» tehnika » mootor » 

Kõik sõltub ajastusest
» Nukkvõll
» Süüde
» Lõppsõna

Olles rääkinud selgemaks selle, kuidas sisselase ja plokikaaned õhuvoolu mõjutavad, jääb vaid veel anda selgitus sellele, kuidas täpselt ja miks mõjutab mootori omadusi nukkvõll.

 

Lisaks tuleb juttu seni täiesti tähelepanuta jäänud süütest ja selle ajastamisest.

 

Nukkvõll
 

Nagu eelmises artiklis öeldud, on nukkvõll justkui mootori aju, mõjutades kõige toimuva ajastust. Nüüd võikski siis vaadelda, kuidas sündmuste ajastus mõjutab mootori VE-d ja teisi omadusi. Korduse mõttes tasuks pilk heita all olevale joonisele. Sellel on kujutatud sisse- ja väljalaskeklappide (sinine ja punane kõver) liikumist kolvi liikumise (katkendlik kõver) suhtes vastavalt väntvõlli pöörlemisele, mis on horisontaalteljel kraadides väljendatuna. Vertikaaltelg näitab klapi avatust tollides. Nagu näha on selle nukkvõlli klapitõus umbes .470".

Joonisel on piltlikult illustreeritud ka eelmises loengus lahti seletatud mõistet 'duration @ .050', mis nagu ehk meeles on, tähistas seda kestust (väntvõlli pöörelmiskraadides), mille jooksul on klapp avatud rohkem kui 0,05*rocker ratio tolli.

 
 

Graafik algab töötakti algusest, kus süüteküünal on segu süütanud ning kolb liigub põlevate gaaside survel ülemisest surnud seisust allapoole. Seda näitab langev punktiirjoon. Selgub, et põlevad gaasid on selleks ajaks, kui kolb on poolel teel alla (90 kraadi peale Ü.S.S.), suure osa oma tööst juba teinud ja seepärast võibki juba hakata väljalaskeklappi avama.

Klapi varajase avamise eesmärgiks on see, et suur gaaside surve ei töötaks peatselt üles liikuvale kolvile vastu, süües osa samal ajal teistes silindrites tekitatavast võimsusest. Mida hiljem klapi avame, seda täielikumalt saame ära kasutada gaaside energiat ning täielikuma põlemise tõttu on ka õhusaastatus väiksem, kuid pöörete kasvades ei jõua gaasid enam välja ja hakkavad kolvi ülesliikumist tõsiselt takistama, vähendades võimsust.

Kui aga klappi avada varem, siis võib madalatel pööretel osa põlemisenergiast kaotsi minna, kuna klapp avaneb enne, kui gaasid on kogu oma energia kolvile üle andnud. Seda on kuulda kõrgelt forsseeritud ning agressiivsete nukkvõllidega mootorite tühikäigust - põlemise müra ja äärmuslikel juhtudel veel põlev küttesegu jõuab tühikäigul klapi varajase avamise tõttu väljalaskekollektorisse, mis annabki sellistele mootoritele kärarikka ja ebaühtlase tühikäigu, mis on muusikaks võimsusenäljastele.

Samas tähendab selline põlemisenergia kaotsiminek madalatel pööretel seda, et mootor võib madalatel pööretel koormust rakendades kergelt välja surra ja seepärast minnakse kohalt kõrgete pööretega või automaatkasti puhul kasutatakse kõrge stalliga konverterit.

Järgmine sündmus graafikul polegi üllatuslikult see, et väljalaskeklapp ilusti kinni läheb, vaid hoopis see, et sisselaskeklapp avaneb. See tähendab, et mingi aja jooksul on avatud mõlemad klapid. Milleks see siis hea on?

Klapikattumus ehk valve overlap on üks kriitilisemaid hetki klapiajastuses. Kui sisselaskeklapp avaneb liiga vara, siis surutakse osa sisselaskest tagasi kollektorisse ja järgmise töötakti ajal pole midagi põletada. See on eriti probleemne madalatel pööretel, kus sisselaskes valitseb niigi suur vaakum. Tulemuseks jälle halvad käiguomadused madalatel pööretel. Kui aga sisselaskeklapp avada liiga hilja, ei jõua ta maksimaalse tõusuni selleks ajaks, kui kolvi kiirus ja seega rõhkude erinevus (silindri ja välisrõhu vahel) on kõige suurem, ehk umbes 90 kraadi peale Ü.S.S. (sisselasketakti keskel). See aga tähendab, et VE kannatab kõvasti, kui klapp pole küllalt lahti, et kogu ülejäänud sisselaske voolupotentsiaali ära kasutada.

Tulles üle-eelmises lõigus seatud küsimuse juurde sellest, mis kasu on klappide samaaegsest lahtiolekust, siis seletus on lihtne. Eesmärk on see, et kiirelt väljuvad heitgaasid 'tõmbaksid' lahkudes silindrisse värsket segu sisselaskeklapist. Selline aitamine on eriti vajalik kõrgetel pööretel, kus ilma selle nähtuseta oleks väga raske silindrit täielikult põlemisjääkidest puhastada ja värske seguga täita.

Ajaliselt järgmine sündmus on väljalaskeklapi sulgumine. Kui see juhtub liiga vara, kannatab mootori töö kõrgetel pööretel: Klapikattumusest saavutatav efekt jääb nõrgaks ning silindrisse on raske saada piisavalt küttesegu. Veel halvemal juhul ei jõua kõik heitgaasid silindrist väljuda ning aitavad samuti järgmist töötakti rikkuda. Kui aga klapp sulgub liiga hilja, tõmbab ta osa küttesegust otse väljalaskesse ning järgmise töötakti ajal pole siis eriti midagi põletada. Teine võimalik tagajärg on see, et allapoole liikuv kolb hakkab põlemisjääke uuesti sisse tõmbama. Ka see pole mõistagi kasulik.

Nagu näha, põhjustab suur klapikattumus mootori halba käitumist madalatel pööretel, kuid on vajalik, et mootor saaks kõrgetel pööretel hingata. Märkusena veel niipalju, et kompressoriga mootor tahab märksa väiksemat klapikattumust kui ülelaadimiseta mootor, kuna pika klappikattumuse ajal puhuks kompressor suure osa küttesegust lihtsalt otse läbi väljalaskeklapi välja.

Ja ongi jäänud klapisündmustest viimane, sisselaskeklapi sulgumine. Ka selle ajastus on mootori omaduste seisukohast väga oluline. Nagu näha, sulgub klapp alles siis, kui kolb juba ülespoole liigub. Põhjuseks on see, et ka küttesegul on inerts ja seetõttu kord liikuma hakanuna suudab ta end veel silindrisse pressida isegi siis, kui kolb juba vastassuunas liigub. Kui klapp sulgeda vara, siis piirab see silindrisse siseneva küttesegu hulka ja seega ka võimsust. Kõrge surveastme korral võib üsna suureks kasvada ka see jõud, mis kulub küttsegu kokkusurumisele. Kui klapi sulgumine muutub hilisemaks, kasvab VE kõrgetel pööretel, sest siis suudab küttesegu täiendavat aega ära kasutada, kuna liigub kiiremini ning inertsi tõttu suudab end silindrisse suruda ka siis, kui kolb juba päris selgelt ülespoole liigub. Madalatel pööretel aga hakatakse segu juba tagasi sisselaskesse suruma.

Kokkuvõtvalt meeldib mootoritele, mis arendavad võimsust kõrgetel pööretel, kui klapid avanevad vara ja püsivad kaua lahti. Paraku mõjub see halvasti mootori omadustele madalatel pööretel, ja seetõttu pannakse tehases peale 'väiksemaid' nukkvõlle, mis hoiavad klappe lühemat aega lahti. Mootorit ümber ehitades osutub sageli vajalikuks sellise nukkvõlli välja vahetamine, et nukkvõll ei hakkaks piirama muude komponentide hingamisvõimet.

Kui rääkida konkreetsetest arvulistest näitajatest, siis selgubki, et kõige paremini iseloomustab nukkvõlli agressiivsust ehk sobivust kõrgelt modifitseeritud mootorisse nukkvõlli duration ehk kestus, mille vältel on klapp avatud.

Näitena võiks tuua vana hea Chevy L98 350 CID small-blocki 3. põlve Camarodest ja Firebirdidest ja vaadata duration @ .050 mõju pööretele, mille juures saavutatkse tippvõimsus: 200 kraadi annab tippvõimsuse 4500 pöörde juures (sellised on stock nukkvõllid), 210 annab tippvõimsuse 5000 pöörde juures, 220 5500 juures ja nii edasi. Nagu näha liigutab 10 kraadi durationi lisamine võimsustippu 500 pöörde võrra ülespoole. Sellega kaasneb paraku ka vastav momendi kadumine madalamatelt pööretelt. Nagu varem öeldud, muudab mootori töömahu kasvamine nukkvõlli 'väiksemaks', s.t. selleks, et tippvõimsus tuleks kätte samadel pööretel, tuleb kasutada suurema durationiga nukkvõlli. Rusikareegliks on umbes 5 kraadi iga 25 kuuptolli kohta. Näiteks 400 CID mootor arendaks 5000 pöörde juures tippvõimsust 220-kraadise nukkvõlliga.

Teine oluline näitaja on lobe separation angle (LSA) ehk nukkvõlli nukkide kõrgeimate kohtade vahe nukkvõlli kraadides (mitte väntvõlli kraadides, nagu duration). See nurk võimaldab hinnata klapikattumust: mida väiksem ta on, seda lähemal on üksteisele sisse- ja väljalaskeklappide tõusugraafikud ja seda rohkem nad kattuvad. Eelmises lõigus nimetatud mootorile tehasest pandud nukkvõllidel jäi LSA enamasti 114-117 kraadi vahele, mis tähendab üsna väikest klapikattumust. Arvestades mootori madalat forsseeritust, võib seda normaalseks lugeda. Enamus aftermarket nukkvõlle on LSA-ga umbes 112 kraadi, mis aitab kaasa pöördemomendile keskmistel pööretel. 108 kraadi aitaks veel rohkem, kuid siis hakkaksid ilmnema juba suure klapikattumuse varjuküljed, nimelt ebaühtlane tühikäik ja madal vaakum, mis oleks probleemiks rooli- ja pidurivõimendile. Kompressoriga 350 CID mootoritele sobib umbes 115-kraadine LSA.

Olulistest näitajatest on jäänud veel klapitõus. Selle muutmine ei liiguta võimsust pööretevahemikus üles või alla, kuid kui plokikaaned suudavad suurema tõusu juures paremini hingata (vt. eelmine artikkel), suurendab suurema klapitõusuga nukkvõll maksimaalset pöördemomenti ja võimsust. Klapitõusu saab muuta ka nookurite vahetamisega, kuid see muudab natuke ka klapi avatud oleku kestust (durationi) .05 tolli juures. Näiteks kui 1,5 nookuritega oli duration .05 tolli juures 225 kraadi, siis 1,6 nookuritega on ta veidi suurem, sest klapp saavutab .05 tollise tõusu varem.

Kui duration, LSA ja klapitõus on nukkvõlli 'sisse treitud', siis nukkvõlli paigaldamisel on siiski võimalik teda väntvõlli suhtes natuke ette- või tahapoole keerata, muutes seega klappide avamisi-sulgemisi natuke varasemaks või hilisemaks. Kui nukkvõll on sees otse (straight up), on sisse- ja väljalaskenukkide tipud vahepealsest kolvi ülemisest surnud seisust ühekaugusel. Kui panna nukkvõlli veidi varasemaks (tavaliselt tehakse seda nelja kraadi kaupa), liigutab see pöördemomenti kõrgetelt pööretelt madalamale, vastassuunas pööramine aga annab pöördemomenti juurde kõrgetele pööretele.

 

Süüde
 

Rääkides sündmuste ajastamisest mootoris, ei saa mööda minna ka küttesegu õigeaegsest süütamisest. Jälle kord pole olukord nii lihtne, et süüteküünal annab sädet siis, kui kolb on täpselt oma ülemises surnud seisus. Kuna küttsegu ei põle hetkeliselt, on vajalik teatav ennetamine, et saavutada suurim rõhk selleks ajaks, kui kolb hakkab allapoole liikuma. Kui süütamisega hiljaks jääda, kahaneb kolvile edasi antav energia ning osa põlemisest võib suisa väljalaskekollektorisse kanduda. Samas ei saa segu süüdata ka liiga vara, sest siis peab kolb vastu liiga vara kasvavat rõhku ülespoole rügama, mis sööb kõvasti võimsust. See, kui palju varem tuleb segu süüdata, sõltub segu põlemise kiirusest, mis omakorda sõltub kolvi ja põlemiskambri kujust ning süüteküünla paigutusest. Mida soodsamad need on, seda väiksemat eelsüütenurka on vaja; näiteks on kasulik, kui süüteküünal paikneb silindri keskel. Arusaadavalt kasvab vajalik eelsüütenurk pöörete kasvades, kuna siis peab kõik toimuma veelgi kiiremini. Näiteks tüüpilistel muskelautomootoritel muutub eelsüütenurk tühikäigu 12 kraadist (initial advance) maksimumpöörete ligi 40 kraadini (total advance). Tänapäeval on põlemiskambri kujus nii palju edusamme tehtud, et sageli piisab maksimumvõimsuse juures kuni 25-kraadisest eelsüütenurgast.

Eelsüütenurgaga on seotud ka detonatsioon, mille tagajärgi sai lühidalt puudutatud väntmehhanismi käsitlenud artiklis. Tegemist on segu ebaloomulikult ägeda põlemisega, mis tekib enamasti küünlast kõige kaugemas põlemiskambri osas ja mis põhjustab pikemat aega kestes suurt hävingut. Detonatsiooni tekkele aitavad kaasa liiga varajane süüde (kolb pole veel jõudnud piisavalt allapoole liikuda ning süüteküünla juurest alguse saanud põlemine tekitab väga kõrge rõhu mujal silindris, mis põhjustab seal küttesegu plahvatusliku iseenesliku süttimise enne "leegi" kohalejõudmist), vilets (madala oktaaniarvuga) kütus ning kõrge surveaste (nii staatiline kui dünaamiline, näiteks kompressori kasutamisest tulenev). Seega seatakse kompressori kasutamisel eelsüütenurka väiksemaks, eriti kõrgetel pööretel, kui asi tõsiselt puhuma hakkab. Nurka keeravad automaatselt oluliselt väiksemaks ka moodsate mootorite arvutid, kui midagi detonatsioonisarnast tunnetavad. Paraku teevad nad seda nii innukalt, et võimsus kukub segu liiga hilisest süütamisest tuntavalt. Seega tasub igal juhul detonatsiooni vältida.

 

Lõppsõna
 

Puhh, no nii, nüüd on kõik mootoris toimuv lahti seletatud :) Palju õnne ka neile, kes nii kaugele lugeda jaksasid. Kuigi meie tarkus mootoriteoorias küllaltki siintooduga piirdubki, võib küsimusi, kommentaare ja täpsustusi tqhq-le ikka saata.


» Järgmine artikkel
 
 
muskelautod | kiirendusvõistlused | tehnika | üritused | autoesitlused | foorum | sõnastik | kalkulaatorid
tqhq'st | sisukaart | e-mail
© tqhq.ee 2000 - 2017. Loe meie materjalide linkimisest ja kopeerimisest.