Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Повышение мощности, оптимизация настроек, изготовление специальных деталей, постройка спортивных моторов и др.

Модераторы: Aston, AB-Engine, Администраторы

Chromov113
Пилот
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 11 май 2017, 20:34
Откуда: Москва, Россия - Кобург, Германия

Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение Chromov113 »

Товарищи, я нуждаюсь в советах. Присоединился к команде ФС моего универа, мне поручено изучить, можно ли улучшить выхлопную систему, и сделать это, если потребуется. На данный момент я изучаю программный пакет GT Suite, у команды есть на него лицензия, а еще жду книжку "Scientific design of exhaust and intake systems", Phillip H. Smith, John C. Morrison.

Вот в чем мой нынешний вопрос. На машине будет стоять мотор от Yamaha R6 2005 года - "классическая" рядная четверка, с "плоским" коленвалом.
На рядных четверках такой конфигурации принято делать коллекторы либо типа 4-1, либо 4-2-1, соединяя попарно 1-4 и 2-3, а затем сводя их в общую трубу. На прошлогодней же формуле стоит 4-2-1, в котором соединены патрубки цилиндров 1-2 и 3-4. Автор этого выхлопа не видит никаких противоречий в том, что вспышки в цилиндрах 1-2 происходят неравномерно - 180-540 градусов ПКВ, и не смог внятно объяснить мне, почему он выбрал такую схему.
Самое интересное заключается в том, что на оригинальном коллекторе Yamaha R6 выхдопные патрубки соединены точно так же! И не только на нем, а еще, например, на его прямом конкуренте Honda CBR600, то есть это не единичное решение. Более того, дальнейшее гугление привело меня к еще одной разновидности коллекторов, где соединены патрубки цилиндров 1-3 и 2-4 - так делают отдельные фирмы, в частности, для Хонд с моторами В18 и В20. И это окончательно меня запутало. Моей первой догадкой было, что делается это лишь с целью получить интересный звук от заурядного мотора, но я хочу копнуть глубже.

Излагаю ход своих дальнейших мыслей. Для простоты буду рассматривать рядный двухцилиндровый четырехтактный двигатель, выхлопные патрубки цилиндров сходятся в одну трубу. Аккуратно выполненный выхлоп, как известно, способствует лучшему наполнению цилиндров, причем в узком диапазоне оборотов. Если на коленвале моего мотора кривошипы развернуты в одну сторону (аналог соединения патрубков 1-4 и 2-3 на рядной четверке), то вспышки в цилидрах происходят через 360-360 градусов ПКВ, и выхлоп каждого цилиндра способствует наполнению соседа на определенном диапазоне оборотов. Если же кривошипы развернуты на 180 градусов (аналог соединения патрубков 1-2 и 3-4 рядной четверки), то вспышки происходят через 180-540 градусов ПКВ, и хотя выхлоп каждого цилиндра способствует наполнению соседа, происходит это в разных диапазонах оборотов для каждого цилиндра. И тогда я задумался: может, это и есть идея такого выхлопа - сделать разным наполнение разных цилиндров? Но с какой целью? Выровнять кривую крутящего момента?

Попутный вопрос. Когда я стану вникать непосредственно в подбор длин труб коллектора, мне следует учитывать только первую и вторуюу из отраженных волн давления, поскольку в реальных условиях они очень быстро теряют энергию и все последующие отражения будут пренебрежительно малы. Так ли это?

P.S.: Первый абзац не для хвастовства, а только для того, чтобы пояснить, с чем я имею дело. Быть может, вы и получше этой литературу посоветуете.
EndoSteel
Технический директор
Сообщения: 693
Зарегистрирован: 27 дек 2012, 21:04
Откуда: Москва

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение EndoSteel »

Попутный вопрос. Когда я стану вникать непосредственно в подбор длин труб коллектора, мне следует учитывать только первую и вторуюу из отраженных волн давления, поскольку в реальных условиях они очень быстро теряют энергию и все последующие отражения будут пренебрежительно малы. Так ли это?
Первую и третью. Вторая (и прочие четные) вернется давлением вместо разрежения.
Аватара пользователя
AB-Engine
Гуру
Сообщения: 20350
Зарегистрирован: 01 июн 2004, 20:45
Откуда: Москва-Киев-Одесса-Петах Тиква
Контактная информация:

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение AB-Engine »

Если что-то нужно подбирать на впуске и выпуске, то без программы типа Lotus Engine Simulation и ей подобных туда даже подходить не следует :wink: ... И тем более не следует на пальцах считать волны давления в трубах - на дворе 21-й век, а не 70-е 20-го :mrgreen: .
С уважением,
персонал Моторного центра
АБ-Инжиниринг.
EndoSteel
Технический директор
Сообщения: 693
Зарегистрирован: 27 дек 2012, 21:04
Откуда: Москва

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение EndoSteel »

Ну, на самом деле там основной определяющий фактор - скорость звука, от которой главным образом и зависят длины труб. Поправки на дополнительные условия, по моему опыту, не больше 20% в самом тяжелом случае. Так что при должной сноровке такие штуки можно с достаточной точностью проектировать на глаз, особенно если мотор хорошо знаешь. Лотус сразу попросит параметры продувки - есть ли у бедных студентов стенд?

Chromov113
А порядок вспышек какой? Если 1-3-4-2, то по идее без разницы по какому принципу объединять трубы. Т.е. соединение 1+4 \ 2+3 универсальное, также для порядка 1-3-4-2 будет работать вариант 1+2 \ 3+4, а для 1-2-4-3 вариант 1+3 \ 2+4. Как там они потом будут в кучу соединяться не важно т.к. отраженная волна по всем трубам расходится, просто попадает куда нужно только в одной.
Chromov113
Пилот
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 11 май 2017, 20:34
Откуда: Москва, Россия - Кобург, Германия

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение Chromov113 »

AB-Engine писал(а):Если что-то нужно подбирать на впуске и выпуске, то без программы типа Lotus Engine Simulation и ей подобных туда даже подходить не следует :wink: ... И тем более не следует на пальцах считать волны давления в трубах - на дворе 21-й век, а не 70-е 20-го :mrgreen: .
GT Power же, написал в первом посте :) Вообще, если бы мне пришлось делать это с нуля, я сначала посчитал бы нужные длины "по книжке" и на их основании построил бы модель, где уже стал бы играть параметрами и смотреть, что получится.
EndoSteel писал(а):Ну, на самом деле там основной определяющий фактор - скорость звука, от которой главным образом и зависят длины труб. Поправки на дополнительные условия, по моему опыту, не больше 20% в самом тяжелом случае. Так что при должной сноровке такие штуки можно с достаточной точностью проектировать на глаз, особенно если мотор хорошо знаешь. Лотус сразу попросит параметры продувки - есть ли у бедных студентов стенд?

Chromov113
А порядок вспышек какой? Если 1-3-4-2, то по идее без разницы по какому принципу объединять трубы. Т.е. соединение 1+4 \ 2+3 универсальное, также для порядка 1-3-4-2 будет работать вариант 1+2 \ 3+4, а для 1-2-4-3 вариант 1+3 \ 2+4. Как там они потом будут в кучу соединяться не важно т.к. отраженная волна по всем трубам расходится, просто попадает куда нужно только в одной.
Стенд какой? Динамометрический для двигателя есть, продувочного для головок - нет. Было бы здорово сделать. Порядок вспышек 1-3-4-2.

Кажется, до меня начинает доходить. Обращаюсь опять к моей гипотетической рядной двойке с противолежащими кривошипами, порядок зажигания 1-2, то есть всышки через 180-540 градусов ПКВ, выхлопные патрубки сходятся в одну трубу. Я думаю, что к цилиндру 2 приходит первый отраженный импульс от выхлопа цилиндра 1, а к цилиндру 1 - третий отраженный импульс от выхлопа цилиндра 2. Так ли это?
EndoSteel
Технический директор
Сообщения: 693
Зарегистрирован: 27 дек 2012, 21:04
Откуда: Москва

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение EndoSteel »

Стенд продувочный. Причем не колхозный, а чтобы результаты с эталонным Superflow сходились.

Я думаю, что к цилиндру 2 приходит первый отраженный импульс от выхлопа цилиндра 1, а к цилиндру 1 - третий отраженный импульс от выхлопа цилиндра 2. Так ли это?
Скорее всего третий импульс возвращается к моменту перекрытия в тот же цилиндр: не знаю как устроен штатный резонатор R6, но по фоткам похоже что трубы внутри не соединяются. В общем-то это ты вполне можешь посчитать сам. Нужно нагуглить зависимость температуры ОГ от степени сжатия и зависимость скорости звука в ОГ от температуры. Имея скорректированную скорость волны и время открытия клапана (нюансами фаз и положением поршня при переотражениях можно принебречь), можно примерно высчитать где будет волна к моменту перекрытия в разных цилиндрах.
Chromov113
Пилот
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 11 май 2017, 20:34
Откуда: Москва, Россия - Кобург, Германия

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение Chromov113 »

EndoSteel писал(а):Стенд продувочный. Причем не колхозный, а чтобы результаты с эталонным Superflow сходились.

Я думаю, что к цилиндру 2 приходит первый отраженный импульс от выхлопа цилиндра 1, а к цилиндру 1 - третий отраженный импульс от выхлопа цилиндра 2. Так ли это?
Скорее всего третий импульс возвращается к моменту перекрытия в тот же цилиндр: не знаю как устроен штатный резонатор R6, но по фоткам похоже что трубы внутри не соединяются. В общем-то это ты вполне можешь посчитать сам. Нужно нагуглить зависимость температуры ОГ от степени сжатия и зависимость скорости звука в ОГ от температуры. Имея скорректированную скорость волны и время открытия клапана (нюансами фаз и положением поршня при переотражениях можно принебречь), можно примерно высчитать где будет волна к моменту перекрытия в разных цилиндрах.
Не-не, речь сейчас о двухцилиндровом и отражении от соединения труб (Y-pipe типа). Я так думаю потому, что вспышка во 2 цилиндре происходит через 180 градусов ПКВ относительно 1 цилиндра, а вспышка в 1 цилиндре через 540 градусов ПКВ относительно 2 цилиндра, то есть проходит в три раза болше времени.

Вообще в Y-pipe от каждого такта выхлопа возникают отраженные волны в обоих патрубках - и у цилиндра-источника выхлопа, и у соседа, это так ведь?
EndoSteel
Технический директор
Сообщения: 693
Зарегистрирован: 27 дек 2012, 21:04
Откуда: Москва

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение EndoSteel »

Не могу сказать что я знаю об этих явлениях все, что хотел бы знать, но насколько я понимаю, неактивная труба в Y-соединении первичек играет роль отросткового резонатора. Волна делится на развилке, идет до клапана (закрытого), отражается от него и уходит вниз вслед основной с некоторой задержкой. По идее, при вторичном прохождении развилки она снова делится, таким образом вместо одной волны, как в коллекторе 4-1, в сторону резонатора уходит затухающий каскад полуволн. И обратно от резонатора возвращается такой же каскад. За счет этого получаем приход растянутый по оборотам, но ослабленный т.к. при каждом делении волна теряет энергию.

То же самое происходит на сходе штанин в одну трубу, но там процесс чисто паразитный т.к. отражения ни в один полезный диапазон не попадают - зато это соединение дает эжекцию, вытягивающую газ из трубы, где будет следующий такт. Стоит ли оно того - не знаю. Раздельные трассы от пар цилиндров используют, но редко. Почему - сложно сказать: то ли из за неэффективности без эжекции, то ли тупо из за веса и цены.

Кстати тут есть нюанс: если соединение штанин имеет достаточный объем (скажем две штанины 38мм выходят в трубу 80мм), то отражение с инвертированием происходит прямо здесь. При этом в остальные трубы уходит недоотразившаяся (коэффициент отражения еще как-то на диаметр трубы завязан) волна давления. Если нет объема - волна идет в неизменном виде до резонатора, оттуда приходит разрежением и в таком виде расходится по всем трубам.

Насчет двухцилиндровго мотора - сомневаюсь что удастся где-то выгуливать волну на протяжении 540 градусов с сохранинем эффективной энергии. Следующий цилиндр просто останется не дозаряженным. Но это я на глаз, на самом деле надо просто посчитать. Переведи 540 градусов во время и увидишь на какое расстояние волна успеет уйти от цилиндра. Потом разбей это расстояние на отрезки, соответствующие длине трубы до резонатора, и получишь количество переотражений.
Аватара пользователя
AB-Engine
Гуру
Сообщения: 20350
Зарегистрирован: 01 июн 2004, 20:45
Откуда: Москва-Киев-Одесса-Петах Тиква
Контактная информация:

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение AB-Engine »

А зачем это все надо? Не проще залить в программу конкретные размеры и посмотреть ту самую "волну на протяжении 540 градусов"? :mrgreen:
С уважением,
персонал Моторного центра
АБ-Инжиниринг.
Chromov113
Пилот
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 11 май 2017, 20:34
Откуда: Москва, Россия - Кобург, Германия

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение Chromov113 »

AB-Engine писал(а):А зачем это все надо? Не проще залить в программу конкретные размеры и посмотреть ту самую "волну на протяжении 540 градусов"? :mrgreen:
Да я просто разобраться пытаюсь. Скоро и до программы дело дойдет.
А что смешного? Ну заблуждаюсь я немного, нет бы объяснить :D
EndoSteel
Технический директор
Сообщения: 693
Зарегистрирован: 27 дек 2012, 21:04
Откуда: Москва

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение EndoSteel »

AB-Engine
Я ж говорю, продувка нужна. По одним геометрическим размерам Лотус ничего считать не будет. Так-то есть в принципе отдельно стоящий выпускной калькулятор, который считает вполне корректно, но он никак не объясняет ход своих "мыслей". Тут же стоит вопрос о том, как аргументированно объяснить человеку, что выпуск, который он сваял - хрень. Или не хрень, но это тоже надо выяснить. Прийти и сказать "мой кунг-фу... тьфу, калькулятор круче твоего" - не вариант, я думаю.

Chromov113
AB все знает, но объяснений ты от него не дождешься :D.
Аватара пользователя
AB-Engine
Гуру
Сообщения: 20350
Зарегистрирован: 01 июн 2004, 20:45
Откуда: Москва-Киев-Одесса-Петах Тиква
Контактная информация:

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение AB-Engine »

Ерунда какая-то полная :mrgreen: . Мрак - если точнее 8) . Это каким это образом можно теперь в ДВС посчитать отдельно коллектор???? И что будет получено в результате??? :lol: :lol: :lol: Наверное, какое-нибудь низкое сопротивление, которое к процессу ДВС не имеет отношения? :lol:

Супер, короче. Это мы так изучаем теорию и программы расчета. Браво! :D Мы предлагаем тогда вернуться на 100 лет назад - к методикам расчета Гриневецкого-Мазинга. Вот тогда будет точность - по настоящим индикаторным диаграммам :mrgreen: .
С уважением,
персонал Моторного центра
АБ-Инжиниринг.
EndoSteel
Технический директор
Сообщения: 693
Зарегистрирован: 27 дек 2012, 21:04
Откуда: Москва

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение EndoSteel »

Не совсем отдельно, естественно: забиваются объем цилиндра, фазы и желаемые обороты дозаряда. На выходе - длины и диаметры труб.
EndoSteel
Технический директор
Сообщения: 693
Зарегистрирован: 27 дек 2012, 21:04
Откуда: Москва

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение EndoSteel »

Что касается теории - большинство гоночных инженеров успешно используют волновые явления в выхлопе, не зная в точности как и почему они работают, и это медицинский факт :). В конце концов, мощные компутеры появились сравнительно недавно (точно посчитать все нюансы "вручную" невозможно т.к. число разных переотражений запредельное), а волновую настройку используют с 50-х годов .

В отличие от полноформатных симуляторов, формулы для "народных" калькуляторов обычно эмпирические, т.е. выведены из эксприментального опыта без попыток понять почему именно так. Тем не менее, поскольку опыта этого уже 60 лет накопилсь, точность вполне пристойная. Будет ли лучше коллектор, посчитанный в Лотусе "в ноль" чем коллектор, посчитанный почти в ноль и доведенный по результатам заездов на трассе? Сомневаюсь, вся разница только в необходимости этой доводки на трассе.
Chromov113
Пилот
Сообщения: 22
Зарегистрирован: 11 май 2017, 20:34
Откуда: Москва, Россия - Кобург, Германия

Re: Конфигурация выхлопного коллектора для Формулы Студент

Сообщение Chromov113 »

EndoSteel писал(а): Тут же стоит вопрос о том, как аргументированно объяснить человеку, что выпуск, который он сваял - хрень. Или не хрень, но это тоже надо выяснить. Прийти и сказать "мой кунг-фу... тьфу, калькулятор круче твоего" - не вариант, я думаю.
Как приятно, когда сторонний человек сразу понимает, что тебе надо!

Чем таким особенным отличаются фирменные продувочные стенды? Всего-то надо массовый расход узнать.
AB-Engine писал(а):А зачем это все надо? Не проще залить в программу конкретные размеры и посмотреть ту самую "волну на протяжении 540 градусов"? :mrgreen:
Проделать все это, не разобравшись в предмете, для меня практически равносильно мраку, который Вы описали в следующем посте. Я хочу понимать, почему GT Power дает те результаты, которые он дает.
Ответить