett 24 órára. Bekevertük egy nem ajánlott koncentrációra, feltöltöttük vele és hagytuk állni. Nem mondom, hogy sokat aludtam aznap este. Őszintén féltem, hogy megeszi az egész maradék vasat a cucc, de másnap fellélegeztem, mikor újra az alkatrészmosóban találtam. Ami viszont kijött belőle, az nem volt emberi szemnek való. Fél napomba került kitakarítani a mosótálcát, miután amatőr módon beleborítottam a kormos szmötyit. De ennél tisztább sosem volt szerintem.

Nem maradt el a homokfúvás sem. A hőálló fekete, amivel le volt tüsszentve, elég ragaszkodó típus volt, nyilván a leömlőn ékeskedő krátereket hivatott elfedni. Nem is tette rosszul a dolgát, de én páva kinézetet szerettem volna. Legalább messziről, az idom alatt meg úgysem látszik. Vissza minden a tiszta vasig, csiszolás, sok csiszolás. Fater már kezdte elveszteni a türelmét a levegős szerszámok hangjával szemben. Elcsiszoltam rá egy fél Würth-katalógusnyi korongot. Maszk is volt rajtam, és így is napokig éreztem a torkomban a munka kellemes ízét. De megérte. Minden perce megérte.

Előkapartam a gázégőt, adtam neki egy kis hegesztés-imitációt és leolajoztam. Új rugókat kapott a leömlőfelfogatás, újak a szegecsek a tompítók tömése után, de minden mást meghagytam úgy, ahogy vettem. Egy kicsi horpadás, itt, egy kicsi karc ott. Valami mégis emlékeztessen rá, hogy ez a motor lesz még az oldalán, nem kiállításra készül, hanem a hazai kispályák meghódítására.

Olvasnál még az NSR-ről?

Hirdetésblokkolóval néznéd éppen a Totalbike, és ettől mi éhen halunk.

A TB olvasása ingyen van, de a működtetése nem: szerzőink és családjaik táplálkoznak, és ami fontosabb: rendszeresen tankolnak, pénzért.

Kérjük, engedélyezd a TB-n a hirdetések megjelenítését, vagy ellehetetleníted a működését annak, amit épp olvasni szeretnél.