03: Uitlaat Tech, flow en snelheid

Ondertussen hebben we best wat besproken en begrijpen we ook het één en ander.

Maar waar komt het nu allemaal op neer?  

    Veel, heel veel tijd en inzet om een evenwichtig besluit te nemen inzake het ontwerp en de productie van een uitlaatspruitstuk. Hiermee wordt niet gedoeld op wat wazig non-sense, maar is specifiek specifiek gericht op de te behalen doelen.

Houd wel in gedachten dat wat hier gedeeld is, bedoeld is als sec informeren en daarmee niet als absoluut aan te houden is. Het zijn slechts factoren waar men rekening mee dient te houden ten tijde van het ontwerp van een spruitstuk, of het nu een inlaatspruitstuk of een uitlaatspruitstuk is.

Terug naar het begin.

We gaan stap-voor-stap kijken naar wat er gebeurd vanaf vlak voor het openen van de uitlaatklep.

Het mengsel in de cilinder is ontstoken, het vlam-front vormt zicht, de druk ten gevolge van de chemische reactie en de toename in temperatuur laat de zuiger naar beneden bewegen. Nadat de zuiger het onderste dode punt bereikt heeft en weer naar boven gaat bewegen opent de uitlaatklep.

De druk in de cilinder is vele malen hoger dan buiten de cilinder, of het nu turbo of N/A is. Het openen van de klep creëert een gigantische pulse, vanwege de plotse verandering van drukverhouding over de klep, wat een plotse materie beweging als gevolg heeft. Deze plotse beweging van materie, ten gevolge van een gigantische druk verhouding, kan zelfs supersonisch zijn! Zoals je kan bedenken is het in stand houden van een supersonische golf praktisch onmogelijk en niet realistisch of wenselijk wegens een scala aan natuurkundige verschijnsels. De sonische p-wave kan zich vrij door het medium voortbewegen, net als een akoestische golf door lucht, vandaar de koppeling tussen “tuned length” en harmonische effecten.

Samengevat dient de runderdiameter voldoende te zijn om het gewenste vermogen, in uitlaatgas, af te kunnen voeren. Hierbij zou het verstandiger zijn om een grotere diameter te kiezen dan een kleinere (afhankelijk van diameter mogelijkheden per leverancier).

Dus…

Zoals al eerder aangegeven geeft de runnerdiameter aan wat het maximum is. Dit heeft primair te maken met de massastroom aan uitlaatgassen. De grote afweging zit hem in wanneer is het te klein, acceptabel of te groot. Te klein en de kans dat de gestelde doelen behaald worden, wordt kleiner. Te groot zal, in een turbo applicatie, resulteren in een groter uitlaatspruitstuk-volume, wat weer nadelig is met betrekking tot boost-lag (applicatie afhankelijk).

In geval van een atmosferische motor dient men hier ook rekening mee te houden, omdat de massastroom nog steeds een bepaald niveau heeft, maar het scavenging-effect is hier van groter belang en hoe deze gebruikt wordt. Dus dient men zich de vraag te stellen waar het piek-koppel in het toeren-gebied ligt en of er andere delen zijn in het toeren-gebied waar het koppel (en dus het VE) vergroot dient te worden om het geheel te bevorderen. Uitlaatgassen reageren voor een deel conform de wet van Bernoulli, afbeelding rechts.

Op deze manier kan statische en dynamische druk uitgelegd worden in een systeem. De dynamische druk is van belang voor de partikelsnelheid.

Houd er wel rekening mee dat Bernoulli geen verklaring geeft voor Pulsen en de propagatie hiervan door het medium, dit effect is wordt namelijk gesuperpositioneerd over de steady-state gedraging, zoals aangegeven door Bernoulli.

P-waves propageren door lucht, of uitlaatgassen, net als geluidsgolven door lucht of golven door de oceaan.

Zoals eerder besproken kunnen er reflecties ontstaan bij plotse veranderingen, maar wanneer ontstaan deze? En hoe kunnen deze in ons voordeel gebruikt worden?

Dit is waar het echt interessant wordt en waar de meeste winsten behaald kunnen worden. Kort gezegd ontstaan P=wave reflecties bij abrupte veranderingen, zoals:

  • plotse diameter veranderingen
  • plotse of grote veranderingen in stromingsrichting
  • obstructies
  • etc

Begrijpen hoe P-waves werken, ontstaan en reflecteren, stelt ons in staat dit natuurkundige fenomeen te gebruiken ten einde uw doelstelling te behalen. Het timen van P-waves kan namelijk, afhankelijk van het type motor, grote voordelen hebben met betrekking tot VE en derhalve het koppel.

Realiseer je wel dat de geluidssnelheid in een uitlaat NIET gelijk is aan de normale geluidssnelheid bij 21˚C. Hier moet voor gecompenseerd worden.

Meer de volgende keer!

VPR-Engineering