100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Shar
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 13 апр 2012, 17:27
Откуда: ЦФО

100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение Shar »

Начитавшись разного (см. список), рискнул проверить, что можно получить с двигателя Планеты-3 в плане отдачи. При этом очень хотелось обойтись без сложной механической обработки и заметных финансовых затрат. Направления доработки, - повышение рабочих оборотов, улучшение наполнения цилиндра рабочей смесью и процессов горения, увеличение степени сжатия, совершенствование системы управления двигателем. Главная цель - максимально возможный крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Основные зависимости использованы из зарубежной литературы и бесплатного программного обеспечения. Собственно расчеты опущены, при желании пересчитать, все можно найти в первоисточниках. Сам подход к доработке двигателя состоит в определении максимального потенциала мотора, выявлении встроенных в конструкцию «ограничителей» и, по возможности, их устранения. Отличительной особенностью стала проверка и подгонка параметров двигателя в программном симуляторе не безызвестной конторы Лотус Инжиниринг.
Общие соображения по прочности. Для транспортных машин, а мотоцикл – транспорт, запас прочности при расчетах равен 3-м. Так как при увеличении оборотов нагрузки в деталях растут по квадратичному закону, то можно повышать обороты в корень квадратный из 3-х или в 1.73 раз. Что при номинальных 5500 даст предельные 9526 об/мин, запас прочности при этом равен единице, как в авиации. Будем надеяться, что детали в КБ считали правильно и они без брака.
Для начала вычислим максимально возможные обороты по условию смазки [4]. Обычно средняя скорость поршня не должна превышать 20 м/с., такое значение будет достигнуто двигателем Планеты при 7200 об/мин. Максимальные обороты в 6500 об/мин обеспечат среднюю скорость поршня не более 18.4 м/с, что должно гарантировать достаточную смазку в парах трения.
Далее по максимальному ускорению поршня найдем максимальные обороты надежной работы поршневых колец [4]. Для колец толщиной 2 мм допустимое ускорение не должно превышать 20000 м/с2. Получаем обороты номинального режима не более 5900 об/мин. Для справки для 1.5 мм колец - 6500 об/мин, при 1.2-мм кольцах – 7000 об/мин, 1мм – 8500 об/мин. Выбираем меньшее из 6500 и 5900 об/мин и, для стальных колец, возьмем чуть больше второй цифры, то есть 6000 об/мин.
Усредненные (±2°) значения рекомендованных [3] фаз выпуска и продувки были сведены в таблицу в координатах обороты/мин – ширина фазы в градусах.

Выпуск (Обороты; Фаза)
4000;146*    4500;149*    5000;152*    5500;156*    6000;159*
6500;163    7000;166    7500;169    8000;173    8500;176
9000;180    9500;183    10000;186    11000;193    12000;200
* значения, полученные расчетом

Продувка (Обороты; Фаза)
5500;120.5    6000;121.5    6500;122    7000;124    7500;125 8000;126    8500;127
9000;128    9500;129    10000;130    10500;131    11000;132    11500;133    12000;134

Значения из таблицы очень близки к параметрам GP двигателя Honda RS125 [2], но не очень соответствует кроссовому Kawasaki KX500 (с ходом поршня 85 мм, как у Планеты) [5]. По диаграмме в паспорте Планеты, выпуск 155 градусов, продувка 116. Впуск с ЛК, не менее 200 градусов [9]. Другие варианты впуска не рассматривались. Измерения заводского цилиндра дало длительность выпуска 160 градусов при высоте окна 30 мм. Длительность продувки 119 градусов при высоте продувочного окна 17 мм. Отличие от паспорта дала большая толщина прокладки под цилиндр.


Изображение

Развертка заводского цилиндра

Таким образом, фаза выпуска примерно соответствует оборотам около 6000 об/ мин, продувка ни чему не соответствует, но будет обеспечивать нужную длительность продувки при высоте всего на 0.5 мм больше или 17.5 мм. Если принять во внимание допуск ±2 градуса, то все замечательно. Таким образом, изменение высоты выпускных и продувочных окон не требуется. Вывод – Иж-Планета 3 по фазам - быстроходный двигатель, почти GP.

Определив фазы, проверим, достаточность проходного сечения окон [9]. По расчетам время-сечение планетовского выпуска около 14 с*мм2/л, что более чем достаточно для любой разумной степени форсировки. С продувкой все хуже. Если учитывать вертикальные и горизонтальные углы входа каналов, фактор время-сечение составит всего около 5 условных единиц при 6000 об/мин, против требуемых 8-10 (8-10 с*мм2/л). При этом потребуется большее значение, если нужен двигатель с широким рабочим диапазоном оборотов, помня о всего 4-х ступенях в коробке передач. Для решения этой проблемы увеличиваем сечение окон, сделав их более прямоугольными и распилив их вверх и вниз. Вниз пилим для того чтобы в НМТ поршня сечение не ограничивалось нижней кромкой окна. Подъем верхней кромки окна кроме увеличения площади окна ведет к некоторому росту момента на средних оборотах за счет снижения пиковой мощности, что можно считать положительным эффектом. Для справки, KX500 имеет продувку высотой 20 мм. Изменив форму окон, надо смягчить условия работы поршневых колец, сделав фаски на кромках и сохранить, хотя бы, 5-мм радиусы в углах окна.


Изображение

Вариант изменения продувки.

Менее очевидным и наиболее осуждаемым мероприятием будет изменение угла входа продувочных каналов в цилиндр. Для образца рассмотрим схему продувки RS125 [2].


Изображение


Кроме очень большой площади продувочных окон, обратим внимание на вертикальный угол входа основных продувочных каналов. Фактически угол равен нулю или очень близок к нему. У KX500 этот угол также весьма не велик. Уменьшив этот угол при помощи бормашины, получим некоторое увеличение эффективной площади окна, добавим к этому улучшение замещения отработавших газов свежей смесью [3] и, думается, охлаждения купола поршня. Последнее поможет снизить вероятность детонации. Также к увеличению эффективной площади продувки приведет обработка дальней от выпуска стенки продувочного канала. На рисунке видно, что в GP двигателе она направлена практически на центр цилиндра. Общий принцип, выше обороты – больше поворот в сторону выхлопа. При этом направление потока продувки измениться не так заметно. Главное ограничение накладывает вскрытие стенки канала наружу. Условия работы колец не ухудшатся, т.к. ширина окон не превысит 30 мм. Это даст к нашим 5 условным единицам фактора время-сечение прибавку от 0.5 до 0.8. Улучшить качество продувки позволит увеличение подводящих каналов в сочетании с устранением препятствий (юбка поршня) и ступенек (картер – цилиндр). Для снижения потерь энергии продувки требуется закругление всех кромок по ходу газовых потоков.


Изображение

Иллюстрация к необходимости закругления кромок на входе продувочных каналов для снижения гидравлических потерь[10]. Видно, что чем больше скорость потока в канале, тем важнее плавный вход. При ограниченном сечении - очень действенный способ увеличить пропускную способность.


Изображение

Доработка крышки для устранения ступеньки между картером и цилиндром.


Изображение

Прокладка толщиной 4мм для увеличения сечения продувочного канала. Попутно немного снижается нагрев топливно-воздушной смеси от крышки.

Мероприятия эти хотя и полезны, но недостаточны. Значительно увеличить эффективность продувки поможет организация дополнительного продувочного канала [9]. Если в современном двигателе нечетный продувочный порт используется для стабилизации потоков из широких основных окон, то в нашем случае требуется большее его участие в продувке. Для этого заднюю стенку канала направляем в точку между верхним передним краем цилиндра и центром камеры сгорания. Направление выбрано, как наиболее характерное для такого типа продувки. Чтобы обеспечить такое расположение канала и достаточное его сечение придется заварить пару ребер над впускным фланцем и запилить наваренный металл вровень с привалочной поверхностью под патрубок впуска.


Изображение

Заваренные ребра и дополнительная пластина.

На полученную плоскость с помощью удлиненных шпилек крепится 10 миллиметровая алюминиевая пластина. В теле пластины будет проходить часть продувочного канала шириной 23-25 мм. Открытие его происходит на 1-1.5 мм раньше основных продувочных окон. Проведенная операция прибавит еще около 1.8 единиц времени-сечения. И это в сумме уже дает кое-какую надежду на достойный результат.


Изображение

Направление и форма третьего канала.

Следующий шаг - повышение степени сжатия и получение правильного кольцевого зазора между поршнем и головкой цилиндра [1]. Главное - получить зазор равный 1.6-1.8 мм. Зазор рассчитан для 6000 об/мин и скорости горения топливного заряда 30 м/с [1]. Действительная степень сжатия не должна превышать 6.5 единиц, что позволит использовать в качестве топлива АИ-92 (вместо А-72). При необходимости изменить степени сжатия размер кольцевого зазора должен быть сохранен.

Для впуска выбираем карбюратор К65И, который имеет плоский золотник и максимальную пропускную способность (больше чем карбюратор с цилиндрическим золотником) [8]. Кроме карбюратора, впускной тракт содержит пластинчатый клапан от «Совы» и бумажный фильтрующий элемент от Москвича-2141. Часть корпуса обратного клапана из текстолита снижает теплопередачу от цилиндра к карбюратору.


Изображение


Аэродинамические потери на участке впускное окно – поршень – кривошипная камера могут достигать 60…85%, против 8…30% для патрубка с клапаном и 7…10% для воздухоочистителя с карбюратором [9]. Потери, снижаем там, где их больше всего. Для эксперимента поршень был доработан с целью исключить его из процесса газораспределения при впуске. То есть приблизиться, насколько возможно, к прямому впуску в кривошипную камеру. На фото сомнительный, с точки зрения механики и прочности, но вполне рабочий вариант. Дополнительным бонусом будет снижение массы поршня, улучшение его охлаждения, снижение потерь на трение за счет меньшей площади юбки. Добавим к этому лучшую смазку и охлаждение верхней головки шатуна. В издержках, - перекос поршня от стремления повернуться вблизи мертвых точек в сторону или от более тяжелой части юбки, в зависимости от знака ускорения. Чтобы облегчить условия работы поршня надо постараться сохранить симметрию масс поршня относительно оси пальца. С этой точки зрения юбку поршня трогать не следует вовсе, а дорабатывать впускное окно. В любом случае все острые кромки на пути газовых потоков максимально закругляются. Это увеличит пропускную способность каналов в самом начале открытия окон.


Изображение

Резонатор выпуска. Взятый за основу глушитель П-3 ранних выпусков, в разрезе выглядит теперь так. В резонаторе заново изготовлены только обратный конус и стингер внутренним диаметром 22 мм, при этом стингер размещен внутри конуса.


Изображение


Так экономится место для глушащей части и снижается уровень шума, поскольку вход стингера без воронки имеет большее акустическое сопротивление и размещен в области с меньшей амплитудой акустических волн. Кроме этого, плоский срез работает как рестриктор. При включении последнего в расчетную модель обнаруживается увеличение мощности в районе 6 тыс. об/мин. Конус крепиться на расстоянии 1200 мм от выпускного окна на саморезах, что позволяет получить разборную и регулируемую конструкцию. Хвостовик глушителя притянут к корпусу водопроводной муфтой с соответствующей резьбой. Длина конуса и стингера 300 мм, выпускной патрубок приварен на расстоянии 60 мм от конуса тремя отрезками толстой проволоки. Набивки в глушителе нет, что снижает трудоемкость обслуживания, при сохранении приемлемого уровня шума. Полной герметичности между обратным конусом и наружной трубой не требуется. Сниженная из-за этого добротность резонатора уменьшает локальные резонансы и всплески-провалы на внешней скоростной характеристике и расширяет рабочий диапазон[12]. Возможно, наилучший результат даст перфорация, выполненная по всей поверхности конуса.
Размеры резонатора были рассчитаны в программе-симуляторе [6] для получения максимального момента в диапазоне от 4000 до 6500 об/мин. Глушитель в модель включен не был для экономии времени расчета, но при проверке, сильного влияния на ход графика не оказывал. Разумеется, реальные результаты могут отличаться от виртуальных, как из-за отличия схемы продувки от принятой в расчетной модели, так и от состава рабочей смеси приготовленной карбюратором. Максимальное приближение к расчету могли бы дать электронная система впрыска топлива и другой бюджет [2].


Изображение

Результаты расчета. Полный дроссель, мощность в киловаттах.

Та же программа показала, что размер лепесткового клапана от «Совы», как и диаметр диффузора карбюратора 32 мм, вполне достаточны для ижевского двигателя. Их увеличение, вопреки ожиданиям, заметного результата не дает. Ограничителем мощности, таким образом, являются другие элементы конструкции. В частности, подтвердилось наличие узкого места, в прямом и переносном смысле, в основных продувочных каналах заводского исполнения.
Установка бумажного фильтра и расширенная фаза сильно снижают разряжение в диффузоре карбюратора на всех режимах [10]. Поэтому карбюратор потребует некоторой переделки и почти тотальной настройки. Так был увеличен жиклер холостого хода, поскольку карбюратор готовил обедненную смесь на холостых оборотах. Главный топливный жиклер на 330 не обеспечивал требуемого обогащения топливной смеси без экрана или первичной заслонки на распылителе [8]. Сначала был сделан Т-образный экран из кусочка тонкого стеклотекстолита, который просто вставлялся в воздушный зазор распылителя ближе к воздушному фильтру. Эксперимент оказался удачным и пластик был заменен экраном из латуни, припаянным к наружной поверхности распылителя. Также пришлось заново согласовывать весь рабочий диапазон от холостого хода до полного газа. В ходе настройки пришлось подобрать высоту выреза на дросселе, сечение главного воздушного жиклера и заново изготовить иглу.


Изображение

Доработанный К65И.

На работающем двигателе появился интересный эффект. Так момент зажигания, выставленный для достижения высоких рабочих оборотов (более 5000 об/мин), совершенно «убивал» тягу на средних и низких оборотах, но позволял двигателю крутиться до 8000 об/мин. Более раннее зажигание обеспечивало отличный крутящий момент от холостых до умеренных оборотов, но приводило к вибрации и перегреву на высоких и отдаче при пуске. Проблему решила система бесконтактного зажигания со специальным графиком искрообразования. В зарубежных источниках подобный алгоритм не новость [2, 11]. После ряда проб график опережения зажигания стал примерно таким.


Изображение


Немного о назначении участков графика. Незначительное опережение в начале графика дает снижение шума от перекладки поршня в ВМТ на малых оборотах холостого хода и уменьшает отдачу при пуске. Следующий горизонтальный участок обеспечивает максимальный момент на средних оборотах. Линейный спад помогает бороться с ранее указанными явлениями перегрева и вибрации и, кроме этого, позволяет несколько повышать температуру выхлопных газов по мере роста оборотов. Что соответственно увеличивает частоту настройки выпуска и расширяет диапазон его эффективной работы. По действию это подобно выхлопной трубе с автоматической подстройкой длины. Спад графика должен начинаться, применительно к данной доработке Планеты, в момент включения в работу резонатора выпуска (около 4000 об/мин) и снижается примерно на 15 градусов к 6000 об/мин. Заключительный отрезок поддерживает мощность за пределами настройки выпуска и позволяет при разгоне дольше раскручивать двигатель. Можно обойтись и постоянным углом зажигания, что позволит получить приемлемые показатели только в части рабочего диапазона и снизит надежность.
Результаты расчета оценил другой программой [7]. Конечно это авантюра, но такая оценка может помочь, как с выбором параметров главной передачи, так и в сопоставлении расчетных и реальных результатов переделки.

Показатели ИЖ Планета, макс. скорость при старте с места
Перемена с 1 на 2 передачу при 6500 об/мин /51.01кмч /2.21с
Перемена с 2 на 3 передачу при 6368 об/мин /84.66кмч /5.49с
Перемена с 3 на 4 передачу при 6101 об/мин /114.81кмч /10.81с
Преодоление четверти мили 16.09с, 129 км/ч, 4 передача
0-60 миль/час: 7.61 с, 3 передача
0-100 км/час: 8.09 с, 3 передача
За 35.51 с: 1.148 км, 140.7 км/ч, 4 передача

Данные посчитаны для малой звезды главной передачи 17 зубов и колеса с радиусом качения 0.334 м, ряд коробки 3.17-1.81-1.26-1, время переключения передач 0.5 секунды. Аэродинамика, – без обвеса, положение сидя. В реале пришлось укоротить пружины сцепления на треть для устранения проскальзывания при попытках дать полный газ. То есть, с уверенностью можно утверждать, что развиваемый двигателем момент вырос против первоначального и перекрыл расчетные параметры сцепления.
Что касается надежности, она, разумеется, отнюдь не увеличилась. С другой стороны, глобальных поломок пока не отмечено. Возможно потому, что запас мощности не требует постоянно выкручивать двигатель.
Итак, что получено сочетанием компьютерного моделирования и грубого напильника. По оценке мощность подросла, как минимум, на треть или несколько выше. На низких оборотах переделанная «Планета» совсем не уступает обычной и более отзывчива на газ, от 4 тысяч об/мин. и до 6 тысяч ехать можно довольно бодро. Средний расход топлива, похоже, ниже паспортных значений. По соотношению «цена – мощность» довольно древняя конструкция теперь достаточно конкурентоспособна. Ясно, что используя более продуманный и тщательный подход, можно достичь заметно лучших результатов, как в плане отдачи, так и надежности. Кроме того, в запасе осталось несколько вариантов доработок, которые требуют проверки своей жизнеспособности. В итоге были определены и опробованы на практике пути доработки данного двигателя в кустарных условиях. Из минусов отмечу довольно высокую чувствительность к погодным условиям и степени прогрева двигателя. Что требует подстройки карбюратора по погоде (температура, влажность, давление). Впрочем, для карбюраторного двухтактного двигателя это совершенно обычное явление [10].

Источники и литература:
1. Blair, Gordon P. Design and simulation of two-stroke engines. 1992
2. Validation of a Computer Simulation of a High Performance Two-Stroke Motorcycle Racing Engine Bryan J. Fleck, Robert Fleck and Robert J. Kee, Queen’s University Belfast. 2004
3. A. Graham Bell. Two-stroke performance tuning.
4. Gordon Jennings. Two-Stroke TUNER’S HANDBOOK. 2007
5. Bimotion Advanced Port & Pipe Case study
6. Lotus Engine Simulation Version 5.05 (freeware-single)
7. Dinobike! V 0.3 by South East Internet Services Ltd 1995
8. Топливные системы мотоциклов под редакцией Джона Робинзона. Haynest 2003
9. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. В. М. Кондрашев, Ю. С. Григорьев, В. В. Тупов и др. – М.: Машиностроение, 1990
10. Карбюраторы мотоциклетного типа. Горбачев И. С., Сойфер И. И., Л., Машиностроение 1972
11. Speed concepts. Serially Programmable Ignition Systems Ignition Curve Analysis Guide
12. Robert J Kee and Gordon P Blair. Acceleration Test Method for a High Performance Two-Stroke Racing Engine
GOR69
Сообщения: 1305
Зарегистрирован: 05 авг 2010, 08:00
Откуда: г.Дубна по выходным Конаково.

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение GOR69 »

Название темы вызвало у меня сомнение (думал опять какой-нибудь пионер придумал турбину на планету), но прочитав тему до конца, понял, что был не прав. Всё по существу, без фантастических переделок, без грандиозных затрат.
Так как сам имею неугомонные руки, и тоже довожу свою планету, статью беру себе на заметку. Автору респект и уважуха! :beer:
maress
Сообщения: 2756
Зарегистрирован: 23 окт 2008, 08:00
Откуда: р Карелия г Сегежа
Контактная информация:

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение maress »

Собственно возник вопрос: почему это у к 65 проходное сечение больше чем у к 68? Когда заслонка поднята полностью там вродь всё одинаково :)
No fuck - No ride
Closs
Сообщения: 293
Зарегистрирован: 04 авг 2009, 08:00
Откуда: Kaluga

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение Closs »

Голая теория.
Делайте хорошо - плохо само получится.
GOR69
Сообщения: 1305
Зарегистрирован: 05 авг 2010, 08:00
Откуда: г.Дубна по выходным Конаково.

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение GOR69 »

Closs писал(а):Голая теория.
Да нет вроде как, в статье автор замеры кой-какие приводит в пример, хотя написать конечно же можно что угодно... нужно видео, тогда и споров не будет. Думаю так. :?:
Lavua
Сообщения: 1877
Зарегистрирован: 23 ноя 2008, 09:00
Откуда: Харьков

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение Lavua »

Сотка за 8 секунд - это расчеты или проверено на практике?
GOR69
Сообщения: 1305
Зарегистрирован: 05 авг 2010, 08:00
Откуда: г.Дубна по выходным Конаково.

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение GOR69 »

Иначе тема превратится в срач на подобие как в теме про гоночный юпитер...
avtomotosam
Сообщения: 2097
Зарегистрирован: 21 дек 2008, 09:00
Откуда: Ульяновск
Контактная информация:

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение avtomotosam »

Lavua, Это он быстрей ПС валит:))). это нереально просто. нужно видео.
А ну и вибрация, У планеты длинноходный 1 цилиндровый мотор, я так понял подшипники калена, НГШ остались сток, или пропустил, вибрация пипец на таких оборотах будет, ну и ходить калено и подшипники долго не будут. На нейтрали с бсз Планета более 8400 может раскрутится в полном стоке. С звездой на 16, постижимы обороты на 4 передаче 7200-7500
http://vk.com/avtomotosam Тюнинг и Самодельные Авто и Мото. Ремонт мототехники любой сложности
https://vk.com/saminstrumentstanki самодельные станки и инструмент
драйв2мото http://drive2moto.ru/account/TurboMoto
maress
Сообщения: 2756
Зарегистрирован: 23 окт 2008, 08:00
Откуда: р Карелия г Сегежа
Контактная информация:

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение maress »

С звездой на 16, постижимы обороты на 4 передаче 7200-7500
откуда цифры, с потолка? :) То что с бсз планета 8500 на нейтралке крутится это правда, только смысл от этого, на этих оборотах она всё-равно не едет :)
вибрация пипец на таких оборотах будет
опять таки откуда инфа? :) я с кожухами распорными катаю и вообще не парит вибрация ниразу, я даже забываю о ней, на холостых только мотик трясётся а вот на ходу вообще не больше чем у юпа)
No fuck - No ride
avtomotosam
Сообщения: 2097
Зарегистрирован: 21 дек 2008, 09:00
Откуда: Ульяновск
Контактная информация:

Re: 100 лошадей с литра на ИЖ-Планета.

Сообщение avtomotosam »

maress, у меня и без кожухов раньше не сильно вибрация чувствовалась, информация из книги. эксплуатация советских мотоциклов. автора не помню. ну и одиночка теоритически и практически может развить такие обороты. Даже видео много видел раньше. Если найду. Скину скан дня через 3.. Мне честно что то и не верится что сток планета до 6500 оборотов крутится на 4 передаче. при 18 звезде, либо я не так автора понял. Хотя х.з. пока глазами своими сам не увижу не поверю
http://vk.com/avtomotosam Тюнинг и Самодельные Авто и Мото. Ремонт мототехники любой сложности
https://vk.com/saminstrumentstanki самодельные станки и инструмент
драйв2мото http://drive2moto.ru/account/TurboMoto
Ответить