Проектирование систем выпуска.

Copyright 1998 Vincent Crabtree

Введение.

Этот документ сообщает подробности того, как вычислить размеры для двух- и трехступенчатых диффузоров системы выпуска.

Вся представленная информация была взята из книги "Основы проектирования двухтактных двигателей" ( The Basic Design of the Two Stroke Engine ) и книги "Разработка и моделирование двухтактных двигателей" ( Design and Simulation of Two Stroke Engines ); обе книги написаны профессором Г.П. Блэр-ом ( G.P. Blair) Королевского университета, Белфаст ( Queens University Belfast) , и изданы Обществом Автомобильных Инженеров ( Society of Automotive Engineers ). Если Вы находите этот документ интересным, весьма рекомендую прочесть по крайней мере одну из книг, упомянутых выше, так как они содержат знания автора - пожизненного академика - о двухтактных двигателях.

Базовые величины Так как обе разновидности систем, рассматриваемые в этом документе, зависят от некоторых основополагающих параметров машин, они обсуждены сначала.

Скорость звука в газе (скорость волны давления)

Один из главных параметров - скорость звука, этим определяется скорость волн давления, которую мы используем в резонаторе.

Где: Tk - температура выхлопных газов (в градусах Кельвина)

R = 287 гамма = 1.4, a0, м/с

Следующая задача - определение температуры выхлопных газов, в градусах Кельвина. Температура зависит от режима и типа двигателя, выраженных через BMEP.

Машинно-зависимое Среднее Эффективное Давление ( Brake Mean Effective Pressure, BMEP)

Значение BMEP для двигателя влияет на все расчетные параметры резонатора, и вычисляется как показано:

Где: kW - мощность двигателя, кВт (1 л.с.=0,746 кВт) (1 bhp = 0,746 kW)

SVCC - рабочий объем, см.куб. (SVCC is swept volume, cc)

Rpm - обороты в минуту - частота вращения двигателя (Rpm is engine speed, rpm)

BMEP - давление в барах

Усредненная температура выхлопа

Как только BMEP двигателя определено, средняя температура выхлопа может быть рассчитана по показанной ниже формуле. Это - эмпирическая формула, основанная на замерах во время испытаний.
Где Tk - температура выхлопных газов в градусах Кельвина

BMEP - в барах (Bar)

Эта формула была рассчитана на основе следующей таблицы:
Тип мотоцикла BMEP, бар (Bar) Средн. температура выхлопа, ° C
Мотоцикл Гран При (Grand Prix Racer) 11+ 650
Эндуро ( Enduro ) 8 500
Дорожный ( Roadster ) 5 350

Настроенная длина выпуска

Формулы Блэра подразумевают, что настроенная длина выпуска - до конца сужающегося конуса. Дается формулой ниже.

Где Lt является настроенной длиной (tuned length), мм

a0 - найденная скорость звука, в м/с
Qep - длина фазы выпуска, градусов (exhaust duration, degrees)

Эффективный диаметр выпуска (EXD, Effective Exhaust Diameter)

Это - диаметр трубы, чье сечение соответствует таковому для выхлопного окна.

(Формула для прямоугольного окна. П - число "пи". - прим. перев.)

Где EXD - эффективный диаметр, мм.

width - ширина окна, мм

height - высота окна, мм

Коэффициенты выхлопа.

Есть несколько коэффициентов, используемых в расчетах резонатора - они - функция режима и типа двигателя.

Эти формулы - результат интерполяции табличных данных (ниже), - обратите внимание, что эти двигатели используют бензин, и находятся в диапазоне от 50cc до 500cc на цилиндр. Эта web-страница была кем-то скопирована для использования с калильными (glowplug) двигателями. Сомнительно, чтобы эти формулы пригодны для таких двигателей, так как температура выхлопного газа - намного ниже, а обороты - намного выше. Если бы человек, скопировавший страницы, послал бы по электронной почте запрос, прося меня о разрешении, я мог сказать, что это не подходит.

Класс мотоцикла BMEP, бар (Bar) K0 K1 K2
Эндуро ( Enduro ) 8 0.7 1.125 1.25 2.25
Мотокросс ( Motocross) 9-10 0.65    
Гран При (GP) мотоцикл (Grand Prix Racer) 11+ 0.6 1.05 3.25

Расчет резонатора с двухступенчатым диффузором.

Схема типичной резонансной выпускной системы с двухступенчатым диффузором показана выше.

Обратите внимание, что длина прямой секции трубы LP01 включает длину выпускного патрубка, то есть LP01 измеряется от стенки поршня.

Следующая таблица дает размеры для длин выпускной системы с двумя ступенями расширения.

LP01 = 0.10LT LP12 = 0.41LT LP23 = 0.14LT
LP34 = 0.11LT LP45 = 0.24LT LP56 = LP45

Расчет двухступенчатого диффузора. Таблица дает диаметры двухступенчатого диффузора для резонансной камеры.
D1 = K1.EXD D3 = K2.EXD D4 = K0.EXD

Расчет трехступенчатого диффузора.

Упрощенная схема типичной резонансной выпускной системы с трехступенчатым диффузором показана выше.
Обратите внимание, что длина прямой секции трубы LP01 включает длину выпускного патрубка, то есть LP01 измеряется от стенки поршня.

Вычисление размеров трехступенчатого диффузора.

Следующая таблица дает размеры для длин выпускной системы с тремя ступенями расширения.
LP01 = 0.10LT LP12 = 0.275LT LP23 = 0.183LT
LP34 = 0.092LT LP45 = 0.11LT LP56 = 0.24LT
LP67 = LP56    

Следующая таблица дает диаметры трехступенчатого диффузора

D1 = K1.EXD D4 = K2.EXD D5 = K0.EXD
Видно, что требуются два дополнительных параметра для вычисления диаметра. Они определяются так:

Заметим также, что появился дополнительный коэффициент. Этот коэффициент Kh называется "пиковым коэффициентом" (horn coefficient), с типичными значениями между единицей и двойкой.

Малые величины Kh лучшим подходят для GP двигателей с узкими участками мощности, большие значения - для широкодиапазонных более гибких (flexible) двигателей.

(Речь идет о двигателях с многоступенчатыми КПП и неравномерной характеристикой крутящего момента (GP) - против двигателей с пологой характеристикой - "эластичных", c хорошей "тягой на низах", для езды с нечастым переключением передач - прим. перев.)

Примечания.

В этом документе использованы формулы из книг, упомянутых во введении. Трудно переоценить полезность этих книг для проектирования двухтактников.
Все формулы представлены "как есть", без гарантии пригодности или правильности.
Автор был бы заинтересован в получении сведений от разработчиков, воспользовавшихся представленными здесь данными для изготовления их собственных резонансных систем.
Автор также хотел бы узнать о других формулах, используемых в настоящее время для проектирования резонаторов.
Автор также хотел бы получить конструктивную критику и указания на ошибки в тексте документа.

Винсент Крабтри ( Vincent Crabtree ),

Первые наброски 22 марта 1998. (Word Doc. )
HTML-формат 27 марта 1998.
Окончательная редакция 29-ого июля 2003.

Email: v.p.crabtree@lboro.ac.uk


Оригинал на английском языке находится по адресу: http://www-staff.lboro.ac.uk/~elvpc/progs/expch.html
Перевод, оформление - Лашманов А. Е. 2003 г.

На главную