Коэффициент наполнения и число МАХА?

[uber ТС]

Вычитал что наибольшее наполнение цилиндров будет при скорости потока у клапанов равное 0,6 (Число Маха) скорости звука. Т.е. где-то 180 м\с. ПРи бОльших скоростях коэффициент наполнения резко падает. Что творится при меньших скоростях - неизвестно, но видимо не так плохо как при бОльших чем 180.
Однако везде фигурируют данные (например КарТюнинг), что якобы скорость потока в 120 м\с уже криминал.
Причем двигатель ВАЗ 2108, например, расчитан строго под условие (проверил), что при оборотах макс мощности 5600 как раз достигается скорость 0,6 скорости звука (примерно), что и соответствует наибольшему наполнению.
Поговорим об этом?

[Кузьмич]

Этот вопрос как то не попадался в поле зрения, однако для объективности хотелось бы знать график изменения наполнения в зависимости от скорости потока. Из прошлого опыта знаю, что форма канала и резонансные явления во впускном тракте дают для наполнения очень много, почти все.  Без учета этого увеличение проходных сечений иногда бесполезно или  просто вредно.   Исследования по отработке формы канала и продувки на разных скоростях показывают, что форма канала на разные скорости должна строиться по разному и очень нагляден метод шелковой нити.  Когда в прозрачную модель канала вводится в разные точки шелковая тонкая нитка и по ее поведению оцениваешь и видишь удивительные вещи. Например при скоростях 60-70 мсек вытянутая в потоке вдоль стенки канала нить изгибается на конце в  навстречу потоку. (изгиб канала, шероховатость, стебель клапана) При увеличении скорости завихрение может сорваться и уйти в другую часть канала или исчезнуть. Канал зачастую легче поправить не снятием материала, а добавлением, несмотря на кажущийся парадокс сечение уменьшается, а расход увеличивается. Добиться ламинарности потока при изгибах канала и изменении скорости, задача очень сложная и если зон турбулентности немного и если  они незначительны и распололожены около стенок канала, то вопрос можно считать снятым. Конструктивно идеальный  канал создать невозможно, поскольку на разных  скоростях и тем более компоновочных решениях коллекторов  оптимальная форма меняется. Как и везде конструкторы ищут компромисс. И как мне кажеться компромисс хоронит под собой рассмотрение наполнения при сверхвысоких скоростях, тем более, что увеличение проходного сечения канала и увеличение числа клапанов вопрос сверхвысоких скоростей снимает.   Вот Алхимист думаю в  теме, подождем его мнение.

[AlchHiMyst]

ДВС грубо говоря это импульсный насос, который изначальна закачивает воздух. И при работе во впускных и выпускных трактах чередуются фронта давления и разряжения. В этом плане нужно рассматиривать впускной/выпускной тракт как волновую колебательную систему у которой есть собственная частота резонанса.

Соответственно можно представить 3 основные режима работы:
1) когда резонансные процесы неоказывают существенного влияния на поток во впускном тракте и наполнение как таковое - в этом случае чем меньше помех потоку оказывает тракт и чем больше разница давлений тем лучше.( в таком режиме наполнение будет примерно 0.
2) когда резонансные явления улучшают наполнение.
3) Когда резонансные явления ухудшают наполнение.

Самым узким участком трактов являются участок клапан-седло. Канал по определению имеет Больше сечение. Причем для атмосферных моторов соотношение сечений выпускного тракта к впускному лежит в пределах 1:1.1-1.3.

Скорость потока в канале зависит от объема цЫлинда, оборотов, фаз ГРМ и сечения.
Частота резонанса зависит от длинны патрубков, причем длинна волны примерно равна 2х кратной длине патрубка т.е. волна пробегает по патрубку потом на границе изменения геометрических параметров отражается и пробегает обратно. Частоту легко можно перевести в обороты двигателя.
Соответственно все геометрические параметры можно увязать с оборотами настройки. Суть настройки и резонанса в создании стоячей волны давления/разряжения в нужном месте.

На частоту настройки влияет в первую очередь конфигурация патрубков - сечение и длинна. Чем больше сечение и меньше длинна тем выше частота настройки. Причем важна взаимная настройка впуска, выпуска и ГРМ-а.

Важно подобрать параметры таким образом чтобы в момент, следующий за закрытием Вп.клапана начался бы обратный выброс а в момент его открытия в цилиндре былобы минимальное давление(желательно разряжение) а во впускном тракте волна давления подходила к клапану.

Но если бездумно изменять параметры - сечения, длины фазы и т.д. то частоты резонанса могут сместиться таким образом что возникнут паразитные резонансные явления которые ухудшат наполнение т.е. в цилиндре будет давление, перед клапаном разряжение(ОГ пойдут во впускной тракт) и перед закрытием клапана вп. клапана будет происходить обратный выброс смеси.

Для коррекции резонанса можно вводить дополнительные колебательные элементы типа резонаторов геймгольца, чем избавляться от паразитных явлений и создавать дополнительные резонансные частоты.Такие резонаторы можно хорошо наблюдать на различных Ипонских моторах - такие "апендиксы" различной формы на впускных трубопроводах.

Насчет оптимальной скорости потока в канале в размере 0.6 скорости звука - у меня нет таких данных, По информации от разных источников скорость потока во вп. канале на номинальном режЫме лежит в пределах 80-120 м/сек.

По поводу скорости потока в диффузоре 120м/с я отписал на ФФ, но повторюсь:

КАРТЮНИНГ не 3.14здит а утверждает!
Там тема в том что в карбюраторе для нормальной его работы скорость потока должна поддержЫваться в пределах 60-110-120м/с
Если скорость потока увеличивать дальше - то существенно возрастают потери в диффузоре, что действительно "душит" впуск и снижает наполнение.

Кстати обороты макс мощности я бы разчитывал исходя из назначения мотора, конструктивных особенностей двигателя (низа и ГРМ в частности) и желаемого ресурса! причем конструктивные особенности двигателя в определенных приделах можно изменять - вопрос денег в основном! И вообще считать можно сколько угодно а объективно сказать что получилось сможет лукасовский стенд и время!:)

Вот примерно так выглядит краткий курс теории впуска в моем представлении!;)

[uber ТС]

Сошлюсь на источник моих измышлений:

http://www.rbracing-rsr.com/machcalc.html

Volumetric efficiency will start to fall off sharply past six tenths the speed of sound (Mach .6) so the engine designer will not want to exceed this .6 mach value at peak rpms.

Я думаю, переведете.

Собака, наверно, зарыта в том, что 120 м\с это критическая скорость для сопла Лаваля в карбюраторе.
А мои 180 м\с (300х0,6) для впускного клапана, точнее клапанной щели.
Возможно скорость по мере продвижения по впускному тракту увеличивается????? А?

Отвечу Алхимику.

Но согласись, вслепую тоже несерьезно выстраивать мотор!
Мне допустим нужен впускной коллектор для сдвоенных ВЕБЕРОВ. Какой длины его делать? Никто определенно сказать не может. Посылают на стенд. Это, что, я должен после каждой поездки на стенд делать новый коллектор стоимостью 250 у.е.? Опираться на конфигурации других тоже не могу, потому как никто до меня не ставил на такой мотор эти карбы.

За ликбез спасибо буду изучать.

[AlchHiMyst]

Переводим ...
Коеффициент наполнения начинает резко падать при превышении скорости потока в 0.6 маха. Соответственно конструктор двигателя должен учесть этот факт и не превышать этот показатель при максимальных частотах вращения КВ.
Грубовато но суть вроде удалось передать!;)

Кстати хочу заметить что в калькуляторе нет не длин патрубков не диаметра сечения.
Походу речь идет о скорости потока в клапанной щели.
Скорость потока увеличивается помере сужения канала - т.е. в т.к.клапанная щель самое узкое место - там самая большая скорость!;)

Зы. для мотора 1.3 с геометрией 76х71 при оборотах в 8тыс клапане 39мм и стоковом валу( подъем порядка 9мм)  приведенный калькулятор выдал значение в 0.58М при увеличении подъема до 11мм число падало до 0.45М.
Как я понимаю ты делаешь зажЫгалку 1.3 с оборотами 7-8 тыс.
Рекомендую особо моск неипать а взять готовое решение. канал делать порядка 33-35мм с сужением к голове до 31мм каналы в бошке 31мм клапаны 39на34 т.е. серьезно подготовить ГБЦ.
Длинну коллекторов взять в диапазоне 10-20 см. более точно надо высчитывать под расчетные обороты.
Брать Вебера с диффузорами 35-37мм и ДЗ 45-48мм соответственно. на 8к об. будет самый костмасс.
И незабыть выпуск 4-1 нормальный на 54-й трубе!;)
Впрочем лучше чем ЛЕХ или Сколопендра с ТИМрс по коллекторам тебе вряд-ли кто что скажет, ктомуже у Лекса пара заготовок должна валяццо!;)

Обороты настройки при полном дросселе в дальнейшем можно будет регулировать дудками на карбюраторе - т.е. поставил длинные дудки сместил момент вниз, поставил короткие - сместил вверх!;)

"Опираться на конфигурации других тоже не могу, потому как никто до меня не ставил на такой мотор эти карбы."
Поспорю не "немогу" а Обязан!!!. Разница в основном будет в других настройках карбов - другие диффузоры ДЗ и жиклеры - а в остальном теже йайца!;)

[Кузьмич]

В этом плане нужно рассматиривать впускной/выпускной тракт как волновую колебательную систему у которой есть собственная частота резонанса.
"цитата из АЛХИМИСТА"

В развитие темы.  В 1983 году на Первенстве Союза (водномоторном) Владимир Зайцев из Воронежа  впервые продемонстрировал (Союз в глиссерах 1500см3 он выиграл) резонансную подстройку глушителя. Телескопический резонатор с места пилота подстраивался путем изменения длины. Укорачивание подтяжкой тросом, удлинение давлением  газов. Затем перешли на этот тип резонатора многие. Работает по личным ощущениям как второй газ, т.е. при полностью открытом  дросселе на прямой подтяжка троса и уменьшение длины резонатора давало весьма заметную добавку мощности. (Дополнительный подхват). При входе в  поворот резонатор удлинялся и обеспечивал лучшую работу на низах. Оптимальные значения длины подбирались на тренировках. Ну а про двухтактные двигатели и не говорю. От национальных классов до межународных у всех без исключения изменяемая длина труб.

[Mig31]

Выскажу своё понимание, если никто не против.
Если мы, за единицу времени, хотим протолкнуть больше воздуха, то нам нужно увеличивать скорость его прохождения и его плотность. К сожалению плотность падает именно при увеличении скорости. До каких границ нужно увеличивать скорость можно узнать изучив теорию принципа действия сопла Лаваля. Именно сопло Лаваля имеем в карбюраторе в качестве большого диффузора.(ну это здесь и так все знают) Теория эта гласит, что при дозвуковых скоростях сечение нужно уменьшать, а при сверхзвуковых увеличивать.
То есть для получения сверхзвукового потока нужно сначала пропустить этот поток через маленькое сечение , а потом через большое, что мы и видим в карбюраторе. Это происходит потому, что при достижении воздухом скорости звука, дальнейшее увеличение скорости уже не компенсирует падение его плотности . То есть молекулы кислорода летят быстро но их становится очень мало.
Выходит, что максимальное наполнение можно получить максимально приблизив скорость к звуковой. Это было бы справедливо если бы клапан имел только два положения - открыто и закрыто. На деле же значительное время он находится в полуоткрытом сосотоянии, и в это время поток достигал бы сверхзвуковой скорости. Плотность воздуха упала бы меньше критической и общее наполнение бы ухудшилось. Видимо число 0,6 от скорости звука и есть некий компромисс.
Единственное что хотелось бы определить. Каковы будут насосные потери при расчёте, например диффузоров карбюратора, под скорость близкую к звуковой. Видимо некоторый прирост наполняемости ничего не даст из-за увеличившихся насосных потерь.
ИМХО
С ув.

[uber ТС]

an engine's air flow potential per cycle (volumetric efficiency) depends on its average intake flow
coefficient, intake valve flow area, cylinder size, speed of sound in air and RPM. These five terms are combined into one value
called the Mach Index, called Mach # by the Engine Analyzer Pro. In simple terms Mach # relates the average velocity of the
intake charge past the valve to the speed of sound. The speed of sound is theoretically the maximum velocity possible past the
valve, which would give a Mach # of 1.0. A Mach # of .4 states the average velocity is only 40% of the maximum possible
velocity.
Taylor's work showed good correlation between volumetric efficiency and Mach # for several engines with conservative cam
timing. The correlation showed that volumetric efficiency (and therefore power) would start to drop sharply when Mach #
increased above approximately .55. However, more recent studies show poor correlation if intake cam duration increases
significantly. The 1979 paper includes a correction for intake duration; the higher the intake duration, the lower the Mach #,
and the higher the RPM for peak volumetric efficiency.
General "rules of thumb" concerning the Mach # include:
? Peak volumetric efficiency should occur in the range of .3 to .5 Mach # with no tuning effects
? Volumetric efficiency drops rapidly in the range of .6 - .8 Mach #

Цитата из помощи к программе Engine Analizer Pro (кстати, ох..тельная прога). Здесь говорится о том, что для обычных двигателей со стандартными фазами ГРМ, некий Тэйлор когда-то давно утверждал, что при ЧИсле МАХА выше 0,55 Коэф наполнения резко падает. Более поздние исследования показывают, что при значительно увеличенных по длительности фазах впуска существует зависимость "чем шире фазы, тем меньше число Маха и выше обороты пиковой наполняемости цилиндров".
Золотые правила таковы:
1. Наибольшая наполняемость получается при числе маха от 0,3 до 0,5 ("with no tuning effects" т.е.для стандартных двигателей???)
2. Коэф наполнения резко падает при числе маха 0,6 до 0,8.

КОнец перевода.

[AlchHiMyst]

ту Mig31
Несколько скорректирую твое понимание
Дело в том что такт впуска длится от 200 до 340 градусов пкв взависимости от распредвала и настроек. т.е. грубо говоря половину времени в соплах лаваля поток разгоняется а вторую тормозится и при определенных оборотах даже выбрасывается обратно вторично обогащаясь при этом. Соответственно Костмасс заключаиццо в теме если удастся добиться стоячей волны во впуске при которой поток во впуске будет практически постоянным и при отркытии вп. клапана там Уже будет избыточное давление вызваное эфектами резонанса.
Зы. Какие процессы в это время происходят в соплах лаваля нам впринципе пох( желательно конечно получить поток с постоянной скоростью но это нетак критично)  намного  важнее что происхогит на входе и на выходе тракта...
Зыыы.... Что касается диффузоров карбюратора СОЛЕКС главное поддерживать скорость потка в пределах 60-120 м/с

Что косается этого пресловутого числа МАХА для тюнинга - то делайте клапаны больше и будит вам щастье... Ибо уронить его меньше 0.3 практически нереально а вот улучшить наполнеие сверху это завсегда поможет!