Расчёт оптимальных размеров выпускного резонатора для двухтактных двигателей внутреннего сгорания презентация

Введение и цели
Известно, что выпускная система двухтактного двигателя влияет на мощность двигателя, на расход горючего и на шумовые характеристики. Соответственно для оптимального согласования этих параметров используются оптимально настроенные выпускные системы. Их суть состоит в том чтобы обеспечить максимальную мощность двигателя при минимальном расходе топлива и низком уровне шума.
Основной целью данной работы стало создание программы для расчёта оптимальных размеров выпускного резонатора для двухтактных двигателей внутреннего сгорания. Исходя из цели были поставлены следующие задачи:
Поиск существующей информации по влиянию выпускных систем на работу двухтактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания.
Разработка пользовательского интерфейса для расчёта оптимальных размеров выпускного резонатора для двухтактных двигателей внутреннего сгорания.
Эксперимент по влиянию резонаторов, рассчитанных с помощью созданного интерфейса для их расчёта, на работу двухтактного бензинового двигателя, анализ полученных данных.

Влияние выпускной системы на шумовые характеристики двигателя
В ходе работы стало известно, что влияние выпускной системы на шум выхлопа зависит от того, насколько хорошо гасится энергия волны газа при выходе из выпускной системы, это значит что задача глушащей системы состоит в понижении скорости газов. Оптимально настроенный резонатор представляет собой набор конусов расширения и конусов сужения, перегородки в нём отсутствуют, значит едва ли сам резонатор способен понизить шум выхлопа.

Мощность двигателя зависит в большей степени от того, сколько энергии будет выделяться при горении горючей смеси в камере сгорания что в свою очередь прямо зависит от количества этой смеси. Из этого следует, что для повышения мощности все отработавшие газы должны выйти, так как они препятствуют горению, а смесь воздуха и бензина должна полностью остаться над поршнем то есть коэффициент наполнения горючей камеры свежей рабочей смесью должен быть максимален.
Устройство двухтактного двигателя такого, что во время фазы продувки, когда выходят выхлопные газы, их место одновременно занимает свежая горючая смесь. Однако существует проблема: Отработавшие газы выходят в трубу за счёт разности давлений в рабочей камере (высокое) и в выпускном патрубке (низкое), но силы инерции обеспечивают добавочное движение газа по выпускному патрубку даже когда разность давлений в рабочей камере и выпускном патрубке меняет свой знак, таким образом выхлопные газы могут создать разряжение у выпускного окна, а так как одновременно с выходом отработавших газов их место занимает свежая горючая смесь, которая тоже обладает давлением, то она устремится вслед за выхлопными газами в выпускную трубу. Это повысит расход топлива и при этом уменьшит мощность двигателя.
Влияние выпускной системы на динамические характеристики двигателя

Выпускная система: экспоненциальный резонатор
В ходе исследований по возможному решению вопросов падения мощности и повышения расхода топлива, я пришёл к выводу, что самым простым решением данных вопросов является экспоненциальный резонатор. В нём происходят сложные пульсирующие возвратно-поступательные движения волн газов имеющих определённую частоту.

Выпускная система двухтактного двигателя на основе экспоненциального резонатора состоит из цилиндра 1( его выпускного окна), выпускной трубы 2, конуса расширения 3, цилиндрической части глушителя 4, обратного конуса 5 и глушащей части 6, имеющей ряд перегородок, отверстий и трубок. Часть выпускной системы от выпускного окна до малого отверстия обратного конуса можно назвать мощностной частью, настройка которой оказывает наибольшее влияние на мощность двигателя. Необходимо, однако, заметить, что глушащая часть также может оказывать заметное влияние на мощность.
Устройство выпускной системы на основе экспоненциального резонатора

Принцип действия экспоненциального резонатора
Принцип действия экспоненциального резонатора основан на управлении волнами отработавших газов. Назначение прямого конуса состоит в создании отражённых волн разряжения, которые улучшают очистку цилиндра от отработавших газов, обратный конус нужен для создания обратной волны давления которая возвращает часть смеси вылетевшей в выпускную трубу обратно в цилиндр.

График давления у выпускного окна от фазы поворота коленчатого вала при идеальной настройке выпускной системы.

График давления у выпускного окна от фазы поворота коленчатого вала при неправильной настройке выпускной системы.

Расчет оптимальных размеров трехступенчатого резонатора
Главным параметром при расчёте резонатора является скорость звука в газе, этим определяется скорость волн давления, которую используют в резонаторе.

Настроенной длиной выпуска(Lt) является часть резонатора до конца сужающегося конуса. Она может быть рассчитана по формуле:

Упрощенная схема типичной резонансной выпускной системы с трехступенчатым диффузором.
L01 = 0.10LT
L12 = 0.275LT
L23 = 0.183LT
L34 = 0.092LT
L45 = 0.11LT
L56 = 0.24LT
L67 = L56
D1 = K1 * ЭДВО
D3=D1*
D4 = K2 * ЭДВО
D5 = K0 * ЭДВО
D2=D1*

Kh - Пиковый коэффициент, этому коэффициенту присваиваются типовые значения между единицей и двойкой (подбирается экспериментально). Малые величины Kh лучше подходят для Гран-при двигателей с многоступенчатыми КПП, неравномерной характеристикой крутящего момента и с узкими участками мощности, большие значения - для широкодиапазонных двигателей с пологой характеристикой мощности и крутящего момента, с хорошей тягой на низких и средних оборотах, для езды с нечастым переключением передач.

Описание программы

Эксперименты с двигателем

Тест 1. Двигатель без выпускной системы

Тест 2. Двигатель со стандартной выпускной системой

Тест 3. Двигатель с настроенной выпускной системой

7. Анализ результатов
В результате использования настроенной системы выпуска удалось заметно увеличить мощность двигателя и уменьшить расход топлива. Это говорит о том что рассчитанный с помощью данной программы резонатор действительно улучшает газообмен, и является очень важным компонентом двухтактного двигателя.