Motorfunktion för trimmare

[Erland Cox]

Det är ganska dött här nuförtiden vilket är synd för detta var det bästa forumet att utbyta idéer på.
Provar att lägga in lite för att se om det blir nån respons.

I alla kanaler i en motor så finns det ljudvågor som förflyttar sig beroende på tryckskillnader eller annat.
Det är ganska viktigt att förstå hur detta fungerar för att förstå vad man gör när man dimensionerar kanaler eller grenrör.
Jag hittar ingen superbra sida för förklaring men börja med att läsa igenom detta: https://studerasmart.nu/.../vagor-fysik ... ttning.../

Erland

[Erland Cox]

I en motor finns det 2 typer av tryckvågor. Övertrycks eller undertrycksvågor.
Övertrycksvågor ut genom avgasventilen och undertrycksvågor ut från insugningsventilen.
Oavsett vilken typ av våg det är så reflekteras den tillbaka likadant mot en stängd eller mindre rörände.
Och motsatt mot en ökande storlek eller en öppen rörände.
En undertrycksvåg i insug som går ut i en kanal som är minst vid stötstången reflekterar tillbaka en undertrycksvåg till minsta arean
men sen en övertrycksvåg när arean går upp efter strypningen vid stötstången.
Reflektionen kan vara lång med låg amplitud i en kona eller kort med hög amplitud i en trattände.
Amplituden är tryckskillnaden i vågen mot det lokala trycket där vågen passerar.

Erland

[Erland Cox]

Det som driver dessa tryckvågor är en reflekterande undertrycksvåg från avgas som ska passas in för att komma under överlapp
innan insugningsventilen öppnar och tills efter avgasventilen stänger.
Denna undertrycksvåg drar igång insug innan kolven ens nåt TDC och vänt neråt igen.
Den måste hålla igång flödet i insuget fram tills kolven tar över skapandet av undertryck.
Avgassystemets och kolvens undertrycksvåg kommer att reflekteras i insugningskanalen på olika sätt som jag ska gå in närmare på senare.
Det är en lång våg. Från innan TDC fram åtminstone max kolvhastighet efter 70 grader efter TDC.
Denna våg är vad som ska reflekteras i slutet av insugninstakten efter BDC för att hålla insugningstrycket högre än cylindertrycket
en bra bit efter BDC så att insugningsventilen kan stängas sent och så mycket gas som möjligt kan fångas i cylindern.
Detta är ventil öppen delen av insugningspulserna. Det är den viktigaste av insugningspulserna.

[Erland Cox]

När insugningsventilen stänger ner arean under kanalarean så får vi en mindre area än kanalarean och tillslut en helt stängd kanal.
Så gradtalet från att ventilen stänger så pass att vågen ser den som en mindre area tills vågen in upphör kommer att ge en returnerande tryckreflektion.
Den kommer att reflekteras vidareaändringar i kanalen med låg amplitud och i kanaländen med hög amplitud.
Tryckvågen kommer att reflekteras som en undertrycksvåg från kanaländen mot ventilen.
Vid den stängda ventilen så reflekteras undertrycksvågen likadant tillbaka mot kanaländen.
Vid kanaländen så reflekteras undertrycksvågen som en tryckvåg tillbaka till ventilen.
Detta är den första returnerande tryckvågen men egentligen den andra med undertrycksvågen innan.
Men vi vill ha en tryckvåg när ventilen ska öppna och inte en undertrycksvåg.
Första vågen kräver en väldigt lång kanal så den används aldrig utan det gör 2:a, 3:e och 4:e vågen.

Erland

[Erland Cox]

OK, nu när jag har dragit grunderna så kan jag komma dit jag vill komma nämligen hur viktig storleken och formen areamässigt är.
Om man ska bygga en racermotor och stänga insugningsventilen sent så krävs det att man drar ett kraftigt undertryck fram till max
kolvhastighet som man kan utnyttja för efterfyllnad efter BDC.
För att dra ett undertryck så krävs ett motstånd och det ger kanalens storlek.
Richard Holdener har gjort Youtube test på flera olika storlekar av Chevrolet småblockstoppar och där gav visst större toppar mer effekt
men det var med en snäll kam.
Jag kan ge ett exempel från mitt trimmarliv som professionellt började med att porta toppar åt KG trimning.
Där konade man 70 grader in i toppen till 42mm för att matcha Ronwill insugningsrören.
Det kortade insugningskanalen med ca 20 mm på en redan kort kanal och därifrån var det en kona ut till spjället på förgasaren.
Motorerna tog inte mer duration än en H3 kam som har 312 graders angiven duration.
MR3 kammarna som har 320 grader gav mindre effekt. Varför visste jag inte då men idag så begriper jag varför.
En kona ger en konstant omvänd reflektion så så fort undertrycksvågen kom upp i konan så reflekterade den en tryckvåg.
Därför kunde motorerna inte dra tillräckligt med undertryck för att att få en stark reflektion efter BDC och senare stängningspunkt
än vad H3 kammen hade fungerade inte.

Erland

[Erland Cox]

En bild på de 4 takternas olika faser så man får en uppfattning om deras area.



Erland

[Erland Cox]

Grönt är avgastryck, rött insugningstryck och svart är cylindertryck.



Erland

[Erland Cox]

Eftersom insug dras igång av avgas under överlapp så är det viktigt att förstå hur överlappsfasen fungerar.
Avgasundertryckets arbete ska tas över av kolven och det svåra är att få detta att ske utan stop and go.
Om ni kör motorprogram med gashastighetskurvor för insug så kan ni på vissa varvtal se en dipp i skiftet.
Den ska man i största möjliga mån försöka undvika. vad som gäller är att aldrig ge insug för mycket flöde förrän kolven har satt fart.
Det ska alltid vara en tryckskillnad över ventilen från cylindern till insugningskanalen.
Om man tillfredsställer flow demand helt utan tryckskillnad så stannar flödet i insugningskanalen och startar om när kolven börjar dra.
Det är en anledning till att jag dimensionerar ventilen efter kanalen.
En för stor ventil ger ofta mer flöde på fel ställe och storleken blir inte strypningen på höga lyft.
Allt beror på kamtiderna, ju mer duration desto mer kritiskt blir detta.
Men under överlappsfasen gäller det att inte ge insugningskanalen för mycket flöde innan kolven har tagit över.
Avgas kan för att hjälpa till att skapa undertryck stänga långsamt och hålla öppet ända till 60 grader efter TDC i vissa fall.
Kort vevstake som snabbar på kolvaccelerationen hjälper också.
Det finns avancerade motorprogram där man kan testa såna här saker men tyvärr är jag datoridiot.
Alla de här programmen är inte användarvänliga.

Erland

[Erland Cox]

Efter att avgas har stängt och kolven har börjat få upp hastigheten så kommer insugningsventilen att ha öppnat så mycket
att kanalen börjar bli det som stryper flödet.
Jag har lärt mig att man ska dra fart på gasen och att den kinetiska energin i gasen rammar efter BDC men jag har insett att det är fel.
Det är tvärtom. Gashastigheten man drar upp i kanalen är motståndet som krävs för att dra ett undertryck i cylindern.
Det är den reflekterade tryckvågen som ger flödet efter BDC och möjligtvis i liten mån resterande kinetisk energi.
Men det stora arbetet görs av tryckvågorna.
Alltså måste kanalen dimensioneras så att den ger rätt motstånd för det tänkta varvtalsområdet där motorn ska arbeta.
Kanalens area måste formas så att reflektioner med tryck inte når fram till cylindern förrän pumpningsarbetet är över.
Det är där B20 kanalen från förr var fel, den konade upp för tidigt.
Alltså är en kanal som konar hela vägen till sätet eller till minsta arean helt fel för en motor med lång duration.
En sån motor kräver en kanallängd med samma area som matchar durationen och varvtalet som motorn är tänkt att arbeta i.
Samma B20 som inte tog kam och där man kanske kan få upp kanaldiametern genom svängen till 39mm finns det insug som
har 39mm mot toppen till idag.
Tex, hos KL. Sen försöker jag hålla arean, diametern i insuget 39mm så långt jag kan innan jag konar upp till spjället.

Erland

[Erland Cox]

Det här är en bild av en motorcykel 4 ventilskanal indelad i delar a till E.
A är vid ventilsätet och på en 4 ventilare med stora ventiler har man ofta minsta arean där C börjar.
Flödet ut i förbränningsrummet är en tryckåtervinning, det är den svåraste biten av toppen att få till.
På en 2 ventilare så återvinner man trycket helt i förbränningsrummet men på en 4 ventilare så börjar man i insugningskanalen
förutsatt att den är tillräckligt rak.
Mer om det längre fram. Delen C i denna kanalen är den delen där undertrycksvågen ska passera utan att skicka en reflektion tillbaka till ventilen. Längden på denna del med samma area beror på varvtalet och precis som längden på hela insugningskanalen så ger lägre varv längre kanal och
högre varv kortare kanal.
C är den delen som ska dimensioneras så att cylindern kan dra rätt undertryck tillsammans med A.
D är var man vill placera konan vilket blir svårt med Weber eller liknande förgasare.
Alla motorer som jag har testat vill ha spridaren så nära ventilen som möjligt men samtidigt vill dom ha spjället så långt ut som möjligt så att kanalformen blir rätt och flödet störs minimalt.
Sätter man en förgasare långt från ventilen så är det svårare att få till fetning vid lågvarv när avgas är ur fas.
Konan ska helst nå hela vägen ut till trattkanten och med plenuminsug så är det enkelt men inte lika lätt med separata spjäll.
E är yttersta biten. Spjällhus och förgasare med tratt där man kan prova trattländer och koningar.



Erland

[Erland Cox]

Hur dimensionerar man då på ett enkelt sätt en kanal och varför räkna på det.
Jag kan dra 2 exempel från nära tid och det ena är en Ducati 748 2 cylinder för 600cc historiskt, 4;or har 600 cc och 2 cylindriga får ha 750cc.
Roland Svensson lämnade toppar insug och kolvar till mig, jag tyckte kanalstorleken var OK så jag snyggade till dom och ruggade ytan med alufil. Slipade en hel del i förbränningsrummet och på kolvarna men man ska vara rädd om kompet men få till tumble och förbränning.
Roland monterade motorn och justerade kammar sen bromsades cykeln hos Bigelaar i Holland. http://www.biggelaar-performance.com/ .
1 häst mer än deras bästa nånsin 1000 varv tidigare och den höll i längre.
Nästa var en BMC Mini topp. Renoverade en åt nån och den gav bra effekt så jag fick en Mini kund till.
Kikade på hans topp med jättekanaler och ventiler så jag föreslog att jag skulle göra en ny topp till honom.
Den gamla toppen hade 3mm över om man la ihop insug och avgas mot cylinderdiametern och en gigantisk port som flödade 150 CFM.
Bästa motorn, den jag renoverat innan hade gett 128 hästar med riktigt vass kam och toppig kurva.
Så vi kom överens om att jag renoverade hans topp så skulle han bromsa den och sen på samma motor och bänk med allt annat samma testa min topp. Jag gjorde en topp med 1275cc originalventiler och areor efter beräkning.
Min topp flödade 125 CFM istället för 150 CFM men gav några hästar mer vid max effekt och mer effekt överallt plus att den höll i mycket längre.
Hos Jonas Pölda utanför Teckomatorp som bromsar de flesta racing Minis som går i Sverige.
Bästa kurva han sett sa han. Enkla beräkningar gör att jag snabbt kan hamna nära rätt och få till bra effekter.
Många med flödesbänk gör fel här för dom jagar flöde utan att ha koll på arean som drar undertrycket i cylindern.
Först räknar man ut arean sen portar man för bästa flöde med den arean.
Gör man insuget med så ser man till att få tillräckligt lång bit med samma area innan man konar upp.

Erland

[Erland Cox]

För att dimensionera kanaler så beror det lite grann på hur kanalen ser ut och om tryckåtervinningen startar i sätet eller en bit upp i kanalen.
Jag räknar på en medelgashastighet och för en normal 2 ventilstopp spå funkar 110 m/ sek i medelgashastighet bra och för en nästan rak MC
topp kan man hålla 140M/sek.
Uträkningen ser ut så här (Cyl volym i cc X varvtal för max effekt) / ( 30 X 110) = area i kvadrat mm. 30 är en konstant för att få kvadrat mm.
Min ban 240. 2540cc 230 motor med 531 topp. (635 X 7200) / (30 X 110) = 1385 kvadrat mm motsvarar 42mm.
Under ventilen till ett 45 graders säte kan man max köra 90% av diametern så 42/ 0.9 = 46.7mm.
I detta fallet en 48 MM.s ventil med 43mm under ventilen som konar till 44-45mm innan svängen och sen håller arean ut genom svängen.
Anledningen till att jag går ner i area genom svängen fast jag vill köra utan koning har med ytskiktet att göra.
Luft hatar att sakta ner och luft hatar att svänga.
Det finns alltid ett ytskikt och om man ökar hastigheten så blir det tunnare samtidigt som trycket minskar vilket motverkar separation i kanalen.
Mer om det senare. ventilskaftet är ca 50kvadrat mm med så arean från rak kanal genom sväng minskar från 1520 kvadrat mm till
1400 kvadrat mm, 8,6%.
I detta fallet så får man välja att kunna svänga luften och samtidigt få en liten reflektion.
Tyvärr måste man kompromissa för det som är bra för en sak kan vara dåligt för en annan.

Erland

[Erland Cox]

Flödet inne i kanalen är turbulent och har en parabolisk hastighetsprofil som är snabbast i mitten. Flödet intill väggarna är laminärt och långsamt.



Erland

[Erland Cox]

Här är en bild på hur ytskiktet byggs upp. Ytskiktet är en anledning till att jag och flera andra kör grov yta i kanalen.
En grov yta fungerar som en vertex generator och aktiverar ytskiktet. Det blir tunnare och håller mindre vätska.




Erland

[Erland Cox]

När ni tittar på bilden ovan så tittar ni på anledningen till att en topps flöde stallar.
Ytskiktet står nästan still. När gashastigheten minskar i en kanal eller ut i förbränningsrummet så ökar det statiska trycket och ytskiktet växer.
Trycket är lägre uppströms och eftersom ytskiktet saknar hastighet och rörelse energi så trycks det bakåt, buffrar, får avlösning som skapar
en vak utan flöde. Det som felaktigt kallas turbulens.
Så när man portar så måste man hantera tryckåtervinningen ut i cylindern. Det är en av de svåraste uppgifterna när det gäller portning.

Erland