1. Návrh expanzní komory

    2. Přeložil Jeroným Klimeš 1998

     

    Poznámka: Návrh expanzní komory pro výfuky dvoutaktních motorů, pro závodní motorky. Můj polostrýc je totiž mechanik těchto závodních motorek a motokár a potřeboval přeložit ten článek.

     

    1. Úvod

      2. Tento dokument popisuje detaily k výpočtu rozměrů jak dvou-, tak třístupňových difuzérů xpanzních komor. Všechny uvedené informace pochází z knih: ‘The basic design of the twe stroke engine’ a ‘Design and stimulation of two stroke engines’, které pocházejí z pera profesora G. P. Blair z Queens University Belfast a které vydala Society of Automotive Engineers. Pokud shledáte tento dokument zajímavým, doporučuji vám si přečíst alespoň jednu z uvedených knih, protože obsahují autorovy zkušenosti o dvoutaktních motorech za celý jeho akademický život.

    2. Všeobecný základ

      3. Protože oba návrhy popsané v tomto dokumentu vycházejí z dat získaných z parametrů motoru, jsou nejdříve probrána tato data.

      1. Rychlost zvuku v plynu (rychlost tlakové vlny)

        2. Jedním z hlavních parametrů použitých při návrhu expanzní komory je rychlost zvuku, protože ta určuje rychlost tlakových rázů, které využíváme v komoře.

        a0 = Ö (g * R * Tk)

        Kde:

        Tk je teplota výfukových plynů v Kelvínech.

        R je 287.

        g je 1,4.

        a0 je v m/s.

      2. Naladěný stav motoru (Střední efektivní brzdný tlak, dále jen BMEP)

        3. Nyní je třeba určit teplotu výfukových plynů v Kelvinech. Ta je obvykle funkcí naladěného stavu motoru neboli BMEP. Hodnota BMEP se používá v několika parametrech návrhu expanzní komory a počítá se následovně:

        BMEP = (600000 * kW) / (SVCC * rpm)

        Kde:

        kW je síla motoru v kW (1bhp = 746W)

        SVCC je zdvihový obsah válce (kubatura), cm3

        Rpm je rychlost motoru, ot/min.

        BMEP je v barech.

      3. Průměrná výfuková teplota

        4. Po určení BMEP můžeme z následujícího vzorečku vypočítat průměrnou výfukovou teplotu. Toto jsou empirická měření založená na odečtech vzatých během dynamotestů.

        Tk = 534,67 * e0,0485BMEP

        Kde: Tk je teplota výfukových plynů v Kelvinech.

        BMEP je v barech.

        Tento vzorech byl vypočítán z následující tabulky.

        Motocykl

        BMEP, bary

        Průměrá výfuková telplota,oC

        Grand Prix Racer

        11+

        650

        Enduro

        8

        500

        Roadster

        5

        350
      4. Naladěná délka výfuku

        5. Blairův vzorec předpokládá, že naladěná délka výfuku je vzálenost k bodu (kraji) na výpustném kuželu a je dána následujícím vzorcem.

        Lt = (1000 * a0 * q ep) / (12 * rpm)

        Kde:

        Lt je naladěná délka, mm

        a0 je v m/s.

        q ep je trvání výfuku, stupně

      5. Účinný výfukový průměr (EXD)

        6. Jedná se o průměr trubice, jejíž plocha odpovídá ploše výfukové brány.

        EXD = Ö ((4 * šířka * výška) / P )

        Kde:

        EXD je účinný průměr, mm

        Šírka je šířka brány, mm

        Výška je výška brány, mm

        P - Ludolfovo číslo, 3,14159

      6. Výfukový koeficient

      Existuje několik koeficientů, které se používají při návrhu expanzní komory. Jsou funkcí naladěného stavu motoru.

      K0 = 1,03220 * e-0,0498BMEP

      K1 = 1,98990 * e-0,0581BMEP

      K2 = 0,08439 * e0,1226BMEP

      Tyto vzorce jsou interpolovány z následující tabulky:

      Druh motocyklu

      BMEP, bary

      K0

      K1

      K2

      Enduro

      8

      0,7

      1,125

      2,25

      Motocross

      9 - 10

      0,65

      		    

      GP Racer

      11+

      0,6

      1,05

      3,25
    3. Výpočet rozměrů dvoustupňového difuzéru expanzní komory

      4. [sem vložit obr. 1]

      Diagram typického dvoustupňového difuseru expanzní komory.

      Všimněte si, že délka holé trubkové sekce LP01 zahrnuje délku výfukové brány, tzn. LP01, se měří od povrchu pístu.

      1. Výpočet rozměrů - dvoustupňový difuzér

      Následující tabulka ukazuje velikosti poloměrů jednotlivých sekcí dvoustupňového difuzéru expanzní komory.

      D1 = K1 * EXD

      D3 = K2 * EXD

      D4 = K0 * EXD

      D2 = D3 * (LP12 / (LP12 + LP23))1,33

      Následující tabulka ukazuje rozměry délek sekcí dvoustupňového difuzéru expanzní komory.

      LP01 = 0,10 * LT

      LP12 = 0,41 * LT

      LP23 = 0,14 * LT

      LP34 = 0,11 * LT

      LP45 = 0,24 * LT

      LP56 = LP45

    4. Výpočet rozměrů trojstupňového difuzéru expanzní komory

      5. [sem vložit obr. 2]

      Hrubý diagram typického trojstupňového difuseru expanzní komory.

      Všimněte si, že délka holé trubkové sekce LP01 zahrnuje délku výfukové brány, tzn. LP01, se měří od povrchu pístu.

      1. Výpočet rozměrů - trojstupňový difuzér

Následující tabulka ukazuje velikosti poloměrů jednotlivých sekcí dvoustupňového difuzéru expanzní komory.

D1 = K1 * EXD

D4 = K2 * EXD

D5 = K0 * EXD

D2 = D1 * ex12

D3 = D1 * ex13

X12 = (L12 / (L12 + L23 + L34))Kh * Loge(D4 / D1)

X13 = ((L12 + L23) / (L12 + L23 + L34))Kh * Loge(D4 / D1)

Všimněte si, že byl zaveden nový koeficient. Koeficient Kh se nazývá rohový, s hodnotami obvykle mezi jednou až dvěma. Malé hodnoty Kh se nejlépe hodí pro motory GP s úzkými silovými kroužky. Větší hodnoty jsou pro širší, pružnější motory.

Následující tabulka ukazuje rozměry délek sekcí dvoustupňového difuzéru expanzní komory.

LP01 = 0,100 * LT

LP12 = 0,275 * LT

LP23 = 0,183 * LT

LP34 = 0,092 * LT

LP45 = 0,110 * LT

LP56 = 0,240 * LT

LP67 = LP56