Website van Martin

 

Flowbank:

Het vermogen wat een motor kan leveren is voor een groot deel afhankelijk van de hoeveelheid lucht die door de cilinderkop kan stromen. Een oplettende lezer denk nu natuurlijk : maak de kanalen zo groot mogelijk, dan kan er heel veel lucht door ! Hoe ingewikkeld kan dat flowen nu zijn ?
Tja, zo eenvoudig ligt het jammer genoeg niet, bij grote kanalen gaat de luchtsnelheid in het kanaal omlaag waardoor vooral bij lagere toerentallen het vermogen soms naar beneden gaat! Het is de kunst om met relatief kleine kanalen toch zoveel mogelijk lucht te verplaatsen, en alle onderdelen goed op elkaar af te stemmen. Ook hier moet dus een compromis gevonden worden.
Een dergelijke compromis kun je echter met een flowbank niet vinden. Of kanalen groter gemaakt kunnen worden gaat een flowbank jou simpelweg niet vertellen. Ik gebruik mijn flowbank om cilinderkoppen met elkaar te kunnen vergelijken en om te kijken waar eventuele restricties zitten. Wat de "beste" cilinderkop is bepaal je niet op een flowbank, maar op een vermogenstestbank. Een vermogenstestbank is het belangrijkste stuk gereedschap van een tuner!

Kijk bij het flowen met name naar de relatie tussen de klepgrootte en kleplift t.o.v. de doorlaat van het kanaal :
1: Laat het kanaal met gemonteerde klep voldoende lucht door, ook wanneer een nokkenas met (veel) meer lift wordt gemonteerd ?

2:
Wanneer dat niet het geval is, ligt dat dan aan het kanaal, aan de klepgrootte of aan beide ?
Dit is slecht te berekenen en eigenlijk alleen te beoordelen wanneer je de hoeveelheid lucht die bij een bepaalde kleplift door het kanaal kan stromen zou kunnen meten.

Dit is niet zo eenvoudig, er moet nauwkeurig kunnen worden gewerkt, verschillen van 1% moeten te meten zijn.
Daarnaast moet worden gemeten onder steeds dezelfde omstandigheden, de reproduceerbaarheid is immers uitermate belangrijk als je kanalen in cilinderkoppen e.d. gaat veranderen.
Wereldwijd maken tuners gebruik van een flowbank om cilinderkoppen te verbeteren. Flowprestaties van cilinderkoppen worden door tuners soms wereldkundig gemaakt, men geeft dan de hoeveelheid verplaatste lucht op in CFM (Cubic Feet/Minute) bij een bepaalde meet-onderdruk (bijvoorbeeld 10 inch water).
Er moest dus een flowbank komen, en er moest bij voorkeur in CFM en inches water worden gemeten zodat vergelijken met anderen mogelijk is (dit laatste is niet echt nodig natuurlijk, het kunnen meten van de flow voor en na een wijziging aan de cilinderkop is al voldoende).

Er zijn kant en klare flowbanken te koop, maar deze zijn nogal prijzig, en het is natuurlijk veel leuker om een dergelijk apparaat zelf te maken (mijn flowbank is gemaakt van materiaal wat ik in de meeste gevallen nog had liggen en heeft daarom slechts een paar tientjes gekost).


Ik heb van staalplaat een vierkante doos in elkaar gelast waarop een willekeurige cilinder met cilinderkop kan worden vastgebout. Deze doos is voorzien van een onderdruk-meter (een U-buis manometer gemaakt van een stuk doorzichtig PVC slang is al voldoende) en een instelbare klep zodat de (meet-)onderdruk in de vierkante doos ingesteld kan worden.

De luchthoeveelheid wordt gemeten met een meetflens (een plaatje metaal met daarin een gat met een bepaalde doorlaat) die in een pijp tussen de vierkante doos en een afgedankte industrie-stofzuiger is aangebracht (bij industrie stofzuigers worden de motoren niet gekoeld door de aangezogen lucht maar door een apart koelcircuit). Tussen vlak voor en vlak na deze meetflens is een schuine U-buis manometer aangebracht die het percentage flow aangeeft (een schuine U-buis manometer is nauwkeuriger af te lezen). Met behulp van de onderstaande fomule kan vervolgens worden berekend hoeveel lucht er door een gat stroom bij een bepaald drukverschil:

In de afbeelding hierboven is te zien dat door een gat van 1,5 inch (38,1 mm) 95 CFM (Cubic Feet Minute) stroomt bij een drukverschil (over de meetflens) van 10" water. Wanneer er op de schuine U-buis manometer een percentage van 50% wordt afgelezen dan stroomt er op dat moment 50% van 95 = 47,5 CFM door de meetflens. Is er op de vierkante doos een cilinderkop gemonteerd dan stroomt daar dezelfde hoeveelheid lucht door, dus ook 47,5 CFM.
Het is een eenvoudige, goedkope maar ook een nauwkeurige methode.

De werkwijze is als volgt: de inlaatklep van het te meten kanaal bijvoorbeeld 2 millimeter open drukken (hiervoor gereedschap maken). De afgedankte stofzuiger aanzetten, de klep voor de meet-onderdruk instellen (op bijvoorbeeld 10 inch water) en op de schuine U-buis manometer een percentage flow aflezen en opschrijven.
Vervolgens dezelfde inlaatklep 4 millimeter open drukken. De meet-onderdruk weer op bijvoorbeeld 10 inch zetten en weer de percentage flow aflezen en opschrijven enz. Ook hetzelfde kanaal meten zonder klep (de klep op de kop in de geleider laten zakken, hierdoor is de geleider afgedicht en zit de klepsteel nog in het kanaal).
De percentages flow kan later met het programma Excel eenvoudig omgerekend worden naar CFM en in grafiekvorm worden weergeven, zie verder naar onderen.

De afleesnauwkeurigheid is minder dan 1 %, en omdat de flow wordt gemeten bij een in te stellen meet-onderdruk worden reproduceerbare waardes verkregen. Een cilinderkop gemeten een jaar na een eerdere meting geeft nog steeds dezelfde flow aan (+ of - 1 %).
Omdat de flow wordt gemeten bij een in te stellen meet-onderdruk heeft een stofzuigermotor die plotseling iets langzamer gaat draaien geen invloed op de meting (ik kan zien wanneer bijvoorbeeld de wasmachine wordt aangezet, ik moet dan de meet-onderdruk iets corrigeren omdat de netspanning iets lager is geworden !). 

Een paar fotos van mijn flowbank:

Er zijn tegenwoordig ook nieuwe flowbanken te koop die zijn voorzien van een digitale uitlezing in plaats van meetflenzen en u-buis manometers. Dergelijke digitale uitlezingen zijn ook los te koop, maar zijn erg duur.
Echter een veel goedkoper alternatief is een digitale anemometer waar je ook volume mee kunt meten!
Vergeleken met de eerder genoemde digitale uitlezing kost dat veel minder en je kunt direkt aflezen in CFM !
Een digitale anemometer met een losse verbindingskabel naar de opnameturbine gebruiken.
Hierdoor kan de opnameturbine in de pijp naar de vierkante doos worden geplaatst. In de pijp de opnameturbine tussen twee flenzen plaatsen zodat alle lucht door de opnameturbine gaat.

 


Je hebt een flowbank gemaakt, maar wat kun je er nu mee:

Na een meting zoals hierboven beschreven kun je alle gegevens in Excel verwerken en in een grafiek laten weergeven.

Hieronder zie je een dergelijke flowgrafiek van een (aangepaste) inlaatkanaal in een Triumph cilinderkop.
Elke lijn geeft een flow aan nadat het inlaatkanaal is aangepast.
De vertikale lijnen geeft de kleplift aan, 0, 2, 4, 6, 8 en 10 mm kleplift. Een gebogen lijn is de flow in het kanaal met gemonteerde klep. De beide extra horizontale lijnen zijn metingen zonder klepschotel.




De onderste flowlijn (de onderste gebogen blauwe lijn) laat zien dat de flow boven 6 mm kleplift al niet meer toeneemt (heb je net een nokkenas gemonteerd met 10 millimeter lift, krijg je dit weer ).
Een meting zonder klepschotel geeft aan dat er zonder klep ook niet meer lucht door het kanaal stroomt (onderste horizontale grijze flowlijn), de restrictie zit hier dus blijkbaar in het kanaal en niet in de klep(schotel).
Nadat het kanaal is aangepast gaat de flowlijn verder omhoog (de middelste gebogen blauwe lijn).
Nu blijkt dat er zonder klep nogal wat meer lucht door het kanaal stroomt (bovenste horizontale lichtblauwe flowlijn).
De restrictie zit nu blijkbaar in de grootte van de klep(schotel).
Nadat een (slechts 1 mm !) grotere klep was gemonteerd kon de flow weer verder toenemen (gebogen oranje lijn).
Dit proces kun je dus steeds herhalen totdat een grotere klep niet meer in de verbrandingskamer past of omdat het kanaal niet groter gemaakt kan worden.

 

Nog even een paar algemene opmerkingen over het aanpassen van met name inlaatkanalen:
Om te beginnen, er is geen cilinderkop gelijk, zelfs cilinderkoppen bedoeld voor hetzelfde type motor kunnen aanmerkelijk verschillen, het zijn immers (ruwe) gietdelen! Het blijft dus experimenteren en steeds weer overnieuw beginnen (als je niet uitkijkt kun je "verslaafd" raken aan je flowbank ). Ondanks dat, zijn er toch wel een paar algemene regels te geven, zie verder naar onderen.
Daarnaast is het zo dat de motorfabrikanten veel hebben bijgeleerd de afgelopen decennia, het flowen van cilinderkoppen van jongere motoren zal veel moeilijker zijn en waarschijnlijk ook veel minder opleveren (ik heb geen ervaring met jonge motoren).
Ook is het flowen van cilinderkoppen soms erg verwarrend, wat logisch lijkt blijkt in de praktijk niet altijd zo te zijn.
Het komt voor dat een wijziging alleen meer flow oplevert bij bijvoorbeeld hogere lifthoogtes en dat je bij lagere lifthoogtes flow inleverd ! Tja, wat moet je dan ?

Daarnaast moet je het resultaat van flowen niet overschatten. Sommige tuners beweren dat ze aan de hand van toegenomen flow door een inlaatkanaal het vermogen kunnen voorspellen. Het is mij nog nooit gelukt! Sterker nog, koppen waarvan ik verwachte dat ze veel vermogen zouden gaan leveren vielen op de vermogenstestbank erg tegen. Er zijn teveel variabelen! De vermogenstestbank heeft altijd het laatste woord !

Ten slotte: let op dat je niet ergens teveel weghaalt waardoor er een gat ontstaat naar een boutgat of klepveerruimte of iets dergelijks !


Een paar eigenschappen van de luchtkolom (eigenlijk lucht / brandstofmengsel) in een inlaatkanaal:

A: Verreweg de gemakkelijkste manier om hoge flowgetallen te krijgen is het kanaal heel groot maken.
Een hoge flow is voor een hoog vermogen echter niet doorslaggevend. Hoe groter het kanaal hoe lager de snelheid van de lucht in het kanaal. Een lage luchtsnelheid remt het verbrandingsproces en daarmee het vermogen. Je zal dus ergens een compromis moeten vinden.
Het is daarom beter om met een relatief klein kanaal te beginnen en indien nodig het kanaal steeds iets groter te maken. Na iedere wijziging het geleverde vermogen meten op de vermogenstestbank (zeer tijdrovend!).
B: Lucht heeft massa, en lucht in een kanaal van een cilinderkop kan een enorme snelheid bereiken (>100 m/sec).
Lucht in een kanaal met die snelheid wil dus eigenlijk maar 1 kant op, en dat is rechtdoor. Bochten in kanalen zijn dus eigenlijk niet gewenst.
C: Lucht heeft de neiging om een kanaalwand te volgen wanneer de verandering van richting zeer gering is.
Wanneer je een waterkraan laat lopen en je brengt haaks op de waterstraal (dus horizontaal) een rond voorwerp zoals bijvoorbeeld een balpen of viltstift naar de "rand" van de waterstraal dan zie je dat de waterstraal iets van richting veranderd. Lucht doet hetzelfde, we kunnen daar gebruik van maken bij het flowen.
D: Lucht moet de kanaalwand zoveel mogelijk kunnen volgen in een laminaire stroming, lukt dit niet dan ontstaat er turbulentie. Turbulentie is slecht voor flow.
E: De wand van een kanaal spiegelglad maken heeft voor de flow geen zin, het verschil is op de flowbank niet meetbaar.


Een paar voorbeelden, rekening houdend met bovengenoemde eigenschappen:

1: Bij veel oudere cilinderkoppen zit er een enorme bocht in het inlaatkanaal (om te voorkomen dat de carburateur ergens in de benzinetank gemonteerd moet worden).
Vlak voor de klep moet de lucht een scherpe hoek maken, dat gaat niet lukken, de lucht laat de wand "los" en er ontstaat turbulentie, de lucht gaat rechtdoor en gebruikt slechts een gedeelte van de omtrek van de klep.
De radius van de bocht ("bodemzijde" inlaatkanaal) vlak voor de klep moet daarom zo groot mogelijk zijn.
Kom niet in de verleiding om daar materiaal weg te halen omdat de doorlaat daar wat kleiner is, een zo groot mogelijke radius is veel belangrijker. Je mag het kanaal ovaal maken, je mag het kanaal aanpassen zodat het lijkt op een D op z'n kant, allemaal goed, maar laat de radius zo groot mogelijk ! Het gearceerde gebied in onderstaande afbeelding dus nooit weghalen :

2: Het grootste obstakel voor de lucht in een kanaal is de klep. Sterker nog, de doorlaat van een kanaal is pas doorslaggevend wanneer de klep al bijna helemaal open is ! (varieert per cilinderkop). Het is dus zeer belangrijk dat het kanaal ter hoogte van de klep (en er iets voor en iets na) zo stromingsgunstig mogelijk is.
Breng vlak voor de klepzitting een kleine hoek (of liever nog een radius) aan waardoor de luchtstroom iets wordt afgebogen (proef met de waterkraan). Wanneer dat niet mogelijk is overweeg een iets grotere klep te monteren. Een klep die slechts 1 mm groter is geeft in de meeste gevallen de mogelijkheid een aanloophoek van bijvoorbeeld 15 graden aan te brengen zoals in onderstaande tekening. Een dergelijke aanloophoek is zo klein dat het eigenlijk nauwelijks opvalt, maar het resultaat zie je altijd op de flowbank als meer flow bij lage klep lifthoogtes. Zie de afbeelding:

3: De klepgeleider zit vaak geklemd in een uitstulping in het plafond van een kanaal.
Soms is zo'n uitstulping onnodig groot, zie de afbeeldingen:



In het linker plaatje zie je dat het kanaal bij de geleider nogal klein is, maar wat nog belangrijker is, de luchtstroom wordt verstoord, het kan de kanaalwand niet meer volgen, er ontstaat turbulentie.
Het kanaal aanpassen volgens de rechter afbeelding. Het in het kanaal uitstekende deel van de geleider dunner maken of zelfs helemaal weghalen zoals wel eens wordt voorgesteld is niet aan te raden, de slijtage aan klep en geleider zal enorm toenemen (de betrouwbaarheid van de motor staat immers altijd voorop !)
Het kanaal ter plekke van de klepgeleider iets groter maken is een betere oplossing (zie rechter afbeelding).

4: Het kanaal vanaf de carburateur tot aan de klepgeleider steeds iets kleiner laten worden is goed voor laminaire luchtstroom. Zie de tekening verder naar onderen van deze pagina voor een welhaast perfekt inlaatkanaal, een dergelijk kanaal is met de meeste inlaatkanalen van oudere motoren echter niet te realiseren (zie als voorbeeld de cilinderkop van een oude Triumph helemaal onderaan deze pagina waarbij de hoek tussen de klep in het inlaatkanaal erg groot is).


Je hebt nu een kanaal waarvan je de vorm hebt aangepast zonder dat de doorlaat (veel) groter is geworden.
Nu is het handig om de cilinderkop te monteren en het vermogen te gaan meten. Hierna de kop weer demonteren en de kanalen iets groter maken zonder afbreuk te doen aan bovenstaande argumenten.
Hierna de kop opnieuw monteren en weer het vermogen meten. Enz. enz. Bij grotere kanalen krijg je (als het goed is !) meer topvermogen ten koste van vermogen onderin het toerenbereik.
Mijn ervaring met veelal oudere motoren is dat inlaatkanalen groter gemaakt kunnen worden zonder al te veel nadelige gevolgen. Het schijnt bij jongere motoren echter regelmatig voor te komen dat kanalen standaard al te groot zijn! Een compromis vinden is hier dus nodig.

Vergeet niet dat de doorlaat en / of afstelling van de carburateur en de doorlaat van bijvoorbeeld een uitlaat misschien aangepast moet worden om de extra flow te kunnen verwerken (anders ga je op de vermogenstestbank appels met peren vergelijken). Het is inderdaad allemaal zeer tijdrovend, maar experimenteren blijft leuk !

 

 

 

 

 

© www.mijn-eigen-website.nl (design)