Elég húzós témába ugrunk most bele - nem is megy egy lépésből - megpróbálom tömörítve leírni azokat az elveket, amik mentén megterveznek egy szívósort. Ez nem egy részletes útmutató, vagy gyártási leírás, csak egy egyszerű magyarázat, annak érdekében, hogy érzékeltessem, ez sem úgy megy - mint az "egyszeri kipufogó" - hogy fogok egy csövet...

Lesznek olyan dolgok, amiket itt elkezdek boncolgatni, de értelmet majd csak a második részben nyer majd;)

Napjainkban a legtöbb elektronikus befecskendezővel (EFI) felszerelt motor elég komplex szívósorral rendelkezik. Maga a fő elem a fojtószelepből, egy töltő/elosztó kamrából, és a hengerekhez vezető különálló ágakból áll. Ennek az elemnek a konstrukciója nagyban befolyásolja a teljesítményt.

A fojtószelep végzi a hengerekbe jutó levegő mennyiségének szabályzását. A legtöbb autó szívósorának esetében egy fojtószelep van elhelyezve a sűrítőkamra elején, de vannak két vagy három fojtószelepes megoldások is. A papírforma szerint ha egy fojtószelepet használnak, akkor az általában egy öntvény a kamrával. Több fojtószelepes megoldás esetén a szelepek általában külön öntvénytestben foglalnak helyet, és szakaszosan nyitnak. Ez azt jelenti hogy terhelés függvényében a második (és harmadik) szelep késleltetéssel - általában szögeltérésben meghatározva - kezd nyitni. E mellet léteznek a hengerenkénti fojtószelepes rendszerek. Itt a szelepek közvetlenül a hengerfej előtt vannak elhelyezve, és szimultán nyitnak.

Ha egy motor teljesítményét jelentősen megemeljük, bizonyos szint után a szívóoldal eléri áteresztőképességének határát, és a fojtószelep szűk keresztmetszetté válik, még akkor is ha teljesen nyitva van. Azt hogy ez a helyzet fennáll-e a legkönnyebben úgy ellenőrizhetjük, hogy megmérjük a szívósorban uralkodó nyomásviszonyokat teljes terhelésnél. Feltöltött motor esetén, ha a fojtószelep mindkét oldalán megmérjük a nyomásviszonyokat az szolgálhat pontos eredménnyel – a két nyomás között ha különbség van akkor a fojtószelep keresztmetszete a ludas, ezt hívják „bottle-neck” effektusnak.

MAP (Mainfold Absolute Pressure – szívósorban mért abszolút nyomás) szenzorral felszerelt szívó motoros autó esetén, amennyiben a kocsi programozható vezérlő rendszerrel (piggy-back vagy standalone) van felszerelve, úgy a vezérlőből laptop segítségével kiolvashatóak a szenzor adatai. A mért értéknek ideális esetben (ép motor), nagyon közel kell lenniük az atmoszférikus nyomáshoz.
Ha a motor a gyári vezérléssel megy, akkor egy manométer– vagy más érzékeny nyomásmérő műszer – segítségével ellenőrizhetjük az értékeket.

Amennyiben egyértelművé válik, hogy a fojtószelep méretezése túl kicsi, akkor azt egy nagyobb áteresztőképességű példányra kell cseréljük. Ez lehet egy típuscsaládon belüli nagyobb lökettérfogatú motorról származó egység, vagy egy szakosodott gyártó által készített típus specifikus példány. A bontott alkatrész esetében előfordulhat hogy esztergályos igazításokra lesz szükség, hogy az illeszkedések, és az átmérők tökéletesen passzoljanak.

Általános Szívósor Design

A motor folyamatosan indítja és megállítja a légáramot a szívó oldali szelepek nyitásával és zárásával. Amikor a dugattyú süllyed, vákuumot hoz létre a hengerben amely egy negatív (szívó) hullámot indít el a szívósoron át. Szívó motor esetén a hullám nyomása az atmoszférikus – szívósor nyugalmi nyomásviszonya - nyomás alatt van, míg a feltöltött motorok esetén az alig marad alatta (az általános gyári 0,7bar max. töltő-nyomás esetén). Amikor a szelepek zárnak, a még mozgó levegő visszaverődik, és ez a visszaverődés „lengést” hoz létre a szívósorban – ami ezredmásodpercek alatt fordul. Ez a kétszer visszaverődött mozgó hullám megkönnyíti a henger ismételt feltöltését, hiszen a levegő az ismét nyitott szívó oldali szelep irányába mozog.

A szívósor tervezésének a trükkje az, ha ez a visszaverődött hullám a megfelelő időpontban érkezik a szívószelephez, és így segíti a henger hatékonyabb feltöltését.

A teljesítmény többlet ami kinyerhető egy jól megtervezett szívósorból nem alábecsülendő. Az úttörő munkát ezen a területen a Jaguar végezte a mechanikus befecskendezéssel ellátott versenymotorjaikon, amivel megmutatták, hogy akár 100%-al is megnövelhető a szívó motor töltöttségi foka – Volumetric Efficienses (VE) - hosszú szívócsatornák használatával. Ez azt jelenti hogy egy szívó motorba is nagyobb térfogatú légmennyiség tölthető, mint annak lökettérfogata! Azóta szinte minden gyártó alkalmazza ezt a technológiát, egészen kiemelkedő töltöttségi fokú motorokat gyártva. Példának okáért a Ford „straight six” (1941-1990) motorjához Ausztráliában kifejlesztettek egy olyan dupla hosszúságú szívósort aminek a VE-je 100% volt 3000-es fordulaton. A legtöbb motor ereje és nyomatéka 20%-al növelhető, ami vetekszik a kis nyomású feltöltők rendszerek által elért többlet teljesítménnyel!

Három fő paraméter megváltoztatásával operálhatunk a szívósor fejlesztésekor, a szívócső hosszával, annak átmérőjével, és a töltőkamra méretével. A Jaguar kísérletei szerint a hosszú szívócsővel ellátott szívósoroknak jobb volt a magas fordulati nyomatékleadásuk, és ezt más gyártók fejlesztései is ezt igazolták. Meg kell azonban jegyezni, hogy a túlzottan hosszú szívócsövekben nagy nyomásesés következhet be kis fordulaton – alacsony vákuumnál -, ami viszont már rontja a töltöttséget, és ez a magyarázat egyes motorok hirtelen karakterisztika váltására.

A szívójáratok átmérőjének és hosszának kiszámításához a következő egyenletek képzik a kiindulást.  Egy Helmholtz rezonátor rendszer esetén – David Vizard amerikai tervező zseni meglátása szerint – az ideális szívócső hossz (a szívószelep, és a töltőkamra közti szakasz)  17,8 cm 10.000 f/min esetén, ezt tekinthetjük megfelelő kiindulási alapnak. Adjunk ehhez a hosszhosz 4,3 cm-t minden egyes 1000 f/min fordulatszám esés esetén. Normális esetben a méretezést a csúcsnyomaték eléréséhez végezzük, a fenti képlet alapján kiszámítható hogy egy motort, ha 4000 f/min fordulatra állítunk be, ott az ideális csúcsnyomaték eléréséhez 43,6 cm-es hossz szükséges. Nézzünk csak meg egy utcai nagy nyomatékú motort, ott bizony igencsak hosszú szívócsatornákat találunk.

A Helmholtz rezonátor abban segít, hogy a szívócsőben kialakuló gázlengések nyomáshullámai azonos üteműek legyenek a szelepek nyitásával/zárásával. Azaz, a nyomáshullám akkor érjen a szelephez, amikor az nyit.

A következő lépés a megfelelő átmérő kiszámítása, a megfelelő töltöttségi fok elérése érdekében. Szorozzuk meg a motor lökettérfogatát (liter) a töltöttségi fokkal és az elérni kívánt ideális fordulatszámmal, majd a szorzat eredményét osszuk el 3330-al, és végezzünk gyökvonást.

Például:
Vegyünk egy 5 literes motort, 80%-os töltöttségi fokkal (szívó erőforrások esetén vehetjük átlagnak), és ezt méretezzük 3000 f/min fordulathoz. A végeredménynél végezzünk gyökvonást, így a kapott cégeredmény 1,9 inch lesz, ez 48mm-nek felel meg. 

Természetesen manapság már több computer program is rendelkezésre áll, amivel végrehajtható ez a méretezés. Ezek tartalmaznak motor analizáló segédprogramot is, amellyel nem csak az első, hanem a második, harmadik pulzust is modellezhetjük a szívósorban!

A computeres tervezés és a megannyi számítás ellenére a szívósor tervezésekor is az igazi teszt és vizsga a teljesítménymérő padon szerzett tapasztalat. Rengeteg egyéb befolyásoló tényező is akad, amikre nem is gondolnánk. Számít a motortér belső elrendezése, az ottani hő viszonyok alakulása, bizonyos fordulatoknál még így is előfordulhat nemkívánatos nyomásesés a rendszerben, a fizikai kivitelezésről nem is beszélve. Ha úgy döntünk hogy kísérletezünk, használjunk olcsóbb acélt, és MÍG hegesztést, és amikor megvan a tökéletes kialakítás, csak akkor gyártsuk le a végleges egységet TIG hegesztéssel alumíniumból.

Mint említettük, sok gyártó alkalmaz variálható szívócső hosszúságú rendszereket. Ezek a motor fordulatszámának és terhelésének függvényében változtatják a szívócsövek hosszát, vagy az elosztókamra méretét. Ezek lehetővé teszik, hogy a szívósor minden fordulatszámhoz idealizálva legyen – jobb töltöttséget, és nagyobb csúcs-nyomatékot és –teljesítményt eredményezve. Többféle megoldás is alkalmazható, beleértve (különösképp hathengeres motorokon) két kamra csatlakoztatását magas fordulatszámokhoz, úgy hogy az alacsonyabb fordulatszám tartományokban szeparációjuk megszűnik, és kapacitásuk csökken. A másikmegoldás a szívósorok hosszának változtatása. A legelterjedtebb megoldás erre a párhuzamosan kialakított rövidebb és hosszabb ikerjáratok kialakítása a szívósorban, és míg a motor az alacsonyabb dolgozik a hosszabb járatokban áramlik a levegő, magas fordulaton a  rövidebb járatokba irányítják azt. Ezt a technológiát általában VICS/VRIS néven említik.   

Szívósor elhelyezése

Adott hogy szívócsöveknek hosszúnak, a sűrítő kamrának pedig relatív nagynak kell lennie, ahhoz is kell szakértelem, hogy minden megfelelően legyen elhelyezve a motorháztető alatt. A különböző motorkialakításokhoz különböző elhelyezés szükséges, a „V” motorok esete a legproblémásabb. Ezeknél a motoroknál igen nehéz a kialakítás, mert nagyok – és figyelembe véve a sok szívócsatornát, a két sűrítőkamra szükségességét, és a szerelhetőséget - nem sok hely marad a motortérben, pláne ha nagyobb hengerszögű erőforrásról van szó. Erre a helyzetre sok gyártó választja azt a megoldást, hogy a sűrítőkamrát a motor tetején helyezi el a hengersorok között, 180°-os szívócsövekkel. Ennek hátránya a komoly hőterhelés, ami a beszívott levegő hőmérsékletét előnytelenül növeli. Ennek az iskolának a követője pl. a Mercedes, és a Holden, és hétköznapi modelljeik motorkarakterisztikáján meg is figyelhetőek az alacsony fordulati magas nyomaték, de a nagy fordulatokon alacsonyabb – a motor hengerűrtartalmának megfelelő más kialakítású típusokhoz képest – csúcsteljesítmény. Ennek oka a hosszú szívócsövek alkalmazása.

Egy másik megoldás  a hengerfej felett átívelő elhelyezés. Gyakorlatban ez úgy néz ki, hogy a sűrítőtartályt a kipuffogó oldal felett helyezik el, míg a szívósor átnyúlik a szelepfedél fölött, mindent megtéve a hosszú szívósorok kialakításáért, és a hétköznapi forgalomban leginkább számító alacsonyfordulati nyomatékért. Ez keresztöblítéses hengerfejek esetén azonban ismételten hőterhelési problémát jelent, mert a kipufogócsonk fölé kerül a sűrítő tartály. Megoldásként hő-pajzsot alkalmaznak. Ezt a megoldást először a BMW alkalmazta a befecskendezős hathengeres motorjai esetében a korai 70-es években.

Konstrukció

A szívócsöveket és a sűrítőkamrát is nagy teherbírású anyagokból készítik. Ennek oka az, hogy a negy sebességgel áramló levegő, a széles körben változó nyomásviszonyok, és a száguldó nyomáshullámok, igen kkomoly terhelést rónak a szerkezetre. A szívósorok készülhetnek rozsdamentes acélból, mint a kipufogó rendszerek. Ugyan sokkal drágább, de látványosabb azonban az alumínium kialakítás. Ezt polírozhatjuk, porszórathatjuk, vagy akár eloxáltathatjuk is igényeink függvényében.

Hétköznapi utcai kocsik esetében az injektorokat a szívószelepek közelében helyezik el, de sok versenyautó esetében megfigyelhető, hogy sokkal hátrébb a szívócsövekbe kerülnek az egységek. Azért teszik ezt, mert így javul a tüzelőanyag porladása, és ha azt korábban fecskendezik be a szívócsőbe a levegő hűtését is elősegíti. Tény, hogy láttam már olyan versenyautót mérőpadon, amin a negy teljesítményű próba után a karbon szívósor kicsapódott a pára…sajnos utcai autókon ez nem alkalmazható, mert vezethetetlenné válnának alacsony fordulaton, és a motortér tűz veszélye is nő egy esetleges visszarobbanás esetén.
 

A következő részben: A gyári szívósor modifikációjának lehetőségei