שאלה בתכנון מנועים, יחס מהלך/קדח

[חנן-ג'יפולוג]

את היתרונות של בוכנה רחבה ביחס למהלך אנחנו יודעים:
מהירויות בוכנה איטיות יותר בסל"ד נתון שמאפשרות סל"דים גבוהים יותר וקבלת הספק גדול יותר כתוצאה מכך.
שטח ראש גדול יותר, שמאפשר שסתומים גדולים יותר ויכולת נשימה טובה יותר.
כוחות צידיים קטנים יותר כתוצאה מזרוע קרנק קצרה יותר.

מהם החסרונות? או: למה יש מנועים עם מהלך ארוך ביחס לקדח?



יש לי תשובה משוערת: בוכנה רחבה יותר מקשה על קבלת יחס דחיסה גבוה, מכיוון שצריך לשמור על מרווח מינמלי בין הבוכנה לראש, ובהכפלה בשטח הבוכנה מתקבל נפח גדול יותר לתא השריפה, מה שמקטין את יחס הדחיסה, וזה בעצם הגבול העליון של הרחבת הבוכנה. בדיזל יש יחס דחיסה גבוה במיוחד ולכן זה מאלץ בוכנה צרה יותר ומהלך ארוך.

עוד רעיון שעולה זה שבוכנות רחבות יוצרות מנוע ארוך יותר, והמנוע צריך להיכנס איכשהו בתא המנוע, כמו גם גל זיזים וקרנק ארוכים יותר, וכבדים יותר.





ולא, אל תכתבו "מומנט גבוה יותר בסל"ד נמוך, כי אתם תצטרכו גם להסביר למה זה קורה.

[איציק - 4X6ZH]

יש פרק שלם בספר על הנושא הזה
מה שאני זוכר מהר על רגל אחת
1 מגבלות תא המנוע המקום שהמנוע צריך להכנס אליו
2 סדר ההצתה של המנוע מה שמחייב לקחת בחשבון את האיזון הדינמי של מיכלול גל הרכובה .
3 נושא האיזון של כלל המערכת
4 למה מיועד המנוע מנוע לרכב נוסעים דרישות שונות ממנוע שמיועד לגנראטור 3 פאזות
באיזה נקודה מתבצע החיתוך של השטף המגנטי ביחס לפעימת העבודה של צלינדר בודד ( גנרארטורים שוברים קרנקים כמו לחמניות :-P )
מנועי בוקסר הם מנועים שבדרך כלל קוטר הבוכנה גדול ממהלך הבוכנה וולקסוגן סובארו ( בטוח שיש עוד )
מנועים אלה בדרך כלל סדר ההצתה שלהם שונה מהסדר המקובל של מנוע 4 צלינדר 4 פעימות
********
איציק

[יוני5]

חנן, מנועים בעלי מהלך ארוך וקדח קטן לא יפיקו יותר כוח בסל"ד נמוך, ותחום סל"ד יעיל גדול יותר?

ואם זה נכון, אז במנוע מרוצים, בו אתה שואף להספק מקסימלי, אבל מוכן להסתפק בתחום סל"ד יעיל קטן, תשתמש בבוכנות רחבות קוטר וקצרות מהלך, ואילו אם אתה מתכנן טרקטור, תלך על ההיפך.

יוני5

[kd2]

החיסרון של בוכנה רחבה ביחס למהלך הוא יעילות השריפה, במנוע בנזין זה מורגש יותר.
התערובת הרחוקה מהמצת או מהלהבה לא תישרף ביעילות ובנקודה בו היא אמורה.
יוני לכן במנועי מירוץ המהלך קטן והבוכנה גדולה, כך השטח שהבוכנה עוברת בסל"ד גבוהה קטן משמעותיתמ וסל"ד גבוהה יותר מתאפשר.
חנן אתה אומר משהו מענין בקשר ליחס הדחיסה אבל במנוע עם בוכנות כל כך גדולות יחסית למהלך הראש יותר גדול והקשת שהוא עושה רחבה יותר ולכן פחות קמורה ואז חזרנו לאותו יחס דחיסה אבל אז הבעיה שאני מציג למעלה מפריעה.

[שחף110]

חנן, מנועים בעלי מהלך ארוך וקדח קטן לא יפיקו יותר כוח בסל"ד נמוך, ותחום סל"ד יעיל גדול יותר?

ואם זה נכון, אז במנוע מרוצים, בו אתה שואף להספק מקסימלי, אבל מוכן להסתפק בתחום סל"ד יעיל קטן, תשתמש בבוכנות רחבות קוטר וקצרות מהלך, ואילו אם אתה מתכנן טרקטור, תלך על ההיפך.

יוני5

הכל טוב ויפה - ובמתמטיקה ?

[חנן-ג'יפולוג]

מנועים בעלי מהלך ארוך וקדח קטן לא יפיקו יותר כוח בסל"ד נמוך, ותחום סל"ד יעיל גדול יותר?




בדרך כלל כן אבל זו התרנגולת ולא הביצה. למנוע עם מהלך גדול ממילא אין יכולת להגיע לסל"ד גבוה, ולכן מכוונים את גל הזיזים ואת עקומת ההצתה כך שהמומנט יגיע בסל"ד נמוך ובינוני. אפשר גם לתכנן מנוע עם מהלך קצר וקדח גדול למומנט טוב בסל"ד נמוך.

[חנן-ג'יפולוג]

באיזה נקודה מתבצע החיתוך של השטף המגנטי ביחס לפעימת העבודה של צלינדר בודד ( גנרארטורים שוברים קרנקים כמו לחמניות :p )





לא הבנתי כלום.

[kd2]

ניתן לעשות המון אבל השאלה היא האם כדאי?
ולא ניתן להפיק ממנוע עם קדח גדול ומהלך קצר מה שניתן להפיק מההפך בדיוק.
הונדה למשל במנועי הסיביק VTEC וה S2000 ניסתה לבנות מנוע כביכול בפרופיל של אופנוע מבחינת נתונים יבשים ומערכת הVTEC צריכה לחפות על זה בסל"ד נמוך.
הבנתי שלא הלך להם כל כך.

[חנן-ג'יפולוג]

מה שהונדה ניסתה לעשות זה לקבל מומנט גבוה בכל תחומי הסל"ד .

מה מונע ממנוע עם מהלך קצר להגיע לשיא מומנט בסל"ד נמוך?

אם מכוונים את המנוע כך שיקבל את שיא המומנט בסל"ד גבוה, וכך לנצל כמו שצריך את מבנה המנוע, אז זה מגיע על חשבון המומנט בסל"ד הנמוך, אבל זה לא אומר שלא ניתן לכוון מנוע כזה למומנט מירבי בסל"ד נמוך, על חשבון הסל"ד הגבוה.

[איציק - 4X6ZH]

חנן אני לא יודע את מיקום נקודת החיבור ביחס לשטף המגנטי
אני יודע שיש לזה חשיבות
ובאותם מנועים שיצא לי להתעסק ( גנראטורים גדולים הייתי נוהג לסמן את נקודת החיבור לפני הפרוק )
****
איציק

[eran4x4]

חנן אני לא יודע את מיקום נקודת החיבור ביחס לשטף המגנטי
אני יודע שיש לזה חשיבות
ובאותם מנועים שיצא לי להתעסק ( גנראטורים גדולים הייתי נוהג לסמן את נקודת החיבור לפני הפרוק )
****
איציק

לא מכיר את הנושא, יכול רק לנחש שהעומס על ציר הגנרטור הוא לא ליניארי, אני מנחש שהעומס הוא סיגמה של סינוסים (בהנחה של תלת פאזי) מן הסתם אם הפיק של העומס מגיע בזמן "לא נכון" (אולי בשינוי הכיוון של הבוכנה) העומס על הקרנק בנקודה הזאת משמעותית יותר גדול מאשר אם הוא מגיע באמצע המהלך...

מצד שני לא ברור לי למה גלגל תנופה מסיבי לא יכול לפטור את הבעיתיות הנ"ל.

[erezjack]

[QUOTE=חנן-ג'יפולוג]למנוע עם מהלך גדול ממילא אין יכולת להגיע לסל"ד גבוה, ולכן מכוונים את גל הזיזים ואת עקומת ההצתה כך שהמומנט יגיע בסל"ד נמוך ובינוני. אפשר גם לתכנן מנוע עם מהלך קצר וקדח גדול למומנט טוב בסל"ד נמוך.[/ QUOTE]
קוטר קדח גדול מאפשר שימוש נוח בארבעה שסתומים במקום שניים, מה שמאפשר את הקטנת הרמת השסתומים ובכך את קיצור זמן פתיחת השסתומים ואת זמן חפיפת השסתומים. כל זה, יחד עם קיצור המהלך -שמקטין את התאוצה והתאוטה של הבוכנה - מאפשר העלאת סל"ד והעלאת ההספק. החסרון של הגדלת הקדח הוא, שלאותו יחס דחיסה מתקבל תא שריפה שטוח ורדוד וזמן בעירה ארוך יותר ופחות יעיל של מנת התערובת שנכנסת אליו. דבר זה מחייב הגדלת זמן חפיפת השסתומים וקידום הצתה גדול יותר. מלבד זאת, הגדלת שטח השסתומים מקטינה את מהירות זרימת התערובת בזמן פעולת היניקה (פתח קטן, זרימה מהירה -ונטורי), וקטנה יעילות מילוי תא השריפה כי האנרציה שנוצרת מהאצת התערובת בכניסה לתא מגדילה את כמות התערובת שנכנסת ואפילו נדחסת מעט. מהסיבות הללו מנועים בעלי צילינדרים oversquare הם בעלי מומנט נמוך יותר באופן כללי ממנועים ארוכי מהלך, המומנט המרבי מתקבל בסל"ד גבוה, שם מתקבל מילו טוב של תא השריפה ועקומת המומנט צרה (מילוי יעיל של תא השריפה הוא אחד הגורמים העיקריים לקבלת מומנט גבוה כששאר המשתנים זהים). במנועים ארוכי מהלך מתקבל מומנט גבוה בסל"ד נמוך יותר, עקומת המומנט שטוחה ומה שמתקבל הוא מנוע "גמיש" שמושך טוב מסל"ד נמוך ולאורך רוב סל"ד העבודה. המחיר הוא בהספק מרבי נמוך יותר לאותו נפח מנוע.

ארז

[kd2]

הגדלת שטח השסתום מוריד את מהירות הזרימה אבל מקטינה את ההתנגדות ומעלה האת המילוי הנפחי, לכן זה עובד לטובה.
ואת הסיבה לסל"ד גבוהה מיחסים יותר לתנועת הבוכנה במטרים והחיכוך בצילינדר אם כי גם לכוחות ההתמדה עקב מהירות הבוכנה.

[erezjack]

הגדלת שטח השסתום מוריד את מהירות הזרימה אבל מקטינה את ההתנגדות ומעלה האת המילוי הנפחי, לכן זה עובד לטובה.
ואת הסיבה לסל"ד גבוהה מיחסים יותר לתנועת הבוכנה במטרים והחיכוך בצילינדר אם כי גם לכוחות ההתמדה עקב מהירות הבוכנה.
הגדלת שטח השסתומים מאפשרת מילוי תא השריפה בזמן קצר יותר המתחייב מהגדלת הסל"ד. בנוסף, קל יותר להאיץ (בפתיחה) ולסגור (ע"י הקפיץ) שסתום קטן (ארבעה שסתומים קטנים יותר משניים לאותו קדח)כי המסה קטנה יותר, כל הכוחות קטנים יותר ואפשר להשתמש בפרופיל קיצוני יותר בגל זיזים.