Uitlaten - Een ingewikkeld sluitstuk

UITLATEN

Denk niet te licht over de juiste uitlaat keuze. Een uitlaat is niet een verzameling pijpen. De maat, het ontwerp, de relatie tot de motorinhoud, het toerengebied en de tuningsfunctie zijn allemaal zeer belangrijk in het afstellen van een motor.

Keuzes worden nog veel te vaak gemaakt op basis van de verkeerde informatie.

Wat is “Blowdown” en wat is het effect op het vermogen?

Blowdown kan gedefinieerd worden als de relatie tussen de cilinderdruk en de druk in het uitlaatsysteem, die begint bij het openen van de uitlaatklep en eindigt als de cilinderdruk gelijk is aan de druk in het uitlaatsysteem.

Aan het begin van de blowdown zorgt de verbrandingsrestdruk er voor dat de uitlaatgassen, via het uitlaatsysteem, de motor kunnen verlaten. Na deze periode moeten de zuigers en/of de drukverschillen in het systeem, de overgebleven gassen weg pompen.

Alles wat de blowdown omlaag kan brengen het een positieve invloed op het netto motorvermogen. Als bijvoorbeeld de blowdown erg hoog is dan zijn er veel energieverliezen in het uitlaatsysteem.

Blowdown wordt beïnvloed door de verbrandingsenergie, of anders gezegd, de hoeveelheid brandstof die succesvol omgezet kan worden in energie. Een brandstof met een trage verbrandingssnelheid heeft vaak te maken met een verhoogde druk. Ook zijn de compressieverhouding, nokkenastiming en hitteverliezen van invloed op de blowdown.

Als de blowdown laag is dan is er een toenemende afhankelijkheid op de werking van het uitlaatsysteem om de verbrandingsgassen weg te voeren. Daarom is de keuze van het juiste systeem (collectors, headers, dampers, pipes) zo belangrijk.
Met andere woorden: Een verhoogde verbrandingsefficiency en vermogenstoename vragen een kritische blik richting het uitlaatsysteem.

De werking van het uitlaatsysteem in de praktijk

Omdat het uitlaatsysteem de verbrandingsgassen transporteerd is het niet moeilijk voor te stellen dat het totale verbrandingsvolume een product is van motorinhoud en toerental.

Het is verbazingwekkend te zien hoe nauwkeurig een uitlaatsysteem ontwikkeld kan worden voor een bepaald toerengebied en motorinhoud, en hoeveel invloed het heeft op het functioneren van de motor.

Het is zelfs zo dat het punt waarop het koppel het hoogst is, dit direct gerelateerd kan worden aan een bepaalde flowrate in het uitlaatsysteem. Deze flowrate ligt gemiddeld ergens tussen de 240-260 ft/sec (73-79 m/sec).

Omdat de verbrandingsgassen als eerste door de primaire pijpen gaan is de snelheid afhankelijk van de dwarsdoorsnede van de pijp. Hierdoor is het mogelijk om het maximum koppel aan toerental en motorinhoud te relateren. Door eerst te bepalen in welk toerengebied het grootste koppel gewenst is kan de diameter van de primaire pijpen berekend worden.

figuur 1
In het figuur hierboven zijn drie koppel curves ingetekend bij verschillende primaire pijp diameters. Het is duidelijk dat bij een kleinere diameter de gassnelheid eerder wordt bereikt dan bij een primaire pijp met een grotere diameter.

De uitlaat als "tuning" tool

Op bijna dezelfde manier als dat het inlaatsysteem invloed uitoefent op de totale performance van een motor, doet het uitlaatsysteem dat ook.

Stel de cilinders voor als ruimten van steeds veranderende druk. De (atmosferische) druk aan zowel de inlaat- als uitlaatzijde is redelijk constant. Afhankelijk van de druk in de cilinder kan de (atmosferische) druk de flow de cilinder in bevorderen en tegelijkertijd de flow uit de cilinder belemmeren. Deze drukvariaties zijn energievormen die, indien goed gemanaged, kunnen worden beïnvloed om zowel de flow in (cilindervulling), als de flow uit (verbrandingsgassen), te bevorderen.

Er worden steeds meer oplossing gevonden om het vermogen per cilinder te optimaliseren. Een kritische blik op het ontwerp van de header is hierbij niet uitgezonderd.

Desondanks dat de primaire pijpen op enig moment worden samengevoegd, en de druk overal gelijk wordt, is het niet altijd gezegd dat alle primaire pijpen dezelfde diameter moeten hebben.

Zoals eerder gezegd kunnen getrapte pijpen met verschillende diameters gebruikt worden om het toerental waarin maximum koppel is gewenst te bepalen.

figuur 2
In het bovenstaande grafiek blijkt duidelijk dat een verschil in lengte van de primaire pijp het toerental met maximum koppel naar boven of naar onderen kan doen kantelen.


De diameter van de primaire pijp bepaald het toerental van max koppel
- een dunnere pijp is lager toerental
- een dikkere pijp is hoger toerental

De lengte van de primaire pijp bepaald de hoogte van het koppel voor het toerengebied van max koppel
- een langere pijp geeft meer koppel
- een kortere pijp geeft minder koppel