Продувочный насос двухтактного двигателя.

Как известно, у большинства 2т двигателей для продувки используется поршневой насос. От эффективности его работы напрямую зависит эффективность очистки цилиндра от отработавших газов, а также эффективность заполнения его свежей смесью. Я предлагаю рассмотреть модель работы поршневого продувочного насоса, а также способы улучшения его показателей. Итак рассмотрим работу продувочного насоса на примере двигателя Иж Планета 3. Этот двигатель является достаточно древним. Со времён его прародителя DKW350 поменялось не так много. По большому счёту все изменения касались расширения фаз и подбора карбюраторов и глушителей. Единственное кардинальное изменение в конструкции получила П5, в виде настроенного резонатора. Но в рассматриваемом нами продувочном насосе всё оставалось так как прежде за всю историю завода. В этой работе я постараюсь показать значение продувочного насоса в работе двухтактного двигателя, а также пролить свет на принципы работы таких устройств как самодействующий лепестковый клапан, не особо вдаваясь, однако, в конструкцию этого устройства. Для начала определимся с основными параметрами и геометрическими размерами, которые нам понадобятся: Ход поршня - 85 мм Диаметр цилиндра - 72 мм Площадь поршня - 40,72 см2 Неактивный объём кривошипной камеры - 1078 см3(данные приблизительных рассчётов) Объём камеры сгорания - 50 см3 Высота впускного окна - 31 мм Высота продувочных окон - 19 мм Высота выпускных окон - 28 мм Для любой модели необходимы допущения или упрощения реальных процессов. В данной модели я принял следующие упрощения: -отсутствует сопротивление движению газа в трубопроводах. -скорость и инерция движения смеси достаточно мала. -давление сразу за карбюратором равно атмосферному. (То есть фильтр не оказывает никакого сопротивления движению смеси) Рассмотрим работу продувочного насоса по порядку от ВМТ. 1. Открыто впускное окно. При движения поршня вниз вытесняется 126 куб. см. смеси во впускной трубопровод. Так как окно открыто, давление в КШК равно атмосферному давлению 2. Поршень сжимает смесь в КШК. 3. Происходит продувка. 219 см3 смеси прокачивается через продувочные каналы в цилиндр. 4. Поршень двигаясь вверх при открытых продувочных окнах всасывает часть смеси из цилиндра обратно 5. В КШК создаётся разрежение. 6. В кривошипную камеру из впускного патрубка под действием разрежения и дальнейшего движения поршня всасывается 268 см3 свежей смеси. Однако часть смеси тут же выбрасывается обратно уже в начале следующего оборота.(См пункт 1). Итак по этой таблице мы видим, что реальная производительность продувочного насоса равна 142 см3. Это составляет 41% от геометрического объёма цилиндра. По данным книги "Ижевские спортивные мотоциклы", в реальности, этот параметр составляет от 50 до 70%. Несмотря на это, неэффективность работы продувочного насоса очевидна. По сути, рабочий объём двигателя наших Ижей эквивалентен 4т двигателю объёмом 284 см3 (2х142см3). Так что разговоры от том может ли стандартный Иж "уделать" 400-ку бессмысленны. Естественно возникает вопрос. А как же японские двухтактники, которые с тех же 350 кубиков снимают по 60 л.с? Частично ответ на этот вопрос можно найти в книге про... компрессоры. Поршневые компрессоры, которым по сути и является наш продувочный насос, все имеют клапанный механизм. НО! Это не такие клапаны как у 4т. В большинстве случаев на поршневых компрессорах стоят самодействующие клапаны, которые состоят всего из 2 деталей. Седла и собственно самого клапан. Клапан в таких компрессорах открывается и закрывается благодаря разнице давлений по разные его стороны. С небольшим отличием уже привычный нам лепестковый клапан и есть аналог этого самодействующего клапана. При разнице давлений в пользу впуска он открывается, а при разнице давлений в пользу кривошипной камеры закрывается. В отличие от золотника самодействующие клапаны сами выбирают момент, чтобы закрыться и соответственно более эффективно используют энергию быстро движущейся смеси. Итак насколько же эффективно использование самодействующих клапанов в пределах данной модели? Взгляните на следущюю таблицу. Здесь представлен тот же двигатель, но впускной канал регулируется самодействующим клапаном. Как видно, эффективность работы продувочного насоса возросла вдвое. Это означает, что мощность двигателя должна увеличиться также вдвое. Но здесь есть одно но. Цикловая подача продувочного насоса превышает эффективный объём цилиндра. Это означает то, что часть смеси должна вылететь в выхлопную трубу. В реальности этого не происходит, а всё потому что конструкция глушителя предполагает систему торможения выхлопных газов для снижения шума. Одновременно с шумогашением глушители выполняют одну очень важную роль. Обратите внимание: внутренний диаметр одного выпускного патрубка Планеты 3-01 - 42 мм, а выпускное отверстие в глушителе имеет диаметр всего 16 мм! То есть по закону Бернулли давление в глушителе должно быть выше атмосферного. Это значит, что и в момент продувки, и в момент закрытия выпускного окна газы в цилиндре находятся под повышенным давлением. Следовательно, свежая смесь занимает объём меньше чем она занимала при атмосферном давлении и никуда не вылетает. Кстати именно из-за этого эффекта выпускной системы у Ижей нельзя вынимать сетки из глушителей, а также необходимо тщательно следить за герметичностью патрубков системы выпуска... Как мы видим во втором случае остался резерв повышения эффективности продувочного насоса. А именно 77 куб. см. которые возвращаются из продувочных каналов в КШК. В принципе в данном случае можно поступить абсолютно так же как в случае с обратным выбросом во впускной канал. То есть установить в продувочные каналы самодействующие клапаны. В этом случае эффективность продувочного насоса достигает максимума. Фаза впуска растягивается до 180 градусов, максимальное давление в КШК растёт до 1,25. С пользой используется весь ход поршня и весь объём цилиндра. Результат этого нововведения можно увидеть в таблице 3. Как говорится: без комментариев. Вопрос возникает только один: какое давление должно быть в выпускной системе для того, чтобы весь этот объём смеси полностью использовался в цилиндре? Для ответа на этот вопрос сделаем небольшой подсчёт: Эффективный объём цилиндра = 313 см3 (исходя из высоты выпускного окна) Цикловая подача продувочного насоса = 346 см3. Для того, чтобы цикловая подача уместилась в эффективном объёме цилиндра, необходимо, чтобы на момент закрытия выпускного окна в цилиндре было давление = 346/313 = 1,11 атм. Чем шире фаза выпуска, тем больше должно быть давление. Кстати, избыточное давление на момент закрытия выпускного окна увеличивает действительную степень сжатия. Например: степень сжатия данного мотора равна е = (313+50)/50 = 7,26 Однако при давлении 1,11 атм при закрытии окна, степень сжатия увеличивается аж на 11% и становится равна 8,05. Как раз этим я могу объяснить рекомендацию Григорьева относительно диаметра трубки на выходе из резонатора. Повышенное сопротивление на выпуске увеличивает на высоких оборотах действительную степень сжатия мотора, что приводит к детонации и прогоранию поршня. Однако вопросы на этом не заканчиваются: Почему клапаны в продувочных каналах не нашли столь широкого применения как клапаны на впуске? Для чего делают окно в поршне? В общем ответ на этот вопрос возник как то сам по себе. Внимание на таблицу 4. Этот вариант отличается от стандарта тем, что кроме самодействующего клапана на впуске в средней части поршня проделано окно. Оно оказывается открыто в момент продувки. (впускной клапан однако не даёт смеси пойти "не туда") Таким образом при движении поршня вверх смесь засасывается в КШК, но не из перепускных каналов, а через окно в поршне из впускного. Это происходит также из-за инерции смеси в продувочных каналах. Ответ на данные вопросы такой: отверстие в поршне сделать намного проще, чем клапаны в каналах, особенно этих каналов больше двух. Большое значение кроме цикловой подачи необходимо уделить также давлению продувки или степени сжатия в кривошипной камере. Давление продувки обозначенно в таблицах числом х. То есть для меня это пока неизвестная величина. Вероятно следущая статья будет посвящена как раз ей. Почему я не пытаюсь дать примерное значение сейчас? Потому что на данный момент в моей модели 2т ДВС отсутствует система выпуска. Рассмотрим степень сжатия продувочного насоса, а также изменение давления в нём. Степень сжатия зависит от неактивного объёма кривошипной камеры и рассчитывается следующим образом: Сумма активного и неактивного объёмов делится на неактивный объём. Активный объём - это объём вытесненный поршнем при движении поршня от ВМТ к НМТ. 346 см3. Неактивный объём был рассчитан на данных измерений геометрических размеров КШК. И равен приблизительно 1078 см3. Таким образом полная степень сжатия равна 1,32. В книгах "Ижевские спортивные мотоциклы" и "Two-Stroke TUNER’S HANDBOOK" указан оптимальный диапазон для степени сжатия в КШК 1,4-1,5. Однако максимальное давление в КШК не превышает 1,25. Так как часть нагнетающего хода приходится на открытые перепускные каналы. Большое значение для процесса продувки имеет разница между давлением в КШК на момент открытия продувки и давлением в цилиндре. Повторюсь, что оптимальное давление в цилиндре в период продувки - 1,11 атм. Это наилучший вариант с точки зрения очистки цилиндра от отработавших газов и выброса смеси в выпуск. Чем выше будет разница между этими параметрами, тем качественнее будет проходить процесс продувки. А теперь постараемся объединить всё, что мы здесь натворили. Клапан на впуске увеличивает цикловую подачу смеси в два раза. Это уже может означать увеличение мощности в 2 раза. Клапаны в перепускных каналах увеличивают подачу ещё на 77 см3. Однако этот путь не является традиционным. Обычно для такого же эффекта достаточно просто сделать впуск в основание цилиндра (чтобы впускной канал не перекрывался поршнем). При переделке двигателей старой схемы в таком случае обычно делают окно в поршне. Для того, чтобы увеличение подачи не пошло кату под хвост необходимо настроить выпускную систему на резонанс. Так как я не знаю как это сделать для всего рабочего диапазона, я пойду немного другим путём и предложу использовать газовый редуктор на выходе из основного объёма выпускной системы. Он увеличит давление в цилиндре до необходимых 1,11 атм. Чем отличается газовый редуктор от, например, акустического фильтра, ведь он тоже увеличивает давление? А тем, что газовый редуктор автоматически изменяет свою пропускную способность в зависимости от подачи, и при этом поддерживает давление постоянным на всём диапазоне. А акустический фильтр просто увеличивает своё сопротивление при увеличении скорости газа. Таким образом мощность двигателя можно увеличить в 2.5 раза, а именно с 18 до 45 л.с. Однако не обольщайтесь. Мощность эта всего лишь теоретическая. Для того, чтобы получить такую мощность на реальном двигателе, необходимо максимально уменьшить действие тех факторов, которые я упустил для упрощения модели. А именно: сопротивление движению газов по каналам, для чего нужно уменьшить их скорость. Скорость газа напрямую зависит от площади сечений и частоты вращения КВ. Частоту вращения можно ограничить, но в таком случае ограничится и максимальная мощность. Так что для того, чтобы гарантированно получить мощность 45 л.с с Планетовского двигла необходимо максимально, до одури увеличить площадь сечения всех каналов. Чем больше, тем лучше. Вплоть до площади поршня 40,72 см2. Карбюратор тоже необходимо менять. Один карб с большой дыркой нафиг. Проще взять два с диаметром диффузора 26 мм... (to be continued) З.Ы. Вот такие пироги, братва. Не забывайте, что Планета это очень древняя конструкция и запас прочности заставляет думать не о увеличении, а о уменьшении мощности. Эта статья не руководство к действию, а набор ответов на некоторые вопросы, которые возникают при рассмотрении современных конструкций 2т двигателей. З.З.Ы При написании статьи не пострадало ни одного мотоцикла... по крайней мере пока..." Автор: sergio Источник: www.motoizh.ru
Категория: Двигатель \| Добавил: (09.10.2013)
Просмотров: 1878 \| Теги: двухтактного, Продувочный, насос, двигателя