Planering av motorbygge

Diskussioner för erfaret folk
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

Jag har gjort tester på Volvo och upp till 100 literhästar verkar det kvitta med kanalstorleken.
Men jag antar att ju senare man försöker stänga insugningsventilen desto mer påverkar det.
Med en kam som hade en duration på runt 270 grader vid 1mm in så var det kurva i kurva mellan en 46-35 topp och en 48-40.
Det var en stor 48-40 men den tappade inget i botten.
Med annat avgasgrenrör drog 48-40 toppen upp 20 hästar men frågan är hur mycket den lilla toppen hade gett med samma grenrör?
Insugningslängden är otroligt viktig har jag sett, återkommer om det.

Erland
Senast redigerad av Erland Cox den lör sep 18, 2021 5:24 pm, redigerad totalt 1 gånger.
psa
För mycket laddtryck
Inlägg: 319
Blev medlem: lör apr 21, 2012 9:21 pm

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av psa »

Okej, ja det kanske är mer av ett teoretiskt än praktiskt problem då. :)
Sen brukar ju ibland en sak följa en annan i vilket fall som helst, bygger man en extrem race motor så gör man ju det.
whilliam
Forumsberoende
Inlägg: 1695
Blev medlem: fre jul 31, 2015 11:30 pm
Ort: Joachim Whilliam Brandin. Björklinge

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av whilliam »

Det är bra förklarat Erland och du har tagit upp det mesta :thumbright: Den del jag tycker är mest intressant är den om kompressionsförhållandets påverkan på gasväxligen, så det är kanon att det behandlas. Ska jag ge lite konstruktiv kritik så är det isf. det som skrivits på sidan 2 i den sista posten: "På en racemotor är det OK om en del friskgaser åker ut i avgas men det får inte bli för mycket.
Det ovan gör att max effekts lamdavärdet skiljer mellan motorer."

Om man fortsätter tråden och motorbygget så blir det så småningom dags för injustering/mappning och då kommer det att visa sig att flera olika faktorer påverkar vid vilket lambdavärde motorn ger som mest. Nog om detta just nu, bättre att vi återkommer när motorn är färdigbyggd.
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

Det här med hur viktig kanalstorleken är för portenergin är jag och säkert ni andra uppväxta med.
Att det är svårare att sätta igång en stor gasmassa än en liten och att man inte får tillräcklig ramningsenergi i slutet av insugningstakten.
Men i de tester jag gjort har jag inte sett skillnad men mina toppar har inte gillat massor med duration.
Mindre kanal hade kanske fungerat annorlunda men jag måste testa för att veta.
Jag har gjort kamtester på en 2365cc Volvo 230 med en bra portad 46-38 topp.
Den flödade nästan 240CFM in vid 16mm och 170CFM ut vid 14mm.
Den toppen gick bäst med en Agap R37-267-15,3 in och en modifierad 267 profil med 14,6mm lyft ut.
Den gick med mätfelsmarginal lika bra med R37-267-15,3 in och R33-14,5-264 ut.
Jag provade sen en R37-275-16 in med R37-267-15,3 ut. Alla kammarna med 105 graders lopbseparation och konstant hastighets ramper.
Den kammen tappade 2 hästar mot den innan och ännu vassare kammar tappar upp till 8 hästar mot 267 eller 14,7 profilen.
Agap kör med konstant accelerations ramper på sina kammar men jag vet ingen annan kamslipare som gör det så jag byter ramp.
Konstant hastighet är en rak linje medan konstant acceleration är en kurva, så vinkeln varierar med spelet.
Tänk på en överladdad motor med högt cylindertryck som ska öppna avgasventilen.
Cylindertrycket håller mot men kammen snurrar på och vinkeln blir brantare, vi har kört av tryckartappen på vitmotorer med såna ramper.
Jag misstänker att ventilerna lättare studsar i sätena med såna ramper med.

Om vi ska räkna på den 2365cc motorn som jag har testat och se vad mina uträkningar får fram för minsta area.
Motorn har gett en ganska platt effektkurva så max effekt var varierat men legat under 7000 varv vilket är lågt för en racermotor.
Men jag kunde köra hela banan på Sturup i 3:ans växel på 1,07,5 och den drog mellan 2500 och 8500 varv.

Formeln för insugningsarea ser ut så här:
(motorvolym i cc X varvtal vid max effekt X volumetrisk verkningsgrad) / ( 3000 X kanalgashastighet i meter per sekund) = kanalarea i kvadrat mm.

För 230 motorn: (591 X 6750 X 110) / (3000 X 120) = 1219 kvadratmm.

Om jag lägger minsta arean under ventilsätet och lägger till 50 kvadratmm för ventilstjälken så får jag 1269 kvadratmm.
Det motsvarar 40,19 mm diameter i minsta arean och jag har med 46 ventil på min topp 41,5mm.
41,5 mm motsvarar 1353 kvadrat mm, 1303 med 50 avdraget för ventilstjälken.
Så gashastigheten blir 93% av 120m/sek, 112m/sek.

Jag har aldrig lyckats att få mer effekt i en sugmotor med 48-40 ventiler än med 46-38.
2 gånger har bara toppar testats men effekten har varit samma, samma kurva, samma toppeffekt.
Och då är 48 toppen 43mm under ventilen, 1452 kvadratmm motsvarande 105m/sek.

Vad är det då som har hållit tillbaka varvtalet för max effekt på mina motorer?
Om jag ökar den volumetriska verkningsgraden och eller höjer varvtalet för max effekt eller ökar slagvolymen så passar topparna bättre.

Där kommer en historia till in som jag är uppväxt med, motorer ger mest effekt på andra pulsen.
Det är när andra returnerande tryckvågen efter att insug stängt återvänder när insugningsventilen öppnar nästa gång.
Jag har haft en insugningslängd på min motor och testat alla möjliga trattlängder på den och hittat ett max på andra pulsen.
De pulser som man kan använda från låga varv och upp är 4:e, 3:e och 2:a eller 5:e, 4:e och 3:e.
Eftersom både pulsernas amplitud och duration minskar för varje reflektion så får man anpassa vilken puls man använder mot durationen
in och varvtalet. Ju mer duration man har för ett visst varv desto lägre puls eftersom pulsdurationen blir längre.
Om man vill se hur man bäst får tryckvågorna att passa så får man köra i ett simuleringsprogram som Dynomation.
Sen får man testa i bromsbänk och se vad som fungerar bäst, 2:a eller 3:e pulsen på max effekt.
I somras fick jag ner totala insugningslängden från tratt till ventil till 370mm och tjänade minst 5 hästar genom att använda tredje pulsen.
Inte helt lätt att komma under 400mm med långa Weber förgasare.
Jag har inte testat vidare på den motorn men jag har gjort en B20 med B21 kolvar, 42-35 topp, 11:1 i komp, R kam och dubbla 45:or med extraktor.
Kort insug typ Magnoletsi med styrringar, 45mm trattar. 162 hästar och 222Nm om jag minns vridet rätt.
Bästa VOC i min bänk har gett 146 hästar, bästa B20 2265 varm 215, kall 223.
Så för min del har 3:e pulsen fungerat bättre och kammar med mycket duration har inte fungerat så bra.


Så när jag får tid över ska jag testa vidare med ännu kortare insug och prova nån av kammarna med mera duration igen.
Jag återkommer med mera om fasningen av de olika pulserna och om hur man beräknar ut en grundlängd att testa vidare ifrån.

Erland
Senast redigerad av Erland Cox den sön sep 26, 2021 11:53 pm, redigerad totalt 1 gånger.
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

En bra artikel framförallt om avgascykeln men även om hela motorns gasväxling som komplement till det som jag har skrivit.

http://www.epi-eng.com/piston_engine_te ... nology.htm

Det finns en massa andra intressanta artiklar om motorer här: http://www.epi-eng.com/piston_engine_te ... ntents.htm

Till vänster på startsidan finns även en massa andra länkar som kan vara intressanta.

Erland
whilliam
Forumsberoende
Inlägg: 1695
Blev medlem: fre jul 31, 2015 11:30 pm
Ort: Joachim Whilliam Brandin. Björklinge

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av whilliam »

Om ni drar er till minnes en gammal diskussion rörande kollektorer och Bernoulli, så var jag och Patrick inne på att det även är viktigt att tänka på den effekt som detta ger. Erland sade emot mest hela tiden och hävdade att det enda som "räknas" är den återkommande negativa pulsen.
I länken som nu lagts upp så finns det ett stycke som tar upp det jag och Patrick syftade på, enligt vad jag lärt mig så är denna effekt mest verksam på riktigt låga varvtal (och nånstans över 4500 - 5000 rpm så kan man helt bortse från den) Vi kallade det "ejektorverkan". Så här står det i länken ovan: "The primaries converge into a nozzle area which is larger than the primary area but smaller than the final collector size. That keeps the gas velocity up for a bit longer, helping to scavenge neighboring pipes,"

"gas velocity" står för flödets hastighet och enligt länken så hjälper det alltså till med att tömma närliggande cylindrar (utöver vad själva pulsen gör)
Sådana här fenomen är komplicerade (har jag hävdat mången gång) och det gäller att tänka på allt när man funderar på hur det hänger ihop (inte "fastna" på ett visst "grundläggande tänk" och sedan utesluta allt annat)
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

När man läser artiklar så är det saker som man håller med om och andra som man inte håller med om.
Erfarenheten under livet ger en en tro som gör att man hittar fler och fler fel i det andra skriver och det man själv har skrivit.
Möjligheten att lära sig ökar om man har ett öppet sinne och överväger allt man ser och läser mot sitt bibliotek av erfarenhet.
Jag kommer till avgassidan och mina erfarenheter av den lite längre fram och diskuterar den gärna då men kan ta lite nu.
Påverkan av areor i motorer är varvtalsberoende och ökar med massflödet.
Påverkan av längder är också varvtalsberoende och de beror på tiden som pulsen har att komma tillbaka.
På riktigt låga varv kan man få dubbla reflektioner där andra reflektionen ger exakt motsatt verkan mot den första.
Med ett 4-2-1 system kan man få ett varvtalsspann strax under 4000 varv där en förgasarmotor går fett och en insprutningsmotor tappar effekt.
Det har 2 anledningar.
Den första är att första utgående tryckvågen hinner gå upp i nästa anslutna port och reflekteras tillbaka som en tryckvåg mot den stängda avgasventilen.
Om 1:ans cylinder tömmer så reflekteras tryckvågen mot 4:ans avgasventil och kommer tillbaka till 1:ans cylinder som en tryckvåg.
Även reflektionen av 1;ans tryckvåg kommer tillbaka från kollektorn, första gången som en undertrycksvåg som hjälper till att tömma men
undertrycksvågen ser den delvis öppna ventilen som en mindre area och reflekteras tillbaka mot kollektorn som en undertrycksvåg.
Vid kollektorn vänder den igen och reflekteras tillbaka till cylindern som en tryckvåg.
Vi har nu 2 tryckvågor som går på fel håll om vi försöker tömma motorn och som kommer att återvända ganska nära varandra.
Kommer de under överlapp så går avgaserna förbi upp i insug och trycker gasen där tillbaka och man får reversion.
Förgasaren som dragit in bränsle ger bränsle igen när gasen backar och återigen när den går tillbaka på rätt håll och vi får ett fett område.
På en insprutningsmotor kan man kompensera med bränslet men man får ändå sämre insugningstakt och mer restgaser i cylindern.
För att detta ska hända krävs det att tryckvågorna kommer tillbaka under överlapp så ju mer överlappsarea desto större är problemet.
Det finns 2 saker man kan göra åt detta och den ena är att få undertrycksvågen från nästa del av avgassystemet att komma till kollektorn
samtidigt som övertrycksvågen så att de delvis tar ut varandra.
Det andra man kan göra är att minska kollektorarean för då minskar man reflektionen och den störande vågen blir svagare.
Den hjälpande vågen blir också svagare men vill man ha ett bredare register så har man inget val.

Mer om detta är jag kommer till avgasgrenrörsdelen.

Erland
whilliam
Forumsberoende
Inlägg: 1695
Blev medlem: fre jul 31, 2015 11:30 pm
Ort: Joachim Whilliam Brandin. Björklinge

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av whilliam »

Erland, intressant blir att veta: När ändrade du dig? Eller har du ALDRIG räknat med "ejektorverkan" i en kollektor. (eller när pipor förenas)

För att förtydliga: Har du alltid haft inställningen att det endast är pulser som avgör förhållandena på avgas?

Ta inte illa upp nu, försök svara sakligt, Det finns flera saker som jag själv ändrat uppfattning kring genom åren - så det är inget konstigt att man ändrar sig i takt med att man lär sig.

Eftersom andra skriver om detta i artiklar, så är det ju logiskt att tänka sig hur du tidigare tänkt som dem?
kolvbult
Ganska mycket laddtryck
Inlägg: 94
Blev medlem: fre maj 06, 2016 7:16 pm

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av kolvbult »

Spännande och intressant tråd,tack Erland för att du delar med dig av dina erfarenheter som motorbyggare,önskar er alla en fin dag.
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

Jag kommer inte ihåg vad jag trodde för väldigt många år sen men en av de första böckerna jag köpte var the scientific design of
intake and exhaust systems av Philip H Smith och John C Morrison.
Jag var väldigt tidig med att köpa dator, köpte min första på Axlins för 12500:-, den hade 12,5 mhz i turboläge.
Jag köpte motorsimuleringsprogram bland annat engine expert och Dynomation när det kom.
De första datorerna var så långsamma så att man kunde se vågorna flytta sig i Dynomaton. 286 med matteprocessor 60mhz.
Dynomation och boken till programmet som jag länkat till en förkortad version tidigare men inte minns namnet på nu tillsammans med
andra böcker gav mig grunderna till det jag nu tror.
Sen köpte jag Blairs four stroke engine book när den kom ut och där står det massor som får en att tänka.
Alla dessa böcker och program förespråkar ostadig vågrörelse istället för Kadenacy effekter som det står i böckerna överbevisades som fel för 60 år sen.
Det lär vara över 80 år sen nu men ändå så lever dom kvar än idag.
Visst finns det kinetisk energi i flöden som i ramningen på insug men pulsenergin på insug och avgas är så mycket högre än den kinetiska energin
och påverkar det som händer mycket mer.
Vi kan ju räkna på hur högt tryck man får beroende av hastighet både som tryck och undertryck men jag måste hitta formler för det.
Jag skrev det som står på min hemsida för nästan 20 år sen och då trodde jag samma som idag även om jag lärt mig mer sen dess.

Erland
olleinsulander
För lite laddtryck
Inlägg: 9
Blev medlem: ons feb 27, 2013 6:13 pm

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av olleinsulander »

...
Senast redigerad av olleinsulander den tis sep 21, 2021 2:11 pm, redigerad totalt 1 gånger.
Olle Insulander, Enköping
Alfa 75-89, Alfetta - 76, BMW 3.0s -72, Saab V4-75
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

Det är inte fel att ta upp kinetisk flödesenergi men jag startar en annan tråd för det.

Erland
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

Jag hittade min gamla the scientific design of intake and exhaust systems. Den är först utgiven 1962 och sen uppdaterad, min är från 1985.
På sidan 100 under sub-division of manifolds står det:

It has been found from discussion with pipe designers that this is a popular theory.
Imagine a pipe formed like the letter Y with the two outer ends connected to the outer cylinders of a four, the vertical leg forming the downpipe.
The high velocity discharge from the left hand cylinder will flow down the appropriate pipe and as it passes the junction in the middle of it it
will create a vacuum in the right hand pipe.
There is absolutely no evidence to support this theory.
The indicator has shown that it is quite possible for a positive pressure wave from one cylinder to go around the corner at the junction of the pipes and up the other leg, the wave then acting in opposition to the discharge when that valve opens.
This is particulary likely to happen naturally if the junction is too close to the ports, i.e. if the branches are to close to the ports.

Indikatorn i texten är slangar anslutna till vätskepelare från olika ställen på kanalernas längd som visar trycket på olika ställen.

Jag tog upp detta pga. tidigare diskussioner om hur länge jag trott att det var så det fungerade och det är sen jag köpte denna boken på 80 talet.
Och för att jag har en kund med en Perkins diesel V8 tractor puller som inte fått sin tidigare motor att fungera riktigt som önskat.
Laddtrycket vill inte öka som det borde.
För korta primärrör så att cylindrarna stör varandra, känsligare på en 8:a med 180 grader mellan tändpulserna än en 6:a med 240 grader mellan.
Med twin entry turbo och grenrör i tändföljd.
Andra felet på grenröret är för liten diameter in i turbons stora inlopp, det blir dålig tryckåtervinning med mottryck.
Jag ska försöka designa ett bättre grenrör till den som jag återkommer till när jag kommer till avgassidan.
Jag gillar kort avstånd från ventil till turbin men primärrören ska vara så lång del av denna sträcka som möjligt.

Erland
Erland Cox
Topplocks-guru
Inlägg: 6965
Blev medlem: mån okt 15, 2007 10:00 pm
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av Erland Cox »

Beräkning av längder på insug.
Det här är väldigt komplicerat eftersom insugningskanalen har olika pulshastigheter under ventil stängd och ventil öppen.
Ventil stängd är enkel för där har pulserna ljudets hastighet i en stillastående gasmassa.
Ventil öppen är mycket svårare för här ska pulsen gå ut mot flödet som har varierande hastighet beroende på varvtal,
varierande area i kanalen från ventil till kanalände, vevaxelgradtal och amplitud på pulsen.
Utgående undertryckspulsen ökar flödeshastigheten in och relativa pulshastigheten blir pulshastigheten minus flödeshastigheten.
Ingående tryckpulsen ökar också flödeshastigheten in och relativa pulshastigheten blir flödeshastigheten plus pulshastigheten.
Så utgående puls tar längre tid än inåtgående puls och hastigheten beror på arean där pulsen passerar, varvtalet och vevaxelgradtalet.
Dessutom tar reflektionerna tid så inte ens de bästa simulationsprogrammen kan beräkna detta exakt rätt, man måste testa.
Så det bästa man kan göra är att beräkna en trolig längd för 2:a och 3:e pulsen och ibland 4:e, prova dom i ett simuleringsprogram
och prova att öka och minska längderna där för att hitta den maximala effektkurvan för varvtalregistret man ska använda.
Inte max vrid eller max effekt utan mest effekt under kurvan.
Har man lösa trattar så bygger man kortast tänkbara längd för man kan alltid länga med längre trattar men att korta ner totallängden är svårt.
Det finns en massa olika formler för att beräkna insugningsländ men jag håller mig till Blairs från hans 4 taktsbok.

Jag lånar från min hemsida:


Den optimala insugningslängden beräknas med formeln:
Insugningslängden = Ljudhastigheten i insugningskanalen x insugningspulsfaktorn / varvtalet.
Insugningspulsfaktorerna för andra, tredje, fjärde och femte pulsen är: 8900, 6600, 5150 och 4150.
Ljudhastigheten är i meter per sekund och beräknas i förhållande till insugningstemperaturen. Ljudhastigheten i meter / sekund fås ur formeln:
331.4 + 0.6 x Temperaturen i C.

Insugningslängden är i mm och är från ventilen ut till trattkanten.
Om man exempelvis ska beräkna längden på insuget för tredje pulsen med en temperatur på 25° C på gasen i insuget vid 11000 RPM så ser formeln ut så här:
346.4 x 6600 / 11000 = 207.84 mm

För att beräkna på vilket varvtal fjärde pulsen blir avstämd:
RPM = 346.4 x 5150 / 207.84 RPM = 8583.33

Femte pulsen blir avstämd på 6917 RPM och andra pulsen vid 14833 RPM.
För att beräkna var trycksvackorna kommer används denna formeln:
Varvtal för trycksvacka = Ljudhastigheten i insugningskanalen x trycksvackefaktorn / insugningslängden

Trycksvacke faktorerna är 12000, 7600, 5700, 4500 och 3650. Genom att sätta in siffrorna i formeln kan trycksvackorna beräknas till 20000, 12667, 9500, 7500 och 6083 RPM. Eftersom max effekt bestämdes till 11000 RPM så är det lämpligt att stämma av avgassystemet till 9500 RPM för att minska trycksvackans påverkan.

Om jag ska ta min Volvo som jag kan referera till så blir 2:a pulsen 346 X 8900 / 6900 = 446mm.
Stämmer rätt bra mot de ca 450mm som gav bäst effekt, testade från 420 till 550mm.
Men 370 mm gav mer effekt, 346 X 8900 / 370 = 8300 för 2:a pulsen. 346 X 6600 / 370 = 6171.
Kunde inte få kortare insugningslängd då med 45mm tratt som det kortaste jag hade då.
346 X 6600 / 6900 = 331mm. ca 40mm kortare än nu så jag hade behövt en radie direkt på förgasaren att testa med.
Bilen kommer in på bromsbänken i veckan och jag ska se vad jag kan fixa i trattväg att testa med.
Förhoppningsvis blir jag lite klokare då för teori ska backas upp med praktik.
Det är mycket att tänka på och lätt att röra till tankarna.

En sak till att tänka på är att ju lägre avstämning man tar som tex 2:a istället för 3:e pulsen desto längre blir varvtalet mellan trycktopparna.
Det blir längre varvtal mellan 3:e och 2:a pulsen än mellan 4:e och 3:e pulsen så varvtalregistret man behöver påverkar också pulsvalet.

Erland
dsimila
Forumsberoende
Inlägg: 908
Blev medlem: tis mar 17, 2009 12:24 pm
Ort: Bjurholm

Re: Planering av motorbygge

Inlägg av dsimila »

Vissa Volvo har "pulsair" som suger in luft i grenröret via backventiler. Är inte det samma princip som det hänvisas till i Y-rör-exemplet med den skillnaden att pulseair är anslutet direkt mot topplocket vid avgasportarna?
Skriv svar