Правда о настроенном резонаторе с motoizh.ru

NIKITOS23

Скачано с http://www.motoizh.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=748

tuner написал " Учавствовал я как то раз в научно практической конференции, тема - расчёт оптимальных размеров выпускного резонатора для двухтактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания...

Начну со списка принятых сокращений
ДВС - двигатель внутреннего сгорания
ОГ – отработавшие газы
ГС – горючая смесь
ГС – горючая смесь
НМТ – нижняя мёртвая точка
ВМТ – верхняя мёртвая точка
КПД – коэффициент полезного действия
СЭМД – средне эффективное машинное давление
ЭДВО – эффективный диаметр выпускного окна
Kh – пиковый коэффициент

Известно, что выпускная система двухтактного двигателя влияет на мощность двигателя, на расход горючего и на шумовые характеристики. Соответственно, для оптимального согласования этих параметров используются оптимально настроенные выпускные системы. Их суть состоит в том, чтобы обеспечить максимальную мощность двигателя при минимальном расходе топлива и низком уровне шума.
Понятие оптимально настроенной выпускной системы для производителей двухтактных двигателей и потребителей является разным. Это объясняется, прежде всего, требованиями к двигателю. Так, для выпускной системы обычного серийного двигателя руководство предприятия вынужденно искать компромисс между следующими параметрами: уровень шума, себестоимость, влияние системы на мощность двигателя. Основополагающим параметром является именно себестоимость.
Предприятие изготовитель при разработке выпускной системы делает упор на лёгкость в изготовлении и высокий коэффициент понижения шума, а повышению мощности уделяется не так много внимания, как хотелось бы. Поэтому подбор оптимальной выпускной системы является актуальным, при этом заметно может быть увеличена мощность двигателя, повышена его экономичность без серьёзных вмешательств в конструкцию двигателя.
Целью данной работы стало создание программы для расчёта оптимальных размеров выпускного резонатора двухтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Выпускная система двухтактного двигателя является одной из его важнейших составляющих.
Клапанного механизма, который не позволяет выхлопным газам беспорядочно выходить в окружающую среду. В случае отсутствия выпускной системы, мы получили бы проблему: двигаясь по инерции, выхлопные газы создают сильное разрежение не только над поршнем, но и около выпускного окна; в результате чего, горючая смесь, находясь под давлением из картера заполнит не только пространство над поршнем, но и выпускной патрубок. Такая ситуация недопустима, так как это усиливает загрязнение окружающей среды, понижает экономичность двигателя, его мощность и КПД.
Мощность двигателя зависит в большей степени от того, сколько энергии будет выделяться при горении смеси над поршнем а это, в свою очередь, зависит от количества смеси . Из этого следует, что для повышения мощности все выхлопные газы должны выйти, так как они мешают горению и препятствуют проникновению смеси из картера в камеру сгорания, а смесь воздуха и бензина должна полностью остаться над поршнем, т.е. её количество должно быть максимально возможным . Другими словами, коэффициент наполнения цилиндра должен быть настолько большим, насколько это возможно.
Для решения этой проблемы используется выпускной резонатор (рис.2, рис.3). Это устройство, в котором происходят сложные пульсирующие возвратно-поступательные движения волн газов, имеющих определенную частоту.
Для оптимального резонатора необходимо, чтобы к моменту закрытия выпускного окна обратная волна обеспечила возврат части рабочей смеси, вылетевшей вслед за выхлопными газами, в цилиндр. Иначе говоря, требуется достижение резонанса или согласования частоты собственных колебаний волны газов с частотой импульса этой волны на выпуске, т. е. с числом оборотов двигателя. Но так как частота собственных колебаний волны зависит еще и от параметров резонатора (сечения, длины), а также от температуры газа в нём, необходим их тщательный подбор.
Общий вид экспоненциального резонатора представлен на рис.2.
Основное свойство экспоненциальных переходов - это минимальное отражение назад. То есть, звуковая волна, вошедшая в экспоненциальный раструб, испытает минимальное отражение и почти целиком перейдет в следующий широкий раструб. Это необходимо для того, чтобы часть волны всё же выходила в окружающую среду, в противном случае, выхлопные газы быстро заполнят резонатор и двигатель прекратит свою работу. Именно поэтому этот тип геометрии выпускной системы является наиболее удачным. В мировом производстве практически не используются другие типы выпускных систем для двухтактных двигателей.

Рис.2 Общий вид экспоненциального резонатора

Выпускная система двухтактного двигателя (рис. 3) состоит из цилиндра 1(выпускного окна), выпускной трубы 2, прямого конуса 3, цилиндрической части резонатора 4, обратного конуса 5 и глушащей части 6, имеющей ряд перегородок, отверстий и трубок. Часть выпускной системы от выпускного окна до малого отверстия обратного конуса можно назвать мощностной частью, настройка которой оказывает наибольшее влияние на мощность двигателя. Необходимо, однако, заметить, что глушащая часть также может оказывать заметное влияние на мощность.
Истечение газов из цилиндра сопровождается возникновением волн давления и повышением скорости газов, как в самом цилиндре, так и в системе выпуска. При истечении в цилиндре образуется разрежение, а в выпускной системе – волна избыточного давления (сжатия).

I-мощностная часть; II- глушащая часть; 1-цилиндр; 2-выпускная труба; 3-прямой конус; 4-цилиндрическая часть; 5-обратный конус; 6-глушитель.

Эффекты влияния ускоренных масс и колебания давления в выпускной системе представляют собой два различных явления, однако, они тесно связаны между собой.
Первый эффект основан на том, что газовый поток, приобретя в момент открытия выпускного окна некоторое ускорение, обеспечивает за счёт сил инерции добавочное движение газа даже тогда, когда перепад давлений, вызывающий это ускорение, меняет свой знак. За счёт этого в цилиндре перед выпускным окном и в начале выпускного патрубка может появиться разрежение.
Второй эффект – колебание давлений оказывает влияние на дальнейшие явления, происходящие в цилиндре и системе выпуска. При настройке выпускной системы, колебания давлений имеют очень важное значение.
Если к выпускному патрубку присоединена прямая труба, оканчивающаяся отверстием того же или большего диаметра, то волна давления, дойдя до конца трубы, отражается от него в виде волны разрежения, двигающейся со скоростью звука в обратном направлении, т.е. к цилиндру. В том случае, если выпускная труба оканчивается стенкой с отверстием меньшего диаметра, волна давления отражается от этой стенки в виде волны избыточного давления, перемещающейся к цилиндру.
В результате действия отражённой волны разрежения, увеличивается разрежение в цилиндре, что улучшает очистку его от отработавших газов и поступление свежей смеси из кривошипной камеры. Однако при этом часть заряда свежей ГС выходит через выпускное окно в трубу.

а) идеально настроенная выпускная система

б) неудачно настроенная выпускная система
Рис.4. Диаграмма давления у выпускного окна

Отражённая волна давления выталкивает эту часть заряда обратно в цилиндр, если выпускное окно ещё остаётся открытым. На рис. 4 а), показана диаграмма давления у выпускного окна в зависимости от угла поворота кривошипа. Точка 1 соответствует началу открытия выпускного окна. Давление вблизи выпускного окна сначала начинает резко возрастать, затем, достигнув максимума, падает и у н.м.т. имеет отрицательную величину; далее постепенно давление снова начинает расти и после точки 3, соответствующей закрытию продувочных окон, опять становится положительным. В точке 4 выпускное окно закрывается, а даление пред окном начинает падать. Так выглядит диаграмма давления у окна в случае идеальной настройки выпускной системы.
На протяжении почти всего периода продувки, т.е. между точками 2 и 3, имеется разрежение, способствующее выходу отработавших газов и увеличению коэффициента наполнения за счёт увеличения разности давлений в кривошипной камере и цилиндре. После закрытия продувочного окна начинается действие отражённой волны избыточного давления и дозарядка цилиндра за счёт свежей смеси, попавшей в выпускную трубу, т.е. дальнейшие увеличение коэффициента наполнения.
На рис. 4, б), показана диаграмма давлений у выпускного окна при неудачной настройке выпускной системы. На протяжении процесса продувки имеется избыточное давление, препятствующее выходу отработавших газов, а между моментами закрытия продувочных окон (точка 3) и закрытия выпускного окна (точка 4) имеется разрежение, способствующее истечению части заряда свежей смеси в выпускную систему, т.е. увеличению коэффициента прямого выброса.
Время прихода отражённых волн разрежения и волн избыточного давления зависит от скорости звука и длины частей выпускной системы и не зависит от числа оборотов двигателя. Время открытия выпускного окна для дозарядки цилиндра данного двигателя зависит от числа оборотов. Таким образом настройка выпускной системы позволяет увеличить мощность двигателя только в некотором диапазоне чисел оборотов.
Назначение прямого конуса 3 (см. рис. 1) состоит в том, чтобы создать отражённые волны разрежения, а обратного конуса 5 – волны избыточного давления. Подбирая длину самих конусов и их положение относительно выпускного окна путём изменения длины трубы 2 и цилиндрической части 4, производят настройку системы. Увеличение длины всех элементов снижает число оборотов максимальной мощности; уменьшение длины выпускной системы приводит к их увеличению.

Программа http://www.motoizh.ru/pic/tunn/tuner/progr.zip

Созданная мной программа представляет собой пользовательский интерфейс, куда пользователь вводит данные своего двигателя, затем запускает расчёт параметров, при этом программа выводит в соответствующие поля дополнительные параметры двигателя, а также размеры выпускного резонатора для данного ДВС. Результаты расчёта не являются абсолютными, так как часть используемых формул была выведена экспериментальным путем (т.е. возможны погрешности).
Максимально эффективный резонатор можно получить только в ходе экспериментов с резонаторами разных размеров. Это связано с тем, что каждый двигатель обладает рядом уникальных параметров и не всегда введённые значения (взятые из паспорта двигателя) являются абсолютно точными, в частности, указанная мощность двигателя может варьироваться в пределах 5%.
Для начала работы с программой необходимо ввести параметры двигателя в поле "исходные параметры двигателя" на форме 1 "Расчёт резонатора" и затем нажать на кнопку "рассчитать резонатор". Полученные результаты можно сохранить, нажав на кнопку "сохранить параметры". Начинать работу можно с загрузки параметров, для этого нужно нажать кнопку "загрузить параметры".

Kh - пиковый коэффициент.

Этому коэффициенту присваиваются типовые значения между единицей и двойкой (подбирается экспериментально). Малые величины Kh лучше подходят для Гран-при двигателей с многоступенчатыми КПП, неравномерной характеристикой крутящего момента и с узкими участками мощности, большие значения - для широкодиапазонных двигателей с пологой характеристикой мощности и крутящего момента, с хорошей тягой на низких и средних оборотах, для езды с нечастым переключением передач.

Экспериментальная часть

В ходе работы мной был проведён ряд экспериментов по влиянию различных типов систем выпуска на работу двухтактного двигателя. В качестве объекта испытаний использовался двигатель от мотороллера муравей 2м тмз-5.403-01к. Параметры двигателя указаны в таблице 2.

Таблица 2. Параметры двигателя мотороллера тмз-5.403-01к.

Ход экспериментов:
1) Монтаж тестируемой системы выпуска;
2) Замер средней скорости мотороллера на фиксированном участке дороги, протяженностью 50м;
3) Замер расхода топлива на фиксированном участке дороги, протяженностью 50м.

Эксперимент 1. Тестирование двигателя без выпускной системы.

Тип выпуска Без системы выпуска
Время прохождения дистанции 50м 15.3с
Количество потребляемого топлива 24мл

В ходе эксперимента наблюдалось следующее: двигатель не развивал максимальных оборотов; большое количество смеси вылетало через выпускное окно; очень маленькая мощность двигателя, не позволяющая движение даже на второй передаче; оглушительный шум двигателя.

Эксперимент 2. Тестирование двигателя со стандартной
выпускной системой.

Тип выпуска Стандартная
Время прохождения дистанции 50м 11.9с
Количество потребляемого топлива 18мл

Особенности эксперимента 2:

Обороты двигателя заметно возросли; возросла тяга двигателя на всём диапазоне; стало возможным использование всех 4 передач; выброс топлива через выпускное окно уменьшился, однако остаётся еще достаточно заметным; громкость звука выхлопа снизилась до допустимых пределов.

Эксперимент 3. Тестирование двигателя с настроенной выпускной системой.

Установка настроенной выпускной системы увеличивает мощность двигателя в среднем на 25-30%, поэтому в программу вводится показатель мощности заведомо высокий.
Мощность двигателя должна, ориентировочно, возрасти на 27.5%, отсюда 10 КВт +27.5% = 12.75 КВт.

Пиковый коэффициент был подобран 1.6, так как такое значение ближе к малооборотистому двигателю с тягой на низких и средних оборотах и пологой характеристикой мощности и крутящего момента.

По рассчитанным параметрам выпускная система была изготовлена в экспериментальном отделе 6-го корпуса НГТУ, (2000р) и установлена на двигатель. Результаты тестирования двигателя с настроенной выпускной системой представлены ниже
Тип выпуска настроенный резонатор
Время прохождения дистанции 50м 8.6с
Количество потребляемого топлива 15мл

Особенности эксперимента3: обороты двигателя незначительно выше, чем при стандартной системе выпуска; шум усилился и звук выхлопа заметно изменился; тяга двигателя на низких и средних оборотах незначительно возросла, при максимальных оборотах двигатель стал работать значительно лучше; выброс топлива через выпускное окно не был зафиксирован на 50-метровой дистанции; двигатель работал и обеспечивал движение мотороллера даже при переходе с первой на четвёртую передачу.

Анализ работы

В результате проведенных мной исследований, запланированные результаты были получены. А именно: при установке настроенной выпускной системы мощность двигателя возросла приблизительно на 30% , расход топлива уменьшился на 20% по сравнению со стандартной системой выпуска.
Это говорит о том, что рассчитанный с помощью данной программы резонатор действительно улучшает газообмен, и является очень важным компонентом двухтактного двигателя. При установке настроенного резонатора КПД двигателя повысился, уменьшился расход топлива и повысилась номинальная мощность двигателя. Кроме того, уменьшение расхода топлива способствует значительному понижению уровня загрязнения окружающей среды.
Полученные в результате эксперимента данные говорят о необходимости использования настроенной выпускной системы. Установка такой системы выхлопа необходима не только спортивным двигателям, но также и штатным, так как уменьшает затраты на топливо, и, вместе с тем, повышает мощность двигателя.
Я считаю, что стоит рекомендовать людям, использующим эту программу для расчёта размеров резонаторов, испытать несколько их типов, изменяя такие характеристики, как ожидаемая мощность, обороты максимальной мощности, пиковый коэффициент.

Скачано с http://www.motoizh.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=748

Николай

Почитал, интересно, менять трубу, конечно не побегу, но вывод такой:
Выхлопную систему мотороллера, нужно держать чистой, летом нужно будет снять, и прочистить, и в будущем, делать это регулярно.
И еще такой вопрос, почему конструкторы, неправильно настроили выхлопную систему мотороллера? Программы у них небыло, или мало эксперементировали?
P.S. И понятно, почему Турист расходует больше топлива, и мощность у него меньше, труба у него кривая, (в смысле не настроена) Зато как тихо работает!

agr

Дык мотороллер дорожный, уклон в сторону упрощения конструкции и снижения шума.

NIKITOS23

SuedeHeadBoy

а кто нибудь расчитывал уже? я через три программы пробовал уже и везде разные данные...)может кто то ставил уже на ТУРИСТА ...подскажите как размер взять или хотяб градусы продувки и выпуска..)

NIKITOS23

SuedeHeadBoy

А кому верить..)если турист 69 года там т-200м вроде так написано)

interface

Почитал о настроеном выпуске, и почему-то вспомнилось, как мы в детстве экспериментально на слух настраивали фазоинверторы в колонках, не умея ещё их рассчитывать. Делали корпус, ставили динамик, рядом с ним делали дыру площадью в 1/4(где то вычитали этот параметр Very Happy

) от площади динамика. Из плотного картона делали трубу заведомо длиннее чем нужно. Колонка собрана и герметично закрыта.
К усилителю подключали генератор звуковой частоты настроенный на 40 герц (ниже не имело смысла, с теми динамиками какие можно было тогда достать), и включив всю эту систему начинали снаружи плавно засовывать трубу в корпус. Вот сколько раз своими ушами слышал этот момент, когда при определённой глубине засовывания трубы начинал доноситься бас, раза в два сильнее чем был до этого, при прочих равных условиях. Very Happy

Теперь чисто теоритически.
А ведь можно наверно так же и выпуск настраивать? Ведь никакие рассчёты не позволят так точно настроить систему, ибо для каждого двигателя всё сугубо индивидуально.
Ну не на всей технике подряд, а к примеру на Муравьях, где эта система под низом и почти не видно всего этого самопального безобразия. То есть макет резонатора телескопический, и серия экспериментов с изменением длинны резонатора. Потом за резонатором подбирается и ставится уже нормальный глушитель, да хоть прямоток...И звук вашего мотора будет ласкать слух, а не раздражать. Very Happy

Думается, что в этом случае можно ограничиться простой прямой формой резонатора, к примеру из 76-й трубы, и варьировать только его длинну. Ещё можно поиграться с диаметрами.

Как вам идея?

DurMachine

interface

Если почитать внимательно статью по ссылке выше, то таким образом можно создать обратную волну.

MOST

Поюзал довольно много программ, каждая из которых давала вообще непонятные результаты. Перечитал довольно много источников, в частности старые добрые книги Григорьева и Бэла. В итоге, используя все плюсы, написал прогу... http://upload.com.ua/get/902420956/Rezo.exe

DurMachine

interface

Воооооооооооооооооот! За основу взять 76-ю прямую трубу, то что без конусов, думаю скомпенсируется изменением длинны трубы, а за критерий, как основы взять - отсутствие выплёвывания топлива в обратку через карбюратор. То есть на нейтралке выполнять регулировку трубы, периодически подгазовывая, как только плеваться совсем перестало, можно и ходовые испытания проводить, для более тонкой настройки. Но что-то мне подсказывает, что отсутствие плевания, и есть самая идеальная настройка.

interface

Вот ещё такая идейка:

Диаметры входного и выходного патрубков выдумывать не надо - тупо замерить на мотоцикле Тула, там они точно разного диаметра.
После настройки обварить патрубки и резонатор готов.
Интересно как такая идейка прокатит?

interface

Кстати, можно взять тот же резонатор от ГАЗ 31029, такой же на УАЗах сзади стоит, и поиздеваться над ним. Он лёгкий из тонкого металла, и размерчик подходящий.