Проект 1 группы

Технология

== Повышение мощности... Мечта любого рокера, байкера да и просто неравнодушного к двухколёсной технике человека ведь мотоцикл, скутер, мопед намного удобнее для поездки допустим в магазин или на небольшие расстояния. А как же её поднять, если не хочется лезть глубоко в двигатель? Мне довелось проехаться на скутере без глушителя. Рёва было много, а вот тянул он похуже, чем с глушителем. И много было вопросов – а почему так, ведь мощность должна бы, и подняться, но нет. Так почему же упала мощность? Для четырёхтактных двигателей всё просто – снял глушитель – выхлопные газы выходят без задержки – поднял мощность (ненамного). При снятии же глушителя с двухтактника при продувке, когда окна открыты, топливная смесь, не встречая сопротивления, выходит в выхлопную трубу. Поэтому глушитель играет на двухтактных двигателях, гораздо большую роль, чем просто устройство для снижения шума выхлопа. А как же на мотокроссе? Там – то рёв такой, что уши закладывает, а мотоциклы едут ещё как. А дело в том, что на выходе у кроссовых моторов стоят резонаторы, с помощью которых на оборотах максимальной мощности обеспечивается резкий подхват. Мощность увеличивается более чем на 15%, что весьма немало. Так что же это такое – резонатор на выпуске двухтактного двигателя и для чего он служит? Классический резонатор и принцип его работы представлен на рис. 1

При выпуске газы устремляются через выхлопную трубу в прямой конус, где они расширяются, их скорость и давление понижается. Пройдя цилиндрическую часть резонатора, часть газов проходит в выпускной патрубок и далее – в глушитель (если таковой имеется). Другая часть газов, отразившись от обратного конуса, подходит к выпускному окну и "подзапирает" его в момент открытия продувочных окон (а они всегда открываются позже выпускного окна). Таким образом, на определённых оборотах образуется стоячая волна (резонанс) и обеспечивается наилучший режим работы двигателя. Рис. 2. ==

Основополагающий вопрос

Как и большинство механизмов, двигатель внутреннего сгорания при работе создаёт определённый уровень шума. Чтобы снизить уровень шума до минимума, автомобили оснащают глушителями. Данная публикация рассказывает, для чего нужен глушитель и резонатор. При сгорании топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя возникают колебания воздуха. Глушитель нужен для того, чтобы снизить уровень воздействия акустических волн. От наличия глушителя также зависят и некоторые другие характеристики автомобиля, в частности, мощность самого двигателя, уровень содержания токсических веществ в выхлопных газах и ресурс. Снижению шума способствует наличие в автомобиле основного глушителя, а в некоторых случаях и некоторое количество вспомогательных. Наличие каталитического нейтрализатора также способствует уменьшению уровня шума. Как же происходит поглощение шума посредством глушителя? Всё предельно просто. При работе двигателя во время сгорания воздушно-топливной смеси образуются колебания различных частот: низкие, средние и высокие. Амплитуда этих колебаний так же различная. Конструкция глушителя подразумевает собой наличие нескольких камер, проходя через которые звуковые колебания преобразуются в тепло. Также при этом происходит сглаживание колебаний, и звук становится не таким резким. Диапазон звуковых колебаний зависит от величины оборотов двигателя. Мощность и уровень шума напрямую зависят от конструктивных особенностей глушителя: • численность камер в глушителе; • размер и количество находящихся в нём отверстий; • длина и поперечное сечение труб, входящих в саму конструкцию. Но есть и противоречие. Понижение уровня шума – это, конечно, положительный фактор, но что делать со скоплениями отработанных газов в цилиндрах. Ведь, как известно, элементы, находящиеся в глушителе, создают и преграду для выхода отработанных газов. При этом часть их остаётся в цилиндрах двигателя, тем самым способствуя ухудшению продувки цилиндров и наполняемости воздушно – топливной смесью камеры сгорания. Вполне естественно, что это приводит к снижению мощности двигателя. Учтя все эти условия, было вынесено следующее определение: общий объём глушителя должен быть больше объёма двигателя в 3-8 раз. При определении всех параметров глушителя учитывается усреднённый показатель частоты вращения коленчатого вала. Снижение уровня шума достигается привлечением двух физических явлений: резонансом и поглощением звука. Эти принципы являются основными функциями всех типов глушителей. Существует четыре вида глушителей: • ограничительные, • зеркальные, • резонаторные, • поглотительные.

Выявив данную информацию я задумался на тему того что стандартный глушитель утановленный на мототехнику по сути не дает ничего кроме приглушения звука и тем самым требующий дополнительную энергию на продвижение газов. По моему мнению, гораздо целесообразней было установить резонатор в паре с глушителем комбинированный вариант, так как кроме приглушения звука он выдаёт прирост мощности двигателя, что необходимо для практически всех 2-такных малокубатурных мотоциклов. Максимальная скорость 60 км\ч не очень велика для главной дороги где скорость автомобилей в среднем 75 - 85 км\ч .Мой мотоцикл был явной помехой на дороге но за счет того что данный проект перемещает увеличенный крутящий момент на более высокие обороты двигателя тем самым увеличивая их и из этого и скорость как показало исследование на 10 – 15км\ч на выходе получаем те самые необходимые 75 - 80 км/ч . Была поставлена цель, соорудить данный агрегат, после чего начались расчеты, создание макета, и работающего образца.

Цели и Задачи

Цели работы – получить устройство, которое позволит увеличить эффективность и экономичность 2 тактного мотора Задачи работы – изучить принцип работы двух типов двигателей, изучить их устройство и нюансы работы, изучить принцип работы резонанса в резонаторе, его основные характеристики и различия с глушителем, узнать возможное применение резонатора

Учебные вопросы

Принцип работы ограничительного глушителя заключается в погашении колебаний, которые попадают в камеру, расположенную за проходным отверстием. Диаметр самого проходного отверстия значительно уменьшен, что увеличивает эффективность всего устройства к поглощению звуковых колебаний. Но есть один минус- снижение мощности двигателя. Принцип работы зеркальных глушителей заключается в преобразовании звуковых колебаний в тепловую энергию посредством интерференции. Звуковые волны отражаются от стенок глушителя, проходя по многочисленным лабиринтам конструкции. При этом и образуется преобразованная энергия, вызывая нагрев поверхности. Это более эффективный способ уменьшения уровня шума. Также препятствий для выхода выхлопа гораздо меньше, а, следовательно, и потери мощности двигателя не такие большие. Резонаторы в конструкциях глушителей выступают в роли вспомогательного глушителя. Эта конструкция включает в себя наличие четырёх цельных камер, которые соединены трубопроводами. Эти трубопроводы имеют сквозные отверстия определённого диаметра. Камера и трубопровод является резонансной парой, которая имеет свою частоту, не совпадающую с выхлопными колебаниями. Этот факт приводит к сглаживанию акустических колебаний, а следственно, и к понижению уровня шума. При прохождении газов через многокамерные резонаторы происходит отклонение потока этих газов, так как сечение камер и трубопровода разное. Применение резонаторного канала сквозного типа приводит к значительному понижению уровня шума в области собственных колебаний. Разрыва газового потока при этом не происходит. Резонатор – который служит для прироста мощности за счёт естественно склонности пульсаций выхлопа резонировать внутри выпускной системы. а после резонатора ставят глушитель. Размеры получают после расчёта. Кратко говоря что – бы, что то получить нужно, что то потерять, если например мы хотим приглушить звук мотора что бы ездить с максимальным комфортом но если сделать так, то показания динамики разгона и скорости значимо просядут к тому же вес моторного блока и всего мопеда возрастет, а это тоже не комфортно ползти как черепаха не у кого нет желания. Ведь средство передвижения должно набирать скорость и не терять её, для этого мотор форсируют, но это затратно как умственно, так и материально. Если же мы хотим получить максимум мощности, минимальную скорость наполнения цилиндров смесью то мы ставим практически пустой глушитель как следствие и очень громкий звук выхлопа. Резонатор это то, что даст нам довольно тихий звук, так как можно установить практический любой глушитель, и он не будет отнимать мощность. Из за резонанса внутри резонатора мощность возрастет экономия тоже, так как не догоревшая смесь будет возвращаться обратно в цилиндр к тому же максимальная мощность достигается при немного переобогащенной смеси бензина и воздуха. Он состоит из металла 2 – 3 мм в следствии имеет очень малый вес что на данной технике немаловажно лишний килограмм толкать не к чему, ещё один плюс это то что благодаря увеличенной площади поверхности резонатора и толщины металла он хорошо охлаждается набегающим потоком воздуха (не перегревается) и даже охлаждает сам цилиндр мотора, предотвращая перегрев двигателя, что очень важно. Из-за всех плюсов, доводов, достоверности (все материалы многократно подтверждены исследованиями) и проанализированной информации было принято решение использовать как эксперимент данный вид глушителя – резонатора, ведь он явно превосходит все, что производит выхлоп.

Технология изготовления резонатора

Как правило на 2-х тактах прямоточный глушитель не нужен в следствии многих опытов и расчётов, так как очень много не догоревшей смеси улетает трубу и что бы сократить эти потери используется резонансный выхлоп благодаря этому двигатель приобретает дополнительную мощность при определенных оборотах, когда резонанс начинает работать (у всех резонаторов разный диапазон работы). Что бы убедиться в этом, можно прокатиться без трубы и почувствовать Если проанализировать математическую часть – то при установке прямотока на двутактник, появится потеря мощности, так как на такте сжатия, как вам, наверное, известно, поршнем сначала перекрывается впускное окно, а уже потом выпускное, то есть ощутимая доля бензина будет беспрепятственно "выплевываться" в выпуск. Глушитель двухтактного двигателя выполняет роль резонатора и создает завихрения, препятствующие уходу смеси в выпуск на такте сжатия, а, как известно чем больше бензина и окислителя (кислорода) поместить в цилиндр – тем больше мощность развиваемая двигателем. Материал для изготовления глушителя – стальной лист толщиной 0.8 – 1.5 мм., толще брать не следует – трудно сгибать, тоньше брать не следует, потому что тяжело сваривать «фольгу». Сначала я изготавливаю шаблоны из картона или ватмана. Потом переношу их непосредственно на лист металла, просто обводя чертилкой или маркером контуры разверток. Дорисовываю припуски для сварки и вырезаю ножницами для металла. Впускной и выходной участки глушителя изготавливаю из трубок необходимого внутреннего диаметра с толщиной стенок 1.0 – 2.0 мм. Сгибаю конусы на простых водопроводных трубах. С помощью деревянной киянки и резинового молотка. Работать лучше вдвоем: один удерживает заготовку на трубе, второй рихтует молотком по заготовке. Согнутые конуса свариваются обычной электросваркой. Если Вы не уверенны в своих знаниях геометрии, прежде чем начинать кроить метал, советую попрактиковаться: изготовить глушитель из картона или бумаги. После сварки глушителя обработал сварные швы на наждаке и покрасил глушитель термостойкой краской. Порядок построения шаблонов для изготовления глушителя Необходимо изготовить шаблон для изготовления конуса (Рис. 5) с известными размерами D1, D2, L.
Из школьного курса геометрии мы знаем, что боковая поверхность конуса представляет собой круговой сектор

Длина образующей конуса: L_0=√(L^2+(((D_2-D_1)/2)/2)^2 ) Радиус сектора: R_k=L_0*D_2/(D_2-D_1) Угол сектора; α=180*D_2/R_k Для изготовления шаблона цилиндрической части глушителя вспомним, что боковая поверхность цилиндра представляет собой прямоугольник. Одна сторона, которого равна длине цилиндра, а вторая часть равна длине окружности цилиндра.
После изложенного выше, можно составить план – схему проекта 1 – Изучение и получение информационной основы проекта 2 – Осуществление подбора материала и методик с возможностью их использования 3 – Расчёт параметров резонатора, размеров и проектировка фланцев, изготовление макета резонатора 4 – Получение выводов, результатов работы Конкретно говоря, сделав вывод из цели мне необходимо изготовить прибор позволяющий улучшить характеристики мопеда заранее изучив информацию по этой теме, максимально дёшево и эффективно ведь только при этом условии есть большая перспектива исследования. Во все хитрости и ухищрения я впадать не стал и использовал специальный свободно распространяемый калькулятор (Exhaust Calculator) для расчета ведь в нем используются все те же формулы, и более понятно что мне необходимо получить и что необходимо измерить для получения нужных результатов а именно диаметр впускного и выпускного окон цилиндра, диаметр поршня и объём цилиндра так как все резонаторы разные, у каждого из них свой диапазон работы резонанса В моём проекте я использовал стандартный глушитель самой простой конструкции: корпус, трубчатый каркас с множеством дырочек диаметром 2 мм, звукопоглощающей ткани. Ещё я изменил диаметр дырочек от входа газов до выхода с крупных на более мелкие до 0,7 – 0,9 мм. Ранее такого я не видел, но, по моему мнению, в начале муфлера (глушителя) звук грубее, низких частот больше крупные дырочки их отсевают, а более мелкие далее, отсевают частоты выше и звук в целом становится тише значительнее ниже, приведены фото. Было проведено тестирование работы скутера на экономичность с обычным глушителем и резонатором. Испытания проводились следующим образом. Заполняли поплавковую камеру топливом. От первой метки ехали со скоростью 40 км/ч до тех пор, пока двигатель не израсходовал все топливо. Показание одометра на скутере составило 600 метров. На этом месте поставили вторую метку. После этого провели еще два заезда и получили среднее значение – 601,67 м. Аналогичное испытание мы провели с резонатором, результат среднего значения составил 644, 33 м. Следующее испытание на различие мощности с глушителем и резонатором. Замеряли время, с какой максимальной скоростью скутер проходил расстояние 100 метров. Результаты испытания – с глушителем три заезда в среднем показали время 11,29 секунд, с резонатором – 9,49 секунд

Визитная карточка проекта

После окончательной сборки резонатора он был установлен на скутер, что бы проверить работоспособность пробный проезд показал, что с ним скутер разгоняется и работает стабильнее, чем со стандартным глушителем. Я живу в низу небольшой горы с большим уклоном. Скутер заезжал со мной довольно легко, но стоило взять пассажира, то мощности не хватало, приходилось выкручивать ручку газа на полную и только после этого можно было выдвигаться за гору. Сйчас же сильной нагрузки на мотор не чувствуется один или двое мотор работает стабильно на средних, нормальных оборотах.
Сейчас же сильной нагрузки на мотор не чувствуется один или двое мотор работает стабильно на средних, нормальных оборотах.

Презентация для выявления представлений и интересов учащихся

Измерить силу тяги до установки резонатора и после не представляется возможным, так как у меня нет такого оборудования, но выше описано явное улучшение мощности и динамики что даёт понять – резонатор выполняют свою задачу на ура больше мой скутер не помеха на дороге при этом не пришлось форсировать блок мотора не изменять кубатуру ничего кроме установки резонатора. В результате испытаний мы получили экономию топлива 7,09% и увеличение мощности двигателя на 15,91%. Помимо физических результатов я получил и умственные, узнав принципы работы двигателей, глушителей, много другой информации и знаний в разных областях науки. Исходя из всего этого, могу сказать, что проект закончен полностью, работает и выполняет поставленные задачи, даёт информацию для дальнейшего размышления. При поиске информации о резонаторе я не раз сталкивался с измененным впускным коллектором, что в свою очередь дополняет резонатор и вместе они работают в 3 – 4 раза эффективнее. Имеется задумка по производству резонаторов для знакомых скутеристов ведь при производстве проекта многие интересовались резонатором, и я решил, почему нет ведь изготовление резонатора занимает не так уж много времени, а цена в сравнении с заводскими тюнинг - резонаторами в примерно 3 раза меньше, а в доработке нуждаются тоже. На мой ушло 5 дней начиная с 13:00 заканчивая 21:00 притом, что все делалось впервые и собственноручно единственная установка это полуавтоматический сварочный аппарат

Презентация для выявления представлений и интересов учащихся

Материалы по сопровождению и поддержке проектной деятельности

Список используемой литературы:

1 - http://mopedfor.narod.ru/Docs/rezonator.htm 2 - http://www.autoshcool.ru/1474-dlya-chego-nuzhen-glushitel-i-rezonator.html 3 - http://mopedfor.narod.ru/Docs/rezosam.htm 4 - http://moto-planeta.ru/obshee/poleznoe/7019-pogramma-dlya-raschyota-rezonatora-na-2t-dvs.html 5 - Электронная книга: 2T_dvig_DORABOTKA.djvu