OPTIMIZACIJA DELOVANJA MOTORJA DIRKALNIKA ZA … · Geometrija uplinjalnika vpliva na pretok zraka,...
Transcript of OPTIMIZACIJA DELOVANJA MOTORJA DIRKALNIKA ZA … · Geometrija uplinjalnika vpliva na pretok zraka,...
-
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
Nejc MLAKAR
OPTIMIZACIJA DELOVANJA MOTORJA
DIRKALNIKA ZA PRVENSTVO FORMULA
DRIVER
Diplomsko delo
univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje
Strojništvo
Maribor, september 2017
-
OPTIMIZACIJA DELOVANJA MOTORJA
DIRKALNIKA ZA PRVENSTVO FORMULA
DRIVER
Diplomsko delo
Študent: Nejc MLAKAR
Študijski program: univerzitetni študijski program 1. stopnje
Strojništvo
Smer: Energetsko, procesno in okoljsko strojništvo
Mentor: red. prof. dr. Breda KEGL
Somentor: asist. dr. Luka LEŠNIK
Maribor, september 2017
-
II
I Z J A V A
Podpisani Nejc Mlakar, izjavljam, da:
• je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,
• predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe
po študijskem programu druge fakultete ali univerze,
• so rezultati korektno navedeni,
• nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,
• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter
Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in
elektronske verzije zaključnega dela.
Maribor, 14.9.2017 Podpis: ________________________
-
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju prof. dr., Bredi KEGL in
(so)mentorju asist. dr., Luki Lešniku za pomoč, idejo,
angažiranost in vodenje pri opravljanju diplomskega
dela.
Zahvaljujem se tudi Petru in Ninu Adamu, ki sta mi
omogočila diplomsko nalogo na njunem dirkalniku.
-
IV
OPTIMIZACIJA DELOVANJA MOTORJA DIRKALNIKA ZA
PRVENSTVO FORMULA DRIVER
Ključne besede: Optimizacija, AVL BOOST, sesalni kolektor, karakteristike motorja
UDK: 621.43.018:629.371(043.2).
POVZETEK
Diplomsko delo opisuje optimizacijo sesalnega sistema motorja dirkalnika z namenom
povečanja moči motorja. Cilj optimizacije je bil testirati vpliv različnih dolžin vstopnih cevi na
masni tok zraka in tlačno valovanje v sesalnem kolektorju ter posledično na karakteristike moči
in navora. V 1-D programu AVL BOOST je bil narejen numerični model motorja, na katerem
so bile testirane vstopne cevi šestih različnih dolžin. Dobljeni rezultati numerične analize so
bili primerjani s podatki motorja proizvajalca.
-
V
RACECAR MOTOR OPTIMISATION OF THE FORMULA DRIVER
CHAMPIONSHIP
Key words: Optimisation, AVL BOOST, intake manifold, engine characteristics
UDK: 621.43.018:629.371(043.2).
ABSTRACT
The presented diploma work deals with optimization of a racing car intake system in order to
increases engine power output. The goal of optimization was to test how different lengths of
intake trumpet influence on air mass flow, pressure fluctuations and consequently on obtained
engine rated power and torque. Six trumpet lengths were tested using 1-D AVL BOOST
simulation program. The obtained numerical results of engine rated power and torque were
compared to the information obtained from engine manufacture.
-
VI
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ....................................................................................................... - 1 -
1.1 Opredelitev oz. opis problema, ki je predmet diplomskega dela .... - 1 -
1.2 Cilji in teze diplomskega dela ............................................................. - 2 -
1.3 Predpostavke in omejitve diplomskega dela ..................................... - 2 -
1.4 Opis strukture celotnega dela ............................................................. - 3 -
2 PREGLED STANJA OBRAVNAVANJA PROBLEMATIKE .......... - 4 -
2.1 Volumetrični izkoristek ....................................................................... - 4 -
2.2 Polnjenje s sesanjem delovne snovi .................................................... - 5 -
2.3 Dinamično nadtlačno polnjenje .......................................................... - 6 -
3 OPIS MOTORJA .................................................................................. - 13 -
4 NUMERIČNI MODEL MOTORJA ................................................... - 16 -
4.1 Vodilne enačbe ................................................................................... - 16 -
4.2 Izdelava modela motorja ................................................................... - 18 -
5 OPTIMIZACIJA MOTORJA ............................................................. - 22 -
6 REZULTATI IN ANALIZA ................................................................ - 24 -
7 SKLEP .................................................................................................... - 33 -
8 LITERATURA ...................................................................................... - 34 -
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 1 -
1 UVOD
1.1 Opredelitev oz. opis problema, ki je predmet diplomskega dela
Moštvo Petra Adama vozi cestno hitrostne dirke v hrvaškem prvenstvu Formula Driver Hr, z
avtomobilom Zastava Yugo, ki ima motor 1581 16v, znamke Fiat. Motor je prilagojen za
dirkalno uporabo. Originalni sesalni zbiralnik (kolektor) z vbrizgalnim sistemom je odstranjen.
Namesto njega je nameščen uplinjalnik, celotni novi sesalni sistem in njegova geometrija pa sta
ustrezno prilagojena. Narava dirk, za katere se uporablja dirkalnik, je takšna, da motor potrebuje
čim večjo moč, zato bo optimizacija usmerjena v povečanje maksimalne moči motorja.
Potrebni zrak za zgorevanje vstopa v motor preko uplinjalnika, kjer se mu doda gorivo.
Geometrija uplinjalnika vpliva na pretok zraka, saj se zaradi zagotovitve ustreznega uplinjanja
goriva znotraj ohišja uplinjalnika uporablja Venturijeva cev, ki zmanjša pretočni presek. Pred
vstopom zraka v uplinjalnik le ta teče skozi vstopne cevi, v žargonu imenovane tube, ki po
izkušnjah tekmovalcev vplivajo na potek tlačnega valovanja znotraj njih in posledično na
karakteristiko moči oz. navor motorja.
Gorivo se v uplinjalnik dovaja kontinuirano, zato pri optimizaciji ne moremo vplivati na čas
vbrizgavanja. Motor ima vgrajen mehanski regulator vžiga tako da pri nastavitvah ne moremo
vplivati na trenutek vžiga. Tekom optimizacije bo tako poudarek na optimizaciji geometrije
vstopnih cevi za zrak (tub) pred in za uplinjalnikom.
Vpliv geometrije sesalnega kolektorja na karakteristike motorja je bil v preteklosti opisan v
številnih študijah. Cotyyn [1] uporabi AVL BOOST simulacijski program, s katerim želi
izračunati in proučiti dinamiko valovanja v sesalnem delu motorja Formule 1. Harrison [2]
napravi natančno študijo akustike sesalnega sistema eno-valjnega motorja Formule 1. S
pomočjo eksperimentalnih rezultatov so bili narejeni preprosti numerični modeli vztrajnostnega
toka zraka, ki so jim omogočali preučevanje tako zvočnih nihanj (resonanc) kot tlačnega
polnjenja pri različnih motornih vrtljajih. Obe študiji [1, 2] sta pripeljali do podobnih
zaključkov in sicer, da je daljši sesalni sistem učinkovitejši pri nižjih vrtljajih motorja, krajši
sesalni sistem pa pri višjih vrtljajih motorja. Razlog tiči v tem, da daljša sesalna cev kompenzira
povratni tlačni valj, ki nastopi ob zapiranju ventila. Torej, masa zraka, ki se giblje po tubi v
smeri proti zgorevalni komori, ublaži povratni tlačni valj in zagotavlja, da se zrak kontinuirano
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 2 -
giblje v smeri proti zgorevalni komori. To se angleško imenuje ˝ram effect˝. Pri krajših sesalnih
kolektorjih pa kompenzacije povratnih tlačnih valov ni, zato prihaja do večjih tlačnih nihanj,
kar povzroči, da motor dobi premalo zraka. Problem z dolgimi sesalnimi kolektorji nastane pri
višjih vrtljajih. Tam ti ne zagotavljajo zadostnega pretoka zraka in tako dušijo motor, zato se za
doseganje večjih moči motorja (le te nastopajo pri visokih vrtljajih) uporabljajo krajši sesalni
kolektorji. Hkrati študiji [1, 2] navajata, da univerzalne trditve o tem, kakšna mora biti dolžina
sesalnega dela motorja, ni. Torej jih je potrebno optimirati za posamezni motor in njegovo
obratovalno področje (moč ali navor).
1.2 Cilji in teze diplomskega dela
Cilj diplomskega dela je bil optimirati polnilni sistem oziroma določiti optimalne dolžine
polnilnih cevi z namenom zagotovitve čim večje moči motorja. Preizkus smo zasnovali na
osnovi znanih lastnosti že obstoječih rešitev. Temeljna metoda preizkusa je bila računalniška
simulacija delovanja motorja z namensko programsko opremo AVL BOOST, ki se prvotno
uporablja za simuliranje delovanja celotnih motorjev. Numerični model motorja je zajemal vse
dele obravnavanega motorja, od vhodnih komponent zraka in goriva do izstopne komponente
izpušnih plinov. Na osnovi rezultatov računalniške simulacije smo naredili analizo tlačnega
valovanja v sesalnem delu motorja ter vpliv le tega na karakteristike moči in navora. Na osnovi
analize smo določili optimalne rešitve.
Hipoteza je bila, da s krajšimi tubami dosegamo večje moči motorja, z daljšimi tubami pa se
poveča navor. Do omenjenega pojava pride zaradi tlačnega valovanja zraka, ki se pojavi v
sesalnem kolektorju motorja, in vpliva na stopnjo polnitve oziroma volumetrični izkoristek
motorja.
1.3 Predpostavke in omejitve diplomskega dela
Model motorja z notranjim zgorevanjem, ki se je uporabil v računalniški simulaciji, smo
zgradili po osnovi specifikacij motorja, ki ga uporablja ekipa Petra Adama. Izhodiščni parametri
delovanja motorja so bili prevzeti parametri od proizvajalca motorjev . Geometrijo motorja smo
naredili na podlagi podatkov o motorju pridobljenih iz uradnega priročnika proizvajalca
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 3 -
motorja [3], in fizičnimi meritvami motorja. Pri izdelavi modela smo upoštevali vse
geometrijske spremembe, ki so bile narejene na dejanskem motorju dirkalnika.
1.4 Opis strukture celotnega dela
V uvodu je opredeljen problem, ki zadeva diplomsko nalogo. Zastavljeni so cilji dela, zapisane
predpostavke in omejitve. V teoretskem delu so predstavljeni pomembnejši ohranitveni zakoni
in uporabljen model zgorevanja. Natančneje je opisan vpliv geometrije sesalnih kolektorjev na
motorne karakteristike, pojasnjene so izvedene izboljšave sesalnih sistemom, ki se uporabljajo
v praksi.
Ker sta sesalni in izpušni del motorja spremenjena in prilagojena, so spremembe natančneje
opisane. Po opisu motorja je razložena izdelava modela motorja v programu AVL BOOST,
pojasnjene so nekatere pomembnejše veličine, ki so bile vnesene v model.
Sledi optimizacija motorja. Zapisani so predlogi, ki so se uporabili za optimizacijo motorja.
Navedene so dolžine vstopnih cevi, ki so se uporabile v numeričnem modelu. Dobljeni rezultati
optimizacije so analizirani ter njihovi prikazi tudi opisani. Na podlagi dobljenih rezultatov so v
sklepu zapisani predlogi za optimizacijo.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 4 -
2 PREGLED STANJA OBRAVNAVANE PROBLEMATIKE
V diplomskem delu smo z optimizacijo sesalnega dela motorja skušali izboljšati stopnjo
polnitve oziroma volumetrični izkoristek motorja.
2.1 Volumetrični izkoristek
Volumetrični izkoristek η′v je razmerje med dejansko količino sveže polnitve in teoretično
količino sveže polnitve, ki lahko napolni delovni volumen 𝑉ℎ [4]:
η′v =𝑉𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑜
𝑉𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖č𝑛𝑜=
𝑉𝐹𝑉ℎ
(2.1)
Pri čemer je 𝑉𝐹 prostornina v valju, ki je dejansko napolnjena s svežo delovno snovjo (prikazano
na sliki 2.1).
Volumetrični izkoristek η′v ne upošteva segrevanja sveže polnitve zaradi prestopa toplote s
sten delovne prostornine, za razliko od stopnje polnitve ηv [4]:
ηv =𝑚𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑜
𝑚𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖č𝑛𝑜=
(𝑚𝑧𝑟 + 𝑚𝑔𝑜)𝑅𝑇𝑘′
𝑉ℎ𝑝𝑘′
(2.2)
Kjer je 𝑚𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑜 dejanska v valj zajeta masa sveže delovne snovi na koncu polnjenja,
𝑚𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖č𝑛𝑜 teoretična masa snovi, ki bi pri pogojih, kakršni vladajo na vstopu v valj (tlak na
vstopu 𝑝𝑘′ temperatura na vstopu 𝑇𝑘′), lahko napolnila prostornino valja. 𝑚𝑧𝑟 predstavlja maso
zraka, 𝑚𝑔𝑜 maso goriva, R pa plinsko konstanto snovi. [4]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 5 -
2.2 Polnjenje s sesanjem delovne snovi
Pri sesalnem polnjenju motorja z delovno snovjo (gorivo + zrak), velja 𝑝𝑟 > 𝑝𝑎, pri čemer je 𝑝𝑟
tlak zaostalih plinov, 𝑝𝑎 tlak valju na koncu polnjenja, 𝑝0 pa tlak okolice. Prav tako pri za spodaj
navedene tlake in prostornine veljajo naslednja razmerja [4]:
𝑝𝑟 > 𝑝𝑘 > 𝑝𝑎 in 𝑉𝐹 < 𝑉ℎ (2.3)
Pri čemer je 𝑉𝐹 prostornina, ki je napolnjena s svežo delovno snovjo, 𝑝𝑘 tlak pred uplinjalnikom
oziroma v polnilnem sistemu. Predpostavimo, da je kompresijska prostornina 𝑉𝑐 napolnjena z
zaostalimi plini, pri tlaku 𝑝𝑟 in temperaturi 𝑇𝑟. [4]
Slika 2.1: Polnjenje v p-V diagramu [4]
Pri gibanju bata od ZML (zgornja mrtva lega) do SML (spodnja mrtva lega) zaostali plini
ekspandirajo in v trenutku 𝑝𝑟 = 𝑝𝑘 zavzamejo prostornino 𝑉𝑟. Ta del giba bata je za sveže
polnjenje izgubljen. Šele, ko je tlak v valju manjši od tlaka v sesalnem kolektorju ali pred
uplinjalnikom (p < 𝑝𝑘), vstopa v valj sveža snov. Pri koncu polnjenja ponovno ni izkoriščen
celotni hod bata zaradi dušenja pretoka (hidravlični upori) ter tudi zaradi tlačnega valovanja
SML ZML
𝑉𝐹
𝑉ℎ
𝑝0
𝑝𝑟
𝑝𝑝
𝑝𝑘 𝑝𝑎
𝑉𝑐
𝑝
V
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 6 -
delovne snovi. Iz tega sledi, da je pri sesalni izvedbi prostornina 𝑉𝐹 manjša od delovne
prostornine 𝑉ℎ in da je 𝜂𝑉 (volumetrični izkoristek) = 0,7 – 0,88 pri motorju s prisilnim vžigom.
[4]
Namen v diplomski nalogi je povečati 𝑉𝐹 (prostornina sveže delovne snovi) preko dviga 𝑝𝑘
(tlaka v sesalnem kolektorju).
V nadaljevanju poglavja predstavljamo znane sisteme za povečanje prostornine sveže delovne
snovi.
2.3 DINAMIČNO NADTLAČNO POLNJENJE
Sveži plini, ki se gibljejo po sesalnem delu motorja, imajo kinetično energijo. Ko se sesalni
ventil zapre se pojavi povratni tlačni val, ki povzroči, da se sveži plini s hitrostjo zvoka gibljejo
nazaj proti vstopu v sesalni kolektor, kjer se srečajo s statičnim tlakom. Nato se ta tlačni valj
odbije in usmeri nazaj proti sesalnemu ventilu oz. zgorevalnemu prostoru motorja. Če ta
povratni val doseže sesalni ventil, ko je le ta še odprt, lahko govorimo o izboljšanem polnjenju
valja. Dosežemo tako imenovan pojav prisilnega polnjenja. Frekvenca valovanja, ki se
vzpostavi v sesalnem delu motorja je odvisna od dolžine sesalnega dela, prečnega prereza le
tega ter vrtljajev motorja. [5]
V praksi so uporabljeni naslednji sistemi za zagotavljanje dodatne količine zraka v valjih:
- tlačno polnjenje zaradi vztrajnosti toka zraka (odvisno predvsem od dolžine in preseka sesalnega kolektorja, angleško Ram-tube supercharging),
- resonančno tlačno polnjenje.
Oba sistema sta lahko med seboj kombinirana. [5]
2.3.1 Tlačno polnjenje s spremenljivo geometrijo
Vsak valj ima sesalno cev iste dolžine. Bat v valju se začne gibati navzdol ter z nenadnim
znižanjem tlaka povzroči vibracije zraka v sesalnem kolektorju, le ta pa se začne gibati poroti
valju. Na nihanje zraka, torej na amplitudo in frekvenco, vpliva dolžina sesalne cevi in njen
presek. Pri primerni dolžini cevi tlačni valovi vstopajo skozi odprt sesalni ventil in tako
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 7 -
izboljšujejo polnjenje. Na sliki 2.2 je prikazano, da je dolgi sesalni del z malim prečnim
prerezom (presekom) dokazano učinkovit pri nižjih vrtljajih motorja, medtem ko je kratek
sesalni del z večjim prečnim prerezom (presekom) učinkovitejši pri višjih motornih vrtljajih.
[5]
Slika 2.2: Korelacija med dolžino sesalne cevi in vrtljaji motorja [5]
2.3.2 Sistemi za optimizacijo tlačnega polnjenja
Uporabljajo se naslednji sesalni sistemi:
- preklopni sesalni sistem,
- zvezno prilagodljiv sesalni sistem. [5]
Preklopni sesalni sistem
Kratki in dolgi sesalni del sta tukaj kombinirana. Pri nizkih vrtljajih teče zrak skozi dolgo
sesalno cev. Kratka sesalna cev je zaprta z loputo. Pri visokih vrtljajih se loputa elektro-
pnevmatsko ali električno odpre, pri čemer vsi valji posesajo zrak v motor skozi krajšo sesalno
cev, kar prikazuje slika 2.3. Na sliki 2.4 je prikazana optimizacija motorja, ki je dosežena s
preklopnim sesalnim sistemom. [5]
Dolž
ina
sesa
lneg
a del
a
Vrtljaji motorja [min-1]
Višji vrtljaji motorja
Dolg sesalni del Kratek sesalni del
Velik presek sesalne cevi
Majhen presek sesalne cevi
Nižji vrtljaji motorja
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 8 -
Slika 2.3: Preklopni sesalni sistem V motorja [5]
Slika 2.4: Prikaz optimizirane krivulje moči in navora, ki sta doseženi s preklopnim sesalnim
sistemom [5]
Kratek sesalni kolektor pri
odprti preklopni loputi, motorni
vrtljaji nad 4100 min-1
Nav
or
[Nm
]
Moč
[kW
]
Krivulja navora preklopnega sesalnega sistema Preprost sesalni sistem
Preprost sesalni sistem
Krivulja moči preklopnega sesalnega sistema
Dolg sesalni kolektor pri zaprti
preklopni loputi, motorni vrtljaji
pod 4100 min-1
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
200
175
150
125
100
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Vrtljaji motorja [min-1]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 9 -
Zvezno prilagodljiv sesalni sistem
Preko koračnega motorja je gnan rotacijski valj z več obroči, katerih geometrija je prilagojena
na način, da pri določenih vrtljajih motorja zagotovijo primerno sesalno pot vstopajočemu
zraku. Slika 2.5 razloži zvezno prilagodljiv sistem s prereznimi skicami le tega. [5]
Slika 2.5: Zvezno prilagodljivi sesalni sistem [5]
Optimirano sesalno tlačno (resonančno) polnjenje
Na frekvenco nihanja zračnih stolpcev v sesalnem kolektorju vpliva frekvenca odpiranja
ventilov (tabela 2.1). [5]
Volumen kolektorja
Zvezno prilagodljiv sistem
Kratek sesalni kolektor
Dolg sesalni kolektor
Zvezno prilagodljiv rotor
Volumen kolektorja
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 10 -
Tabela 2.1: Tabela primerjave frekvenc motorja ventilov in zračnih stolpičev v sesalnem
kolektorju
Vrtljaji motorja Frekvenca odpiranja
ventilov
Frekvenca nihanja
zračnih stolpičev
Visoki Visoka Visoka
Nizki Nizka Nizka
Ko se prekrijeta frekvenca odpirajočih se ventilov in frekvenca nihanja zračnih mas v sesalnem
kanalu, pride do pojava resonančnega nihanja. [5]
Resonanca je nihanje sistema z veliko amplitudo, ki se pojavi, ko se vsiljena frekvenca sistema
približa lastni. Lastna frekvenca zraka v sesalni cevi je odvisna od njegove mase. Velike mase
povzročijo nizke frekvence in dolge valove, manjše mase pa povzročijo visoke frekvence in
krajše valovne dolžine. [5]
Tlačno valovanje povzroči, da se zračne mase razdelijo v nekakšne valujoče zračne stolpce,
katerih nihajoča masa zraka se ob odprtju resonančnega ventila poveča, frekvenca teh valujočih
mas pa zniža (prikazano na sliki 2.6). Pri nizkih vrtljajih motorja se rezultat takšne resonance
odrazi v izboljšanem polnjenju motorja oz. boljšem volumetričnem izkoristku. [5]
Slika 2.6: Resonančno polnjenje [5]
Resonančni ventil odprt
Resonančni ventil zaprt
Resonančna komora
Zračni stolpci v sesalni cevi
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 11 -
Resonančno polnjenje in geometrijsko prilagodljiv sesalni sistem
Govorimo o optimizaciji sesalnega polnjenja, v katerem kombiniramo resonanco in vztrajnostni
tok zraka v prilagodljivi geometriji, s tem pa pravzaprav združimo prednosti obeh vrst
optimizacij. Dosežemo izboljšano polnitev, in sicer pri nižjih vrtljajih s pomočjo resonance, pri
višjih vrtljajih pa s pomočjo vztrajnosti toka zraka. S tem namenom se v sesalnem delu motorja
nahaja loputa, ki se električno oziroma elektropnevmatsko odpira in zapira, v odvisnosti od
vrtljajev motorja. [5]
Način takšnega polnjenja je prikazan na spodnjem primeru (slika 2.7). Pri nizkih vrtljajih
imamo resonančno polnjenje, kjer je loputa zaprta. Ko valj začne sesati zrak vase, se kanal
valjev 4,5,6 obnaša kot dodatna resonančna komora. To zmanjšuje frekvenco nihajočih zračnih
mas in jo prilagodi frekvenci odpiranja in zapiranja sesalnih ventilov. [5]
Slika 2.7: Kombinirano polnjenje z geometrijsko prilagodljivim sesalnim sistemom [5]
Zaprta loputa
Resonanca mas
Odprta loputa
Resonančno polnjenje, od 2300 min-1 do 4500 min-1
Tlačno polnjenje zaradi vztrajnosti toka zraka, od 4800 min-1 naprej
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 12 -
Slika 2.8: Krivulja navora kombiniranega optimizacijskega sistema [5]
Slika 2.8 prikazuje izboljšano krivuljo navora zaradi kombiniranega sistema polnjenja.
Odprta loputa Zaprta loputa
Prispevek zaradi resonančnega polnjenja
Prispevek zaradi vztrajnostnega toka zraka
Nav
or
[Nm
]
Vrtljaji motorja [min-1]
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
180 -
160 -
140 -
120 -
100 -
80 -
60 -
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 13 -
3 OPIS MOTORJA
Avtomobilski motor, ki je vgrajen v dirkalnik Petra Adama in na katerem je bila napravljena
diplomska naloga, je Fiatov bencinski motor s prostornino 1581𝑐𝑚3, 16-ventilske izvedbe ter
je prilagojen za dirkalno uporabo. V primerjavi z serijskim motorjem ima motor v diplomski
nalogi spremenjen sesalni in izpušni del, drugačen je tudi dovod goriva. Če motor natančneje
primerjam s serijskim, se začne motor dirkalnika razlikovati od serijskega razlikovati od
priključka sesalnega in izpušnega kolektorja naprej, kar pomeni, da sta blok in glava motorja
enaka serijskemu, prav tako tudi vse druge notranje komponente (bati, ojnice, odmične
gredi,…). Motor dirkalnika ima na novo narejen sesalni del, pri čemer sta na ulitek, ki je
neposredno nameščen na glavo motorja, nameščena dvojna uplinjalnika Dellorto DHLA 40 [6]
(serijski motor ima za dovod goriva uporabljen večtočkovni vbrizg goriva). Ulitek med
uplinjalnikoma in sesalnimi kanali na glavi motorja ima od vsakega kanala na glavi motorja
enak presek (elipsa), nato pa se v plošči, na katero sta pritrjena uplinjalnika, geometrija kanalov
spremeni v okrogel prečni prerez, kakršnega imajo tudi izhodi iz uplinjalnika. Na vhodu v
uplinjalnik so pritrjene vstopne cevi, ki jih v žargonu imenujemo tube. Ker je motor namenjen
za dirkanje, nima nameščenega zračnega filtra.
Tabela 3.1: Specifikacije motorja
Vrsta motorja 182 AB 1AA 01
Število valjev 4
Polnjenje Sesalno (tlak atmosfere)
Premer bata [mm] 86,4 mm
Hod bata (razlika med ZML in SML) 67,4 mm
Kompresijsko razmerje 10,15
Prostornina motorja 1584
SVO/SVZ (° zavrtitve ročične gredi) 356/574
IVO/IVZ (° zavrtitve ročične gredi) 144/362
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 14 -
Motor je linijski 4-valjni in je postavljen prečno, tako da je sesalna stran obrnjena proti sprednji
maski avtomobila, kjer je odprtina, skozi katero so potisnjene tube, in to z namenom, da se pri
vožnji izkoristi hitrost oz. gibanje avtomobila, kar posledično privede do višje kinetične
energije zraka, ki vstopa najprej v tube in nato v uplinjalnik.
Slika 3.1: Dirkalnik Petra Adama [lasten]
Slika 3.2: Prirejen sesalni del motorja [lasten]
Izpušni del motorja je prav tako prilagojen, in sicer na način, da so na 4 izpušne kanale v glavi
motorja pritrjene 4 cevi enakega preseka in dolžin, ki se po določeni dolžini združijo v 2 cevi,
le ti pa se nato združita v končno cev, katera je speljana preko celotnega avtomobila do zadnjega
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 15 -
dela, kjer je na konec izpuha nameščen dušilni lonec. Cevi so na glavo motorja pritrjene z ulito
ploščo, na katero so tudi privarjene.
Slika 3.3: Izpušni kolektor [lasten]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 16 -
4 NUMERIČNI MODEL MOTORJA
4.1 Vodilne enačbe
Za zgorevalni prostor lahko napišemo enačbe, ki si sledijo spodaj.
Zakon ohranitve mase lahko zapišemo kot:
𝑑𝑚 = 𝑑𝑚𝑆𝑍 − 𝑑𝑚𝐼𝑃 + 𝑑𝑚𝑉 − 𝑑𝑚𝐼 (4.1)
Kjer je 𝑚 masa mešanice zraka/goriva v zgorevalnem prostoru, 𝑚𝑆𝑍 masa sveže zmesi, ki
vstopa v valj, 𝑚𝐼𝑃 masa izpušnih plinov, ki zapuščajo zgorevalno komoro, 𝑚𝑉 masa
vbrizganega goriva in 𝑚𝐼 masa izgubljene zmesi (uhajanje skozi batne obročke ipd.).
Zakon ohranitve energije lahko za zgorevalni prostor napišemo kot:
𝑑𝑈 = 𝑑𝑄 − 𝑝 ∙ 𝑑𝑉 + 𝑑𝐻 (4.2)
Kjer je 𝑑𝑈 sprememba totalne energije, 𝑑𝑄 je količina toplote prenesene na zmes v
zgorevalnem prostoru, 𝑝 je tlak, 𝑉 trenutna prostornina zgorevalnega prostora in 𝑑𝐻
sprememba entalpije zmesi. Količina toplote prenesene na zmes goriva in zraka v zgorevalni
komori je lahko razdeljena na toploto, ki se sprosti pri zgorevanju 𝑑𝑄𝑧, in toplotne izgube skozi
stene komore 𝑑𝑄𝑠.
𝑑𝑄 = 𝑑𝑄𝑧 − 𝑑𝑄𝑠 (4.3)
Skupna toplota, ki se sprosti skozi zgorevalni proces je lahko izračunana z uporabo različnih
zgorevalnih modelov. V diplomski nalogi je bil za izračun uporabljen Vibe matematični model
zgorevanja.
Spodaj je predstavljen samo grob opis uporabljenega modela zgorevanja, natančnejši opis je na
voljo v teoretični zbirki programa AVL BOOST. [7]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 17 -
𝑑𝑄𝑧𝑄
𝑑ɑ=
ɑ
∆ɑ𝑧∙ (𝑚 + 1) ∙ 𝑦𝑚 ∙ 𝑒−ɑ∙𝑦
(𝑚+1)
(4.4)
𝑦 =ɑ − ɑ𝑖𝑑
∆ɑ𝑧
(4.5)
Kjer je Q totalni vnos toplote, ɑ kot zavrtitve gredi, ɑ𝑧 Vibe parameter in 𝑚 oblikovni
parameter. Vibe in oblikovni parameter sta določena po priporočilih AVL-ove pomoči v
programski opremi za določen tip motorja in režim obratovanja. [7]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 18 -
4.2 Izdelava numeričnega modela motorja
Za izdelavo modela motorja je bila uporabljena programska oprema AVL BOOST. Ker je motor
geometrijsko prilagojen, je bilo treba premeriti vse mere prilagojenih delov motorja, torej
predvsem sesalni in izpušni del, preostali podatki pa so bili povzeti iz servisnega priročnika
motorja [3] (kot npr. premer bata, premer ventilov…).
Meritve prilagojene geometrije
Za meritve dolžin je bilo uporabljeno pomično merilo, za večje dolžine pa tračni meter z
zaponko. Nekatere dolžine je bilo zaradi prostorske stiske oziroma omejitev težko izmeriti, saj
je motor vgrajen v dirkalnik, zato so bile včasih izmerjene posredne mere in šele nato
izračunane prave dolžine. Zaokrožitve so bile ocenjene z radijem in dolžinami le teh ter tako
tudi vnesene v model. Na podlagi izmerjenih ali izračunanih dolžin so bile narejene skice, šele
nato pa se je napravil model motorja v AVL BOOST. Ker so sesalni in izpušni kanali v glavi
motorja eliptičnih oblik, so bili izračunani hidravlični premeri in preseki teh kanalov ter tako
tudi vneseni v model.
V modelu je bilo uporabljeno 100-oktansko gorivo in upoštevan razmernik zrak/gorivo 14,7.
Linijski in lokalni upori toka zraka oz. zmesi skozi cevi so bili upoštevani s pretočnimi
koeficienti (angleško flow coefficient). Ti pa pridobljeni iz podobnih vzorčnih modelov drugih
motorjev oz. pomoči v programu, kjer se koeficienti določajo iz razmerij 𝐿
𝐷ℎ in
𝑟
𝐷ℎ , pri čemer
je L dolžina cevi, 𝐷ℎ hidravlični premer, r pa zaokrožitev na vstopu ali izstopu. [7]
Podatki za določitev zgorevanja, kot so vžig in trajanje zgorevanja, so bili pridobljeni iz
priročnika motorja [3]. Profil odmične gredi, s katerim je določeno odpiranje in zapiranje
ventilov je bil prav tako povzet iz priročnika.
Uplinjalnik je bil v model dodan kot vbrizgalna šoba, saj je v nastavitvah le to možno označiti
kot uplinjalnik. A vbrizgalna šoba je točkasto telo v 1D modelirniku, zato je bilo potrebno
dodati še dolžino uplinjalnika, katera je bila dodana s cevjo. Za cevjo je bila dodana tudi loputa,
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 19 -
tako kot je sistem napravljen v realnosti. Upor zaradi Venturija je bil upoštevan s pretočnim
koeficientom skozi brizgalno šobo.
Za prenos toplote je bil izbran Woschi model.
Dušilni lonec izpuha je bil zajet s plenumom enakih dimenzij.
Celotni upor motorja je bil upoštevan tako, da je bil najprej izračunan srednji efektivni tlak
(angleško BMEP – brake mean effective pressure) za vse vrtljaje in znane moči motorja
(pridobljene iz priročnika [3]), nato pa je bila pri določenem režimu obratovanja določena
vrednost notranjega trenja motorja (angleško FMEP – friction mean effective pressure).
Začetni pogoji modela motorja so:
Tabela 4.1: Začetni (ZP) in robni pogoji (RP) numeričnega modela
Lokacija Tlak (bar) Temperatura (°C) Razmernik
zrak/gorivo
Pred vstopom v tubo
(RP)
1 25 10000
Za uplinjalnikom
(ZP)
0,95 25 14,3
Za loputo (ZP) 0,8 25 14,3
V sesalnem kanalu
(pred ventilom) (ZP)
0,8 60 13
V valju (med
zgorevanjem) (ZP)
5 800 13
Na koncu izpuha
(RP)
2 250 14,3
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 20 -
Slika 4.1: Model motorja v programu AVL BOOST [lasten]
Model motorja, ki je bil napravljen v programu AVL BOOST je shematično prikazan na sliki
4.1.
Za merjenje tlačnega valovanja v sesalnem delu so bile v modelu določene 3 merilne točke. Te
so shematično prikazane na sliki 4.2.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 21 -
Slika 4.2: Shema sesalnega dela motorja z merilnimi točkami [lasten]
Merilna točka 2 je nameščena v sesalni kanal tik pred sesalnim ventilom, merilna točka 1 je
nameščena takoj za uplinjalnikom motorja, merilna točka 4 pa točno na polovici tube.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 22 -
5 OPTIMIZACIJA MOTORJA
Moštvo Petra Adama potrebuje v cestno hitrostnih dirkah čim večjo moč, zato je bil cilj
optimizacije povečati moč motorja.
Odločili smo se, da bo optimizacija zajemala sesalno stran motorja, kjer bomo z različnimi
geometrijami vstopnih cevi (ki jih v žargonu imenujemo tube), skušali vplivati na stopnjo
polnitve ter posledično na karakteristiko moči in navora.
Z geometrijami tub smo se želeli približati realnim meram le teh, zato so bile dolžine tub, ki so
bile vnesene v numerični model, izbrane na podlagi spletnih prodajnih katalogov, kjer smo
zasledili dolžine od 15 mm pa vse do 200 mm za tube premera 40 mm, toliko kot meri vstopni
premer uplinjalnika na katerega so nameščene.
Slika 5.1: Primer tube iz spletnega prodajnega kataloga [8]
Simulacija
Izbrane dolžine tub, ki smo jih določili za preizkušanje karakteristik moči in navora motorja s
pomočjo simulacije programa AVL BOOST:
- 15 mm,
- 30 mm,
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 23 -
- 60 mm,
- 120 mm,
- 180 mm,
- 240 mm.
Optimizacija je potekala tako, da je bil numerični model motorja z določeno dolžino tub
preizkušen vedno pri polni obremenitvi (popolnoma odprta loputa za zrak) in pri različnih
vrtljajih motorja:
- 2000 min-1,
- 3000 min-1,
- 4000 min-1,
- 5000 min-1,
- 5750 min-1 (vrtljaji, kjer proizvede serijski motor najvišjo moč),
- 6500 min-1 (končna omejitev vrtljajev).
Slika 5.2: Praktičen prikaz tub na uplinjalniku motorja [9]
Cilj optimizacije je bil ugotoviti najprimernejšo dolžino tub oz. dolžino vstopnih sesalnih cevi,
s katero dosežemo največjo moč modela motorja, le ta pa mora biti večja od tiste, ki je dosežena
brez uporabe vstopnih cevi.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 24 -
6 REZULTATI IN ANALIZA
Na podlagi zgoraj opisanega modela motorja so bile s programsko opremo AVL BOOST
narejene simulacije 10 ciklov delovanja motorja. Prve simulacije so bile narejene z modelom,
ki ima nameščene tube dolžine 30mm, in so služile orientacijski vrednosti oz. primerjavi
karakteristik moči in navora modela (prirejenega) motorja in serijskega motorja, katerega
krivuljo moči in navora smo pridobili iz kataloga proizvajalca.
Graf na sliki 6.1 prikazuje zadovoljivo ujemanje karakteristik numeričnega modela in
serijskega motorja. Največjo razliko v moči lahko ocenimo na približno 10%, povprečno pa se
krivulji ujemata na 5%. Takšno ujemanje nam je tudi omogočilo smiselno nadaljnjo uporabo
modela motorja za preizkušanje vstopnih cevi (tub) različnih dimenzij in vpliva le teh na
motorne karakteristike.
Slika 6.1: Primerjava karakteristik serijskega motorja in numeričnega modela
V nadaljnjem simuliranju je bila opazovana spremenljivka poleg moči in navora še masni
pretok zraka na cikel, ki je služila kot dober pokazatelj učinkovitosti polnjenja zgorevalnega
prostora in posledično volumetričnega izkoristka.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 25 -
Slika 6.2: Moč z različnimi dolžinami tub čez celotno območje vrtljajev motorja
Slika 6.3: Moči motorja z različnimi tubami skozi celotno območje vrtljajev
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2000 3000 4000 5000 5750 6500
Mo
č[k
W]
Vrtljaji motorja [min-1]
15mm
30mm
60mm
120mm
180mm
240mm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
Mo
č [k
W]
Vrtljaji motorja [min-1]
15mm
60mm
120mm
240mm
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 26 -
Tabela 6.1: Povprečna moč skozi celotno območje vrtljajev za vse dolžine tub
Dolžina vstopnih cevi
[mm]
Povprečna moč skozi celotno
območje vrtljajev [kW]
15 54,83
30 55,16
60 55,80
120 56,25
180 55,96
240 54,82
Moč
Iz slik 6.2, 6.3 je moč razbrati, da dolžine vstopnih cevi resnično vplivajo na karakteristike
motorja. Iz rezultatov lahko hitro opazimo, da daljše tube zvišujejo moč od začetnih vrtljajev
pa vse do 4500 min-1, tam se začne moč obračati v prid krajših tub. Pri 5000 min-1 dajejo vse
dolžine tub podobne rezultate. V točki največje moči, to je pri 5750 min-1 se doseže maksimalno
moč z dolžino tub 60 mm (rdeča prekinjena črta). V območju najvišjih vrtljajev, torej od 5750-
6500 min-1, se kot najboljše izkažejo tube dolžine 15mm. Največja povprečna moč motorja, to
je moč, ki je upoštevana skozi celotno območje vrtljajev, je dosežena z vstopnimi cevmi dolžine
120 mm (prikazano v tabeli 6.1).
Navor
Dolžine vstopnih cevi vplivajo na navor motorja, kar je prikazano na slikah 6.2-6.3 Z daljšimi
dolžinami dosegamo višje navore pri nižjih vrtljajih motorja. V točki največjega navora, torej
pri 4000 min-1, je najbolj optimalna dolžina tub 180 ali 240 mm. V točki največje moči, torej
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 27 -
pri 5750 min-1, dosežemo največji navor z uporabo 60 mm dolgih tub. Pri najvišjih vrtljajih, od
5750-6500 min-1, najbolj zvišajo navor 15mm tube (prikazano na sliki 6.4, 6.5).
Slika 6.4: Navor z različnimi dolžinami tub čez celotno območje vrtljajev motorja
Slika 6.5: Navor motorja z različnimi tubami skozi celotno območje vrtljajev
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
2000 3000 4000 5000 5750 6500
Nav
or
[Nm
]
Vrtljaji motorja [min-1]
15mm
30mm
60mm
120mm
180mm
240mm
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
Nav
or
[Nm
]
Vrtljaji motorja [min-1]
15mm
60mm
120mm
180mm
240mm
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 28 -
Masni pretok zraka
Spremembe moči in navora, ki so pojavljajo ob uporabi različnih dolžin vstopnih cevi so
posledica različnih masnih pretokov zraka skozi slednje. Na sliki 6.6 lahko razberemo, da pri
4000 min-1 dosežemo največji masni pretok zraka z uporabo 180 mm dolgih tub, pri 5750 min-
1 pa dosežemo največji pretok na cikel z 60 mm dolgimi tubami. Različne dolžine vstopnih cevi
in s tem tudi sesalnega dela motorja vplivajo na fluktuacije tlaka zraka v tem delu, kar se odraža
v spremembah masnega toka.
Slika 6.6: Masni pretok zraka na cikel za različne dolžine tub v odvisnosti od vrtljajev motorja
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
2000 3000 4000 5000 5750 6500
Mas
ni p
reto
k zr
aka
[g/c
ike
l]
Vrtljaji motorja [min-1]
15mm
30mm
60mm
120mm
180mm
240mm
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 29 -
Slika 6.7: Tlačni valovi v merilnih točkah na sesalni strani modela (tuba dolžine 60mm pri
4000 min-1)
Slika 6.8: Tlačni valovi v merilnih točkah na sesalni strani modela (tuba dolžine 60mm pri
5750 min-1
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 30 -
Slika 6.9: Tlačni valovi v merilnih točkah na sesalni strani modela (tuba dolžine 240 mm pri
4000 min-1
Slika 6.10: Tlačni valovi v merilnih točkah na sesalni strani modela (tuba dolžine 240 mm pri
5750 min-1
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 31 -
Rezultati tlačnega valovanja, ki se pojavi v sesalnem delu motorja, so predstavljeni z slikami
6.7-6.10. Z uporabo tub dolžine 60 mm pri 4000 min-1 se pred sesalnim ventilom pojavi
valovanje nižjih amplitud in višje frekvence. Višje amplitude tlačnega valovanja in nižja
frekvenca se pojavijo pri 5750 min-1 . Podobno lahko zapišemo tudi za tube dolge 240 mm.
Na slikah 6.7-6.10 se pojavljajo določene navpične črte, katere označujejo:
- začetek odpiranja sesalnega ventila (pri 365° zavrtitve ročične gredi),
- sesalni ventil odprt (pri 465° zavrtitve ročične gredi),
- sesalni ventil zaprt (pri 574° zavrtitve ročične gredi).
V trenutku, ko se sesalni ventil začne odpirati, tlak v sesalnem kolektorju začne padati, saj valj
začne sesati zrak. Največji padec tlaka pri 4000 min-1, upoštevajoč dolgo in kratko tubo, je
okrog 0,25 bara pod tlakom atmosfere. Dolžina tube odigra pomembnejšo vlogo pri 5750 min-
1, kjer se pri tubi dolžine 60 mm pojavi padec tlaka 0,4 bar, pri tubi dolžine 240 mm pa 0,6 bara.
Z 465° zavrtitve ročične gredi se sesalni ventil začne zapirati, kar pomeni da se pretočna
površina, skozi katero zmes vstopa v valj, začne zmanjševati, zato začne tlak v sesalnem
kolektorju naraščati in doseže tudi najvišjo vrednost, in sicer v točki, ko je sesalni ventil
popolnoma zaprt. Največji porast tlaka je podobno velik kot največji padec tlaka.
Slika 6.11: Povprečni tlak v merilni točki 2 čez celoten sesalni proces
0,89
0,9
0,91
0,92
0,93
0,94
0,95
0,96
0,97
0,98
0,99
4000 5750
Tlak
[b
ar]
Vrtljaji motorja [min-1]
60mm
240mm
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 32 -
Krivulje tlačnega valovanja, ki so prikazane na slikah 6.7-6.10, kažejo, kako se tlačni valovi
širijo v sesalnem delu motorja. Pri krajši tubi se v merilnih točkah 1 in 2 pojavijo večje tlačne
oscilacije (nihanja). V merilni točki 4 so te oscilacije manjše. Pri daljši tubi pa se razmeroma
velike oscilacije pojavljajo v vseh merilnih točkah. Povprečen tlak v merilni točki 2 (tik pred
sesalnim ventilom) krajše in daljše tube je prikazan na sliki 6.11, kjer je lepo razvidno, da večje
oscilacije v vseh področjih sesalnega sistema negativno vplivajo na slednjega. Izkaže se, da pri
nižjih vrtljajih motorja (4000 min-1) z dolgimi tubami dosežemo večji zračni tlak med procesom
sesanja. Pri višjih vrtljajih motorja (5750 min-1) pa krajše tube zagotovijo večji zračni tlak kot
dolge in s tem zagotovijo večjo količino zraka, ki vstopi v valj motorja.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 33 -
7 SKLEP
V diplomski nalogi je bil z numerično simulacijo raziskan vpliv dolžine vstopnih cevi na
karakteristike motorja dirkalnega avtomobila. Pridobljeni rezultati nakazujejo, da ima dolžina
vstopnih cevi oziroma tub vpliv na tlačno valovanje v sesalnem delu motorja, kar vpliva na
masni tok zraka, moč in navor.
Rezultati tlačnih valov, pridobljeni v merilnih točkah, kažejo, da so najvišji izmerjeni nadtlaki
in podtlaki približno enako veliki, zato se v sesalnem delu motorja pojavljajo le resonančna
nihanja, ne pa tudi vztrajnostni tok zraka (angleško inertial ram effect).
Pri nižjih vrtljajih motorja daljše vstopne cevi povzročajo večje masne pretoke zraka in
zagotavljajo boljše karakteristike motorja. Pri višjih vrtljajih motorja daljše vstopne cevi
˝zavirajo˝ zračni tok in posledično povzročajo manjše masne tokove zraka pred vstopom v valj
v primerjavi s krajšimi vstopnimi cevmi. To se odrazi v znižanju vršne moči in navora.
Daljše tube zagotovijo višji zračni tlak skozi celoten sesalni proces pri 4000 min-1, krajše tube
pa pri 5750 min-1. Optimalna geometrija sesalnega sistema je odvisna od zahtev voznika. Če
voznik avtomobila želi imeti največjo vršno moč pri najmočnejšem režimu obratovanja, torej
pri 5750 min-1, potem je optimalna dolžina vstopnih cevi 60 mm. Če pa želi voznik imeti
maksimalno moč skozi širše območje vrtljajev motorja, potem je optimalna dolžina vstopnih
cevi 120 mm.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 34 -
8 LITERATURA
[1] D. Cottyn, ˝Concept design of a single cylinder F1 research engine˝, MSc Thesis, Cranfield
University, 2002.
[2] M.F. Harrison, A. Dunkley, ˝The acoustics of racing engine intake systems˝, Journal of
sound and vibration, št. 271, str. 959-984, 2004
[3] FIAT Bravo Service Manual, Publication no. 506.670. FIAT AUTO, 1996.
[4] B. Kegl, Osnove motorjev z notranjim zgorevanjem, učbenik, Univerza v Mariboru,
Fakulteta za strojništvo, 2006
[5] R. Fischer, R. Gscheidle, U. Heider, B. Hohmann,…, Modern Automotive Technology –
Fundamentals, service, diagnostics, 2nd edition, Verlag Europa-Lehrmittel, 2014
[6] J. Savage, Dellorto Tuning Manual, carburettor catalogue, Jet Tech Motorsport, 2008
[7] AVL List GmbH, AVL BOOST Theory, AVL List GMBH, Graz, v2013.2 edition 11/2013.
[8] Dellorto shop [splet], Dosegljivo:
https://www.dellorto.co.uk/shop/car-accessories/car-air-filters-trumpets/bolt-on-
trumpets/bolt-on-trumpet-to-suit-40s-43mm-long/ [Aatum dostopa: 15.8.2017]
[9] Trumpets on intake manifold [splet], Dosegljivo:
https://www.google.si/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2F.a%2F
6a0168e8ecf6dd970c0192aa77f57c970d-
pi&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2Fmy-
blog%2F2013%2F05%2Fgetting-the-trumpets-right.h [Datum dostopa: 7.9.2017]
[10] N. Hoyle, Design optimisation of an engine air intake, University of Southampton S017
[11] S. Pehan, B. Kegl, P. Pogorevc, Oblikovanje dirkalnika, strokovni članek, Univerza v
Mariboru
https://www.dellorto.co.uk/shop/car-accessories/car-air-filters-trumpets/bolt-on-trumpets/bolt-on-trumpet-to-suit-40s-43mm-long/https://www.dellorto.co.uk/shop/car-accessories/car-air-filters-trumpets/bolt-on-trumpets/bolt-on-trumpet-to-suit-40s-43mm-long/https://www.google.si/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2F.a%2F6a0168e8ecf6dd970c0192aa77f57c970d-pi&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2Fmy-blog%2F2013%2F05%2Fgetting-the-trumpets-right.hhttps://www.google.si/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2F.a%2F6a0168e8ecf6dd970c0192aa77f57c970d-pi&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2Fmy-blog%2F2013%2F05%2Fgetting-the-trumpets-right.hhttps://www.google.si/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2F.a%2F6a0168e8ecf6dd970c0192aa77f57c970d-pi&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2Fmy-blog%2F2013%2F05%2Fgetting-the-trumpets-right.hhttps://www.google.si/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2F.a%2F6a0168e8ecf6dd970c0192aa77f57c970d-pi&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.ultimostile.com%2Fmy-blog%2F2013%2F05%2Fgetting-the-trumpets-right.h
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 35 -
[12] Y. Xiaolong, L. Cheng, L. Jingping, ˝Harminic analysis and optimization of the intake
system of a gasoline engine using GT-power˝, Energy Procedia, št.14, str. 756-762, 2012
[13] A. Sayyed, ˝Air Flow Optimization through an Intake system for a Single Cylinder
Formula Student (FSAE) Race Car˝, International Journal of Engineering Research &
Technology, št.6, str. 183-188, 2016
[14] J. Iljaž, L. Škerget, M. Štrakl, J. Marn, ˝Optimization of SAE Formula Rear Wing˝,
Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering let. 62, št.10, str. 263-272, 2016