Oblici i duzine izduvnih grana - matematika?

[Rubi]

Interesuje me da li neko ima link (ili racunicu) za racunanje duzina cevi u izduvnoj grani?

Moj konkretan slucaj: Imam Fiat Punto 55, glava je polirana i kompresija je 14bar. Stavljen je veliki filter za vazduh, i obezbedjena je promaja za isti. Hteo bih da zamenim izduvnu granu i auspuh, i montiram 4-2-1 granu sa spojenim 1/3-2/4 izduvima. Interesuju me duzine i promer cevi. Auto je za svakodnevnu/gradsku upotrebu sa povremenim jurcanjem, tako da auto uglavnom radi na oko 2-3k obrtaja, a blokada mu je na nesto preko 6.5k (mislim na 6750 obrtaja).

Malo preslisavanje, samo da razjasnimo pojmove... Prilikom otvaranja izduvnog ventila, produkti sagorevanja pod velikim pritiskom i temperaturom napustaju cilindar, i tom prilikom u cevi kroz koju napustaju isti prave talas. Talas je ustvari promena gustine gasa u cevi (maksimalna amplituda - maksimalna gustina, i obratno). Ova pojava, posledica same prirode klipnog motora (rad motora i sagorevanje goriva u taktovima, diskontinualno) moze korisno da se upotrebi tako sto cemo odabrati duzinu cevi pre spoja tako da maksimum gustine gasa iz jednog cilindra uleti u minimum iz onoga koji je opalio pre njega. Zez je sto do ove pojave dolazi samo na odredjenom broju obrtaja. Za motore kod kojih se ide na maksimalnu snagu, i koji imaju veliki obrtni momenat, izbor je 4-1, tako da se efekat ispolji na maksimalnim obrtajima. Za motore koji kubure sa obrtnim momentom, ili koji trebaju da imaju isti u sirem spektru obrtaja, ide se na varijantu 4-2-1, birajuci pri tome da se spoje grane iz cilindara da odgovarajucim redosledom paljenja.

Voleo bih da vidim detaljnije objasnjenje za ovu pojavu, po mogutstvu sa formulama (pretpostavljam da ima veze sa zapreminom cilindra, hodom klipa, vremenom otvaranja ventila, brojem obrtaja, temperaturom gasova, i naravno, duzinom i sirinom cevi, kao i mestima spojeva).

Takodje, vidim kao cestu preporuku da se do zadnjeg lonca stavlja cev pravo od usisne grane... Sta mislite o maloj komori (poput srednjeg lonca) koja bi sluzila da ublazi taktove u kojima gasovi izlaze, i da stabilniji protok do zadnjeg lonca? S obzirom na malu zapreminu motora, ako bih pravio specijalnu izduvnu granu ona bi bila mnogo efektivnija da se savrsi jednom cevkom tacno odredjene duzine i promera (tj, malog promera), zbog razloga opste humanosti i obzira prema komsiluku, cini mi se da je resenje dobra izduvna - caura (srednji lonac?) - cev veceg promera - zadnji lonac velikog protoka najoptimalnije resenje.
Kakva su vasa misljenja?

[sw.brick]

ako se auto ikada koristi u javnom saobracaju, u gradu dakle i pored komsijinog prozora bilo kakva prepravka mora (treba iz razumnih razloga) da zadrzi fabricki nivo buke ili jos bolje da novi izduvni sistem bude sa jos manje buke.
generalno, sto manje buke to je efikasnost sistema veca- buka je cist gubitak neke energije jer se ne stvara ni iz cega.

poenta prave cevi je da svaka krivina otezava protok gasova (radi se o stisljivom fluidu) pa je to najbolje izbegavati koliko se moze.
takodje, ne treba preterivati sa poprecnim presekom izduvne cevi, i lonca jer je motor fabricki konstruisan (sistem u**** i ubrizgavanja goriva) da ima odredjeni povratni pritisak da bi se efikasno volumetricki punio vazduhom za sagorevanje.

najvaznije je da tamo gde su gasovi najtopliji znaci neposredno izduvna grana i pocetni deo cevi omoguce lako odvodjenje vrelih gasova i da nije tu usko grlo. kako se hlade gasovi zauzimaju sve manju zapreminu pa zadnji lonac ne utice tako mnogo na protok i moze bas oni da bude efikasno sredstvo za prigusenje buke.

uros ili boost ce ti kada uskoce dati relevantnija uputstva kako da kosntruise svoj sistem. oni vise znaju sta bi ti tacno pasovalo.

inace, motor bez ikakvog (ili previse otvorenog) izduva ima manju snagu i losije perfomanse nego onaj sa fabrickim sistemom uz zadrzavanje fabrickih bregastih i usisne grane- sve trerba posmatrati kao jedan sistem gde je izduv samo jedan delic pri konstrukciji motora.

[Rubi]

Naravno, zato i pitam. Sto se toplote, gustine i protoka tice - cinjenica je da se gas skuplja prilikom hladjenja, ali ne znaci da ga manje ima, samo da ista kolicina molekula zauzima manju zapreminu. Lakse je kroz isti promer cevi proterati vruc gas, nego hladan, do granice kad krene turbulencija... Dok god je protok u zeljenim granicama, vruc gas pruza manji otpor. Sto je sve na nivou salonske rasprave, dok se ne dodje do konkretne matematike (gustina, Rejnoldsov broj, protok...). Sa tom konkretnom matematikom sam tanak, a ne bih da ulazim u trosak primenom "shac metode"... U zavisnosti od troska zamene iste, mozda bih u buducnosti zamenio bregastu (opet nista drasticno, morao bih da izvagam da li mi se uopste isplati za gradski auto), ili uradio chip tuning (od cega me je malo frka - Punto 55 1.1 SPI, koliko sam ukapirao, nema map senzor, nego samo termodavac pored leptira gasa i one jedne brizgaljke, i lambda sondu u izduvu... Mozda bih nesto dobio zbog pomeranja paljenja, ali bojim se da bi od chip tuninga poseo samo da rasipa gorivo u vecoj meri nego sto to sada cini...). Elem, izduv... Naravno, zelim korist, a ne stetu, zato i pitam - jer ko pita, stice laznu predstavu da zna sta radi :-)

[Uros Piperski]

Cao Rubi...

Sto se tice 4-2-1 i 4-1 grane... Prvo, za 4-2-1 granu treba da spojis cilindre koji ne pale jedan za drugim. A na cetvorocilindricnom motoru su to sigurno 1., 4. i 2., 3.
Izduvni ventil se otvara pre DMT i u tom trenutku postoji znacajan pritisak u cilindru. Kroz izduvni sistem krece talas koji su pomenuo, potpomognut i klipom koji ubrzo krece na gore. Pravilnom kontrukcijom izduva taj talas moze da se iskoristi za 'i****vanje' produkata sagorevanja iz cilindra.
Atmosferski motor se oslanja samo na razliku pritisaka izmedju cilindra i usisnog trakta za punjenje smesom kada se otvori usisni ventil. Znaci svako povecanje ili produzavanje podpritiska u cilindru (kada je klip u blizini GMT) doprinosi povecanju snage. Kod 4-2-1 grane primarne cevi su spojene posle odredjene duzine, a isto tako i sekundarne. Talas koji krene iz jednog cilindra ulazi u cev njemu uparenog cilindra, odbija se od zatvoren izduvni ventil, vraca se ka cilindru iz kog je krenuo i tu produzava trajanje vakuuma bas kad je klip otisao do GMT i treba da se u**** sveza smesa.
Da bi se sve ovo dogodilo, duracija i tajming bregastih moraju da zadovolje uslov da u uparenom cilindru izduvni ventil bude zatvoren. Kod agresivnijih bregastih uslov nije zadovoljen jer u potrebnom trenutku izduvni ventil naspramnog cilindra uglavnom nije zatvoren ili je zatvoren previse kratko da bi se iskoristio pomenuti efekat. Tada se koristi 4-1 grana da bi se talas, koji bi u ovom slucaju bio stetan, sto duze drzao daleko od drugih cilindara.
Iz ovoga vidis da je matematika kojom bi se doslo do tacne duzine cevi jako komplikovana. Najjednostavnije je da izaberes odredjenu duzinu po preporukama i da vidis na kojim obrtajima ces da osetis dobitak.
Sto se tice precnika, opet ne znam formulu. Precnik ne treba da bude previse mali da ne dodje do zagusenja i povecanja pritiska u izduvu. Ne sme da bude preveliki da se ne bi previse smanjila brzina izduvnih gasova i da onaj talas ne bi oslabio ili se skroz izgubio. Ja bih koristio cevi precnika istog kao i izduvni kanali. Ako ne postoji tacno ta dimenzija, onda idi na prvu vecu koja postoji. Tu postoji jedna sitnica koja moze da ti donese malo poboljsanje na nizim obrtajima ako dolazi do povratka izduvnih gasova u cilindar (desava se obicno sa malo jacim bregastim). Sam pocetak izduvne cevi, u duzini od 30ak mm, bi trebao da bude veceg precnika od ostatka. Povecanje precnika od 5-7mm je ok. To ne pravi smetnju protoku gasa iz cilindra, ali ometa protok u suprotnom smeru. Ostatak cevi treba da ostane istog precnika kao kanal da globalno ne bi doslo do razlike pritiska duz cevi.
Znaci osim nekih preporuka, osudjen si na tuning putem pokusaja i greske. Ali to nece biti tako strasno. Tacnim matematickim izracunavanjem duzine cevi 4-2-1 grane bi dosao do idealne duzine za iskoriscenje pomenutog efekta na tacno 3000/min (na primer). Ako te duzine uzmes po preporuci, taj broj obrtaja ce biti na 2500 ili 3500, sto stvarno nije mnogo bitno u ovom slucaju.

[sw.brick]

Sa tom konkretnom matematikom sam tanak, a ne bih da ulazim u trosak primenom "shac metode"...

slazem se sa tvojim razmisljanjima samo... ta konkretna matematika kosta desetine miliona evra, dolara svejedno znanja i resursa potrebnih za projektovanje jednog motora i auta na kraju. upravo zato su i fabricke kosntrukcije po pravilu superiorne bilo kakvim amaterskim pokusajima tuniranja a svak prepravka obicno daje losije rezultate.

matematika na papiru je samo pocetni korak tek za grubo odmeravanje a sve sto je fino radi se na prakticno napravljenom primerku u laboratoriji i citavom dijapazonu testova i merenja sa gomilom opreme i drugih (vrlo skupih) resursa.

sve je moguce u tehnici, samo je pitanje vremena i para a ne znam koji su zeljeni dometi prepravki konkretnog Fiata. kako god, poboljsanja izduva su reda velicine nekoliko procenata, sto za taj motor znaci od 0,5 do 3(4) konja realno standardnim metodama bez promene sistema paljenja i ubrizgavanja (samo izduv).

taj dobitak na konjima je mozda vredan truda, na tebi je da procenis.

ako je svrha edukativne prirode, da se nauci projektovanje kompleksnih sistema i samog procesa sagorevanja onda samo napred, znanja nikad dosta...

kako gdo, znacajni troskovi su neizbezni u procesu prerade fabricke konstrukcije na neku merljivo bolju.

[Uros Piperski]

Da se nadovezem na gosn bricka
Cak i da nadjes neku formulu, bila bi gotovo neupotrebljiva jer postoji stotine modela automobila i na svakom je drugaciji prostor gde se moze smestiti izduvni sistem... I sto se tice duzine i sto se tice oblika cevi... A drugaciji oblik ce dati drugacije rezultate. Ja ne znam kako se to radi u praksi, ali verujem da su proracuni samo smernice i da se dalje probama dolazi do krajnjeg resenja. treba imati u vidu da velike fabrike vode racuna i o isplativosti. REtko se nalaze zaista kvalitetni izduvni sistemi u serijskim modelima. Izdvojicu Fiat Tipo 1.8 16v kao primerak koji sam video. Ljudi, taj header je gotovo savrsen! 4-2-1, lepe krivine, nema suzenja preseka... ma fantazija...

[Nenad]

Mozda ja mogu malo da dodam,

za granu
-deo koji ide na motor treba da bude minimum 8-10mm debljine
- duzina grane se racuna sa formulom:
Duzina grane=(850xED)/RPM)-3
RPM=obrtaji na koje "stelujemo" granu, za ulicni auto to su obrtaji maksimalnog Obrtnog momenta; za trkacki auto to su obrtaji maksimalne snage.
ED=180 + broj stepeni izduvnog ventila na kojima se ventil otvara pre donje mrtve tacke.
Duzina grane= rezultat je u inchima (1inch = 2,54mm) i odnosi se i na primarnu i na sekundarnu granu u varijanti 4-2-1.

Precnik cevi u odnosu na kW za sisteme koji imaju back pressure 13.8kPa

75kW=51mm
120kW=64mm
165kW=76mm
230kW=89mm
itd

Ako je interesantno mogu da sfotografisem nekoliko stranica iz knjige i da ih postjem.

[Uros Piperski]

Naravno da je interesantno videti to

Ovi precnici su za izduvnu cev posle grane, je l' tako?

[Nenad]

Da. Sad sam napravio nekoliko fotki, stavicu na server i videti kako su ispale.

[Nenad]

Borba nije bila mala..

[Uros Piperski]

Hvala puno, Nenade!

[Nenad]

Knjiga ima mnogo, samo malo vremena za citanje

[Rubi]

Hvala na savetima i ilustracijama! Ovi zahvati su prvenstveno edukativnog karaktera, a svaki dobijeni vat u tom procesu je vajda.
Izvinjavam se, nisam se predstavio... Odoh da to uradim u temi "Predstavljanje"

[luka.l]

Jel ima sanse da se ponovo dokopam ovih ilustracija posto vise nisu dostupne?

[Nenad]

Pitaj Urosa da li ih je skopirao sebi na komp. Ako nije reci, moracu ponovo da fotografisem knjigu i da ih "vesam" na net, posto sam ih izbrisao.