9 replies to this topic

[Mario]

U današnja vremena često se srećemo sa pojmom rezonantni auspuh, neki mopedi i skuteri ih imaju već fabrički, ili tako izgledaju a neki su naknadno montirani. Bitno je da usvojimo da njihovo delovanje, tzv rezonancija, donosi snagu na 2T agregatima, i to na obrtajima za koje su proračunati odnosno projektovani.

Funkcija ekspanzionog suda

Ekspanzioni sud u velikoj meri utiče na snagu dvotaktnih motora. Da bi shvatili njegov uticaj potrebno je poznavati neke osobine zvučnog talasanja. Zvuk se prostire brzinom Cs koja zavisi od temperature i pritiska u kom se kreće. Recimo brzina zvuka pri 0˚C i pri normalnom pritisku u:

• vazduhu je 330 m/s
  
• CO^2 258 m/s
  
• O^2 316 m/s

Temperaturna zavisnost zvučnog prostiranja u vazduhu (pošto je u auspuhu preovladavajući vazduh pored ugljen monoksida u ostalih) izračunava se pomoću obrasca:

Cs = 330 + (0,6 · t) [m/s]

Gde je t izraženo u ˚C. Srednja temperatura izduvnih gasova, je srednja vrednost temperature gasova kroz celu dužinu ekspanzione posude i ona zavisi od mnogo faktora, kompresioni odnos, vremena otvorenosti izduvnog kanala, pritisak, smeša gorva i vazduha, kalorična vrednost goriva... Kod savremenih motora ona iznosi 300 do 350˚C. Prema tome ako se to uvrsti u gornju jednačinu dobija se:

Cs = 330 + (0,6 · 300) = 510 m/s (metara u sekundi)


Zvučni talasi se odbijaju i to odbijanje nazivamo eho. Ako se zvučni talas odbija od neke stene, dobijamo pozitivni eho, a ukoliko te stene nema onda je eho negativan. Zvučni talas koji se vraća odbijen od stene, pozitivni eho, će se suprotstaviti novim zvučnim talasima i uslediće sudaranje odnosno interferencija. U situaciji negativnog eha, kada povratnog talasa nema, možemo to shvatiti kao pojačavanje zvuka koji odlazi jer novi talasi pojačavaju stare, i na odlaznoj putanji nema ničega, negativni eho pravi vakum sledećem nadolazećem zvučnom talasu. Uzmimo za primer naš glas, kada vičemo u planinskom predelu zvuk će se odbijati od stena i odjekivati, dok recimo kada vičemo u pustinji, zvuk će se za jako kratko vreme izgubiti, kao da ga nikad nije ni bilo..

Ovu zakonitost možemo primeniti na auspuhu da bi lakše shvatili kako on funkcioniše, prvi difuzor, odnosno konus, koji se širi praviće vakum sledećim zvučnim talasima, i praktično ih izvlačiti napolje iz cevi ravnog preseka koja dolazi iz cilindra, dok će protiv konus, tj, drugi konus koji se sužava vraćati zvučne talase natrag i ponašaće se kao stena koja odbija zvuk i pravi pozitivni eho, te će se deo talasa koji nije napustio auspuh vratiti natrag.

Kod funkcije 2T motora bitno je da shvatimo neke osnovne principe. Posle varnice sledi eksplozija koja naglo gurne klip prema donjoj tački i tu imamo snagu koja nas pokreće. Gasovi napuštaju cilindar kroz izduvni kanal i klip svojim pomerajem ka dole pravi pritisak u predelu oko polutki radilice u bloku te usisanu smešu potiskuje gore kroz prelivne kanale i priprema ih za novu eksploziju. Krećući se ponovo prema gornjoj tački klip usisava novu smešu u prostor oko radilice, i sabija staru smešu u kompresioni prostor kod svećice, u jednom trenutku zatvara prelivne kanale, i u drugom trenutku izduvni kanal.

Dakle shvatamo da kroz izduvni kanal sa gasovima zajedno gubimo i smešu spremnu za sagorevanje, i da je zbog konstrukcije 2T motora neizbežno imati nekakav auspuh koji stvara određeni podpritisak, tako rade uglavnom obični lonac auspusi sa mnoštvo prigušivača i sužavanja.. Sad postaje jasno zašto preotvoren auspuh ne valja, recimo samo jedna cev može biti rezonantna, ali u jednom vrlo uskom opsegu obrtaja koji praktično ne bi ni primetili, a pritome bi izgubili svo gorivo koje je napustilo cilindar sa gasovima pre klipnog zatvaranja kanala.. Isto bi mogli i da shvatimo da bi obična ravna ploča u auspuhu radila odlično jer ona stvara pravilan pozitivni eho, odnosno sve gasove vraća natrag, ali ukoliko na sebi nema otvore, dolaziće do gušenja pošto gasovi ne napuštaju auspuh i motor će se ugasiti usled izjednačavanja pritiska gasova u auspuhu i uprskavanja goriva kroz prelivne kanale, koje bi klip svojim pomerajem morao poterati gore za novo sagorevanje.. Dakle ne bi više goriva dolazilo..

Rezonantni auspuh je prvi projektovao i detaljno iskalkulisao inžinjer Kaaden u fabrici MZ, 50-ih godina, i od tada je on revolucionarni deo, jedan od glavnih delova za postizanje snage kod 2T mašina. On se sastoji iz cevi kroz koje gasovi napuštaju auspuh, difuzora, protivkonusa, i cevčice sa prigušivačem.

Da bi bolje razumeli pogledajmo put talasa u usporenom snimku. Izduvni gasovi izlaze iz cilindra kroz izduvni kanal, preko kolena izduvne cevi (sl.17c) pod visokim pritiskom i prelaze u difuzor (sl.17a), koji deluje kao otvorena cev pošto se naglo širi. Ovde se javlja negativni eho odnosno vakum koji potpomaže dolasku novih gasova i usisavanju nove smeše kroz prelivne kanale koji su otvoreni u istom trenutku kao i izduvni.




Vreme trajanja vakuma okončava protivkonus (sl 17.b ) koji se nalazi na tačnom rastojanju od difuzora koje odrećuje ravan deo auspuha (sl 17.e). Protivkonus odbija talase i stvara pozitivan eho, koji u tačnom trenutku stiže do cilindra natrag prekida uticaj vakuma i vraća smešu u cilindar koja je krenula da izlazi u auspuh. Taj trenutak mora biti kada su prelivni već zatvoreni a izduvni još uvek otvoren u putanji klipa prema gornjoj mrtvoj tački. Svi savremeni cilindri imaju višlji ugao izduvnog kanala od prelivnih što možemo videti na slikama.




Gasovi napuštaju auspuh kroz cevčicu (sl 17.d), koja je izbušena malenim rupicama i obložena nekim absorpcionim materijalom, najčešće staklena ili kamena vuna, koja se ponaša kao prigušivač.

Pa iz svega ovog zaključujemo da je za rezonanciju na određenom obrtaju, između ostalih zakonitosti koje se ne menjaju, kompetentna dužina rez. (sl 17.Lr) auspuha jer ona određuje u kom će se trenutku pojaviti pozitivni eho i da li će njegov učinak biti dobar i maksimalno iskorišćen.

[Mario]

Dalje postoje neke od zakonitosti koje smo usvojili na osnovu literatura, i ne možemo tačnim proračunima da ih definišemo..

Npr..

Ugao difuzora treba da se kreće između 6-9 stepeni. Uglovi difuzora ispod 6 stepeni smanjuju efikasnost ekspanzione posude zbog vrtloženja gasova. Uglovi difuzora preko 9 stepeni nemaju široki opseg rezonantnog obrtaja što je jako važno.



Ugao protivkonusa treba da je jednak dvostrukom uglu ugla difuzora, tj 12-20 stepeni. Dakle polovina ugla je ugao kupe i biće 6-10 stepeni. Ugao protivkonusa koji je veći od dva ugla difuzora prouzrokuje brzi pad snage posle max. rezonantnog obrtaja. Što je slučaj kod klasičnih polurezonantnih obrtaja sa ravnom pločom.

Promer cevčice treba da je jednak polovini promera izduvne grane odnosno najviše 10% veća, dužina cevčice koja je perforirana ne figurira u delovanju rezonantnog izduva.

Promer izduvne grane treba da je jednak promeru otvora na cilindru, a dužina izduvne grane (sl 17.c) treba da je što kraća. Najbolje bi bilo kada bi difuzor krenuo odmah po izlasku iz cilindra, ili ako se konstruiše difuzor iz više delova, da se konstruiše difuzor kroz krivine.

[Mario]

Rezonantna dužina

Rezonantna dužina Lr je dužina od početka izduvnog kanala, dakle ivica gde se kreće klip u cilindru, preko srednje dužine celog auspuha (sl 17.Lr) kraja zamišljene visine protivkonusa, na slici h






Da bi efekat ekspanzione posude bio učinkovit na određenom obrtaju, moramo imati tačnu rezonantnu dužinu. Na osnovu svega gore pojašnjenog u proračunima će nam fogurirati uglovi otvorenosti prelivnih kanala, izduvnog kanala, pa samim tim i razlike izduvni bez prelivnih, brzina prostiranja izduvnih gasova na ciljnoj temperaturi, odnosno obrtaji na kojima se ceo proces odvija.

sada dolaze na red vremena

.........Alfa m..................................2 · L
t1 = ---------- [sec]................t2 = ------- [sec] ....................t1 = t2 ....(teorijski mora biti jednako)
..........6 · n......................................Cs


t1 je vreme od početka otvaranja izduvnog kanala do zatvaranja prelivnih
t2 je vreme u kojem talasanje pređe dva puta od početka izduvnog kanala pa do kraja protivkonusa

ova vremena moraju biti jednaka

Znači:

.....2 · L .......Alfa m ..................Cs · Alfa m ............Cs · Alfa m.
..-------- = ---------- → 2 · L = ---------------- → Lr = -------------- ................[m] (dužina je u metrima)
.....Cs............6 · n.........................6 · n.........................12 · n


Alfa m je ugao razlike izduva i polovine kada su prelivni već zatvoreni a izduvni još uvek otvoren i izračunava se

..................Alfa iz – Alfa pr
Alfa v = ------------------------ gde je..........Alfa m = Alfa iz - Alfa v
...............................2



Primer:

Alfa iz = 180 stepeni
Alfa pr = 130 stepeni
Želim rezonanciju na
n = 9000 o/min
Cs = 510 m/s
----------------------------------------------



............Alfa iz – Alfa pr...........180-130
Alfa v = ---------------------- = ------------ = 25
.....................2............................2


Alfa m = Alfa iz - Alfa v = 180-25 = 155


.........Cs · Alfa m.......510 · 155....79050
Lr = --------------- = -------------- = ------------ = 0,73 m
.............12 · n.........12 · 9000.......108000


Dakle za motor koji ima izduvni kanal na 180 stepeni, prelivne na 130 stepeni, brzinu prostiranja gasova 510m/s, za traženi obrtaj 9000 o/min, centralna rezonanca će biti na 0,73 metra..

naravno moguće je i obrasce okrenuti da iz tražene rezonantne dužine dobijemo centralne obrtaje ukoliko znamo uglove kanala, ili ukoliko znamo dužinu auspuha i obrtaje na kojima želimo da nam bude rezonanca, koliko bi trebalo otvoriti izduvni kanal.. Ovo poslednje deluje malo opipljivo jer ne možemo irealno tražiti obrtaje od neke rezonantne dužine, a sada već znamo da je delovanje izduvnog kanala u time/area zavisnosti, dakle utiče i površina ne samo ugao preseka izduva, pa se tom poslednjom teorijom ne bi trebali voditi, ali eto matematička zavisnost postoji....

ovde su kalkulatori, u zbirci koje verovatno već imate od ranije, uglove možete isto preračunati sa kalkulatorom ukoliko imate izmerene vrednosti u mm..


http://http://www.pyrotherm...ori_v1_6s.xls

i verzija za phone i android koji imaju excell

http://www.pyrotherm...ori_v1_6pda.xls

[ALIEN SM]

Bilo je zadovoljstvo procitati temu za podsecanje...objasnjeno je bas onako kako treba, svakom je pristupacno ...ovo su osnove svega ...Svaka cast Mario

[Pita]

Moram da kažem svaka čast...sve je kao na dlanu.

[Boza]

Хвала Марио на одличном тексту. Разумљиво написно.
Ипак, да прокоментариш један део текста. Направио си грешку код мерења резонантне дужине ауспуха. Као што си рекао мери се од клипа, али до ~1/2 дужине противконуса.

Quote

There is another thing you need to know about those baffle-cones before you can design your own expansion chambers: they do, as stated earlier, reflect over their full length any wave entering them, but there is not even reflection, for reasons too numerous and involved for serious discussion here.
What you do find, however, is that there is a "mean" point of reflection - which is, as I said earlier, slightly more than half-way down the baffle-cone's length. The "tuned length" we discussed before, the length so critical to the expansion chamber's performance is actually the distance from the exhaust port window, at the piston face, measured along the exhaust system's center-line out to this point of mean reflection.

Quote

Постоји још једна ствар коју морате да знате о противконусима пре него што можете да дизајнирате свој рез. ауспух: они одбијају током целе своје дужине сваки талас који уђе у њих, али се не таласи не одбијају равномерно, из разлога који су превише бројни да би о њима расправљали овде.
Оно што проналазиме је да постоји средња тачка одбијања - која је, као што сам (Гордон Јенингс, прим. прев.) рекао раније, мало више од половине укупне дужине против конуса (рачунајући зашишљени врх купе, прим. прев.). Резонантна дужина о којој смо расправљали раније, дужина критична за перформансе рез. ауспуха, је уствари дужина од издувног прозора, од зида клипа, мерена дуж средње линије ауспуха до средње тачке одбијања.

[Boza]

ДИФУЗОРИ

Quote

Diffusers should have an 8° included taper for maximum energy recovery, and an outlet area 6.25-times that of their inlet. Thus, a diffuser to be attached to an inlet having a 1.5-inch diameter should have an outlet of 3.75-inch diameter. Outlet diameters for diffusers of all inlet diameters may be determined in following manner:

ДИФУЗОРИ СА ЈЕДНИМ УГЛОМ

Quote

I would suggest employing diffuser having tapers of 8 to 9 degrees for road racing, small displacement motocross bikes (up to 250cc) should have tapers of 7 to 8 degrees, and for big motocross bikes, tapers of 6 to 7 degrees.

[Boza]

ДИФУЗОРИ СА 2 УГЛА

Quote

I would suggest employing diffuser having tapers of 8 to 9 degrees for road racing, small displacement motocross bikes (up to 250cc) should have tapers of 7 to 8 degrees, and for big motocross bikes, tapers of 6 to 7 degrees.

...I cannot offer any opinion except for note that Yamahа hаs been working with diffuser tapered 7-degrees for 70% of their length, and remaining 30% tapered 12-degrees. Both Yamaha and Suzuki have recently begun to connect these two-stage difusers to the exhaust port with a lead-in pipe that is also tapered 2 to 3-degrees. This slight taper probably is provided to minimize flow resistance and thereby enhance the lead-in pipe's ability to inertia-evacuate the cylinder, rather than to function as part of the diffuser.
....
A diffuser proportioned 7°/12°, 70%/30%, is somewhat shorter than a diffuse having a straight 8° taper when both are constructed to the same 6.25:1 outlet.inlet area rule. This reduction in length may be added at the lead-in pipe, or at the chamber's parallel-wall section, where the diffuser and baffle cone are joined. In either case, with a longer lead-in pipe or added chamber volume, the overall effect is to increase power output below the power peak -with volume having its most pronounced effect high on the engine speed scale, near the power peak; length added to the lead-in pipe brings about a somewhat more serious drop in maximum power, but also lends a marked increase in low speed torque. These effects, it should be noted, tend to modify the choice of diffuser tapers, as a short, steep-taper diffuser provides room for a longer lead-in pipe or added chamber volume - both of these tending to offset the power range-narrowing influence of such diffusers.

ПРОТИВКОНУСИ

Quote

These tapers should be, in most cases, twice that of the diffuser used in the expansion chamber. That is rule in the general. However, wide variations are possible and may be employed to cope with a specific situation. The largest taper angle you should use is 20°; the smallest, 14°.

СВЕ ФОРМУЛЕ

[Mario]

znam da Jennings plasira teoriju da se meri do sredine visine protivkonusa, međutim teorija koju sam ja sproveo je prenesena teorija od Marovića, i tamo se govori o imaginarnom kraju protivkonusa, odnosno da je kalkulativno vreme putovanja zvučnog talasanja dva puta, dakle do kraja protivkonusa i natrag...

radio sam mnogo analiza i korigovao svoja merenja prema Jennings-u ali sam uvek imao greške u odnosu na stvarna merenja obrtomerom, kasnije sam u kalkulator uveo temperaturu kao promenjljivu i sa njom uspeo da dobijem, da je kalkulativna dužina jednaka stvarnom centru rezonance merenu obrtometrom, tako što sam podigao temperaturu do 410-450 stepeni...

dalje i Jennings se vodi brzinama zvučnog talasanja od 510 m/s a to aludira da i on radi sa srednjom tempreaturom gasova od oko 300 C, onda ipak postoji negde greška...

nije problem razvićemo i Jennings-ove formule i kalkulacije i uraditi uporedne testove...

što se tiče uglova difuzora, piše da je polovina ugla, dakle 6-10 stepeni, takoreći to može biti i 8 i 9 stepeni kako je Jennings napisao, jedino je bezveze što se vodim ukupnim uglom umesto polovinom kako je to inače i objašnjeno.. ali ok razradićemo i to

[Boza]

То нисам знао, ја сам мислио да је из Јенингсове књиге извучено или Белове. Ако је у пракси твој начин мерења бољи, то је онда за мене потпуно легитимно.

Јенингс се води укупним угловима судећи по овој слици.
http://www.dodaj.rs/...om-2013-11-.png