Проект 1 группы — различия между версиями

Версия 12:29, 14 октября 2014

Борисов Евгений Анатольевич

РЕЗОНАТОР ДЛЯ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

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

Презентация учителя для выявления представлений и интересов учащихся

Пример продукта проектной деятельности учащихся

Материалы по формирующему и итоговому оцениванию

Материалы по сопровождению и поддержке проектной деятельности

Другие документы