Hier volgt een stukje informatie over verschillende luchtfiltersystemen.

Inhoudsopgave

1. De verbranding
2. Meer zuurstof in de motor
3. Vermogen winnen
4. Soorten luchtinlaten
4.1. Stock
4.2. WAI
4.3. Ram-air
4.4. Short-ram
4.5. CAI
4.6. Airbox

1 De verbranding

Om de verschillende luchtinlaat systemen uit te kunnen leggen volgt er hier een versimpelde uitleg van het verbrandingsproces.
Een brandstofmotor loopt zoals bekend is op een mengsel van brandstof (bijvoorbeeld benzine) en zuurstof. Deze zuurstof wordt uit de lucht in de omgeving van de motor gehaald. Bij een brandstofmotor is de brandstof vaak gemakkelijk voorhanden, daarom wordt de hoeveelheid brandstof aangepast naar de beschikbare hoeveelheid zuurstof.

Om zoveel mogelijk energie uit de motor te kunnen halen moeten we zoveel mogelijk brandstof zien te verbranden. Maar om dit te realiseren is er zoals al eerder gezegd zuurstof nodig, dus de motor volpompen met brandstof gaat niet werken. Om een kleine hoeveelheid brandstof te verbranden is een veel grotere hoeveelheid zuurstof nodig, de meest optimale verhouding hiertussen wordt een soiciometrische verbranding genoemd.

Nu is het dus zaak om zoveel mogelijk zuurstof in de cilinders van de motor te krijgen want dan kan er een zo groot mogelijke hoeveelheid brandstof aan worden toegevoegd en hebben we dus de meeste energie per omwenteling van de motor.

Bij het voorbeeld van de CRX kan het pakketje brandstof - lucht per omwenteling van de motor niet groter zijn dan de 1,6 liter (meer past er dus gewoon niet in).

2 Meer zuurstof in de motor

Om nu de hoeveelheid zuurstof in de cilinder te vergroten kunnen we een aantal dingen doen:

• Lucht is een gas en gassen zijn compressibel. Dit wil zeggen dat we het volume kleiner kunnen maken door het samen te drukken, dit is alleen te realiseren door gebruik te maken van een pomp, dit kan bijvoorbeeld een turbo zijn. Bij een geblazen motor word de lucht in de motor geperst, omdat hierdoor het volume van de lucht wordt verkleind gaat er dus meer massa lucht in de motor en dus weer meer zuurstof en dat betekend dus weer meer brandstof en dus meer pk’s.
• Bij gebruik van bijvoorbeeld de welbekende NOS installatie wordt er naast brandstof een gas ingespoten welke zuurstofmoleculen bevat. Simpel gezegd wordt er extra zuurstof (O2) uit een fles in de motor geperst. Omdat het percentage zuurstof van dit gas hoger is dan dat in gewone lucht kan er weer meer brandstof in wat weer meer vermogen levert. Een gevolg van de grote hoeveelheid zuurstof is dat de temperatuur erg hoog wordt, en wordt de ‘bezwijktemperatuur’ van de motor de beperkende factor. Een belangrijk bestanddeel in NOS is daarom de stikstof (N) deze stof heeft namelijk een koelende werking.
• De hoeveelheid zuurstof in lucht is niet altijd hetzelfde, deze is afhankelijk van onder andere de temperatuur. Bij een temperatuur van 20 graden zit er ongeveer 21% zuurstof in de lucht. Wordt deze temperatuur lager dan gaat dus het aantal zuurstof moleculen per liter lucht omhoog. Als de motor nu dus koudere lucht aanzuigt betekend het dus dat er bij hetzelfde volume meer zuurstof moleculen in zitten. Uiteraard houden we de sociometrische verhouding aan en betekend het dus dat bij meer zuurstof er ook meer brandstof in de cilinder past want er is immers bij hetzelfde volume lucht meer zuurstof beschikbaar.

Zuivere droge lucht bestaat (bestaat alleen theoretisch) uit de volgende gassen;

Samengevat geven de omgevingsfactoren de volgende voordelen;

• Hogere vochtigheid
  Voordeel: Vocht verhoogt de compressie (maar deze ruimte kan beter gevuld worden met zuurstof, dit heeft een positiever effect)
• Lagere temperatuur
  Voordeel: Meer zuurstof (gaat niet lineair maar is wel algemeen geldend)
• Hogere luchtdruk
  Voordeel: Lucht moleculen zitten dichter op elkaar en dus past er meer massa lucht in de cilinder en dus meer zuurstof.

Door de relaties tussen de verschillende factoren is de kans heel groot dat de ene factor positief toeneemt maar de ander dus weer positief afneemt. Hierdoor heb je dus meer profijt van de voordelen van de ene uitwerking maar neemt de ander weer af en heb je dus minder profijt van die voordelen.
Echter is bij temperatuur verlaging de toename van zuurstof zo groot dat dit effect meer positieve gevolgen heeft dan dat er nadelen op volgen.

3 Vermogen winnen

Een van de makkelijkste en goedkoopste manieren om vermogen te winnen is het verbeteren van de luchtinlaat. Met de informatie uit het voorgaande stuk theorie is te bedenken dat bij verlaging van de inlaat temperatuur de hoeveelheid zuurstof zal toenemen welke dus een positief gevolg heeft op het vermogen van onze motor.

De temperatuur van de inlaatlucht verlagen is eigenlijk vrij eenvoudig. Bij vrijwel alle auto’s wordt de lucht aangezogen van onder de motorkap, omdat de motor zelf de nodige warmte produceert is als gevolg hiervan de temperatuur onder de motorkap hoger als die daarbuiten. Een logisch besluit is dan dus ook om de lucht niet onder de motorkap vandaan te halen maar van buitenaf.

Naast de inlaat temperatuur hebben we ook nog de invloed van wrijvingsweerstand van de aanzuigbuis. Hoe meer bochten en oneffenheden er in deze buis zitten des te hoger de weerstand. Bij een hogere weerstand zal de luchtstroom afgeremd worden, deze wrijvingsenergie word omgezet in warmte.

Als derde punt hebben we nog de invloed van de lengte van de aanzuigbuis. Omdat het filter altijd een remmende werking heeft op de luchtstroom zal er bij snel gas geven enige vertraging optreden in het op snelheid komen dan de luchtstroom. Bij het gebruik van een lange aanzuigbuis zal deze buis als kleine buffer optreden en zal de motor iets sneller reageren bij een snelle acceleratie (gas respons). Echter is deze buffer zo klein dat het effect minimaal is. Een motor verbruikt heel veel lucht, ter indicatie; een 1,6 liter motor verbruikt dus per 4 slagen (4-takt) 1,6 liter lucht. Bij bijvoorbeeld 5000 toeren is dit dus 5000 : 4=1250 → 1250×1,6 = 2000. Een motor met een cilinderinhoud van 1600 cc verbruikt dus bij 5000 rpm een slordige 2000 liter lucht per minuut. Het buffer welke gecreëerd word door de aanzuigbuis is dus zo leeg, echter schijnt het effect toch wel degelijk merkbaar te zijn. Verder zorgt de lengte van de buis ook nog voor een stabielere stroming en een soort hevel effect (bezit kinetische enerigie) van de aanvoer van lucht.

Als vierde punt is de invloed van de diameter van de aanzuigbuis. Bij een grotere diameter van de aanzuigleiding de snelheid afnemen. Dit omdat de gevraagde hoeveelheid lucht per tijdseenheid gelijk blijft, er meer lucht per buislengte is (diameter is groter dus meer inhoud per lengte). Een lagere snelheid is ook weer positief omdat het energie verlies geeft (meer wrijving dus meer omzetting in warmte). Echter is de diameter van het gasklephuis bepalend omdat dit een vast gegeven is. Het gasklephuis vervangen voor een grotere is een optie, echter zijn deze heel erg duur.

Als vijfde en laatste punt is er nog de invloed van de opwarming van de aanzuiglucht tijdens transport. Doordat de lucht onder de motorkap warm is zal ook ze aanzuigbuis verwarmt worden en die verwarmt op zijn beurt de lucht in de buis weer. Dit is te voorkomen door de buis te voorzien van isolatie materiaal.

4 Soorten luchtinlaten

4.1 Stock

Dit is het originele filter systeem. Dit systeem heeft (bij de CRX) een aanzuigbuis en een filter huis, er is dus sprake van een bufferwerking. Echter is de aanzuigbuis voorzien van een groot aantal ribbels welke de doorstroom weerstand vergroten. De materiaalkeuze van de aanzuigbuis is wel weer goed gedaan, het is namelijk gemaakt van een goed isolerende kunststof waardoor de lucht tijdens transport zo min mogelijk word verwarmt. Alleen valt dit voordeel weer in het niet omdat het standaard filtersysteem lucht aanzuig van onder de motorkap, en welke dus weer warm is en weer nadelig is voor het vermogen.

Om het standaard systeem kosteloos te verbeteren zie deze handleiding, hierin word beschreven hoe de resonantie box achter de bumper vandaan te halen en de buis bovenop de radiateur af te doppen. Hierdoor zuigt het systeem koude lucht vanachter de bumper vandaan ipv uit het motorruim. Na wat metingen die ik gedaan heb blijkt dat de gemiddelde inlaattemperatuur op een redelijk warme zomerdag met deze aanpassing met gemak 20°C lager is dan bij een volledig standaard systeem. Verder zou je de weerstand van de buis nog kunnen verbeteren door een aluminium buis in de standaard aanzuigbuis te plaatsen. Erin omdat dan de isolerende werking van de standaard buis behouden blijft.

4.2 WAI

WAI staat voor Warm Air Intake. De naam zegt het al, dit is een algemene benaming voor een filtersysteem welke warme lucht aanzuigt. Deze is er in verschillende uitvoeringen.

4.3 Ram-air

De theorie achter dit systeem is dat de rijwind rechtstreeks in de aanzuig opening van de aanzuigbuis blaast. Dit zou een drukverhoging geven en dus meer vermogen. Deze theorie klopt wel, echter werkt dit niet. De aangezogen lucht in de aanzuigbuis heeft een dermate snelheid en hoeveelheid (zie bijv de 2000 liter per minuut bij 5000 rpm) dat de rijwind nooit een grotere zal hebben, en er dus geen drukvulling op zal treden. Daar komt nog bij dat het een open systeem betreft, dus is er geen mogelijkheid om druk op te bouwen.

4.4 Short-ram

Dit is een filter rechtstreeks op het gasklephuis, of met een verlengstuk eraan. Het grootste nadeel hiervan is natuurlijk dat hij de warme lucht onder de motorkap aanzuigt. Ook is er bij de versie zonder aanzuigbuis geen buffer werking, maar is er door het ontbreken hiervan weer geen wrijvingsweerstand.

Een short-ram systeem met het filter onder de motorkap.

4.5 CAI

CAI staat voor Cold Air Intake en is een wat algemene benaming voor systemen die meer gebruik maken van het aanzuigen van koude lucht. Dit systeem maakt al meer gebruik van de eerder genoemde verbeteringen. Zo is er een aanzuigbuis aanwezig dus wordt er een stabiele stroming gecreëerd, en is er sprake van een buffer werking.

Het filter bevind zich achter de bumper (zie foto) hierdoor zuigt hij koude lucht aan. Het nadeel van een filter achter de bumper is dat hij veel vuil en vocht aantrekt, dit heeft weer negatieve gevolgen voor de werking en de weerstand van het filter. Zaak is dus om een katoenen filter te nemen, deze is goed te reinigen, en het filter dan dus regelmatig een goede schoonmaakbeurt te geven.

Een Cold Air Intake met het filter achter de bumper (Foto: Bjoenny).

4.6 Airbox

Een van de meest ideale oplossingen is nog de Airbox. Dit is een doos gemaakt van een goed isolerend materiaal (bijvoorbeeld materialen als carbon en kevlar) waar een conisch filter is word geplaatst. De inlaat van de doos bevind zich achter de bumper en zuigt dus koude lucht aan. Doordat het filter in de doos zit en niet rechtstreeks achter de bumper zit heeft dit systeem veel minder last van vocht en vuil. Omdat de doos op de plaats van de originele zit en er dus ook een buis van het filterhuis naar het gasklephuis loopt is er dus sprake van de eerder genoemde bufferwerking. Het systeem is geïsoleerd dus geen warmte overdracht naar de aangezogen lucht.

De Mugen airbox.