Plenum-design pÄ turbomotorer, inte sÄ viktigt...
Det fanns visst ett intresse pÄ forumet för min Äsikt angÄende design av plenum. Skrev dÀrför ihop denna artikel som en grundlÀggande sammanfattning av mina Äsikter rörande detta till er teknikintresserade och alla andra pÄ forumet/klubben. I artikeln har jag grundlÀggande tÀnkt behandla flödesmÀssiga aspekter av plenumutformning. Jag kommer i följande text inte presentera: nÄgra formler för berÀkningar av flöden; den ultimata utformningen för din motor eller nÄgon annan övergripande utformning, eller allt som jag vet om plenum. Allt som rör utformningen av plenum i denna text kommer vara baserat pÄ min vetskap om hur luft rör sig samt teoretiska faktum som Àr allmÀnt gÀllande. För att inte behöva skriva överdrivet generellt eller löjligt mycket sÄ har jag valt att inrikta mig mot plenum för överladdade I4-motorer, sÄsom Cosworth YB. Mycket av idéerna kommer vara sÄ pass generella att de kommer att kunna tillÀmpas pÄ de flesta motortyper dock. Jag kommer inte att behandla utformning av insugsrör eller trattar i denna text. Om vidare Äsikter om detta ocksÄ Àr intressanta sÄ kanske det ocksÄ kan behandlas framöver.

LÄt mig börja frÄn början, vad Àr ett plenum i vÄr motormodell och vilka funktioner ska det fylla? Ett plenum Àr en samlingskammare för luft. Dessa förekommer pÄ i stort sett alla motorer dÀr enkelt spjÀllhus och/eller trycksÀttning förekommer. Dess ultimata syfte pÄ en motor Àr att frÄn en eller flera tillförslar av luft helt rÀttvist dela upp luften bland det antal anslutningar mot insugsdelen av toppen som finns, samtidigt som den skall agera som en vettig reserv av luft för motorn.

LÄt mig efter detta presentera en rad grundlÀggande faktum rörande hur plenumets volym pÄverkar effektiviteten i motorn:
* En motors effektivitet accelererar som bÀst dÄ fyllnadsgraden och effektiviteten i förbrÀnningen Àr hög vid det dÄvarande tillfÀllet.
* Hög fyllnadsgrad erhÄlls dÄ bland annat snabba gasflöden i insugsportarna samt effektiv spridning runt ventiltallrik och i förbrÀnnningsrum Àr nÀrvarande. Vad fyllnadsgrad innebÀr konstateras senare.
* För att effektivast/snabbast möjligt förflytta luft(och andra fluider) frĂ„n en volym till en annan via portar, sĂ„ Ă€r lĂ„ngsam luft ifrĂ„n resursvolymen, alltsĂ„ plenum, av högt intresse. Kan vara lite svĂ„rt att förstĂ„... TĂ€nk pĂ„ det sĂ„hĂ€r; Är det enklast att byta riktning om du springer eller gĂ„r? Luften inuti plenumet rör sig frĂ„n spjĂ€llhuset i en viss riktning. Denna riktning vill man Ă€ndra, sĂ„ att luften gĂ„r in i lĂ€mpligt insugsrör, och allra helst lika enkelt till vilket insugsrör som helst. Luften vill helst smyga fram nĂ€r den ska spridas...
* Lufthastighet sÀnks pÄ enklast vis dÄ man gÄr frÄn en mindre volym till en större, som t.ex. frÄn spjÀllhus till plenum.
* Stora volymer i trycksystemet hos turbomotorer leder till lÄngsamare tryckökning/tryckutjÀmning i systemt, vilket sÀnker gasrespons och ökar "turbo-lag".

LÄt oss resonera om detta. AlltsÄ, ett plenum med stor volym innebÀr bÄde nackdelar och fördelar. Hur ska man dÄ göra? Denna aspekt av utformningen pÄverkas i allra högsta grad av anvÀndningsomrÄdet för motorn som du bygger. Ibland Àr "turbo-lag" till stor utstrÀckning oviktigt, ibland inte.

MÄnga tror att volymen i plenum Àr en avgörande faktor för huruvida plenumet sprider luften rÀttvist mellan varje cylinders insugsrör. Detta kan stÀmma vid fall, men Àr aldrig en faktor som pÄverkar om utformningen av plenumet Àr korrekt för det berÀknade luftflödet. En onödig ökning av volymen i plenum Àr enbart ett sÀtt för att kompensera för dÄlig utformning nÀr man pratar om spridning, det allra vanligaste sÀttet dessutom, trÄkigt nog. Vad Àr det för faktorer som avgör huruvida varje insugsrör kan utnyttja luften i plenum pÄ likvÀrdigt vis? Jag har nyss nÀmnt det faktum att luftens hastighet har med fyllnadsgrad att göra. Vad som pÄverkar luftens hastighet i ett plenum Àr luftmÀngd, det tryckförhÄllande som luften utsÀtts för samt den volym i vilken luften tvingas röra sig. NÀr luften gÄr frÄn ett oftast relativt litet tryckrör via plenumöppningen in i den relativt stora volym som utgör plenum sÄ sÀnks hastigheten pÄ luften i den riktning som tryckröret erbjöd p.g.a. det faktum att luften inte lÀngre bara kan röra sig enbart i den riktningen, utan sprider sig i den större volymen mer eller mindre effektivt. Vad sÀger dÄ detta, jo, beroende pÄ plenumöppningens utformning sÄ delas luftens hastighet upp i det antal nya riktningar som luften kan sprida sig i, naivt förklarat. AlltsÄ, plenumöppningens utformning Àr vÀldigt viktig för att en bra spridning skall ske lufthastighetsmÀssigt.

Utöver hastigheten Àr likheten i densitet pÄ luften som insugsrören anvÀnder sig av vid transportering mot förbrÀnningsrum vÀldigt viktig. Definitionen pÄ densitet Àr massa per volymenhet. I det hÀr fallet handlar det alltsÄ helt enkelt om hur mycket luftmassa du har i den volym som insugsrören tar ifrÄn. Densiteten i luft, precis som i princip allt annat, ökar med trycket. Men, bör inte trycket vara konstant i hela plenumets volym dÄ? TrÄkigt nog inte, tryckförÀndringar i luft sker visserligen mycket snabbare Àn lufthastighetsförÀndringar, men samtidigt Àr trycket vÀldigt betydande för hur fyllnadsgraden ter sig. MÄnga förbiser det faktum att tryckutjÀmningen tar tid. Tryckets förÀndring sker snabbare ju mindre volym du har i plenumet. Ju större volym du har, desto mer luft mÄste anpassa sig till trycket, sjÀlvklart. Vad Àr det som pÄverkar om tryckökningen sker lika snabbt vid varje intressant punkt i plenum? Svaret pÄ detta Àr enkelt, men inte pÄ nÄgot sÀtt enkelt att praktiskt realisera; Varje intressant punkt mÄste förhÄlla sig pÄ samma avstÄnd frÄn tryckökningens kÀlla, alltsÄ plenumöppningen. Detta tÄl att funderas pÄ, vad Àr intressanta punkter i ett plenum? InnebÀr det att exempelvis varje insugsrör mÄste förhÄlla sig pÄ samma avstÄnd till öppningen för att kriteriet skall uppfyllas?

Den hÀr frÄgestÀllningen och mÄnga andra gör att vi mÄste börja fundera i andra banor Àn de rent statiska, flödesmÀssigt sett. En motor Àr ett dynamiskt system som man vill ska följa ett visst mönster, med vissa variationer beroende pÄ diverse parametrar. Hur pÄverkar motorns komplexa dynamik plenumets effektivitet? Strax före en förbrÀnning i en cylinder sker sÄ mÄste luft fÀrdas in i förbrÀnningsrummet för samma cylinder. Luftmassan som sÀtts i rörelse har nÄgon gÄng i sin historia befunnit sig i plenum i vÄr modell av hur motorn ser ut. Varje gÄng luft fÀrdats in i just den cylindern har en tryckförÀndring skett i anslutning till öppningen av insugsröret som cylindern anvÀnder för att transportera luft. Luftens tryck i anslutning till detta rör har sÀnkts. Luften runtomkring pÄverkas pÄ sÄ sÀtt att den blir en del av tryckutjÀmningen för tillfÀllet, vilket ger ett lÀgre snittryck i plenum. AlltsÄ, luften inuti plenum ligger inte snÀllt och vÀntar pÄ att fÄ hoppa in i ett insugsrör, utan slits runt hela tiden. Varje gÄng en insugstakt sker i motorn sÄ pÄverkar det hela luftmassan i plenumet kraftigt, i bÀsta fall. I vÀrsta fall pÄverkar det luftmassan i de andra insugsrören ocksÄ, vilket man inte vill, dÄ detta kommer att försÀmra fyllnadsgraden. Detta gör att vi mÄste fundera pÄ vad det kan vara som skulle kunna fÄ luften att pÄverka de andra insugsrören... Ett kriterium Àr plenumets volym, ett annat Àr hur pass effektivt öppningen in till plenum klarar av att flytta luft till det stÀlle dÀr luften tagits. Volymen Àr enkel att öka som sagt, men Àr inte en bra lösning överlag, som vi konstaterat tidigare. AlltsÄ Àr utformningen pÄ plenumets öppning Äterigen viktig. FrÄn anslutningen av tryckrör/spjÀllhus mot plenum sÄ mÄste alltsÄ öppningen vara formad pÄ ett sÄdant vis att den tillÄter en god spridning pÄ luften till alla de stÀllen i plenum som behöver fyllas/tryckutjÀmnas pÄ ett likvÀrdigt vis och helst lika snabbt vart det stÀllet Àn Àr. LÄt oss gÄ tillbaka till de viktiga punkterna nu, dÄ detta uppdagats. I vilken ordning sker insugstakterna pÄ den motor som vi utvecklar plenum för? Varje gÄng en insugstakt skett för en cylinder sÄ mÄste resursluften till den cylinder vars insugstakt kommer nÀst vara stabiliserad, givetvis jÀmlikt i alla de förekommande fallen. AlltsÄ, vid varje insugstakt Àr den nÀstföljande cylinderns lufttillförsel en viktig punkt.

Hur var det med volymen nu dĂ„? Att det kan bli för mycket volym för vissa Ă€ndamĂ„l har vi klart kommit fram till. Hur Ă€r det med för lite? SjĂ€lvklart kan det vara ett problem, pĂ„ vilka sĂ€tt har vi redan varit inne pĂ„ delvis. Hur vet man dĂ„ hur mycket volym man behöver i plenum, Ă€r det beroende pĂ„ cylindervolym? PĂ„ ett sĂ€tt Ă€r det riktigt att göra det konstaterandet, pĂ„ ett annat inte riktigt. För varje insugstakt som sker i motorn per cylinder gör sĂ„ drar motorn i sig sĂ„ mycket brĂ€nsle/luft-blandning som den klarar av in i det gĂ€llande förbrĂ€nningsutrymmet, denna mĂ€ngd varierar dock enormt. FörhĂ„llandet mellan volymen brĂ€nsle/luft-blandning i perspektiv till den totala volymen i förbrĂ€nningsrummet brukar kallas fyllnadsgrad. Om det kommer in lika stor volym brĂ€nsle/luft-blandning som det finns volym i förbrĂ€nningsutrymmet sĂ„ sĂ€ger man att fyllnadsgraden Ă€r 100 procent. Överladdade motorer har fördelen att luften Ă€r i komprimerat tillstĂ„nd redan innan den fĂ€rdas in i cylinderns förbrĂ€nningsutrymme. Detta gör att fyllnadsgraden över registret hos överladdade motorer vanligtvis befinner sig ganska ofta över 100 procent. Detta innebĂ€r alltsĂ„ att det tas mer luft frĂ„n plenum Ă€n cylinderns volym, vilket vi mer Ă€n gĂ€rna vill ska hĂ€nda. NĂ€r fyllnadsgraden Ă€r hög relativt flödesökningen per insugstakt sĂ„ accelereras motorns effektivitet som bĂ€st. Om inte resursvolymen vi skapat, plenum, kan tillgodose oss med sĂ„ pass mycket luft för att hjĂ€lpligt fylla ut vad som tagits utan att störa nĂ€sta insugstakt sĂ„ kommer vi försĂ€mra förhĂ„llandena stegvis mer och mer. Detta vill vi alltsĂ„ motverka! Men observera att volymen mĂ„ vara viktig i sammanhanget, men Ă€n en gĂ„ng Ă€r vĂ€gen för luften in i plenum av högsta vikt. Luft mĂ„ste snabbt kunna ta sig in och fylla ut/tryckutjĂ€mna det som tagits. AlltsĂ„ kan man sĂ€ga att volymen bör avgöras, i grunden, av förhĂ„llandet mellan hur mycket luft som tas frĂ„n plenum och hur mycket som kan tillföras dĂ„ motorn arbetar som hĂ„rdast med att förbruka luft och tillförseln Ă€r som sĂ€mst. Utöver detta mĂ„ste man rĂ€kna med hur mycket extra volym som behövs för att hĂ„lla luften i en sĂ„dan hastighet och ordning i plenumet att motorn kan utnyttja den pĂ„ ett bra sĂ€tt vi den luftĂ„tgĂ„ng du tĂ€nkt dig.

Med allt detta i Ă„tanke sĂ„ tĂ€nker nog mĂ„nga, "Komplicerat... Vad jobbigt allt blev!". SĂ„ kan det vara. En vis mĂ€nniska sade en gĂ„ng, "Med kunskap kommer ansvar", anvĂ€nd den kunskap ni kanske fĂ„tt till att förstĂ„ vilket ansvar ni har för att er motor ska trivas med sitt arbete. En annan vis mĂ€nniska sade "Ignorence is a blessing", vilket kan vara nog sĂ„ sant i det hĂ€r fallet. Är ni inte överambitiösa som vissa andra sĂ„ gör det inte svĂ„rare för er Ă€n vad det Ă€r. Det jag skrivit hĂ€r var enbart för att vĂ€dra ut lite Ă„sikter och för att förhoppningsvis rĂ€ta ut lite frĂ„getecken som verkar finnas. Jag har sjĂ€lv under tvĂ„ Ă„rs tid arbetat med en plenum/insugs-utformning till min motor. Förhoppningsvis kommer mitt insug , som ska vara klart under vĂ„ren, spegla de Ă„sikter jag framfört hĂ€r, tillsammans med de jag inte valt att framföra. 

Skriven av: Patrik
 
 
Aktuellt
2020
Konbana - 9:e maj Lunda
Årsmöte - 11:e juli Gelleråsen
Bankörning - 12:e juli Gelleråsen
 
Medlemsbilar
Capri 2.9 Turbo -74 (Mikael S)
Focus RS -10 (gunmoberg)
Focus RS Edition -18 (davve d)
Sierra Cosworth 4x4 -91 (Rixon)
Sierra Cosworth 4x4 -91 (Stigsohn)
Escort Cosworth -94 (Martin)
Sierra Cosworth -88 (Järnkaminen)
Mondeo HGV V6 Ghia -91 (MalZon)
Sierra Cosworth 4x4 -91 (MalZon)
Escort Cosworth -95 (Sydis)
Sierra Cosworth 4x4 -91 (Rali)
Sierra Cosworth -92 (Putte)
Mondeo 2,0 TDCi -11 (Järnkaminen)
Sierra Cosworth 2wd -88 (Lars_Turbo)
Kuga 2,0 TDCi -12 (Madelene)
Capri Cosworth 24v -70 (Benan)
Sierra Cosworth 4x4 -92 (Rali)
Mondeo HGV -01 (Motorcraft)
Sierra Cosworth -92 (Sydis)
Focus RS -03 (Focus RS)
Focus ST250 -12 (Leifet)
Sierra Cosworth -92 (LOJDEN)
Escort Cosworth -93 (Loffe)
Cortina 2000 GT -72 (old school)
Sierra Cosworth -92 (C)
Mondeo Ghia -02 (Ford_Escort)
Granada 24V Cosworth -82 (Kallur)
Sierra Cosworth -91 (Natural)
Focus RS -03 (claw)
Escort Cosworth -92 (AffeAlien)
Sierra Cosworth RWD -89 (hallor)
Sierra RS Cosworth -87 (CosworthSierra)
Ka -97 (RickardEM)
Focus RS -10 (davve d)
Fiesta ST150 -06 (Järnkaminen)
 
Lägg till din bil här genom att skicka bild, forumsnamn, bilmodell och länk till eventuell sida som beskriver din bil lite mer ingående till: info@fordclubsweden.se