Bildet øverst: Et avgass-system er noe mye mer enn det du ser ved første blikk. De aller fleste er trimmet omtrent som orgelpiper. Foto: Walker
Et avgass-system er som et orgel. Luft går gjennom rør og potter som styrer svingninger og lydstyrke. Lydbildet kan få en gammel VW til å låte som en blodtrimmet Porsche. Hvordan? Det kalles akustikk.
Av Stein Bekkevold
Et avgassanlegg skal ifølge regelverket være bygd slik at det ikke stjeler effekt fra motoren og øker forbruk og utslipp, samtidig som det skal redusere utblåsings-brakene til et lovlig minimum. Det låter som trylling. Og det er det. Som i orgler. Forklaring følger:
Avgassanlegget består av utblåsingsventiler i topplokket, en manifold, diverse rør – les orgelpiper – som i noen biler er rustfrie, en gassrensende katalysator og et antall lydpotter. Utformingen er beregnet for maksimal gasstrøm, men skal samtidig håndtere lydbildet når motoren går på tomgang, i mellomregisteret eller jobber tungt.
Når motoren går for fullt kan avgassmengden være minst den tidobbelte av tomgangsmengden. I en større turbodiesel er den enda større, selvsagt. Poenget med en turbo (turbine booster) er jo å dytte maksimalt med luft inn i motoren for å få ekstra effekt (mer oksygen) av forbrenningen.
Det er ikke uvanlig å bygge anlegget med diverse lydpotter – lyddempere og resonatorer- som i sum kan være 7 ganger større enn motorens volum. Altså en toliters motor med 17 liter gassplass i pottene …
Ikke hemme
Avgassanlegget skal dels møte krav om gassinnhold og støy, dels ikke hemme for mye av motoreffekten. Også her må ingeniørene jobbe med motstridende ønsker og regler. Læren kan vi kalle gassakustikk. Eller orgelteknikk, om du vil.
Når en gass rytmisk støtes gjennom et rør oppstår svingninger. Disse oppfattes som lyd. Antall svingninger i sekundet må stemme med rørets materiale, lengde og diameter, da blir svingningen harmonisk. Så du kan avstemme alt slik at lyden bare blir en hvesende og dempet rumling som i en Rolls, eller det sinte snerret i en Lamborghini. Og alt derimellom, for så vidt.
Resonator
Bakgrunnen for systemet er den utgamle teknologien i blåseinstrumenter. Røret, og kanskje en av pottene, blir en resonator der du lar motlyd dempe lyd. I et blåseinstrument endrer du lengden på røret, med svingelengde (trekkbasun), hull eller ventiler. Da endres tonehøyden, frekvensen.
Sånn sett minner systemet i en bil om trompeten, eller orgelet. Vil du være fin kan du kalle det en aerofon…
Anlegget i en luksusbil er så nøye avstemt at det stort sett bare suser i det. Dyrt og rustfritt er det også … Foto: Rolls Royce
Mellomløsning
I en bil forandrer motoren hele tiden utblåst luftmengde. Ekspertene ved laboratoriet hos Walker i Tyskland – som ofte er konsulenter for europeiske bilfabrikker – forklarte meg en gang at de først legger gjennomsnittlig luftmengde til grunn for dimensjoneringen.
De finner ut hvilken gassmengde motoren produserer ved et midlere turtall, kanskje 2500 o/min, og dimensjonerer etter dette. Da får de et lydbilde som de sjekker sammen med bilfabrikkens utviklingsfolk. Og så må de inn med justeringer.
Ideelt sett skulle systemet ha vært bygget opp av tre-fire varianter som sjaltes inn avhengig av motorens turtall, avgassmengden. Dette er jo umulig, men du kan trikse litt: I pottene kan du legge inn kammer-løsninger som reagerer på ulike gasstrykk, slik at resonansen forandres alt etter hvor mye gass som kommer, og trykket i den – om du akselererer eller slipper opp pedalen. Slik kan du legge inn ønsket knurring, brumming – eller susingen i en kongelig superluksusdoning….
Orgelmusikk
I hovedsak bestemmes lydbildet – som i orgler og blåseinstrumenter – av lengden på den svingende luftmassen. Sånn sett kunne du – om du ønsket å endre lydbildet etter humør og omgivelser – sette deler av et orgel under bilen. I et orgel er pipeverket den syngendedelen. Det er organisert i stemmer, som igjen er inndelt i grupper og tilknyttet organistens spillepult.
En stemme er et antall piper med felles konstruksjon og klang, fra klaviaturets dypeste tone til den høyeste. Stemmenes sammensetning, det de kaller orgelets disposisjon, varierer etter funksjon og stil, men følger noen grunnprinsipper. Et forhold som før kompliserte, var at de måtte ha et enormt luftkammer mellom belg og piper, så de trykkvariasjonene som pumpingen skapte ble utlignet. Nå fikser elektromotorer og god styring dette.
Noe av det samme må skje i bilen, fordi utblåsingstrykk- og mengde varierer, avgassen pulser med store variasjoner. Dette må fanges opp i rørsystem og potter, slik at du får det lydbildet du ønsker gjennom hele turtallsregisteret.
Utfordringene er ikke blitt mindre med innføring av trippelgass-katalysator – og selektiv NOx-katalysator i moderne dieselbiler godkjent etter Euro VI. Eller bedre…
Lydbildet
Det er vanlig å organisere orgelstemmene – som i kirkeorgel – etter mønster av de fem nederste overtonene, noen ganger også etter andre overtoner. Du kan bygge opp akkurat det lydbildet du ønsker. Tonenes styrke og klang bygges ved å legge til oktaver, kvinter og terser.
Det er dette ekspertene hos Walker gjør når de trimmer. De må dessuten tenke på materialtype og godstykkelse, slik at de får ønsket egensvingning. Men de gjør ikke dette med store inngrep i avgass-systemets geometri – som jo er bestemt av bilens størrelse og understell.
De må gjøre det med rørlengden før og etter potter og katalysatorer, og med innholdet i disse. De gangene bilen har to rør – som med V-motorer – kan de trikse enda mer.
Et anlegg kan bygges på mange måter, men friheten begrenses av miljøreglene, altså hva som tillates av lydstyrke i gitte miljøer. Lyd uttrykkes i desibel (DB). Ti desibel opp eller ned er hele ti ganger økt eller senket lydtrykk, for skalaen er logaritmisk.
Snålt
Vi sto i laboratoriet hos Walker og så på at de monterte en gammel og litt sliten VW 1600 boksermotor i testrammen, og koblet til et helt nytt egenprodusert avgassanlegg – og fyrte opp. Lyden av en sekssylindret Porsche 911 Carrera fylte rommet. Ren magi!
