Radeck14 pisze:
maciek111, a są takie? Nie sądzę. W 4t wydech pełni funkcję jedynie wyciszania odgłosu silnika -,-
cytuje z forum alfy
,,W układach wydechowych występują zjawiska dynamiczne i falowe
Działania dynamiczne
W miarę wzrostu prędkości obrotowej silnika, wzrasta intensywność i prędkość gazów wydechowych wypychanych z cylindra do rury wydechowej przez coraz szybciej poruszający się tłok. Początkowo spaliny wypychane są z prędkościami analogicznymi do chwilowej prędkości tłoka, który jak wiemy, zatrzymuje się w GMP i DMP ( górnym i dolnym martwym punkcie ), a największą prędkość osiąga w połowie skoku. Po przekroczeniu pewnej prędkości obrotowej, a tym samym pewnej intensywności i prędkości przepływu, poruszający się w rurze słup gazu przestaje naśladować prędkość poruszającego się tłoka i skutkiem swej bezwładności ( wszak posiada pewną masę ) zaczyna poruszać się z dużą prędkością ( nawet wtedy gdy tłok zwalnia i już go nie wypycha ) - powodując powstawanie za sobą podciśnienia. Podciśnienia to zaczyna intensywnie odsysać z cylindra pozostałe gazy spalinowe, a jednocześnie w fazie współotwarcia zaworów zasysać świeże powietrze z układu ssącego, zanim jeszcze tłok przejdzie przez GMP i swoim ruchem w dół, wymusi powstanie podciśnienia. Wszystko to razem powoduje poprawę napełnienia cylindra świeżym ładunkiem, a tym samym wzrost wartości momentu obrotowego.
Moment rozpoczęcia działania dynamicznego w układzie wydechowym, łatwo zauważyć prowadząc samochód. Najlepiej jest ruszyć z II lub III biegu z wolnych obrotów, wciskając następnie gwałtownie pedał gazu do oporu. Początkowo samochód będzie bardzo słabo przyspieszał, jednak po przekroczeniu pewnych obrotów nastąpi wyraźna i dość gwałtowna poprawa dynamiki, będąca skutkiem powstania i zadziałania zjawisk dynamicznych w układzie wydechowym.
Efektywność działania zjawisk dynamicznych zależy od masy słupa gazu, czyli od długości rury. Im krótsza rura tym słabszy efekt. Moment rozpoczęcia działania zjawisk dynamicznych zależy od intensywności i prędkości przepływu gazów spalinowych w rurze, zależy więc od jej średnicy. Jej zmniejszenie spowoduje przesunięcie efektu w zakres niższych obrotów, a zwiększenie w zakres obrotów wyższych.
Działania falowe
W chwili otwarcia zaworu wydechowego wydostające się spaliny tworzą falę nadciśnienia, która przemieszcza się od gniazda wydechowego do końca rury. Na końcu rury, na skutek różnicy ciśnień, fala odbija się zmieniając znak i już jako fala podciśnienia wraca do gniazda wydechowego. Prędkość przemieszczania się fali wynosi 510 m/sek ( jest to średnia prędkość dźwięku przy ciśnieniu i temperaturze w wydechu ). W czasie gdy wspomniana fala beztrosko sobie leci tam i z powrotem, wał korbowy silnika wykonuje pewien kąt obrotu. Ten kąt obrotu zależy od chwilowej prędkości obrotowej silnika oraz od długości rury.
Im krótsza rura, tym fala wróci wcześniej, a wał korbowy zdąży się obrócić o mniejszy kąt. Im szybsze obroty silnika tym w trakcie podróży fali w rurze, wał korbowy zdąży obrócić się o większy kąt. Pamiętajmy, że w rozpatrywanym przez nas przypadku silnik się rozpędza, więc nieustannie zwiększa prędkość obrotową, natomiast fala porusza się z prędkością stałą w określonej długości rurze.
Dopóki powracająca z wydechu fala podciśnienia wraca do cylindra zanim zacznie otwierać się zawór ssący, początkując fazę współotwarcia zaworów - jej działanie jest niewielkie. Co prawda wspomaga opróżnianie cylindra z gazów wydechowych, ale nie wspomaga zasysania świeżego ładunku i nie zapobiega wtłaczaniu do kolektora ssącego spalin w początkowej fazie otwierania się zaworu ssącego. Pamiętajmy, że tłok jest jeszcze przed GMP i swoim ruchem wypycha spaliny.
Sytuacja ulega zmianie gdy powracająca z wydechu fala podciśnienia pojawi się w cylindrze w początkowym momencie otwierania się zaworu ssącego, rozpoczynając okres działania falowego wydechu. Od tego momentu pomimo powiększającej się szczeliny w zaworze ssącym, spaliny już nie są wtłaczane do układu ssącego. Pomimo trwającej fazy wydechu, z układu ssącego jest zasysane świeże i zimne powietrze przy jednoczesnym odsysaniu spali do wydechu. W sumie występuje gwałtowna poprawa napełnienia i tym samym wzrost momentu i mocy.
Co dzieje się dalej. Silnik nadal się rozpędza i to coraz żwawiej, a fala nadal się przemieszcza w rurze ze stała prędkością. W związku z tym, powracająca fala podciśnienia, która w fazie początkowej wróciła na początek otwierania się zaworu ssącego, zaczyna wracać coraz później, przy coraz większym jego otwarciu. Powoduje to również coraz większy efekt działania falowego, który swe maksimum osiąga w momencie gdy fala wróci w okolicy maksymalnego współotwarcia zaworów. Przy dalszym wzroście obrotów, fala podciśnienia zaczyna wracać po GMP. Działanie falowe się kończy z chwilą gdy powracająca fala podciśnienia wróci za późno i zastanie zamknięty zawór wydechowy. Odbije się od niego bez zmiany znaku i wróci jako fala podciśnienia.
Siła odbicia fali zależy od różnicy ciśnień i ilości odbić. Najmocniejsze jest odbicie pierwsze, a każde następne słabsze o ok. 12%. Z tego powodu należy obliczać długość rur dla możliwie najmniejszej liczby odbić. Praktycznie w większości przypadków możliwe jest stosowanie rur obliczonych dla 2 odbicia.
Jeżeli zaś chodzi o siłę odbicia fali, to jest ona tym większa im większa jest różnica ciśnień. A różnica ciśnień jest z reguły tym większa im większa jest różnica średnic. Dlatego najbardziej skutecznym rozwiązaniem jest wprowadzenie rur z poszczególnych cylindrów do wspólnej puszki pojemnościowej lub w przypadku braku możliwości zastosowania puszki, do wspólnej rury zbiorczej o odpowiednio dużej średnicy.
Zakres działania falowego wydechu
Działanie falowe wydechu zaczyna się w momencie gdy powracająca fala podciśnienia wróci do cylindra na samym początku otwarcia zaworu ssącego, a kończy się, gdy wróci na końcu zamknięcia zaworu wydechowego. Tak więc o zakresie działania falowego wydechu decydują czasy wałka rozrządu. Oczywiście jak wszystko w silniku, tak i zakres działania wydechu można obliczyć, dzieląc całkowitą długość krzywki wydechowej przez kąt między osiami krzywek wydechowych i ssących. Obliczając, należy stosować jedną miarę, czyli nie mieszać kątów na wałku rozrządu z kątami na wale korbowym. Kąty na wałku będą dwa razy mniejsze, ponieważ na jeden obrót wałka rozrządu, wał korbowy wykonuje dwa obroty.
Dla przykładu obliczmy ów zakres dla dwóch wałków rozrządu, sportowego i seryjnego i porównajmy je.
Wałek sportowy niech ma kąt całkowitego otwarcia zaworu 300 stopni, a kąt między osiami krzywek 210 stopni. Zakres działania falowego wydechu będzie wynosił 300/210 czyli 1,428.
Cóż to oznacza? Oznacza to, że jeżeli nasz wydech ( skutkiem obliczonej długości rur ) zacznie działać falowo przy X obrotów, to zakończy działanie przy X*1,428. Jeżeli więc zacznie działać np. przy 4000 obr/min, to skończy przy 4000*1,428 = 5712 obr./min.
Wykonajmy teraz takie same obliczenia dla przeciętnego, seryjnego wałka rozrządu, którego całkowity kąt otwarcia zaworu wynosi 225 stopni, a kąt między osiami krzywek 220 stopni. Teraz zakres działania falowego wydechu wyniesie 225/220 a więc zaledwie 1,022. Jeżeli więc zacznie działać falowo również przy 4000 obr/min, to zakończy przy 4000*1,022 czyli już przy 4088 obr/min.
Jak widzimy, na przykładowym, sportowym wałku rozrządu, układ wydechowy działa falowo w zakresie od 4000 do 5712 obr/min, a na wałku seryjnym od 4000 do zaledwie 4088 obr/min.
Powyższy przykład pokazuje, że stosowanie układów wydechowych ( wykorzystujących zjawiska falowe ), do silników z krótkimi czasami rozrządu - nie ma sensu, bo ich kąty współotwarcia zaworów umożliwiają wykorzystanie tych zjawisk w tak wąskim zakresie obrotów, że dla osiągów silnika są one praktycznie bez znaczenia.
Dlatego do silników z krótkimi czasami rozrządu ( większość silników seryjnych ), konstruuje się układy wydechowe działające wyłącznie dynamicznie. Oczywiście należy je obliczać tak, jak dla działania falowego, ale z wyników obliczeń brać pod uwagę i stosować jedynie obliczoną średnicę rur, pojemność całkowitą i średnicę wylotu spalin do atmosfery. Natomiast długości rur kolektora wydechowego mogą być znacznie krótsze od obliczonych i nie muszą mieć równej długości.
Poniżej wykres przedstawiający w rozwinięciu czasy rozrządu 40/80 80/40. Fala nadciśnienia (+), powstająca w momencie otwarcia wydechu ( w tym wypadku 80 stopni przed DolnymMartwymPunktem tłoka ), przemieszcza się do końca rury ( pozioma linia na dole ), odbija się na różnicy ciśnień i już jako fala podciśnienia (-) wraca do gniazda wydechowego. W miarę wzrostu obrotów jej powrót następuje w coraz większym oddaleniu kątowym od punktu powstania ( bo fala porusza się z prędkością stałą, a silnik przyspiesza ). Przy określonych dla konkretnej długości rury obrotach, powracająca fala podciśnienia trafia na początek otwarcia zaworu ssącego i jest to początek działania falowego wydechu. W miarę wzrostu obrotów, powrót fali podciśnienia wraca coraz później. Mija GMP (maksymalne działanie fali ) i przy określonych obrotach, wynikających z wielkości kąta współotwarcia zaworów, trafia na moment zamknięcia zaworu wydechowego 40 stopni po GMP i jest to koniec działania falowego wydechu.
W samochodach do sportu lub wyczynu, w których mamy możliwość zmiany przełożeń skrzyni biegów i dopasowania ich do charakterystyki silnika, zakres działania wydechu jest wyłącznie wynikiem obliczeń silnika i jest z jego charakterystyką ściśle związany.
W pozostałych samochodach, zakres działania falowego wydechu z reguły dobierany jest do najbardziej niekorzystnego przełożenia skrzyni biegów. Chodzi bowiem o to, aby działanie falowe wydechu wspomagało wymianę ładunku w całym zakresie obrotów użytkowych. Tak, aby silnik zakręcony do maksymalnych obrotów na jednym biegu, po zmianie biegu na wyższy, nie spadł na obroty, których działanie falowe wydechu jeszcze nie obejmuje.
Ważne wymiary układu wydechowego to:
średnica wewnętrzna rur
długość rur
pojemność całego układu wydechowego
średnica wylotu spalin do atmosfery
Średnica wewnętrzna rur
Dla uzyskania maksymalnej mocy pole przekroju pojedynczej rury wydechowej jednego cylindra, powinno być równe polu powierzchni szczeliny zaworowej zaworu ssącego lub zaworów ssących ( jeżeli są dwa lub więcej ) przy ich maksymalnym otwarciu. Obliczona w ten sposób średnica wewnętrzna rury, najczęściej nie występuje w przyrodzie jako gotowa średnica rury handlowej. Z tego powodu niemal wszystkie prawdziwie wyczynowe układy wydechowe muszą być budowane z rur o średnicach robionych na zamówienie. Czasami są to rury ze szwem, czyli zwijane z blachy i spawane, lecz najczęściej rury przeciągane na potrzebny wymiar na tzw. przeciągarce.
Wzór na optymalną średnicę pojedynczej rury wydechowej jednego cylindra
D=2*(i*((H-(R-r))^2+(R-r)^2)^0,5*(R+r))^0,5 ( mm )
gdzie
D = średnica wewnętrzna rury w mm
R = promień zewnętrznej przylgni zaworowej w gnieździe ssącym w mm
r = promień wewnętrznej przylgni zaworowej zaworu ssącego w mm
H = maksymalny wznios zaworu w mm
i = ilość zaworów ssących w cylindrze
Obliczona w w/w sposób średnica rury, jest optymalna zarówno do układów działających falowo/dynamicznie jak również dla układów wydechowych działających wyłącznie dynamicznie.
Długość rur wydechowych
Dla określonych czasów wałka rozrządu, o obrotach silnikach, przy których wystąpi działanie falowe wydechu, decyduje długość rur wydechowych.
Przyjmijmy dla przykładu, że czasy rozrządu w naszym silniku, to 40/80 80/40. Wałek taki ma długość 40+80+180=300 stopni. Do obliczeń potrzebny nam jest kąt zawarty pomiędzy początkiem otwarcia wydechu, a początkiem otwarcia ssania - mierzony na wale korbowy, a nie na wałkach rozrządu ( na wałkach będzie bowiem dwa razy mniejszy ). W przypadku, gdy krzywka ssąca i krzywka wydechowa będą identyczne, będzie to po prostu kąt między osiami krzywek i w naszym przypadku będzie wynosił 80-40+180=220 stopni.
Załóżmy teoretycznie, że naszym zamiarem jest aby ów wydech zaczął działać falowo od 4000 obr/min. Cztery tysiące obrotów na minutę, to 4000/60=66,66 obrotów na sekundę, a ponieważ jeden obrót ma 360 stopni, to jednocześnie 66,66*360=24000 stopni/sek. Jeżeli w ciągu jednej sekundy nasz wał wykorbiony pokonuje kąt 24000 stopni, to na pokonanie kąta 220 stopni, potrzebuje 220/24000=0,00917 sek.
Fala w wydechu porusza się ze średnią prędkością 510 m/sek, zatem w czasie 0,00917 sek. przebędzie drogę 510*0,00917=4,6767 m, czyli 467,67 cm. Ponieważ jest to droga od gniazda wydechowego do końca rury i z powrotem, długość rury musi wynosić połowę tej wartości, czyli 467,67/2=233,84 cm.
Obliczyliśmy właśnie długość potrzebnej nam rury wydechowej dla wałka 300 stopni z kątem między osiami 220 stopni dla początku działania falowego wydechu od 4000 obr/min i dla tzw. pierwszego odbicia, tzn. leci raz do końca, raz się odbija zmieniając znak i raz wraca. Co prawda impuls podciśnienia z pierwszego odbicia jest największy, jednak wykonanie kolektora wydechowego z rurami o długości 233,84 cm byłoby trochę skomplikowane, jeżeli nie niemożliwe. Dlatego też powszechnie i praktycznie układ oblicza się dla drugiego odbicia, a wtedy potrzebna nam rura musi mieć połowę obliczonej pierwej długości, czyli 233,84/2=116,92 cm. Po odliczeniu długości kanału wydechowego w głowicy, ( zakładając, że ma on akurat długość 16,92 cm ), potrzebna nam rura przykręcana do głowicy, będzie musiała mieć długość 1 m.
Długość rury dla drugiego odbicia fali, obliczamy ze wzoru:
L=K/n*2125 ( cm )
A ponieważ nie zawsze długość rur obliczamy dla 2 obicia, poniżej wzór na długość rury dla dowolnego ( x ) odbicia fali:
L=K*4250/(n*x) ( cm )
gdzie
L = długość pojedynczej rury w cm ( mierzona od gniazda zaworu ) ciego
K = kąt między osiami krzywek ( mierzony na wale korbowym )
n = obroty początku działania falowego wydechu
x = odbicie fali
Pojemność całego układu wydechowego
Pojemność całego układu wydechowego ma bardzo duże znaczenie, ponieważ potęguje działanie rur. Podobnie jak w instrumentach muzycznych pudła rezonansowe potęgują działanie strun i podobnie jak w instrumentach muzycznych, duża pojemność wzmacnia niskie częstotliwości, a mała pojemność wysokie.
Dla jednocylindrowego silnika, pojemność całego układu wydechowego powinna być równa pojemności rury o wyliczonej średnicy i wyliczonej długości dla pierwszego odbicia fali. Oczywiście, jeżeli silnik jest wielocylindrowy, to pojemność całkowita układu wydechowego powinna być równa sumie pojemności rur wydechowych o wyliczonej średnicy i długościach rur wyliczonych dla pierwszego odbicia fali. Jednak najczęściej rury kolektora wyliczamy dla drugiego lub trzeciego odbicia fali i wtedy brakującą pojemność zawieramy w puszcze pojemnościowej lub w rurze zbiorczej i tłumikach komorowych. W przypadku stosowania tłumików absorpcyjnych ( wypełnionych specjalną wełną ), należy do wyliczonej pojemności całego układu dodać pojemność traconą na w/w wełnę.
Na pojemność całkowitą układu wydechowego silnika wyczynowego składa się pojemność rur ( od zaworów wydechowych ) oraz pojemność puszki rezonansowej lub rury zbiorczej.
Na pojemność całkowitą układu wydechowego do dupowozu składa się pojemność rur kolektora wydechowego ( od zaworów wydechowych ), pojemność rury zbiorczej oraz tłumików.
Wzór na pojemność całego układu wydechowego, od gniazd wydechowych do końca układu:
V=K*13351,77*(D/2)^2*C/n cm3
gdzie
V = całkowita pojemność układu w cm3
C = ilość cylindrów
K = kąt między osiami krzywek
D = obliczona średnica rury w cm !!!
n = obroty początku działania falowego wydechu
Jeżeli obliczamy i konstruujemy układ wydechowy do silnika wyczynowego lub sportowego ( posiadającego odpowiednio długie czasy rozrządu ), to pojemność całego układu wydechowego obliczamy dla n równego żądanym obrotom początku działania falowego wydechu.
Jeżeli zaś obliczamy i konstruujemy układ wydechowy do dupowozu, to pojemność całego układu wydechowego obliczamy dla n=1500. Robimy tak dlatego, że czasy rozrządu w dupowozie są bardzo krótkie wiec uniemożliwiają działanie falowe i układ będzie działał wyłącznie dynamicznie. Obliczenie pojemności dla n=1500 bardzo korzystnie wpłynie na elastyczność dupowozowego silnika.
Średnica wylotu spalin do atmosfery
Zdławienie na wylocie układu wydechowego lub puszki pojemnościowej potrzebne jest, aby stwarzać odpowiednie przeciwciśnienie umożliwiające działanie pojemności układu na podobieństwo sprężyny o potrzebnej twardości. Przeciwciśnienie ma również zapobiegać wylatywaniu do rury wydechowej ładunku świeżej mieszanki, który w trakcie współotwarcia zaworów został zassany do cylindra po czym za spalinami wyssany do rury wydechowej.
W silnikach wyczynowych przekrój wylotu spalin do atmosfery jest obliczany w zależności od kąta zamknięcia zaworu wydechowego. W silnikach niewysilonych powinien być równy najwęższemu przekrojowi w układzie ssącym.
Reasumując:
o obrotach początku działania falowego wydechu decydują długości rur
o zakresie działania falowego wydechu decydują czasy rozrządu
o obrotach początku działania dynamicznego wydechu decydują średnice rur
o skuteczności działania dynamicznego, decyduje pojemność układu i średnica wylotu
Read more:
http://www.forum.alfaholicy.org/145_146 ... z2mpbCsPT0 ,,
Patrykoo
