![]() |
Nu är det dags att ta tag i fyrtaktssidan. Här är det tänkt att jag ska visa allt jag kan komma på som har med trimning och justering av fyrtaktsmotorer att göra. Maila gärna in saker ni undrar över. Jag har även färdiga bilder på kaminställning och ventiljustering som kommer ut så fort jag hinner. Bilden till vänster är på John, en av Ebos supermekaniker. Om du ber honom riktigt snällt kan du få hur många hästar som helst med hjälp av hans magiska korrigerringsfaktor. |
![]() |
Det har blivit vanligt med andra ventilvinklar än 45° på racingtoppar med höga ventillyft. Många trimmare spärrar sina sätesstål, varför vet jag inte. När jag skulle renovera ett par Prostock toppar fanns det inga 55° stål som inte var spärrade. Jag fick rätt vinklar av firman som portat topparna, gjorde en ritning och beställde stålet. Efter nästan 3 månader fick jag det slutligen. Jag har inte spärrat stålet och det går att beställa från Trego maskin. Stålets beställningsnummer är 4650. Fördelen med brantare sätesvinkel än 45° är bättre flöde vid höga lyft, sämre flöde vid låga lyft vilket ger mindre reversion samt att ventilen inte har lika lätt att studsa i sätet vid stängning. | ![]() |
![]() |
Jag ska här försöka förklara fyrtaktsmotorns funktion. |
|
![]() |
Runt 35° före ÖD antänds bränsle luftblandningen av en gnista från tändstiftet. Tändpunkten före ÖD beror på hur effektivt förbränningsrummet är, ju bättre förbränningsrum desto mindre förtändning. Ett centralt placerat tändstift ger flamfronten kortare väg till förbränningsrummets bortersta del. Klämspalterna virvlar in bränsle-luft blandningen mot tändstiftet och exponerar på så vis en större yta mot flamfronten vilket gör att förbränningen går snabbare. Dessutom kyler klämspalterna ändgaserna vilket gör det svårare för dem att självantända. Det gäller att inte få för stor tryckstegring före ÖD eftersom det ger ett negativt arbete. Efter ÖD ökar trycket till ett maximum vid runt 16° efter ÖD för att sen sjunka allt eftersom kolven rör sig mot ND. |
![]() |
Ca 90° före ND öppnas avgasventilen och avgaserna rusar ut under högt tryck. Från att avgasventilen öppnar till ND kallas på engelska "blow down" fasen. Mesta delen av avgaserna ska då ha lämnat cylindern för att man inte ska få en pumpningsförlust när kolven går mot ÖD. Fasen när kolven går från ND till ÖD kallas för pumpningsfasen. Maximalt lyft på avgasventilen uppnås inte förrän efter ND så ett högt flöde på mellanlyft är viktigt. När avgasventilen öppnar så rusar avgaserna som har en massa ut i primäravgasröret. Förutom detta så rör sig en finit amplitud ljudvåg med ljudets hastighet bort genom primärröret. Vid varje areaförändring kommer denna ljudvåg att reflekteras. Blir arean större reflekteras tryckvågen tillbaka som en undertryckspuls samtidigt som tryckpulsen fortsätter vidare i röret. Tanken är att denna undertryckspuls ska nå förbränningsrummet lagom tills insugningsventilen ska öppna. Ett sånt här avstämt avgassystem fungerar bara på vissa varvtal. På vissa varvtal kommer istället en tryckpuls till förbränningsrummet när insug ska öppna. Detta går att åtgärda genom att man förutom ett primärrör även har ett sekundärrör och ser till att sekundärröret ger en undertryckspuls när primärröret ger en tryckpuls. På så vis tar pulserna ut varandra. Alla moderna fyrcylindriga motorcyklar har 4-2-1 rör som fungerar efter denna princip. Förutom pulserna hjälper avgasernas massa till att tömma förbränningsrummet och därför är rätt rördiametrar viktiga. Fasen när insug och avgas har öppet samtidigt kallas för överlapp. Ju större överlapp och därmed högre lyft på insug och avgas ventilen runt ÖD desto viktigare blir det med ett rätt avstämt extraktorsystem. Insugningstakten börjar med rörelse och pulsenergin som skapas av avgastakten. |
![]() |
När insugningsventilen öppnar så vill man att trycket i insugningskanalen ska vara högre än trycket i förbränningsrummet så att insugningsgaserna rusar in i cylindern. När kolven rör sig bort från ÖD skapas en undertryckspuls som rör sig upp genom insugningskanalen, Är insugningskanalens längd rätt avstämd ska denna undertryckpuls reflekteras vid trattkanten och återkomma till insugningsventilen som en tryckpuls innan denna ska stängas. Genom att använda denna tryckpuls och genom att ha rätt dimension på insugningskanalen kan man få en dynamisk överladdning och uppnå mer än 100% volumetrisk verkningsgrad. Insugningskanalens diameter är viktig, är den för liten blir det pumpningsförluster och är den för stor så får gaserna för lite rörelse energi. Ju senare insugningsventilen stänger efter ND desto högre hastighet krävs för att övervinna cylindertrycket. Insugnings takten består av två olika faser. Från att insugningsventilen öppnar före ÖD och till ND så drar först avgaserna igång flödet och efter det är det undertrycket som kolven skapar när den är på väg ner från ÖD som sätter insugningsgaserna i rörelse. Efter ND så är insugningsflödet beroende av rörelse energin i kanalen samt av tryckpulsen för att hålla trycket högre i insugningskanalen än i cylindern. På lägre varv går det inte och då får man reversion. Det finns två olika pulsfenomen i insugningskanalen, ett när ventilen är öppen och ett när den är stängd. Den först pulsen sätts igång av att kolven rör sig bort från ÖD. Det är en undertryckspuls som reflekteras mot insugets öppna ände som en tryckpuls. När denna tryckpuls når insugningsventilen när den håller på att stängas reflekteras den tillbaka som en tryckpuls mot insugets öppna ände. Där reflekteras den tillbaka som en undertryckspuls och rör sig ner i kanalen mot den stängda insugningsventilen för att där reflekteras tillbaka som en undertryckspuls. När en puls reflekteras mot en öppen kanalände reflekteras den tillbaka med motsatt tryck, dvs. en undertryckspuls reflekteras som en tryckpuls. Mot en stängd kanalände reflekteras pulsen tillbaka likadant som den kom, dvs. en undertryckspuls reflekteras som en undertryckspuls. För att ha nytta av de här pulserna så dimensionerar man längden på insugningskanalen så att en tryckpuls kommer till insugningsventilen när den ska öppna. Pulserna kommer att ha studsat fram och tillbaka flera gånger. Det är svårt att utnyttja första och andra gången tryckpulsen kommer tillbaka eftersom det ger ett väldigt långt insugningsrör. Istället försöker man att använda tredje och fjärde pulsen. Eftersom pulserna blir svagare efterhand så ger pulserna mindre och mindre tryck i kanalen för varje högre reflektion och därför mindre hjälp att fylla cylindern. |
|
Bilden ovan till vänster visar insug och avgas olika fasers tidareor. 1. Blow down fasen. Fast avgasventilen inte når fullt lyft så evakueras större delen av avgaserna under den här relativt korta delen av avgastakten pga. det höga cylindertrycket. 2. Avgaspumpningsfasen. Kolven trycker ut resten av avgaserna. I ett mach diagram kan man se att avgasernas hastighet ökar över ventilsätet mot slutet av pumpningsfasen när ventilen stänger. Har man inte blivit av med tillräckligt mycket avgaser får man pumpningsförluster och motorn tappar effekt vid högre varvtal. Då måste man antingen öka flödet eller öppna avgasventilen tidigare. 3. Överlappsfasen. Här stänger avgasventilen samtidigt som insugningsventilen öppnar. Avgaserna som har lämnat cylindern har accelererats i primärröret. Dessa gasers rörelseenergi hjälper till att dra ut de sista restgaserna ur förbränningsrummet. Nu är det viktigt med en undertryckspuls från avgassystemet och en övertryckspuls från insuget för att få igång gasflödet in i cylindern. 4. Insugningspumpningsfasen. Den nedåtgående kolven skapar ett undertryck i cylindern vilket gör att atmosfärstrycket fyller på cylindern genom insugningskanalen. Samtidigt rör sig en undertryckspuls upp genom insugskanalen. Det är nu gasmassan i insugningskanalen sätts i rörelse så att den ska kunna fortsätta strömma in efter att kolven har vänt vid BDC. 5. Den dynamiska laddningsfasen. Nu ska rörelseenergin i insugningskanalen övervinna det ökande trycket i cylindern fram tills dess att insugningsventilen stänger. Samtidigt har undertryckspulsen reflekterats mot insugets öppna ände och med rätt insugningslängd kommer den som en tryckpuls när ventilen ska stänga. Detta fungerar bara på de varvtal insuget är avstämt till. Om trycket i insugningskanalen stiger mer än trycket i cylindern så ökar flödet in i cylindern mer än vad ett flödestest visar. En data simulering av motorn i Dynamation visar tryckskillnaderna mellan kanalerna och cylindern. Det är tryckskillnaden som flyttar gasen och flödet är direkt proportionellt mot roten ur tryckskillnaden. Tryckpulsen kommer att reflekteras mot den stängande ventilen och insugningsrörets andra pulsrörelse sätter igång. Nedan ska jag visa hur man dimensionerar insug och avgassystem. |
![]() |
Bilden överst till vänster visar insugningskanalens olika zoner. A är förträngningen under ventilsätet som vanligtvis ligger mellan 85 och 92% av ventildiametern beroende på ventillyft och sätesvinkel. B är grytan där hastigheten minskar genom att arean ökar från kanalens trängsta punkt ut till ventilsätet. C är kanalens svänghjul, höghastighetszonen vars energi driver flödet efter nedre dödpunkten till insugningsventilen stänger. Det finns toppar vars minsta area hamnar i förträngningen under ventilsätet, tex. hos NHRA och IHRA Prostock motorer. D konar till zon E. E är där gasspjället eller förgasaren sitter. Tillräckligt stor för att minska flödesförlusten men inte för stor för att ge dålig venturisignal med förgasare. I änden på E sitter insugningstratten. På en högeffekts motor brukar trattens area precis innan den konar upp vara lika stor eller större än insugningsventilens mantelyta vid max lyft. ((Ventildiametern x lyftet.) Roten ur summan och sen x 2 så har du trattdiametern.) Insugningskanalens totala längd beror på vilket varvtal kanalen skall tuna på. En lång kanal tunar på ett lägre varvtal än en kort kanal. Om man har två kanaler med samma längd och den ena har paralella väggar och den andra konar upp mot tratten så tunar den konade kanalen på ett högre varvtal. Det finns ett bra dataprogram för att beräkna kanalareor och längder, Pipemax. Pipemax köper du hos: maxracesoftware.com |
![]() |
![]() |
![]() |
När man ska tillverka ett insug så behöver man beräkna längden och arean på kanalen. För att beräkna insugslängden vid olika reflektionspulser kan man använda formeln nedan. En sådan här beräkning ger en grund som man måste finjustera i bromsbänk för att få ut max effekt. En beräkning är dock mycket bättre än en gissning. Innan man börjar räkna måste man bestämma sitt varvtalsregister. En offroad bil tex. har helt andra krav än en dragracing bil. Ett avstämt insug ger en tryckökning vid insugsventilen vid ett bestämt varvtal men även en tryckminskning vid andra varvtal. Man kan inte ha sin kaka och äta den också. Jag har beslutat att använda formler från Gordon P.Blairs bok "Design and simulation of four-stroke engines". Formlerna blir enklare med färre variabler. Dessutom har han formler för trycksvackorna mellan trycktopparna så att det är lätt att beräkna på vilket varv avgassystemet ska stämmas av. Genom att analysera ett flertal högprestanda motorers insugningssystem och sen ställa upp ett matematiskt samband mellan dem så har professor Blair beräknat en dimensionslös insugningspulsfaktor. Vill ni läsa om den exakta matematiken bakom finns boken att köpa hos SAE. |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
Den optimala insugningslängden beräknas med formeln:
Insugningspulsfaktorerna för andra, tredje, fjärde och femte pulsen är: 8900, 6600, 5150 och 4150. |
När det gäller till vilken puls man ska stämma av insuget får man ta hänsyn till flera faktorer, en av dem är plats. Om man har väldigt mycket insugningsduration och gott om plats kan andra pulsen vara bäst. Motorer med mindre insugsduration fungerar bäst på tredje pulsen och förlorar effekt om man använder andra pulsen. De flesta högeffektsmotorer använder tredje pulsen. En V8 med en fyrportsförgasare använder fjärde pulsen. En fördel med att stämma av insuget till en högre puls är att varvtalsområdet mellan pulserna minskar och man utnyttjar flera pulser i det effektiva vartalsområdet men pulsernas effekt avtar för var reflektion. En kortare kanal ger dessutom väsentligt lägre friktionsförluster. Ljudhastigheten i gaser ges av sambandet v = roten ur (1/(roh x K)), där roh är dess täthet och K dess kompressibilitet. Nu visar det sig att tätheten ökar och K minskar med ökande tryck på ett sådant sätt att effekterna tar ut varandra. Ljudhastigheten är alltså inte tryckberoende, men ökar däremot när temperaturen ökar. Detta gäller exakt för en ideal gas, och tämligen väl för luft av atmosfärstryck eller lägre. Man använder alltså samma formel till överladdade motorer som till atmosfäriska motorer. Bränsledimman i insugningskanalen ökar ljudhastigheten så det har betydelse för insugets längd var spridarna sitter eller om man har förgasare. Här är en länk till en ljudhastighets kalkylator: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu |
Gashastigheter för beräkning av insugningsareorMinimum portarea i mm² = (Slag i mm x 2 x RPM x radien² x pi) / (60 x 1000 x 110) |
Burns Stainless gör riktigt fina avgaskomponenter.
![]() |
Eftersom det är enklast att testa och utveckla på en encylindrig motor så börjar jag med trimning av en 125cc "kinacross". Jag har portat några toppar och fått lite feedback på hur motorerna har fungerat. När det gäller bottendelen av motorn så har vi monterat innerotortändning och på andra sidan vevaxeln har vi lättat oljeutkastaren. Vissa motorer har kopplingen direkt på vevaxeln men de har jag inte sysslat med än. Kopplingen har börjat slira vid högre effektutag men det finns kit med fler lameller och hårdare kopplingsfjädrar. Den kamaxel vi har använt är en som Josun har testat fram och det ska vara en av de bästa på marknaden. Jag kan direkt säga att jag vill ha mer insugningslyft och jag får se om det går att få fram en specialtillverkad kamaxel längre fram. Dessa motorer ska användas till att köra cross och motard med vilket gör att det krävs ett brett effektregister. |
![]() |
![]() |
Diagrammet till vänster visar flödesvärdena från en Lifan topp med 27-23mm ventiler standard och portad. Diagrammet till höger är från Ebos bromsning av Mats Törnquists Fiddy. Denna motor har fortfarande standard kompression på 9:1. Josun har med en av mina toppar fått ut 16.4 Hk. Även han har bromsat hos Ebos. |
![]() |
![]() |
Till vänster är bromsdiagrammet från den svetsade Fiddy toppen. Tyvärr blev topparna för mjuka av svetsningen så sätena lossnar efter ett tag. Ska man svetsa så måste man tydligen härda om topparna. Josun har tagit hem lite kolvar som ger högre komp istället. Jag har lyckats att få lika mycket effekt med ett standard förbränningsrum. Det som måste till för att få ut mer effekt är en kam med mera lyft. | ![]() |
Fortsättning följer...
Om du vill läsa mer om fyrtaktsteknik så gå in på speedtalk.com