Nordiska X40 Klubben
Klubben för dig som kör Volvo 30/X40/50, med eller utan turbo

Sök i forumet Logga in Bli medlem
Förbränningsmotorteknik och tvångsmatning av luft.

  Forumindex  Läsvärda trådar Sida: 1 av 1 - [ Föregående | Nästa ] gå till:
.:: FörfattareMeddelande
Jompa
Medlemsnr: 201

Från: Vallentuna


Registrerades: 2003-12-03
IP: Loggat
Postat: 19:55 @ 2003-02-12
Historia
Det var under 1800-talet som grunden till dagens förbränningsmotorer lades. Uppfinnarverksamheten var omfattande och vid 1900-talets början fanns mer än 200 olika motorkonstruktioner redovisade. Nikolaus Otto konstruerade 1876 en fyrtaktsmotor som fick namnet ottomotor. Drivmedlet var olika gaser men efterhand övergick han till att blanda luft med bensin. Bensinmotorn som den idag kallas är den klart vanligaste motortypen och återfinns tex. i en majoritet av alla världens personbilar och motorcyklar.


Grundkoncept
Bensinmotorn tillhör gruppen vändkolvsmotorer. Motorns kärna utgörs av cylindrar där kolvar rör sig med en fram och återgående rörelse. Cylinderns ena ända är tillsluten av ett cylinderlock och kolven kan ses som en rörlig botten i cylindern. Bränslet och luften blandas ihop till en gas som förs in i cylindrarna. En gnista från tändstiftet startar en explosionsartad förbränning och trycket som uppstår påverkar kolven. I topplocket så finns det ventiler som ser till att den förbrända gasen hela tiden kan bytas ut mot ny gas. Kolvens fram och återgående rörelse omvandlas av vevstaken och vevaxeln till en roterande rörelse.

En förbränningsmotor av den typ som sitter i Volvos x40-bilar (och i nästan alla andra bilar i världen) arbetar efter fyrtaktsprincipen. Det innebär att motorn har fyra takter i sin arbetscykel. Arbetsförloppet upprepar sig hela tiden som en serie.

Inloppstakten: Under den första takten rör sig kolven nedåt i cylindern och inloppsventilen är öppen. Bränsleluftblandningen strömmar nu in i cylindern och när kolven når sitt nedersta läge stängs inloppsventilen och den första takten är avslutad.

Kompressionstakten: Kolven har nu vänt och rör sig uppåt. Alla ventiler är stängda och gasen komprimeras allt mer. Strax innan kolven har nått sin högsta punkt så antänds den komprimerade gasen av en gnista från tändstiftet. Tidpunkten när förbränningen startar varieras bl.a. beroende på belastning och varvtal.

Arbetstakten: Tryckökningen som uppstår under förbränningen pressar ner kolven. Detta är den arbetsgivande fasen i fyrtaktsmotorns arbetscykel. När kolven når sitt nedersta läge så öppnar sig utloppsventilen.

Utloppstakt: Kolven rör sig nu uppåt och de förbrända gaserna drivs ut genom den öppna avgasventilen. När kolven sedan når sitt översta läge stängs utloppsventilen och inloppsventilen öppnas återigen. Fyrtaktsmotorns arbetscykel är nu slutförd men en ny cykel startats direkt.

Ventilsystemet: En exakt gasväxling är en förutsättning för att få en bra förbränning i motorcylindrarna. Bränsleluftblandningen skall kunna tillföras och avgaserna drivas ut vid exakta tidpunkter. Fyrtaktsmotorn har ventiler som styr detta. Det finns två olika typer av ventilsystem. I båda systemen styr kamaxeln med dess kammar ventilerna. Genom utformningen på kammarna kan man styra när och hur länge ventilen skall vara öppen. Motorns vridmoment och andra prestanda är direkt beroende av denna utformning. När kammen inte påverkar ventilen ser en kraftig fjäder till den blir stängd. Äldre motorer gjordes ofta med stötstänger. Det blir många rörliga delar som överför rörelsen från kammen till ventilen. På nya motorer har man övergått till överliggande kamaxel där ventilen påverkas direkt av kammen.. Antalet rörliga delar blir betydligt färre vilket möjliggör högre varvtal. Kamaxeln kan drivas av en rem, en kedja eller kugghjul. För att ytterligare förbättra motorns gasväxling övergår man allt mer till fyrventilsteknik. Man får då två inlopps- och två utloppsventiler per cylinder vilket ger en större ventilöppningsarea än vad som var möjligt med en ventil av varje.


Vad styr en motors kraft?
Det finns en mängd parametrar som styr hur en motor beter sig, men generellt kan man förenklat säga att det gäller att utvinna energin som finns i gasblandningen mellan bensin och luft. Ju mer energi man kan utvinna per tidsenhet, desto mer effekt kan man utvinna.


Vad bör man tänka på??
För att uppnå en optimal förbränning av sitt bränsle så måste det blandas på ett korrekt sätt. Efter mycket fösök har man framkommit till att blandningen 1 kg bensin per 14,7 kg luft är den optimala mixen. Översatt i "liter" så innebär det att 1,33 liter bensin på 11.300 liter luft är lagom.
Nu gäller det att förstå följande: För att uppnå högre effekt så måste vi kunna förbränna mer gas på samma tid som tidigare. Detta gör man genom att tvinga in mer luft i motorn s.k. tvångsmatning av luft och sedan pytsa på mer bensin i samma utsträckning för att bibehålla förhållandet 14,7:1 i blandningen.
Moder Natur sätter en gräns för hur mycket luft hon kan pumpa in i en motor, och det styrs av atmosfärstrycket som är 1 bar. Högre tryck än så kan man generellt inte nå utan att tvinga in luft på något annat sätt.
En motor behöver i sin grund bara tre saker (1)Luft, (2) Bensin, (3) En antändande gnista från tändstiftet vid rätt tidpunkt. Så enkelt är det.


Turbon
Turbon är en luftpump som blåser in mer luft i motorn än vad motorn generellt sett förbrukar. Turbon drivs av en propeller som man sätter sirekt vid motorns avgasutblås. Avgaserna sätter snurr på propellern. Propellerns sitter fast i ena änden av en axel och på andra änden sitter en annan propeller som suger i sig luft. Avgaspropellern sitter i något som kallas turbons "avgashus" och insugspropellern sitter i en annan del som kallas "kompressorhuset". Ju större motor man har och ju mer effekt man vill utvinna (d.s.v. ju mer luft man vill trycka in i motorn) desto större behöver dessa "avgashus" och "kompressorhus" vara.
De turboaggregat som används på x40-bilarna kommer från Mitsubishi?s TD04-serie. Avgashuset hos X40 är av storlek #5 och som referens kan nämnas att Volvos x70T5 har storlek #7. Vidare heter dessa aggregat t.ex. TD04-14T, där 14T är benämningen för storleken på kompressorn (insugspropellern). Ju högre siffra, desto större kompressordel och den största kompressorn som Volvo använder kallas 19T.

Anledningen till att det finns olika storlekar på turboaggregaten beror helt enkelt på att de beter sig på olika sätt. Ett stort aggregat är lite ?trögare? att få upp snurren på, och med en liten motor betyder det att man måste ge den en ganska kraftig mängd avgaser, d.v.s. att man måste hålla varvtalet ganska högt för att den ska börja att fungera. En för stor turbo börjar inte att snurra tillräckligt mycket föräns högt upp i motorregistret, och en sådan motor blir svårkörd. En för liten turbo klarar bara av att leverera luft i de lägre varvtalsregistret och kommer att tappa "flåsen" när motorn varvas. En sådan motor blir inte heller bra, och den kommer att upplevas som ?trött? och "slö" när den varvas.


Hur styr man turbons arbete?
Turbons enda uppgift är att tillföra luft till insuget där luften kan blandas med bensin och förbrännas inne i cylindrarna. Det är viktigt att kunna kontrollera hur mycket luft som turbon verkligen levererar till motorn. En motor som tvångsmatas med luft utsätts för större påfrestningar än en ?vanlig? motor och det gäller att inte trycka in för mycket luft i motorn eftersom det i värsta fall kan leda till explosioner.
Med lite matematik så vet vi att vi med atmorsfärstrycket 1 bar behöver en viss mängd bensin till den luften som motorn suger i sig. Genom att låta turbon ladda in lika mycket luft till, d.v.s. med laddtrycket 1 bar, så får vi dubbelt så mycket luft och behöver dubbelt så mycket bensin. Dubbla mängden luft och dubbla mängden bensin ger teoretiskt? dubbla mängden effekt. Detta är det faktum som alla "chiptuners" försörjer sig på. Genom att tillföra mer luft (ökat laddtryck) och mer bensin så lockar man fram mer effekt. Enkelt, elegant och smidigt.
Dock gäller det att hålla koll på hur mycket luft turbon levererar och det gör man genom en liten ventil som kallas wastegate. Denna ventil sitter inne i avgashuset och kan öppnas och stängas. Med ventilen stängd så tvingas alla avgaser att passera "avgaspropellern" och då börjar den att snurra. Så fort den börjar att snurra så kommer ju även "insugspropellern" att börja snurra och börja att skjutsa in en massa luft i insuget. Om wastegateventilen i stället öppnas så leds avgasströmmen vid sidan av "avgaspropellern" och direkt ut i avgasrörert vilket gör att propellern slutar att snurra. Då kan insugspropellern inte heller suga in någon luft och här har vi ett reglersystem för laddtrycket, basrat på en enkel ventil.

Hur styrs denna ventil då? Jo, den styrs av något som kallas för tryck-klocka. Denna tryck-klocka öppnar och stänger wastegaten beroende på hur högt turbotrycket är. För att tryck-klockan ska vet hur högt trycket är så dras en slang från "kompressordelen" av turbon upp till tryck-klockan som då lätt kan känna av det aktuella trycket. Så fort trycket når en önskad nivår så öppnar tryck-klockan wastegaten och trycket sänks eftersom turboaxeln med sina två "propellrar" slutar att snurra då wastegaten slussar ut avgaserna direkt i avgassystemet.


Hur kan man "trimma" sin bil när man vet det här?
Nu har de flesta förstått att man genom ökat laddtryck tillför mer luft. Luften mäts upp av LMM:en (luftmängdsmätaren, sitter i direkt anslutning till luftfiltret innan turbons insug) och då kan motorns styrdator (ECU?n) beräkna korrekt mängd bensin till denna luft. Ju mer luft, desto mer bensin och desto mer effekt. Enkelt!!
Nu gäller det att komma på ett sätt att kunna få turbon att ladda mer luft än tidigare, men hur ska det går till? Tryck-klockan aslöjar ju hur högt trycket är och öppnar wastegaten så att trycket sänks vare sig man vill eller inte? Eller??
Givetvis finns det sätt att komma runt det här om man vill. Kom ihåg att tryck-klockan avläser det tryck som råder i turbon och öppnar wastegaten vid behov. Skulle man då kunna lura tryck-klockan att tro att det är ett lägre tryck i turbon än vad det egentligen är?


Pystrim
Givetvis går det att "lura" tryck-klockan. Det gör man t.ex. genom att på slangen mellan turbons kompressordel och själva tryck-klockan klippa av slangen och montera ett "t-kors". Nu har Du alltså tre snlutningar på "t-korset".
En anslutning går till turbons kompressordel (där det verkliga trycket finns), en anslutning går till tryck-klockan (som ska avläsa de verkliga trycket är det tänkt) och så har vi nu en anslutning till som inte är kopplad till något ännu. Om vi låter denna anslutning vara "okopplad" och i stället låter den hänga fritt i luften så kommer Du att märka något kul nästa gång Du kör iväg med Din bil.
Som vanligt kommer tryck-klockan att känna av turbotrycket och öppna wastegaten när det har kännt av att trycket är tillräckligt högt. Dock kommer det inte att fungera som tidigare eftersom vi nu har gett luften som går från turbon till tryck-klockan en ny väg att smita ut "i det fria" i och med att vi monterade "t-korset". Alltså kommer bara en liten del av luften att gå vidare till tryck-klockan och den mesta luften kommer att åka ut genom t-korsets tredje anslutning och aldrig nå tryck-klockan. Detta kommer att innebära att när tryck-klockan, som i sitt originalutförande kanske är inställd på att öppna wastegaten vid 0,4 bars turbotryck , känner av sina 0,4 bar så kan det mycket väl vara så att det verkliga trycket i turbon är 1,2 bar varav 0,8 bar "åker ut" genom t-korsets oanslutna del och resteraden 0,4 bar åker till tryck-klockan. Dett brukar folk kalla för pystrimning eftersom man "pyser ut" den luft som ska berätta för tryck-klockan när det är dags att öppna wastegaten. Bilen kommer att gå fort som attan? men frågan är hur länge?
Det verkliga trycket mäter man enkelt själv genom att koppla en tryckmätare till motorns insug och där kan man avläsa hur högt det verkliga trycket är oavsett hur högt tryck-klockan tror att det är. Detta tryck är viktigt att hålla ett öga på. Viktigt är att mjukvaran (motorstyrningen ? chipet) kan hantera all luft för att kuna portitionera ut tillräckligt med bensin för att bibehålla en god bränsleblandning, Vill man kunna justera laddtrycket med en lite mer sofidtikerad metod av "pystrim" så kan man montera en liten ventil (som fungerar som en vattenkran) och sätta den på den tredje anslutningen på t-korset. Då kan man i alla fall hyffsat exakt bestämma den mängd luft man vill pytsa ut och avleda från tryck-klockan.


Magnetventiler och laddtrycksreglering
En mer sofistikerad variant av "pysventil" är den så kallade magnetventilen. Den fungerar exakt på samma sätt som pysventilen ovan, fast med den skillnaden att man via motorstyrningsprogrammet (chipet) kan bestämma när den ska släppa ut lite, mycket eller ingen luft alls innan luften ska nå tryck-klockan. Magnetventilen har tre anslutningar.

Anslutning 1: Kopplas till turbons kompressorsida (känner av det verkliga trycket)
Anslutning 2: Kopplas till tryck-klockan
Anslutning 3: Kopplas till insuget av turbon (returnerar luften från turbon till dess insug igen utan att gå till tryck-klockan. Detta är "pystrims-anslutningen")

Med magnetventilen kan vi alltså bestämma via chipet om vi vill skicka tryckluften till tryckklockan så att wastegaten öppnas (trycket sänks) eller om vi vill skicka tillbaka den luften in i insuget igen utan att berätta för tryck-klockan att det verkliga trycket börjar att bli högt. Alltså kan vi teoretiskt styra laddtrycket precis som vi vill oavsett var vi ligger i varvtalsregistret och hur hårt vi trycker på gasen. Vi har alltså en mjukvarustyrd pysventil. Elegant!!!

Varför vill man förresten kunna styra sitt laddtryck "från chipet" egentligen? Svaret är ganska enkelt. För folk som kör med lite högre eller riktigt höga laddtryck så är det inte önskvärt att alltid ha det trycket när man trycker "full gas". T.ex. vill man sällan ha 1,5 bars laddtryck på 1:ans växel. Vid minsta tryck på gaspedalen skulle bilen spinna loss och det skulle vara helt omöjligt att få fäste. På just ettan kan det vara bekvämt att slussa all tryckluft till tryck-klockan så att wastegaten öppnar redan vid 0,4 bar trots att man har full gas. Detta brukar populärt kallas för "momentbegränsning" och är något som de flesta tillverkare av turbomotorer brukar använda sig av.
Det tryck som tryck-klockan på egen hand öppnar wastegaten vid, utan någon inverkan av varesig pysmetoder eller magnetventiler brukar kallas för grundladdtryck.


Intercoolern
Nu har vi förstått att luften är en viktig ingrediens i jakten på effekt. Enligt fysikens grundlagar så expanderar luft i storlek när den blir varm och det är vad luften blir när den trycks ihop av turbon. Turbon i sig blir upp till 900°C varm så även det smittar av sig på luften. För att kunna pressa in så mycket luft som möjligt i motorn så vill man att den ska ta så lite plats som möjligt. Detta åstadkommer man genom att kyla ner luften så att samma mängd syremolekyler tar mindre plats. En intercooler fungerar som så att den kyler av luften som turbon vill tryck in i motorn. Intercoolerns kyler luften som kommer från turbon med luften som finns utomhus. Ju mer IC?n lyckas kyla luften desto mindre blir den, och desto mer syremolekyler går att klämma in i motorn per given volym luft. IC?n är kopplad mellan turbon och insuget.

Dumpventilen
När luften kommer rusandes från turbon så far den via IC?n i en väldig fart till insiget och sedan ner i motorn. När Du sedan släpper gaspedalen så stängs passagen för all luft ner i motorn. Det tar tvärstopp för luften som studsar in i en "stängd dörr" och studsar tillbaka samma väg som den kom. Nu går luften alltså baklänges via IC?n och krockar med inkommande luft för att sedan fara rakt in i turbon? som redan roterar åt andra hållet. Det sliter på turbinens blad och varvtalet hos tuerbon sjunker. När man sedan trycker på gasen igen så måste turbon hämta sig lite och få upp "snurren" igen vilket tar lite tid. Som ivrig billist i omkörartagen vill man gärna inte vänta på att turbon behagar börja att snurra åt "rätt håll igen". Då monterar man en dumpventil som slussar ut denna överblivna luft som är på väg tillbaka åt fel håll innan den ens har nått IC?n. Luften leds antingen rakt ut i "det fria" och det ger ett karktäristiskt poff-ljud (öppen, eller atmosfärsisk dump), eller så återleder man luften in i systemet igen åt rätt håll (återcirkulerande dump).


Vad gör en "chip-trimmare"?
En "chiptuner" ändrar ett flertal parametrar i motorns styrprogram, och enligt ovan så är det inte så fasligt avancerat. Som sagts tidigare så behövs bensin, luft och en gnista (tändning) och det är i stort sett dessa tre parametrar som "chip-tunern" ändrar. Lufttillförseln ändras genom att "chip-tunern" tillåter ett högre laddtryck. "Chip-tunern" programmerar alltså om "magnetventilens funktion" så att den avleder luften till styr-klockan i större utsträckning än i originalprogrammet. Vidare ser "chip-tunern" till att motorn får mer bensin via spridarna för att kunna bibehålla korrekt bensin/luft-förhållande även vid högre laddtryck. En annan parameter som ändras av "chip-tunern" är när bränsleblandningen skall antändas, och detta gör han genom att ändra tidpunkten för tändningen.
Utöver detta genomförs ändringar av "kosmetisk" karaktär, d.v.s. hur tidigt turbon skall börja att ladda, hur mycket laddtryck som skall genereras vid vilka varvtal och gaspedalslägen o.s.v. Här går preferenserna isär bland "chip-tuners" och en del programmerare väljer att låta turbon ladda mycket redan på låga varvtal vilket ger känslan av en stark bil, men det sliter också på transmissionen så en annan programmerare kan välja att begränsa laddtrycket på lägre varvtal allt efter tycke och smak.


M.v.h.
Jompa
 Skicka PM   Skicka E-mail  ICQ  
  Forumindex  Läsvärda trådar Sida: 1 av 1 - [ Föregående | Nästa ] gå till:
Forum v4.5, copyright (c) 2004-2008 av: , Johan Svensson