---

---

Eredeti megjelent:

Modellezés

1988.3. szám 8-9. old.

Rezonátorcső tervezés C-64-es számítógéppel

Ebben a cikkben azoknak a modellezőknek kívánunk tanácsot adni, akik szeretnek önálló tervezői munkát végezni, szeretnek kísérletezni és bizonyos jártasságuk van a számítástechnikában.

Ez utóbbi szempont a jelen esetben nem lényeges kritérium, mert a baráti vagy munkatársi körben biztosan lehet találni olyan szakembert, aki a most megjelenő rezonátorcső tervező programot lefuttatja egy COMMODORE-64-es gépen. A program kezelése rendkívül egyszerű, a gép minden kiinduló adatot megkérdez és azok realitását bizonyos korlátok között értékeli is.

Még mielőtt rátérnénk a konkrét méretezésre, röviden néhány szót kell szólni a rezonátorcsövekről és a számítógéppel tervezett csőről. Minden modellező esküszik az általa eredményesen használt rezonátorcsőre. Ez idáig igen sok számítási mód és tervezési eljárás jelent meg a szakirodalomban, amelyet több-kevesebb eredménnyel lehetett használni. Ez a tervezési mód Bernhard Krause: Modellmotorentechnik című könyvében (1986) közölteken alapszik.

A számítás alapjában véve nem bonyolult, csak a rezonátorcső szerkesztésénél adódnak nehézségek, mivel a cső össztérfogata adott, valamint több olyan feltételt kell kielégíteni, ami jó esetben is négy-öt szerkesztést és ugyanannyi ellenőrző számítást igényel. A tervezés ezen szakaszában, illetve a munka lényeges meggyorsításánál van szerepe a számítógépnek, mivel neki közömbös, hány műveletből számítja ki az „optimális" csőméreteket.

Az sem elhanyagolható, hogy a kiinduló adatok módosításával megvizsgálhatjuk a tervezett rezonátorcső alakjának, méretének változását. Kiszámíthatjuk a vezérlési szögek, motor fordulatszám változtatása stb. függvényében a csőhosszat, végül is rengeteg variációt számíthatunk ki.

Minden ember tudja, hogy egy adott feladat megoldására egyedül üdvözítő megoldás nincs. Van jó megoldás és kevésbé jó. Az adott esetre fordítva ez azt jelenti, hogy ugyanazt a motorteljesítményt, illetve sebességet többféle méretű, alakú, anyagú rezonátorcsővel is el lehet érni. Ez a számítási mód biztosan nem a legjobb, de alapnak mindenféleképpen igen jól megfelel, és az általa tervezett cső jól működik. Másik előnye, hogy olyan rezonátorcsövet ad, ami egyszerűen gyártható.

Most térjünk át a könyv rezonátorokkal foglalkozó fejezetének ismertetésére.

A kipufogó oldal gázdinamikai hangolása, illesztése

A kipufogó oldalon az „illesztett kipufogórendszerben" az úgynevezett kipufogó tölcsérben, a nyomáshullámot, amely a kipufogónyílás nyitásakor keletkezik, a motor feltöltéséhez használjuk. Ez a folyamat a következő módon játszódik le: a kipufogónyílás nyitásakor egy nyomáshullám hagyja el a motort, átáramlik a kipufogó rendszeren és ezzel egyidőben a kipufogó gáz a kipufogó csőbe áramlik. A kipufogó cső hátsó részében a reflexiós kúp a nyomáshullámot a kipufogó nyílás irányában visszaveri. Eközben az összes kipufogó gáz elhagyja a motort, és az el nem égett friss gáz egy jelentős része ily módon a kipufogó rendszerbe kerül. Ez a friss gáz azoknál a motoroknál, amelyek nem rendelkeznek ilyen „hangolt" kipufogó rendszerrel, az égés szempontjából elvész, és ezért ezt öblítési veszteségnek nevezzük.

A kipufogó tölcsérbe visszaáramló nyomáshullám a visszaverődéskor maga e1őtt tolja a kipufogó elülső részében levő gázt a kipufogó nyílás irányába, és ezzel a friss gáz újból bejut a hengerbe, még mielőtt a dugattyú lezárná a kipufogó nyílást. Ily módon megakadályozza az öblítési veszteséget, sőt bizonyos mértékben a henger túltöltésére, feltöltésére is lehetőséget ad.

Ennek nagysága kb. 45%-os teljesítménynövekedés okozhat.

Mivel az imént vázolt folyamat valamennyi fázisának szinkronban kell lezajlani, a következő fizikai és konstrukciós irányelveket a helyes mértékegységekben egymáshoz kell rendelni.

A motor fordulatszáma n (1/min-ban) vagy f (1/s-ben). A kipufogó gáz hőmérséklete és ezáltal a hanghullám terjedési sebessége a kipufogó gázban v (m/s-en). A motor vezérlési szögeire vonatkozó konstans, amely az adott folyamatra rendelkezésre áll, K (dimenzió nélküli szám). A kipufogó rendszer hossza L (m-en). Konstrukciós értékek, amelyek a motor nagyságával kapcsolatosak és többnyire tapasztalati értékek.

A kipufogó rendszer számításához és a kipufogó gáz hőmérsékletméréséhez a kipufogó gázban levő hanghullám sebességére a következő értékeket adjuk meg:

v = 400 m/s.

Kis „literteljesítményű" motorokhoz és 12-15000 1/m-os fordulathoz :

v = 500 - 560 m/s.

Nagyon nagy literteljesítményű versenymotorokhoz, nagy kompresszióhoz és 20 000 1/min fölötti fordulathoz :

v = 550 - 600 m /s.

Olyan versenymotorokhoz, amelyeknek üzemanyaga nagy nitrometán részaránnyal és 20 000 1/min fölötti fordulatszámmal üzemelnek:

v = 550 m/s.

Olyan benzinmotoroknál, amelyeknek fordulata kb. 8000 1/min-ig terjed.

A „K" konstans a következő formulával számítható:

αA = a kipufogó nyílás nyitvatartási szöge főtengely-elfordulási fokban,

αE = az átömlő nyílás nyitvatartási szöge főtengely-elfordulási fokban.

Emellett decimális számként kell megadni a feltöltéskor rendelkezésre álló forgattyústengely körülfordulásának egy szakaszát. Ez a rész (szakasz) az átömlőnyílás nyitásával kezdődik és a kipufogó nyílás zárásával végződik.

Mive1 a hanghullám reflexiója legtöbbször egy kúpon megy végbe, az L. hosszat a kúp közepéig számítjuk. Egyenes reflexiós falnál vagy más reflexiós testnél (felületnél) analóg módon járunk el.

Az L hossz számításánál abból kell kiindulni, hogy a kiáramló kipufogó gázban a nyomáshullám a forgattyús tengely egy körülfordulása alatt (L m-ben)

utat tesz meg. λ_A a kimenő hanghullám hossza méterben.

V= a kipufogó gázban a hanghullám terjedési sebessége m/s-ben.

f = hangfrekvencia 1/s-ben= motorfordulat szám 1/s-ben.

Ezeket behelyettesítve a K konstans figyelembevételével az egyenlet

helyettesítsük be K-t

helyettesítsük a frekvencia helyére a motor fordulatszámát, így a következő egyenletet kapjuk:

rendezve és átalakítva a kipufogó rendszer hosszának számítása a következő egyenlet szerint történik:

Mivel az L hossz mm-ben kifejezve áttekinthetőbb, a végleges egyenlet a következő:

A kipufogó rendszer hossza mellett, amely mint az egyenletből látszik, túlnyomórészt csak fordulatszám-függő, a kipufogó rendszer méretezésénél fontos szerepet játszik a motor nagysága és a szükséges átmérő (1. ábra).

Ennek az átmérőnek a számításához meghatározzuk a kipufogó ablak vetületi felületét a hengerperselyen az ismert képlettel:

E felület segítségével már a következő egyenletek szerint meghatározhatjuk a szükséges átmérőket:

A kipufogó rendszer kifogástalan működése csak akkor lehetséges, ha a motor lökettérfogata és a teljes kipufogó rendszer térfogata helyes arányban áll egymással. A legkedvezőbb érték:

V_{kipufogó rendszer} = 22 x motor lökettérfogata

Ezt az arányt +-10%-os eltéréssel be kell tartani. Az így számított értékek segítségével most már meg lehet tervezni a kipufogó rendszert. A rezonátorcső szerkesztését a hátsó kúppal kell kezdeni, és az utolsó párhuzamos cső szakasszal. Ezeknél az értékeknél tartsuk be a megadott szögeket. Ezután meg lehet rajzolni a számított D és d', valamint az L-nek megfelelő méreteket és az elülső kúpot. Az első tervezésnél az elülső kúp hossza az összhossznak kb. 40%-a legyen (l. 2. ábra).

Ezután az ellenőrző számítások következnek, a kipufogó rendszer térfogatának meghatározásához. Az ismert formula szerint a csonka kúpok térfogata :

A hengeres csőszakaszok térfogata:

Az össztérfogatot az egyes térfogatok összeadásával határozhatjuk meg. Amennyiben a számított össztérfogat a megadott (javasolt) értéken belül van, úgy a tervezés kész, más esetben az első kúpot toljuk el addig, amíg az össztérfogat az előzőleg megadott értéken belül nem lesz. (A motor irányában való eltolás = nagyobb térfogat, a hátsó kúp irányában való eltolás = kisebb térfogat.) Mivel ez esetben a rezonátornak V₄, V₅ térfogata nem változik, a V₁, V₂, V₃ térfogatokat kell újra számolni.

Nagy szerepet játszik még a teljesítmény alakulásában a reflexiós kúp alakja. Így adódtak a szerző különböző mérései alapján a 3. ábrán bemutatott különböző reflexiós kúpokra az ott megadott eredmények.

Ebből egyértelműen látszik, hogy a hiperbolikus reflexiós kúp adja a legnagyobb teljesítményt. További javulás érhető el az 1. ábrán és a 2. ábrán bemutatott hengeres közdarab beépítésével.

Ez a rezonátorcső a minimális helyigény mellett nagy teljesítmény-kihasználást enged meg széles sávban, ami azt jelenti, hogy viszonylag magas fordulatszám-tartományban lép fel a teljesítménynövekedés.

Az előző számítási módszer e fejlesztésre vonatkozik. A 4. ábrán egy 2,5 ccm motor ilyen kipufogó rendszerének konstrukciós adatait mutatja.

Ahhoz, hogy egy modellmotornál a gázdinamikai feltöltést megvalósíthassuk, az szükséges, hogy a kipufogó ablak vezérlési szögét a gázdinamikai feltöltéshez illesszük, azaz a K konstansot, az α_A vezérlési szöget kb. 160-175°-ra növeljük, egyes motoroknál α_A =180°ra növelhető. Így a K értéke 0,3-0,43-ig változik. A kipufogó rendszer elülső hengeres részében levő eltolható közdarab lehetővé teszi a számítási, szerkesztési pontatlanságok miatt fellépő kiegyenlítetlenségek kiküszöbölését járó motornál is.

A rezonátorcső tervezésénél és a számítógépes program futtatásánál a cikk írói szívesen állnak az érdeklődők rendelkezésére.

Egy hangolt kipufogócső (rezonátorcső) általános méretei

Rezonátorcső tervezési vázlata. Az első kúp helyének változtatásával kell a cső térfogatát beállítani az előírt értékre

különféle reflexiós kúpok és az azzal elérhető fordulatszám-növekedések egy 10 ccm-es modellmotornál.

1.Kiinduló érték : 11 600 1/min

2. +110 1/min = 2,6% motorteljesítmény-növekedés

3. +200 1/min = 6,6% motorteljesítmény-növekedés

Tervezési példa egy hangolt kipufogócsőre, hengeres közdarabbal, 2,5 ccm-es modellmotor esetén

Dobrovics Gábor- Kiss András

(Az archiváló megjegyzése: Az íráshoz eredetileg mellékelt négy oldalas Commodore C64 számítógépre írt Basic nyelvű programot nem archiváltam hozzá a cikkhez, mivel kevéssé valószínű, hogy azt ma már bárki is hasznosítani tudná. A cikk teljessége érdekében, valamint, ha valaki mégiscsak szeretné előszedni a szekrény aljából rég elfelejtett Commodore C 64 gépét a programot PDF formátumban le lehet tölteni innen >>)

_{♣ Archiválta SRY 2006 február 1. ♣ CANON LiDE system ♣ Microsoft Word ♣ SRY MODELL 2006}