renocar_unor



PROFIL UŽIVATELE

Beranidlo

Offline: Včera v 22:27 Hlavní stránka sekce

Skupina: Registrovaný
Pohlaví: Muž
Věk: 54
Město: Brno-Brno Město
Lokalita: Brno-město Ji...
Poděkoval: 4x
Pomohl: 82x
Založil témat: 13x
Napsal příspěvků: 2221x
Body komentářů: 15
ID uživatele: 312667
Registrace: 28.5.2017

Adresa profilu:http://beranidlo.motorkari.cz (Sdílet)


Počítáme výfuk, díl 7

Dvoudobý motor údajně končí půl metru za výfukem a začíná třicet centimetrů před vstupem do sání. Co je na tom pravdy?

Začneme tedy od konce. Pokud pomineme tlumič hluku, pak samotný výfukový rezonátor končí "kusem trubky", v naší terminologii koncovkou. Jakou má ta věc vlastně funkci? A není to nakonec jedno, jestli je koncovka krátká, dlouhá, tlustá nebo tenká? Ne, není.

Jak je naznačeno ve třetím díle, koncovka je součástí Helmholtzova hmotnostního rezonátoru. Vztah pro určení frekvence rezonátoru je na obrázku. Průřez, objem i délka hrdla se musí dosadit v metrech, frekvence je v Hertzech, rychlost zvuku v m/sec.

U rychlosti zvuku je zajímavé to, že záleží na prostředí (druhu plynu), na teplotě, ale ne na tlaku. Pro vzduch při 0°C je Cs=331m/s a s každým stupněm roste o cca 0,6m/s. Pro spaliny ve výfuku, tedy směs oxidu uhličitého, vodní páry, uhlovodíků, dusíku a nespáleného vzduchu je Cs=480-510m/s, opět záleží na teplotě, tedy i na výkonu motoru.

Pro ověření navrhuji každému udělat si malý domácí pokus. Stačí k tomu láhev vína s válcovým hrdlem, a odměrná nádobka s ryskou na 0,1 litru. Postupným upíjením klesá hladina v lahvi a po zafoukání na její hrdlo se ozývá stále hlubší tón. Masa vzduchu v hrdle stlačuje objem vzduchu v láhvi. Tento objem působí jako pružina, u které tuhost klesá s rostoucím objemem. Sloupec vzduchu pak kmitá v hrdle na vlastní frekvenci tohoto Helmholtzova rezonátoru, kterou si snadno změříte pomocí smartphonu a příslušné aplikace. Výsledky mého pokusu jsou na dalším obrázku. Fyzická délka hrdla se pro výpočet zvětšuje o asi 0,3x až 0,8x s průměr hrdla, dle tvaru přechodu do objemu, na tzv. hydraulickou délku. V mém případě byl nenaplněný objem po otevření asi 30 ml (tedy kubických centimetrů ccm).

Nyní zpět ke koncovce. Zde odkážu na pátý článek, s modelovým výpočtem výfuku, který končí na průměru 22mm. Objem tohoto výfuku je asi 5,6 litru. Pro různé délky L koncovky, od 50mm do 300mm, je na dalším obrázku vypočtená frekvence a tomu odpovídající rychlost otáčení. Takže, kterou si vybrat, když vlastní výfuk jsme naladili na 6500 ot/min?

Zkuste si představit, že namísto hmoty vzduchu je v koncovce, na jejím konci, plunžr připevněný na pružině. Nyní vstupují do hry dynamické jevy. Po otevření výfukového kanálu pístem vznikne na vstupu do výfuku tlaková vlna, která se šíří rychlostí zvuku, a která asi za 1/360 sekundy dorazí k tomuto našemu plunžru. Plunžr se vytlačí ven z koncovky a plyny mají volnou cestu. Plunžr je ovšem na pružině, a tak začne kmitat vlastní frekvencí, vracet se zpátky do koncovky a zavírat ji. Následují další tlakové vlny, v časovém rozestupu dle otáček motoru. Nyní záleží na tom, ve které fázi pohybu plunžru dorazí další tlaková vln s jejím budicím účinkem. Na obrázku jsou čtyři fáze pohybu plunžru, jeho zdvih v závislosti na čase. V první fázi udržují tlakové impulsy plunžr stále otevřený a výfukové plyny můžou kontinuálně odcházet pryč. Pokud přichází následné tlakové impulsy ve druhé fázi, v době pohybu plunžru zpět k potrubí, konec potrubí se opakovaně přiškrcuje a otevírá. Pokud je sled tlakových impulsů ještě pomalejší, plunžr již potrubí zavře a záleží na velikosti tlakového impulsu, jestli dokáže plunžr vyrazit ven z potrubí. Pokud ne, spaliny neodchází ven a ve výfuku se zvětšuje statický tlak, dokud ten nevytlačí plunžr z koncovky. V případě, že tlakový impuls přijde ještě později, plunžr potrubí střídavě zavírá a otevírá. A právě tohle je funkce koncovky výfuku, jakýsi pneumatický špunt řízený budicím impulsem při každé pracovní otáčce motoru.

A nyní zpět, pružina je vzduchová a namísto pevné hmoty plunžru bude hmota plynu. Náš hypotetický motor s objemem válce 250ccm se postupně s kuckáním roztáčí a dosahuje poloviny rezonačních otáček asi 3300 ot/min. Výfukový rezonátor už pracuje a během jednoho otevření výfukových kanálů v něm proběhnou dvě tlakové vlny, které 2x vysají směs z válce do výfuku a 2x ji vrátí zpět. Točivý moment motoru je asi poloviční proti maximu, protože spousta směsi se smísí se spalinami a zůstane ve výfuku.

V této situaci by pomohlo, kdyby ve výfuku byl vyšší statický tlak. V tabulce vlastních frekvencí výfuku s koncovkou je pro délku 200mm vlastní frekvence 44,5Hz, takže s touto koncovkou a s budicími impulsy přicházejícími ve frekvenci 55Hz při otáčkách motoru 3300 by se výfuk stihnul pneumaticky uzavřít a uvnitř by se zvýšil tlak spalin.

Motor se následně roztočí asi na 3900-4000 ot/min, tedy na dolní otáčky. Výplach válce dosahuje nejnižší účinnosti, protože během jednoho otevření výfukových kanálů proběhnou rezonátorem dvě tlakové vlny, které 2x vysají směs z válce do výfuku, ale pouze 1x ji vrátí zpět. Točivý moment motoru je méně než poloviční proti maximu.

Tlak plynů ve výfuku by měl být ještě vyšší, než v polovičních otáčkách. Budicí tlakové impulsy jsou nyní slabé a přichází ve frekvenci 65-67Hz. Kdybychom použili koncovku 100mm dlouhou, vlastní frekvence koncovky je téměř shodná, 63Hz. To by vedlo k tomu, že koncovka se bude pravidelně střídavě pneumaticky uzavírat a otevírat a tlak plynů ve výfuku nebude dostatečný, aby zabránil ztrátám směsi. Raději použijeme 200mm koncovku, s frekvencí 44,5Hz. Budicí impulsy pak budou přicházet ve třetí fázi, během pohybu sloupce plynů v koncovce zpět a koncovka tak bude pneumaticky uzavřená nejdelší čas.

Minimální otáčky našeho motoru jsou asi 5500 ot/min, tedy 92Hz. Tlaková vlna umožní kompletní výplach válce a vrací i směs uniklou do výfuku zpět do válce. Točivý moment motoru rychle roste.

Pro 200mm koncovku s frekvencí 44,5Hz přichází budicí impuls přesně při střídání 2. a 3. fáze, na obrázku nahoře v době, kdy sinusoida přechází pod nulovou čáru a kdy se sloupec plynů v koncovce pohybuje zpět nejvyšší rychlostí. Ve výfuku tak bude poměrně vysoký statický tlak, který zabrání uniku směsi z válce, i když samotná tlaková vlna již doznívá.

Rezonanční otáčky výfukového rezonátoru, kdy tlaková vlna umožní optimální výplach, jsou 6500ot/min, tedy 108Hz. Maximální otáčky jsou asi 7500 ot/min, tedy 125Hz. V tomto rozsahu přichází buzení 200mm koncovky ve fázi dva, plynu pulsují v koncovce téměř stále směrem ven, koncovka se jen částečně pneumaticky uzavírá. Přetlak ve výfuku částečně zabráňuje ztrátám směsi při otáčkách blízkým maximu.

Kdybychom použili 100mm koncovku s frekvencí 63Hz, v maximální otáčkách by přišlo buzení koncovky v době střídání 2. a 3. fáze a výfuk by byl pneumaticky více škrcený. Proti 200mm koncovce by maximální točivý moment v rezonančních otáčkách poklesl, propad výkonu ve vyšších otáčkách by neměl být tak strmý. A naopak, kdybychom pro tento výfuk použili koncovku s frekvencí 27Hz, což by odpovídalo rozměrům, jaké jsou doporučené na stopětadvacítce, tedy průměr 18mm a délka 350mm, v rezonačních otáčkách 6500 ot/min by náš motor měl vysokou výkonovou špičku, ale velmi strmý propad výkonu nad těmito otáčkami, protože budicí impulsy by přicházely do koncovky na konci nebo v průběhu fáze 1 a držely by koncovku pneumaticky stále otevřenou. Pro silniční závodní motorku je taková charakteristika v pořádku, ale ne pro enduro nebo MX.

V praxi se tedy koncovka dělá v doporučeném rozmezí, jak je naznačeno ve třetím díle této série článků. Koncovka nemusí být nutně na konci rezonátoru, ale může být "zapíchnutá" kdekoli do reflexní části. Rezonátor se staví s delší koncovkou, která se pak během zkoušek postupně odřezává (a navařuje zpět).

A tohle všechno pro kus trubky na konci výfuku, taková blbost ... A nakonec vezmete na porovnání dvě úplně stejné motorky. První den budou mít absolutně stejné výkony, ale druhý den bude jedna z nich citelně lepší - jenom proto, že jí někdo přes noc odřezal 30mm z té 200mm koncovky.

Jak se Vám líbil tento článek?

Hodnocení (3x):

Vložení komentáře

Pokud chcete vložit komentář, tak se registrujte a přihlaste.
Komentáře k článku
D-fens napsal 28.02.2018 v 15:35

ještě jednou děkuju

Big.One napsal 20.12.2017 v 13:07

Výborně sepsáno .

abbany napsal 18.12.2017 v 18:05

chtelo by to ke každému podčlánku ješte zvukovou kulisu.

JP78 napsal 18.12.2017 v 09:38

Ahoj. Zajímavý článek. Jdu koupit lahev vína a třeba na něco přijdu .


TOPlist