Gázlengések

A gázlengések fejezeten belül első sorban a szívócsőben kialakuló állapotokról kívánok írni, de hozzá tartozik a témához, hogy lengés minden légnemű és folyékony halmazállapotú anyaggal létrejöhet, így ugyanúgy a motor olaj-, és vízkörében is, mint ahogy a szívócsőben és a kipufogócsőben is. Egyetlen feltétele a periodikus gerjesztés. Periodikus gerjesztés alatt olyan fogalmat értünk, amely egy adott ideig hatást gyakorol a közegre, majd azt követően szintén egy adott ideig nem. Két gerjesztő fázis között a közeg annak függvényében, hogy milyen az adott hely konstrukciója, megpróbál az eredeti állapotába visszaállni, és ez a két ellentétes hatás lengést hoz létre. Szilárd halmazállapotú anyagok esetén is definiálható hasonló, habár azt rezgésnek nevezzük, az egy kicsit más történet.

Itt elsősorban a szívó motorok folyamatait részletezem, habár a feltöltött motorok nyomás alatt lévő szívócsövében is kialakul gázlengés, de ennek az esetleges negatív hatása a töltőnyomás kis mértékű emelésével már kompenzálható is, így feltöltött motorok esetében akkor jelentőséget nem szoktak tulajdonítani neki.

A gázlengés, mint a motor szívócsövében lezajló folyamat, a következőképpen jön létre: a kipufogási ütem végén, ahogy a dugattyú a felső holtpontot elérte, nyit a szívószelep, és a dugattyú lefelé haladó mozgása vákuumot kelt a hengertérben. Emiatt a szívócsőben lévő keverék megindul a hengertér felé. Természetesen, mint minden anyagnak, a gázoknak is van tömegük, így tehetetlenségük is. És ha van sebességük, akkor van mozgási energiájuk is. Mindezekből következik, hogy dugattyú által létrehozott vákuum először felgyorsítja a szívócsőben lévő keveréket, és stabil áramlást hoz létre. Majd a dugattyú az alsó holtponton túlhaladva már felfelé mozog, így a létrehozott vákuumot tovább nem képes biztosítani, tehát a szívószelep lezár. Emiatt a szívócsőben adott sebességgel áramló keverék hirtelen "falba" ütközik, mintegy visszapattan róla. S mivel a gázok összenyomhatóak, így a szívócsőben lévő gázoszlop tehetetlenségénél fogva még az addigi sebességével mozogna tovább, de mivel a gázoszlop elején lévő részecskék már nem tudnak, így a mögöttük lévőek összenyomják őket, helyi nyomáscsúcs alakul ki. Ez a helyi nyomáscsúcs igyekszik homogén nyomáseloszlásba átmenni, s mivel az addig mozgó gázoszlop végén pedig kisebb a nyomás, mint a szelep közelében, így elindul a kisebb nyomású tér felé, tehát visszafelé. Halad mindaddig visszafelé, amíg ugyanez a nyomáscsúcs a "másik" oldalon újból ki nem alakul, de addigra már a szelepnél újból kisebb lesz a nyomás, tehát megindul újból előre. Ez a ciklus rövid időn belül kioltaná magát, de mivel a szívószelep megint nyit, így egy újabb gerjesztés lép fel.

Könnyen belátható, hogy ha pont abban a pillanatban van a szívószelep mögött nyomáscsúcs, amikor a szelep nyit, akkor a sokkal kisebb energia veszik el a motorban azáltal, hogy a dugattyúnak olyan vákuumot kell keltenie, ami beszívja a friss keveréket. Tehát adott a feladat, olyan lengőrendszer kialakítása, ami minden körülmények között a legoptimálisabb gázlengést hozza létre a szívócsőben, ezáltal is növelve a motor teljesítményét. Mi befolyásolja ezt, avagy mit kell változtatnunk ahhoz, hogy ezt mesterségesen létre tudjuk hozni? Természetesen a legnyilvánvalóbb a szívócső hossza és átmérője. De akkor még ott van a fordulatszám is, mint paraméter, hiszen egy modern motor fordulatszám-tartománya már meglehetősen széles skálán mozog. És hiába van egy kiválóan bevált, hangolt szívócsövünk, ha ezt egy más lökettérfogatú motorra tesszük, rögtön felborul minden.

A szívócső kialakításánál többféle szempontot figyelembe véve lehet a végső konstrukciót kitalálni. Az első megoldás szerint nem töltünk időt a szívócső áramlástani kialakításával, konstrukciósan illeszkedjen a hengerfejre, rá lehessen csavarozni a karburátort, injektort, bowdeneket, jeladókat, stb., és már készen is van. A központi injektoros és karburátoros motoroknál adott egy pont a szívócsövön és ehhez képest a két középső henger rövidebb úton, míg a két szélső henger hosszabb úton kapja a friss keveréket. Előnye az egyszerűség és más nincs. A különböző hosszúságú szívócsövek miatt könnyen belátható, hogy a más fordulatszámon fog kedvező lengés kialakulni a szélső és a középső ágakban. Ennek az lesz a hatása, hogy más lesz a hengerek töltöttsége, más lesz a hengerekben lévő effektív középnyomás, ez pedig kellemetlen motorrezgések formájában fog megjelenni.

A másik lehetőség, hogy a motorhoz illesztett szívócsövet próbálunk létrehozni, de kérdés, hogy ismerve a motor nyomaték és teljesítménygörbéjét, hova akarjuk "elhelyezni" a rezonanciát? A nyomatékmaximumra, ezzel tovább növelve a nyomatékát? Vagy lejjebb, 2000-3000 közé, ahol a legtöbb motor üzemel? Így ugyan valóban csökkenhet a fogyasztás, de a magasabb tartományokban "kifullad". Egy másik lehetőség, hogy a teljesítménycsúcs közelébe próbáljuk hangolni, ami valóban plusz teljesítményt jelent, de akkor az autózhatóságot áldozzuk fel a nyomatékkal és a fogyasztással. Hiszen ha belegondolunk, ahogy kedvezhet nekünk a gázlengés, ugyanúgy lehet pont ellenkező fázisban is, tehát pont akkor áramlik gőzerővel visszafelé a szívócsőben, amikor nyit a szívószelep, tehát jóval nagyobb munkát vesz el a motortól a szívás üteme.