Pakosarjan rakenne ja toiminta

Pakosarjan rakenne ja toiminta

Valusarja vs peltisarja

Lähes kaikki tehtaan ensiasennuspakosarjat ovat valurautaisia, lyhyitä kokoojakappaleita, joilla sylinterien pakokaasut saadaan johdatettua yhteen virtausputkeen. Autotehtaalle pakosarjan toiminnallisuus on toissijainen arvo tuotantokustannusten ja kokoonpanolinjan tehokkuuden jälkeen.

Moottorin virittämisessä on puhtaimmillaan kyse samasta asiasta, kun soittimenkin virittämisessä – värähtelytaajuudet saatetaan optimaalisiksi niin, että resonanssit ruokkivat toisiaan ja toiminta on itsetehostettua. Moottorin oikeaan sävellajiin virittämisessä oleellinen komponentti on putkista ja yhdyskappaleista eli kollektoreista muodostuva peltipakosarja, toki yhdessä imusarjan ja nokka-akselien kanssa. Tähän virittämiseen käytetään pakokaasun pulssimaista virtausta. Kun moottorin työkierron aikana sytytetään polttoaineseosta eri sylintereissä, voidaan näiden syttymisten vaihe-ero muuntaa matemaattisen mallinnuksen kautta sellaiseksi pakosarjan haaran pituudeksi, jossa kahden haaran yhtymäkohtaan virtaava pakokaasupulssi aiheuttaa toisen sylinterin pakoventtiilille alipaine-efektin huuhtelun kannalta optimaalisena ajankohtana. Näin pystytään tehostamaan moottorin hyötysuhdetta ja lisäämään tehoa ja vääntöä.

Vapaastihengittävä vs ahdettu

Pakosarjan suunnitteluperusteisiin vaikuttaa suuresti myös moottorin hengitystapa. Vapaastihengittävä moottori on hyvin kriittinen pakosarjan mitoituksen suhteen. Putkikoko on pidettävä oikeissa toleransseissa pakokaasun liike-energian ylläpitämiseksi. Tätäkin tärkeämpää on haarojen oikea pituus, jotta kollektorissa tapahtuva vastapulssin heijastuma on oikea-aikainen.

Mekaanisesti ahdetun moottorin pakosarja muistuttaa ulkoisesti vapaastihengittävän vastaavaa, mutta on mitoitukseltaan hieman poikkeava. Pakopulssi on erittäin terävä ylipaineen aiheuttamasta suuresta täytösasteesta johtuen. Siksi on huolehdittava ensisijaisesti pakokaasun vastuksettomasta poistumisesta, valittava kollektorirakenteeksi mahdollisimman hyvän hyötysuhteen omaava muoto ja huomioitava myös korkeampi pakokaasun lämpötila.

Turboahdetun moottorin pakosarja on edellisistä jonkin verran eroava, koska tällöin pakosarjalla on suuri vaikutus moottorin huuhtelun lisäksi myös ahtimen toimintaan, tuleehan kaikki ahtimen pyörittämiseen tarvittava energia turbiinisiivelle pakosarjan kautta. Mikäli moottoriin halutaan toimivuutta myös alakierroksilla sekä osakaasualueilla, on kuitenkin mahdollisuuksien rajoissa pyrittävä myös funktionaaliseen mitoitukseen. Tällöin puhutaan ns. pulssipakosarjasta. Kuten mekaanisesti ahdetunkin moottorin ollessa kyseessä, on pakopulssi voimakas, eikä sen virtausta ole syytä rajoittaa käyttämällä tarpeettoman pientä putkikokoa. Samalla on kuitenkin muistettava, että ylisuuri putkikoko hidastaa virtausta ja vähentää pulssitoiminnan tehokkuutta. Monien kilpa-ahtimien kanssa pakosarjaan liitetään lisäelementtinä vielä yksi tai kaksi ulkoista hukkaporttia. Hukkaporttien koko sekä virtaukseen liittäminen on syytä huolellisesti suunnitella moottorikohtaisesti, jotta haluttu ahtopaine saadaan ylläpidettyä stabiilisti.