| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
Усовершенствование двухтактных двигателей
1)У ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ - ДЕНЬГИ ЛЕТЯТ В ТРУБУ.
Все знают, что четырехтактный двигатель в полтора - два раза
экономичнее двухтактного. А литровая мощность четырёхтактника
соответственно раза в два ниже двухтактника. Совершенствуются
четырёхтактники, всякие турбо надувы и т.д. пододвигающие их литровую
мощность в плотную к двухтактникам.
Двухтактники обвешивают резонансными системами, делающие их по
экономичности близкими к четырёхтактникам. Вообще по идее двухтактники
легче, мощнее, дешевле четырёхтактника. Да вот его прожорливость сводит
все его преимущества на ноль в практическом применении. Давайте
разберёмся, почему они не экономичны.
1. Фаза газораспределения открывает выхлопные и впускные окна не в
Н.М.Т. а еще до подхода к ней за 20 - 40 градусов. Здесь максимальные
потери составят максимум процентов десять-пятнадцать от
четырёхтактника. За то экономия на отсутствии холостого оборота и как
следствие меньше потерь на трение.
2. Топливовоздушная смесь в прямом смысле слова улетает в трубу.
Улетает потому, что одновременно в определенной фазе газораспределения
открыты выхлопные и впускные окна. Топливовоздушная смесь наполняет
цилиндр, а в это время отработавшие газы поступают на выход,
перемешиваясь и с новой смесью. И улетает столько, что экономичность
делается низкой.
С этим борются заточкой под определёнными углами продувочных окон,
установкой специальной формы камеры сгорания, часто установкой
резонансной выхлопной трубы, которая "запихивает" на определённых
оборотах часть улетевшей смеси обратно, получая экономию около 20% и
прибавку в мощности около 20%.
Предлагаю разделить процесс выхлопа и наполнения горючим в фазах
газораспределения так, что бы они не происходили одновременно. Для
этого надо подавать топливо отдельно от воздуха в тот момент, когда
выхлопные окна уже закроются. Подачу топлива надо сделать
непосредственным впрыском в цилиндр во время начала сжатия смеси, но
уже после закрытия выхлопного окна. Впрыск можно осуществить
"плунжерной бензиновой парой", по принципу дизеля. Но не так
моментально, как у дизеля, а по дольше, что бы всё хорошо перемешалось.
Воздух подаётся стандартным способом. Он то и пускай улетает при
продувке, его не жалко. Даже наоборот, чем больше улетит, тем лучше
очистится камера сгорания от отработанных газов. А после этого в
цилиндр впрыскивается топливо, которое ни куда вообще улететь не может,
потому, что все закрыто и идёт процесс сжатия. Возможны потери в связи
с худшим формированием смеси, но они составят не большой процент.
Появляются и преимущества - лучшее охлаждение дна поршня порциями
впрыска топлива. Будут не большие потери мощности на привод насоса
впрыска топлива, но они раз в пять - семь меньше потерь на привод
распредвала у четырёхтактника. А потери на П.1 (открытие выхлопа до
Н.М.Т.) на много меньше, чем при холостом обороте четырёхтактника.
Схема
Данная схема вплотную приблизит экономические показатели
двухтактника к четырёхтактнику, оставив все остальные преимущества,
мощность, легкость, дешевизна, практически на прежнем уровне.
Из прочих преимуществ: отсутствие распредвала и его навороченного
привода, дорогих клапанов впуска-выхлопа и вообще меньшее количество
деталей, чем у четырёхтактника.
Для приближения вплотную экономических показателей к
четырёхтактнику надо сузить фазу выхлопа и применять эффективную
продувку для компенсации потери мощности. Ну это уже дело хозяйское,
методов различных известных много.
2)РЕЗОНАНСНЫЙ НАДДУВ
Резонансный надув
Изготовления и эксплуатации системы резонансного наддува двигателя
внутреннего сгорания, который автор проделал на двигателе мотоцикла ИЖ
Планета Спорт. Данный метод применим к любому ДВС (учитывая число
тактов и цилиндров во впускном коллекторе), точнее к любой поршневой
машине (даже к компрессору холодильника 
. Результаты полученные автором отражают особенности двигателя -
"спортивный" мотор с nmax = 7000 об/мин. Для других двигателей
результаты могут быть иными. Кроме того вещи, очевидные для автора но
не нашедшие своего явного описания в материале сайта могут существенно
повлиять на эффективность системы.
Используя информацию, помещенную далее вы сможете понять принцип
работы и даже, при желании, самостоятельно изготовить (или поручить
другому) систему резонансного наддува любого ДВС (как 2х - тактного так
и 4х). Результатом будет снижение расхода топлива, увеличение крутящего
момента (мощности на низких оборотах), расширение рабочего диапазона
двигателя, его плавность работы и.т.д.
Когда была написана статья я только что изготовил систему с каналом
Ш 12 мм. и поэтому не мог с уверенностью сказать о преимуществах новой
системы.
Теперь по прошествии нескольких лет эксплуатации, на основе
наблюдений, большей частью статистических (правда... ложь... статистика
 ) можно сделать вывод о практической пользе устройства.
Р а с х о д топлива сократился с 0 до 90% в зависимости от режима:
0% - при скоростях ~ 100 км/час одиночка. Т.е. частота резонатора и обороты ни как не связаны.
90% - «в особых условиях эксплуатации» - задний прицеп(60 кг) груз
(60-120 кг) пассажир (80 кг) и я (65кг) в т.ч. и в городе. Расход
сократился так же и по причине практического отказа от третьей
передачи.
Почему именно резонансный ?
Резонансный наддув, как и всякий другой, предназначен для
увеличения количества поступающей в цилиндры горючей смеси. В отличие
от других видов, где энергия подводится со стороны (поршни, мембраны,
турбины), резонансный наддув использует колебания воздушного столба во
впускном коллекторе, увеличивая степень заполнения цилиндров двигателя.
Часто можно слышать мнение, что резонансный наддув недостаточно
эффективен. Конечно, если его сравнивать с классическим наддувом с
подводом энергии, то это так.
Но,
если рассматривать резонансный наддув просто как оптимизацию
параметров впускной системы, что бы колебания потока на впуске не
мешали, а наоборот помогали наполнению цилиндров двигателя, то этот
метод вне конкуренции.
Мысль о том, что рабочий процесс двухтактного двигателя "ИЖ-ПС" на
частотах, близких к холостому ходу, далек от совершенства, возникла у
меня при осенней консервации мотора. При поднятии дросселя для
впрыскивания масла горючая смесь резко ударила в руку и покрыла ее
капельками топлива. Обратный выброс!
"ПС" - хороший динамичный мотор, раскрывающий все свои достоинства
на оборотах выше средних, - имеет сравнительно большую высоту впускных
окон, обеспечивающих симметричную фазу впуска продолжительностью около
170њ. Такой промежуток необходим для дозарядки кривошипной камеры
свежей смесью при больших скоростях газового потока на высоких оборотах
коленчатого вала. На малых же оборотах значительная часть смеси
выбрасывается обратно во впускной патрубок. Это явление называют
"обратным выбросом", оно наглядно ощущается на работающем моторе при
снятом воздушном фильтре и резком открытии дросселя.
Устранение или только уменьшение обратного выброса расширит
рабочий диапазон и улучшит характеристику двигателя, снизит расход
топлива. Одно из решений этой задачи - установка обратного лепесткового
клапана. Его достоинства - широкий диапазон эффективной работы. Но его
изготовление и установка требует станочного оборудования и серьезных
переделок двигателя.
Другое устройство для борьбы с обратным выбросом описано в книге
Павла Гусака "Эндуро" и носит название "система динамического впуска
"Ямахи" (более употребительно - "резонатор на впуске" - ред.).
Конструкция покорила меня возможностью не дорабатывать "родные" детали
и легкостью возврата к исходной комплектации.
В качестве ёмкости я выбрал корпус от аккумуляторной батареи 3МТ-6
с внутренним объемом 450 см2, а позднее изготовил специальную из
фанеры. Она соединена с впускным патрубком дюритовым шлангом с
внутренним диаметром 8,5 мм и длиной вместе со штуцерами 210 мм (общая
длина канала).
Решение "не дорабатывать родные детали" определило конструкцию
ввода канала во впускной патрубок. Я сделал его в виде 6 миллиметровой
проставки между карбюратором и патрубком, выполненный по размерам их
фланцев. В верхней части прокладки имеется прорезь, с которой стыкуется
трубка под шланг. Собственно проставка изготовлена из фанеры, нагретой
в духовке до 120њ и при остывании пропитанной до насыщения эпоксидной
смолой (по той же технологии впоследствии была изготовлена и ёмкость).
Отводная трубка выклеена по болванке эпоксидной смолой из стеклоткани.
Для снятия с болванки трубка разрезана на две части. Для окончательной
сборки все три части склеиваются эпоксидной смолой, обматываются
стеклотканью и пропитываются эпоксидкой. Переход отверстия в штуцере во
впускной канал необходимо тщательно скруглить - от этого
непосредственно зависит гидравлическое сопротивление канала и
эффективность работы всей системы в целом. То же самое относится и к
штуцеру ёмкости.
Естественно, описанный способ подключения резонатора к впускной
системе - не единственный. Тем, кто будет делать ввод по-другому,
следует помнить: площадь канала непосредственно перед выходом во
впускной патрубок должна быть примерно в 1,5 раза больше сечения
остального канала.
Расчетная резонансная частота описанной конструкции около 2500
об/мин. Она раза в два превышает устойчивые обороты холостого хода и
примерно соответствует скорости 60 км/час. на прямой передаче - средней
в городе и оптимальной для езды с "Енотом".
После установки устройства, запуска и прогрева двигателя он
выходит на обороты резонанса или чуть выше .(Автор доводил эту частоту
до 4000 об/мин - при этом дроссель в положении прежнего холостого хода
!!!) О качестве выполненной работы можно судить по величине опускания
дросселя . (Вернее уменьшения площади под ним, которая у автора
уменьшилась в 3 раза). Кстати, устойчивый холостой ход достигается при
несколько меньших оборотах - 800 вместо 1200 . (Точнее 2500 : 3 = 833,3
; автор пробовал устанавливать 2500:4=625, но это требует свежего
аккумулятора и измененного опережения зажигания.)
Объективными данными о улучшении динамики и уменьшении расхода
топлива я не располагаю из-за отсутствия контрольного оборудования, но
появилось ощущение тяговитости при скоростях близких к резонансу, стало
легче ездить с прицепом . (На горках расположенных на шоссе Москва -
Симферополь перестала требоваться третья передача даже при встречном
ветре.)
Теперь о том, как резонатор работает.
Он начинает действовать, когда дроссель прикрыт достаточно, что бы
его гидравлическое сопротивление стало сопоставимым с сопротивлением
канала резонатора. При движении поршня вверх горючая смесь поступает в
кривошипную камеру не только из-под дросселя карбюратора , но и из
ёмкости. При уменьшении разрежения резонатор начинает всасывать в себя
горючую смесь. Сюда же пойдет часть (и довольно большая) обратного
выброса . При этом уменьшается выброс топлива в воздушный фильтр (После
двух лет эксплуатации нового фильтрующего элемента на нем в отличии от
прежнего не было заметно и следов масла.), уменьшаются так же колебания
давления над распылителем, что благоприятно для распыла топлива.
Эффективность конструкции возрастает при опускании дросселя.
Работа резонатора напоминает пружинный маятник, где роль пружины
играет горючая смесь, находящаяся в емкости, а роль груза - смесь,
находящаяся в канале. При совпадении собственной частоты колебания
маятника ( в нашем случае - смеси в канале) и вынуждающей силы ( волн
возмущений во впускном канале двигателя) наступает резонанс -
увеличение амплитуды т.е. в нашем случае количества поступающей в
двигатель смеси.
При желании улучшить работу двигателя в других диапазонах нужно учитывать следующие:
1. При увеличении расчетной частоты возрастает гидравлическое
сопротивление канала (больше скорость протекания горючей смеси), а
также уменьшается время на цикл, вместе с тем на малых оборотах
двигатель не развивает достаточную мощность.
2. Работа двигателя на частоте ниже резонанса эффективнее, чем выше него.
3. Канал должен быть по возможности короче (малое линейное
сопротивление), а емкость - возможно вместительней (большее количество
подсасываемой смеси при одинаковом разрежении во впускном тракте).
4. Все элементы резонатора должны быть достаточно жесткими, чтобы сохранять форму под действием разрежения.
Расчет собственной частоты колебаний резонатора можно вести по измененной формуле для пружинного маятника:
Формула
где:
С=340 - скорость звука, м/с
V - объем камеры
K - проводимость канала :
Формула
где в свою очередь: d - диаметр канала в шланге, м. (метры!!!) l - длина канала, м.
В заключении расскажу о последнем варианте резонатора. Его
эффективность заметно выше, чем у описанного ранее. Емкость склеена из
фанеры и имеет объем 0,78 литра, использован шланг внутренним диаметром
12 мм. , общая длина канала ( со штуцерами) - 235 мм.(длину канала
мерить по оси симметрии его сечений).
Системы резонансного наддува двигателя внутреннего сгорания условно
можно разделить на два вида: линейные и объемные. В линейных системах
определяющими характеристиками являются длина канала от элемента
газораспределения (клапана или поршня) до места внезапного изменения
его диаметра (обычно какой-нибудь камеры) и скорость звука,
определяющая время за которое волна разряжения (сжатия) успеет
пробежать туда и обратно. Наглядно понять принцип работы это вида
резонатора поможет ситуация, когда теннисист бьет мячом о стенку, где
время между ударами зависит главным образом от расстояния до нее (в
нашем случае скорость звука постоянна).
Объемные резонатор (резонатор Геймгольца), о котором и пойдет речь
дальше, представляют из себя емкость (объем), соединенную с впускным
коллектором дополнительным каналом.
По аналогии с предыдущим примером работу системы можно
проиллюстрировать грузом, подвешенным на пружине, где роль пружины
играет горючая смесь, находящаяся в емкости, а роль груза смесь,
находящаяся в канале.
Расчет собственной частоты колебаний резонатора можно вести по формуле, аналогичной формуле для пружинного маятника:
Формула расчета частоты
где:
С=340- скорость звука, м/с
V - объем камеры
K - проводимость канала :
Формула расчета коэфф. K
где в свою очередь:
d - диаметр канала в шланге, м. (метры!!!)
l - длина канала, м.
Зависимость резонансной частоты от объема камеры резонатора для
трех вариантов длин канала показана на графике (используется канал -
дюритовый шланг внутренним диаметром 12 мм.):
зависимость резонансной частоты от объема камеры резонатора
Пунктиром показан вариант расчет которого приведен далее.
Проводимость канала
Расчет собственной частоты колебаний резонатора
Результат расчета получается в Герцах. Для получения более
привычных оборотов в минуту его нужно умножить на 60 : - 41,66 • 60
сек. = 2500 об/мин
Оценить эффективность рассчитанной конструкции можно вычислив параметр N:
Коэффициент N
где:
F - площадь поперечного сечения впускного коллектора.
Значение коэффициента N для рассчитанного выше случая.
Для сравнения заметим, что это значение для варианта описанного в
начале журнальной статьи равно только 0,008 и никаких вещественных
результатов, кроме понижения частоты холостого хода в этом случаи не
наблюдалось.
После геометрического расчета резонатора, который определяет
частоту маятника, необходимо указать общие принципы построения канала -
от этого зависит, какие потери энергии будут в потоке при его движении
взад - вперед.
Основная рекомендация - канал должен быть максимально "зализан"
т.е. не иметь поворотов малого радиуса и на большие углы; иметь
гладкую поверхность (внутреннюю); не иметь резких увеличений и
уменьшений его диаметра; штуцера должны сопрягаться с полостями камеры
и впускнрго коллектора скруглениями достаточного радиуса - 1/2 от
диаметра канала.
В качестве примера вышеупомянутой рекомендации приводится 3-d
модель штуцера-проставки для двигателя ВАЗ. Модель представлена в
формате
http://vasiliy-s.chat.ru/wrml/vvodsv_p.wrl
VRML (175 kb) и
http://vasiliy-s.chat.ru/wrml/vvodsv.igs.zip
IGES (86kb), упакованного в ZIP архив.
Для просмотра 3-d модели в формате VRML рекомендую CosmoPlayer2.1,
который разработан фирмой Silicon Graphics. Его размер около 3,2 Мb. Он
встраивается как в MSIE, так и в Netscape. Скачать можно с
ftpsearch.city.ru
http://ftpsearch.city.ru/cgi-bin/s?q=cosmoplayer&doit=%CD%E0%E9%F2%E8&m=20
Из всего вышеизложенного у читающего может сложиться впечатление,
что у системы имеются только положительные качества. Это конечно не
так. Все положительные качества присутствуют, когда система работает.
Когда же надо систему запустить (завести мотор) особенно при низких
температурах, обычно смесь обогащается подсосом (манеткой). Т.к. между
кривошипной камерой и дросселем карбюратора присутствует дополнительная
емкость раза в 2-3 превышающая рабочий объем цилиндра, то примерно во
столько же раз уменьшается и разрежение во впускном канале при
прокручивании двигателя без установления резонанса. В результате чего
оказывается невозможным достичь необходимого обогащения смеси. Правда
эта проблема решается достаточно просто - съемом шланга со штуцера
проставки и впрыскиванием туда бензина. Указанная проблема проявляется
уже при +50 С. Других проблем за 4 года эксплуатации замечено не было.
Коментарий: Из моего опыта использования резонансного надува на
самолёте с двигателем ИЖ-П-3 наблюдалось прибавление мощности на
средних оборотах. Тек как резонансная камера имела явно выраженную
острую характеристику на средених оборотах, то двигатель при малом газе
работал не стабильно, за то при среднем и максимальном давал прибавку в
10% - 5% мощности. Резонансная камера была устроена по другому принципу
- Патрубок- обьём перед карбюратором (по принципу настроенного
выхлопа). В общем система полезная как на мототранспорте, так и на
лодочных моторах и самолётах СЛА.
http://vasiliys.chat.ru/patentsv.htm#top
http://www.scooterdigest.ru/pub.asp?id=2440
http://www.motovelosport.ru/articles/2005_11_15_nadduv/2005_11_15_nadduv_1.php
http://www.team-rs.ru/forum.php?f=1&act=message&id=18150
http://www.madi-auto.ru/article.html?id=26
http://www.bikeland.ru/rus/news/salonnews/?action=show&id=1312
http://www.motoua.net/forum/lofiversion/index.php/f14.html
|
| Категория: Двигатели | Добавил: AK-47 (21.03.2010)
|
| Просмотров: 16576
| Рейтинг: 2.0/3 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
|
