Flöde och gashastighet i insug (inte för dummies längre...)

Har börjat titta på att bygga en ny motor och då kommit in på diskussioner om flöden och gashastigheter. Dock har jag lite svårt att definiera dem, de vill gärna blanda ihop sig i min skalle så jag skulle vilja ha lite hjälp att reda ut begreppen här.

Vad är skillnaden på gashastighet och flöde?
Hur mäter man upp dessa rent praktiskt och i vilka enheter anger man dem?
Vad är den faktiska betydelsen av dessa för motorns fyllnadsgrad?

Detta borde vara en bra start..

1- hastighet = gasens egentliga hastighet, som det låter. flöde - mängd gas över en punkt (från a till b) över en viss tid. flöde är beroende av hastighet.

3 - Luft väger, därför har du ju om du har en hög hastighet in, en vikt som trycker på bakifrån i insugstratten (högre vikt med en lång tratt) så att en liten mängd luft rör sig in i cylindern även efter att trycket inne och ute är utjämnat. högre hastighet / flöde ger ju naturligtvis mer som trycker på... tröghet.

så har jag förstått det, men jag är bara en lekman och säkerligen förvirrad på det

Det Niklas försöker säga i 3 är nog att du har en större rörelseenergi i luftpelaren som är svårare att "stoppa upp" vilket gör att den kan arbeta i en för oss possitiv riktning, in i cylindern, senare i i kolvens uppåtgående rörelse. Du är med på vad jag menar va. Det är ju ett tryck i cylindern som måste övervinnas av luftpelarens energi.

Ek = (m*v^2)/2

Ek = Rörelseenergi
m = Massa
v = Hastighet

Där ser vi att ^2 gör att hastighetens bidrag är större/viktigare än själva massan i sig. Mao tjänar man på en hög gashastighet. Dock för flödet inte bli så litet så att tillförseln av luft stryps för den "tänka effekten" vi vill ha ut. Finns tumregler jag inte minns även för detta.

Hoppas det gav ngn klarhet i det hela, jag är absolut inte expert i frågan.

Min slutsats blir dock att låt ngn av de två moderna killarna porta och "han den gammle" bygga.

precis det jag försökte säga, är du en av dem som kan både tänka och prata samtidigt?

om man har stora portar, dvs stor tvärsnittsarea så kan man ha bra flöde i flödesbänken, men gashastigheten blir låg.

om man lyckas ha hög gashastighet och samtidigt bra flöde, dvs en liten, men väl flödande port, så har man lyckats.

Re: Flöde och gashastighet i insug för dummies..

Rikard Ahlin skrev:

Vad är skillnaden på gashastighet och flöde? Hur mäter man upp dessa rent praktiskt och i vilka enheter anger man dem? Vad är den faktiska betydelsen av dessa för motorns fyllnadsgrad?

De första två frågorna kan jag kanske svara på men på den tredje kan jag bara svamla lite.

1. Gashastigheten är som redan kom fram den hastighet som luften eller avgaserna rör sig i kanalen. enheten är m/s. Flöde är i allmänhet volymflödet som går genom kanalen och enheten är (m^3)/s eller (ft^3)/min, cubic feet per minute CFM. Vad vi är intresserade av i en motor är inte volymflödet utan massflödet. Desto högre densitet (kallare luft eller högre laddtryck) luften har desto mer massa får vi in i cylindern eftersom volymflödet är mer eller mindre konstant.

2. Luftflöde mäter man genom att mäta tryckfallet över ett kalibrerat munstycke. Luftflödet är proportionellt mot kvadratroten av tryckfallet och munstyckets flödeskonstant kan man beräkna ur en standard tex DIN 1952 eller ISo 5167. Om man bromsar en motor i bromsbänk kan man mäta luftflödet men det vanligaste är nog att man bara mäter luftflödet genom toppen i en flödesbänk. När man mäter i flödesbänk så är luftflödet beroende av tryckfallet över ventilen så därför måste det alltid anges vid vilket tryckfall flödet är uppmätt. 10, 25 och 28 tums vattenpelare har blivit nån sorts standard. Smokey Yunick använde 28" och då fick han korrelation mellan luftflödet och motorns effekt.

Man kan ganska enkelt beräkna en medelgashastighet genom kanlen on man vet dess area.

V=(Vc*rpm)/(2*60*A)

V=Volymflödet
Vc=cylindervolym (en cylinder)
rpm=varvtal
A=kanalens area

Använd enheterna m^3 och m^2 så blir det OK.

3. Desto mer luft som finns inne i cylindern när insugsventlen stänger desto högre effekt ger motorn. Det betyder inte automatiskt att ett högre flöde genom toppen mätt i flödesbänk automatiskt skulle ge högre effekt. Trycket i insuget är inte statiskt utan det uppstår trycksvängningar som man försöker utnyttja. Man vill helst ha en övertryckspuls vid insugsventilen när den stänger. Trycksvängningarnas frekvens är mer eller mindre likadana oberoende av motorns varvtal så det går i princip bara att optimera ett insug för ett varvtal. Om kanalen är mindre så blir trycksvängningarna starkare och med ett optimerat insug kan man få ut mer effekt. Blir kanalen för liten eller för krokig så får man friktionsförluster i kanalen. En större kanal flyttar i allmänhet maxeffekten till högre varvtal.

Hoppas jag inte rört till det alltför mycket. Jag har nog inte så bra koll jag heller.

Niklas skrev:

precis det jag försökte säga, är du en av dem som kan både tänka och prata samtidigt?

Fråga dom som känner mig om jag pratar...

Tänker gör jag oxå, men tusan vet hur rätt det är...alltid.

Bra och enkel beskrivning av Wille tycker jag.

Sten tillför oxå massa bra saker som jag medvetet stängde ute för enkelhetens skull.
Men det är ju som så att om man lyckas time:a in reflexpulsen rätt och har övertrycket vid rätt plats vid rätt tillfälle är det så kommer det jag sa om rörelseenergin in...vill jag ha det till.

OK, Tack!

Då borde mao gashastigheten vara flödet dividerat med tvärsnittsarean i varje "snitt" av insuget.

Konsten borde då vara att göra en kanal som minskar på "rätt sätt" i diameter från trattens mynning så att gashastigheten drivs upp utan att motståndet blir för stort så att flödet minskar. Eller rättare sagt hitta den ultimata kompromissen härimellan..

Då kommer nya frågor: När man mäter toppar så mäter man väl egentligen bara flödet? om så, varför?
Dessutom mäter man väl oftast bara toppen? Borde man inte mäta med insug och spjäll samt tratt monterat? Eller vissa motorbyggare gör på det viset?

Upplys mig gärna!!

Ja.

Ja.

Ja.

Upplysningar...

Glöm nu inte ockå pulsena, så längden blir rätt också från ventil till tratt.

Föränkat:
kort väg=högvarvig
lång väg=lågvarvig

Men nu är det också en sanning med modifiktion, det är också fråga om vilken puls man tittar på.

om jag nu har förvirrat någon, så vällkommen i klubben

fuling skrev:

Glöm nu inte ockå pulsena, så längden blir rätt också från ventil till tratt. Föränkat: kort väg=högvarvig lång väg=lågvarvig Men nu är det också en sanning med modifiktion, det är också fråga om vilken puls man tittar på. om jag nu har förvirrat någon, så vällkommen i klubben

"kort" väg är egentligen inte så kort, jag får egentligen inte plats med så långt(kort) insug som experterna säger att jag ska ha.. (2:a pulsen)

Jag har försökt läsa in mig lite på detta område på senaste.

Att vinsten med att utnyttja pulseringen endast finns vid vissa varvtal har jag förstått sedan tidigare.

Men med hög gashastighet och långa runners så vinner man effekt pga "ram effect", dvs att när luften fått fart så är den svår att stoppa. Vilket hjälper till att trycka in extra luft in i cylindern efter att kolven vänt i nedre dödläget. Detta höjer trycket i cylindern i ögonblicket där insugsventilen stänger, och det är det vi är ute efter. Ju mer tryck när insugsventilen stänger, destu mer effekt.

Till skillnad mot vinsten med att utnyttja pulserna i insuget så vinner vi effekt på i stort sett hela registret med att utnyttja "ram effect" (vet ej det svenska ordet).

Allt detta om jag förstått "Scientific Design of Exhaust & Intake Systems (Engineering and Performance)" rätt..

William Ekström skrev:

Jag har försökt läsa in mig lite på detta område på senaste. Att vinsten med att utnyttja pulseringen endast finns vid vissa varvtal har jag förstått sedan tidigare. Men med hög gashastighet och långa runners så vinner man effekt pga "ram effect", dvs att när luften fått fart så är den svår att stoppa. Vilket hjälper till att trycka in extra luft in i cylindern efter att kolven vänt i nedre dödläget. Detta höjer trycket i cylindern i ögonblicket där insugsventilen stänger, och det är det vi är ute efter. Ju mer tryck när insugsventilen stänger, destu mer effekt. Till skillnad mot vinsten med att utnyttja pulserna i insuget så vinner vi effekt på i stort sett hela registret med att utnyttja "ram effect" (vet ej det svenska ordet). Allt detta om jag förstått "Scientific Design of Exhaust & Intake Systems (Engineering and Performance)" rätt..

Hmm jag kan tolka dig på lite olika sätt här, men det kan verka som du säger tänk inte på pulsen satsa bara på rörelseenergi? Men det vore dumt, ta vara på pulsen när den finns..
Tänker man inte på pulsen så kan man ju få en negativ puls vid oönskade varvtal det är nog okul jag vet ju själv hur min effektkurva blir runt 3000rpm.

Tydligen ska det vara en väldigt stor energi i pulsen...så den är otroligt viktig.
Mao, rätt längd. Sen ska det smalna av rätt osv osv för att hastigheten ska vara rätt.

Massan i luftpelaren ska ju inte heller negligeras, men om jag är med rätt så hjälper detta mer på mellanregistret än vid toppeffekt med anledning av just pulstuningen.

Fler förslag?

Jo man ska ju tänka på pulsen också. Men att välja extremt korta rör för att ta vara på en viss puls kanske straffar sig i alla fall.

Mellan varje positiv puls finns en lika stor negativ puls, och det innebär tex att om man har sådan längd på rören att den positiva pulsen utnyttjas vid 5000 rpm, så kommer kanske den negativa pulsen att komma vid 4000 och vid 6000.

Känns som att puls-tuning ger effekt vid ganska smalt område. Det borde göra så att alla motorer med vettiga runners och vettigt plenum har en väldigt vågig effektkurva. Är det så?

Vill ha det till att den negativa pulsen kommer vid halva avstämningsvarvtalet...om jag minns rätt...

Avstämning mot 6000rpm skulle då ge negativt vid 3000.

Andreas Lidström skrev:

Tydligen ska det vara en väldigt stor energi i pulsen...så den är otroligt viktig. Mao, rätt längd. Sen ska det smalna av rätt osv osv för att hastigheten ska vara rätt. Massan i luftpelaren ska ju inte heller negligeras, men om jag är med rätt så hjälper detta mer på mellanregistret än vid toppeffekt med anledning av just pulstuningen. Fler förslag?

Det diskuterades för någon månad sedan mycket teoretiskt om att insugningskanalen skulle vara obefintligt lång. Det var en motorteknikers åsikt som framfördes av en rejsamedlem så det blev lite konstigt resonemang. Den här diskussionen ligger lite mer åt nin uppfattning om vad som är rätt.

Sten, har ju gjort en skaplig beskrivning av hur man mäter topplocksflöde. Börjar vi där så har vi efter portningen en given area för insugningsröret. Kanalen skall sedan ha en någorlunda jämn area för att sedermera öka upp till tratten. Jag lade ut bilder i en tidigare tråd. Många gånger kan man säga att kanalvolymen skall motsvara cylindervolymen. På det här viset har vi en enkel metod att få till ett bra insugningsrör utan att räkna ihjäl oss.
Pulsen är i stort sett reserverad för det varvtal där vi vill lägga max fyllnadsgrad. Det kan vara vid max effekt eller max vridmoment. Medan gashastigheten påverkar över hela registret. Man brukar kalla detta "Inertial Supercharging". Men vi är ofta begränsade av omständigheter och så hamnar vi vid ovanståendet hur fina beräkningar vi än gör.

En orsak till att insprutningemotorer ger mer effekt-fyllnadsgrad är att man slipper "venturi" delen med midja och spridare som hämmar luftflödet.

Här har vi några calculatorer för ändamålet
http://www.rbracing-rsr.com/runnertorquecalc.html
http://www.zaxjax.com/intake_runner_length_calculator.htm
Göran Malmberg

William Ekström skrev:

Känns som att puls-tuning ger effekt vid ganska smalt område. Det borde göra så att alla motorer med vettiga runners och vettigt plenum har en väldigt vågig effektkurva. Är det så?

Ja och Nej. Mitt första inlägg här på forumet får bli ett riktigt ingenjörsuttalande, eftersom jag snart är klar på Chalmers med inriktning motorer/strömningsdynamik, DET BEROR PÅ!

För det första så syns "vågigheter" lättare i momentkurvan än i effektkurvan, men effekten är ju bara moment * varvtal så det behöver vi väl inte fördjupa oss i. Det finns några olika faktorer som begränsar och förbättrar en motors fyllnadsgrad, här har nämnts pulstuning och ram-effekt.

Ram-effekt:
Har beskrivits hyggligt bra ovan och är ganska straight forward, vad vi måste komma ihåg är att gashastigheten måste skapas av det låga trycket i cylindern och det är inte gratis! Ju smalare pipa vi har desto högre gashastighet får vi, men samtidigt ökar strömningsmotståndet. På låga och medlhöga varv är (mass-)flödet för lågt för att ram-effekten skall uppstå, tyvärr ger den smala pipan dessutom stort motstånd och fyllnadsgraden i cylindern blir lägre än nödvändigt. När varvet ökar börjar ram-effekten göra sig gällande men kräver då också att våra ventiltider är anpassade till den sena tryckvågen. Har ventilen redan stängt är det ju försent att fylla på. Samspelet mellan primärpipans diameter och ventiltider är som att dansa på slak lina utan skyddsnät...

Pulstuning:
Vid vissa varvtal uppstår resonans i insugningsystemet och man kan ha sådan tur/skicklighet att just innan insugsventilen stänger kommer det farandes en tryckvåg som precis hinner klämma sig in i cylindern. Runt resonansvarvtalet ökar fyllnadsgraden markant, vid något annat varvtal kommer en negativ tryckvåg farande och stjäl luft som redan fanns i cylindern, vid de flesta varvtal är det total oreda på pulserna och det blir varken bra eller dåligt. Det fina med pulstuningen är att det finns flera resonanskällor, de 3 absolut viktigaste är runners, plenum och primärpiporna i grenröret. Genom att variera dessa kan man uppnå väldigt olika motorkaraktärer med samma grundmotor. Som tumregel på en farfarsmotor kan man säga att plenumet ger resonans runt 2500 rpm och primärpiporna runt 4500 rpm. Här är risken stor att man får en elak momentdip vid dryga 3000 rpm och då kan man antingen utnyttja primärpiporna i avgasröret för att tömma cylindrarna extra effektivt eller så väljer man kamprofil/kamtider för att få bästa verkningsgrad just där. Använder man kammarna för att ta bort dippen vid 3000 kan man istället utnyttja grenröret för att öka verkningsgraden ovanför 4500 rpm. Tyvärr ger kammar optimerade för verkningsgrad runt 3.000 rpm inte så mycket utrymme för toppeffekt. För att försöka sammanfatta det hela; det finns flera instrument för att öka motorns volymetriska verkningsgrad och hur momentkurvan ser ut beror på hur man sprider ut dem i varvtalsområdet.

På senare år har biltillverkarna gått ännu längre för att öka fyllnadsgraden, genom att utrusta motorerna med upp till 3 olika primärpipor (Audi) kan man ha en lågvarvspipa, en mellanregisterpipa och en högvarvspipa. Dessutom kan man köra flera pipor samtidigt! Variabla ventiltider är inte heller dumt för att uppnå önskad momentkurva. Jag har för mig att det var Mercedes som körde med variabla plenum också för att hitta ytterligare en resonansfrekvens.

Nu kommer sista stycket! Genom att sprida ut sina momenthöjande instrument väl mellan 1.500 och 5.000 rpm får man motorn i en Volvo 740, 2,3l och 116 hk blir ganska precis 50 hk/l. Om man istället lägger alla sina momenthöjande instrument mellan 12.000 och 16.000 rpm får man en Yamaha R6-maskin, 0.6l och 120 hk blir ännu mer precis 200 hk/l. Den ena motorn blir ganska bra att dra husvagn med, den andra inte. Den andra motorn blir skojig på bana, den första blir det inte.

Mycket bra inlägg!

alander skrev:

Nu kommer sista stycket! Genom att sprida ut sina momenthöjande instrument väl mellan 1.500 och 5.000 rpm får man en motorn i en Volvo 740, 2,3l och 116 hk blir ganska precis 50 hk/l. Om man istället lägger alla sina momenthöjande instrument mellan 12.000 och 16.000 rpm får man en Yamaha R6-maskin, 0.6l och 120 hk blir ännu mer precis 200 hk/l. Den ena motorn blir ganska bra att dra husvagn med, den andra inte. Den andra motorn blir skojig på bana, den första blir det inte.

om man som i volvo-fallet sprider ut de momenthöjande sakerna över registret, blir det inte så då att de tar ut varandra och att motorns effekt istället bestäms mer utav dess statiska flödesegenskaper (och volym)?

Välkommen till forumet Jakob! Detta var en väldigt bra beskrivning på problemet. Hoppas att du skriver många inlägg här i framtiden!

William: är det Philph H. Smiths bok du har läst? http://www.bentleypublishers.com/product.htm?code=g309
Jag har läst en tidigare utgåva för kanske 10 år sedan och då var jag också övertygad om att rameffeket var ett väldigt viktigt fenomen. Nu är jag inte lika övertygad längre. Visserligen verkar innehållsförteckningen på denna utgåva väldigt bra men jag skulle ändå ta den med en nypa salt. Första utgåvan kom ut nån gång på 50-talet och då var det nog bara orgelbyggare som hade riktigt bra koll på trycksvängningar i rör. Bara för att nån skrivit en bok behöver inte betyda att de vet vad de talar om. Detta gäller ju också i detta forum och mig i synnerhet.

Jo det är den boken jag läst.

Jag är medveten om att den är gammal, men många saker verkar ändå vettiga.

Som du säger, man bör ju inte lite blint på en enda bok. Ser man dock en gemensam tråd i alla böcker man läser, så kan man kankse börja tro på det.. (Inte för att det har hänt mig i just detta fallet.)

EDIT:
Å andra sidan verkar det vara vanligt på moderna motorer med väldigt långa och relativt smala insugsrör. Tex Honda-motorer och 4-takts utombordare.