Topplocksverkstans Logga

Föregående sida.
Nästa sida.

Ljudvågors utbredningshastighet är beroende av temperaturen. Högre temperatur ger högre hastighet och lägre temperatur ger lägre hastighet. Ljudvågorna rör sig med den lokala hastigheten dvs. hastigheten som ges av temperaturen där vågen är.
Vågrörelsen i en motors insug och avgas system kallas finit amplitud ljudvågor. Finit amplitud ljudvågor liknar aukustiska ljudvågor som är vanligt ljud som vi hör men har mycket högre amplitud (tryckskillnad).
Det finns två sorters tryckvågor, övertrycks och undertrycksvågor. Finit amplitud ljudvågor utbreder sig med den lokala ljudhastigheten som beror på temperaturen.
Övertycksvågen ger en temperaturstegring som påverkar ljudhastigheten och ökar vågens utbredningshastighet.
Undertrycksvågen ger en temperatur sänkning som påverkar ljudhastigheten och minskar vågens utbredningshastighet.
De här temperaturförändringarna i vågorna innebär att olika delar inne i vågorna kommer att röra sig olika fort. För en övertrycksvåg innebär detta att trycktoppen kommer att dra ifrån trycksvansen och efter en viss längd skapa en skarp vågfront som kallas shockfront. I undertrycksvågen händer samma sak fast tvärtom, temperaturen sjunker och svansen kommer ifatt fronten som bildar en shocktail. Övertrycksvågen transporterar gaspartiklar i sin utbredningsriktning. Undertrycksvågen transporterar gaspartiklar mot sin utbredningsriktning. Övertrycksvågen förflyttar sig snabbare än undertrycksvågen men undertrycksvågen flyttar gaspartiklar med en större hastighet än övertrycksvågen. Partikelförflyttningens hastighet beror på vågens amplitud. Vågorna reflekteras mot areaförändringar, temperaturförendringar och gaser med annan ljudhastighet. Lägre temperatur fungerar som areaminskning och högre temperatur som en areaökning. Vid en areaökning reflekteras vågen med omvänt tecken, dvs. en övertrycksvåg reflekteras som en undertrycksvåg och undertrycksvåg reflekteras som en övertrycksvåg. Samtidigt så fortsätter ursprungsvågen med samma tecken som tidigare vidare i röret. Vid en areaminskning reflekteras vågen med samma tecken dvs. en övertrycksvåg reflekteras som en övertrycksvåg samtidigt som ursprungsvågen fortsätter som en övertrycksvåg. Ursprungsvågornas amplitud kommer att ändras vid reflektionen och amplituden på den reflekterade och fortsättande vågen kommer att ändras beroende på hur areaförändringen ser ut. Vid en areaförstoring så kommer amplituden att minska men mot en areaförminskning kommer amplituden att öka. Jag ska gå in på hur olika areaförändringar påverkar amplituden längre fram.

Det som skapar de här vågorna i motorns kanaler är tryckskillnader som bildas när insugsventilen öppnar eller stänger och när avgasventilen öppnar. Det som ger energi åt pulserna är avgaskanalens reflekterade undertrycksvåg och kolvens pumpningsarbete.

När avgasventilen öppnar strömmar gas under högt tryck ut ur cylindern och detta skapar en övertrycksvåg. Denna vågs hastighet ut i grenröret är den lokala ljudhastigheten plus gashastigheten i röret. När övertrycksvågen når fram till en area förändring så kommer den att reflekteras som en undertrycksvåg och med en amplitud som är beroende på areaförändringen. Ju större areaförändring desto högre amplitud får reflektionen och desto lägre amplitud får den fortsättande vågen. Undertrycksvågen färdas tillbaka till avgasventilen och cylindern medan den fortsättande vågen färdas vidare utåt i sekundärröret. Undertrycksvågen tillbaka mot cylindern färdas mot avgasflödet och kommer därför att röra sig med den lokala ljudhastigheten minus gashastigheten. Eftersom den reflekterade pulsen går mot avgasflödet så tar det ungefär 5 ggr så lång tid för den att komma tillbaka till cylindern som det tog den utgående pulsen att ta sig ut. I ett simpelt avgasgrenrör med en diameter på primärröret och ett rakt sekundärrör blir det bara två reflektioner, en mellan primärrör och sekundärrör och en mellan sekundärröret och atmosfären. I verkligheten blir det mycket mer komplicerat än så eftersom reflektioner sker vid förändringar av temperatur och gassammansättningar.

När insugsventilen öppnar så har ett rätt avstämt avgassystem redan sänkt trycket i cylindern samtidigt som ett rätt avstämt insugsystem ger en tryckökning i insugskanalen. När kolven är på väg ner samtidigt som insugsventilen öppnar upp en allt större area så gör tryckskillnaden mellan insug och avgas att en undertryckspuls går från ventilen mot trattkanten. Detta sker samtidigt som gaserna i insugningsröret rör sig åt det andra hållet för att fylla cylindern. Undertryckspulsen kommer därför att röra sig mot gashastigheten och ha den lokala ljudhastigheten minus gashastigheten. När denna undertrycksvåg når fram till trattkanten kommer den att reflekteras som en övertrycksvåg tillbaka in mot cylindern. Eftersom vågens färd tillbaka sker senare i pumpningstakten har kolvhastigheten minskat och med den gashastigheten. Dessutom kommer vågen att tillbringa längre tid mot flödet än med flödet och detta gör att medelvågshastigheten ut och in minskar med ökande medelgashastighet i kanalen. Den återvändande vågen kan alltså inte tjäna tillbaka den tid den förlorade när den gick mot strömmen på vägen ut. En större kanal med lägre medelgashastighet kommer att fungera som en kortare kanal med högre medelgashastighet. Rätt avstämd ska tryckvågen återvända till insugsventilen innan den stänger för att hjälpa den kinetiska energin att hindra reversion från cylindern och trycka in mesta möjliga mängd gas i cylindern. Den här tryckvågen är så kraftig att den när den träffar den stängande ventilen på högre varv kommer att reflekteras med sådan kraft att man kan se ett moln med bränsle - luftblanning ovanför tratten. Detta kallas på Engelska för Fuel standoff. Till skillnad från avgas så har insugningsystemet två pulsfenomen, ett med ventil öppen och ett med ventil stängd. När övertryckspulsen reflekteras mot insugningsventilen och går tillbaka upp mot insugningstratten har ventilen helt eller nästan stängt. Detta innebär att pulserna som rör sig i insuget ej påverkas av gashastigheter från att insugningsventilen stänger tills att den öppnar igen. Vågorna under ventil stängd kommer alltså röra sig med den lokala ljudhastigheten. Den utgående övertrycksvågen kommer att reflekteras vid trattkanten som en undertrycksvåg och återvända ner mot ventilen. Mot ventilen kommer den att reflekteras som en undertrycksvåg och färdas utåt igen. Denna undertrycksvåg kommer vid trattkanten att reflekteras som en övertrycksvåg och återvända ner mot ventilen. Denna första återvändande övertryckspuls kallas för första pulsen och insugningssystemet brukar vara avstämt för att tredje eller andra övertryckspulsen ska nå ventilen ungefär vid varvtalet för max effekt. Eftersom inga gashastigheter sänker pulsens hastighet så förflyttar sig pulsen under ventil stängd ungefär dubbelt så fort som under ventil öppen. Eftersom gashastigheten under ventil öppen är varvtalsberoende så kommer pulsdurationen att vara varvtalsberoende. Den kommer att ta längre tid vid högre varv eftersom gashastigheten som pulsen färdas mot är högre. Detta gör att pulsen under ventil öppen är mycket svårare att räkna på än pulsen under ventil stängd. Som tidigare nämts är pulsen under ventil öppen beroende av storleken på kanalen och den medelgashastighet detta ger. Högre medelgashastighet kräver kortare kanal för att pulstiden fram och tillbaka från cylindern ska bli den samma och vice versa.

Fortsättning följer...

Föregående sida.
Nästa sida.

Till toppen

Tillbaka till 4-takt index

Tillbaka till tekniksidan