Технология резонансных выхлопных труб

Автор статьи: Steve Pond.
Автор перевода: Владислав Ярополов.

Какая резонансная труба является наилучшей?

Резонансные выхлопные трубы помогают увеличить мощность, улучшают эффективность топлива и уменьшают температуру двигателя. Это очевидно! Многие в целом понимают большинство из этого, но как только энтузиасты становятся более осведомленными в преимуществах резонансных труб, фокус смещается: теперь вопросом является, какая резонансная труба является наилучшей.

ЧТО ТАКОЕ РЕЗОНАНСНАЯ ВЫХЛОПНАЯ ТРУБА?

Резонансная труба является в действительности частью настроенной выхлопной системы, которая начинается с выхлопного коллектора присоединенного к двигателю. Коллектор обычно является трубкой постоянного диаметра, которая может изгибаться несколько раз для направления выхлопа в резонансную трубу. Это выпускное отверстие для выхлопных газов, и мы надеемся, это слегка ослабит шум двигателя. Коллектор и резонансная труба обычно соединяются коротким участком гибкой трубки и парой нейлоновых стяжек.

ОСНОВЫ

В помощь тем, кто хочет знать, почему резонансная труба помогает в каждом аспекте производительности двухтактного двигателя, опишем некоторые основы.

В двухтактном двигателе впускные, продувочные окна и выхлопное окно открываются приблизительно одновременно. Это означает, что часть топливно-воздушной смеси поступающей в двигатель просто напрямую проходит в выхлопное окно. Легко понять, что вылетевшее топливо потеряно и не может участвовать в производстве мощности. Много лет назад, инженеры поняли, что путем изготовления выхлопной трубы в виде специфической формы, выхлопная труба сама по себе может быть использована для удержания несгоревшего топлива в двигателе, увеличивая таким путем мощность. Теперь, когда выхлопное окно открывается, давление созданное во время процесса сгорания создает волну давления, которая проходит через коллектор в резонансную трубу. Небольшое выхлопное отверстие резонансной трубы выпускает часть выхлопного давления, но значительное количество остается в трубе. Инженеры тщательно "настроили" длину и форму выхлопной трубы для отражения части волны давления назад в трубу для возврата вышедшей топливной смеси обратно в двигатель. На практике конструкция резонансной трубы гораздо больше участвует в работе двигателя, чем здесь описано, именно поэтому использование резонансных труб может быть так выгодно.

Когда выхлопные газы выпускаются в коллектор, они двигаются дальше к расходящемуся конусу (диффузору). Когда они достигают конуса, вакуум, или волна отрицательного давления, создается расширением выхлопных газов по мере продвижения через него, и этот вакуум возвращается назад в коллектор и высасывает оставшиеся выхлопные газы из выхлопного отверстия. Тем временем волна положительного давления теряет интенсивность по мере продвижения через расширяющийся диффузор. Она затем отражается от сходящегося конуса (конфузора) в конце трубы и вливается обратно через диффузор и коллектор до самого двигателя. Эта волна давления должна достичь двигатель в то время как выхлопное окно закрывается, таким образом, принуждая свежую топливную смесь, которая пытается покинуть выхлопное окно, вернуться обратно в цилиндр двигателя.

ДЕТАЛИ

Итак, вы решили, что хотите резонансную выхлопную трубу, неминуемо ваш следующий вопрос: "Какую трубу мне выбрать?" Это каверзный вопрос!

Ее предназначение определит, как долго вы будете заниматься исследованиями перед приобретением вашей трубы. Если вы хотите улучшить работу вашего автомобиля только для того, чтобы развлекаться в более быстром темпе, тогда вам подойдет любая комбинация "коллектор - резонансная труба". Конечно, выберите ту, которая должным образом подходит к размеру вашего двигателя, но вы почти не можете ошибиться, если переходите с выхлопной трубы на резонансную трубу. Вы можете получить не всю мощность, которую можно ожидать, если вы используете идеальную настройку, но я пытаюсь здесь объяснить, что любой вариант будет лучше, чем глушитель.

Спортивные энтузиасты или те, кто просто хочет получить максимальную производительность, могут захотеть более внимательно рассмотреть то, что будет наилучшим образом работать для их задачи. Далее описываются некоторые факты о наилучшей конфигурации резонансной трубы. Большая часть этой информации была заимствована из разработок резонансных труб для больших двухтактных двигателей, но это по-прежнему служит руководством для многих производителей и настройщиков двигателей в индустрии радиоуправляемых моделей. Двигатели внутреннего сгорания для моделей немного отличаются от двигателей, для которых эти руководства были сформулированы, поэтому это не точное соответствие, но большинство наших резонансных труб сконструировано согласно этим данным.

Коллектор (Header). Идеальный коллектор должен начинаться с площади, которая приблизительно на 10-15% больше, чем поперечное сечение выхлопного отверстия. Идеальный коллектор также должен расширяться наружу под углом примерно 2-4 градуса. Это незначительное расширение, в комбинации с расширением в резонансной трубе, помогает продувке, или высасыванию, выхлопа из двигателя. Однако многие коллекторы, разработанные для автомоделей, не следуют этим руководящим принципам, они обычно слишком велики по диаметру и прямые. Прямые трубы менее дороги в производстве, а прибавка, обеспечиваемая сведенной к конусу трубой, обсуждается в лучшем случае для применения в радиоуправляемых моделях.

Соединитель (Coupling). Коллектор и резонансная труба обычно скрепляются с помощью гибкого соединителя из термостойкой гибкой трубки. Соединитель имеет мало общего с эффективностью трубы, исключая преждевременное разрушение или неправильную установку. В случае оптимальной установки имеется небольшой зазор между коллектором и трубой. Это обеспечивает плавный поток выхлопных газов и защищает соединитель от воздействия чрезмерно высоких температур. Будьте осторожны и не позволяйте трубе и коллектору касаться друг друга, так как вибрация может вызвать незначительные повреждения обоих деталей. А также вибрация металла по металлу вызывает радиопомехи. По некоторым причинам, когда две металлические детали трутся друг с другом, это может вызвать сбои в работе радиооборудования.

Расходящийся конус (Divergent cone). Первой частью резонансной трубы является расходящийся конус, или диффузор. Эта часть находится сразу за соединителем, и она расширяется наружу. Поскольку волна давления выхлопа проходит через эту расширяющуюся секцию трубы, это создает вакуум позади нее. Это помогает удалять (продувать) остатки выхлопных газов из цилиндра, и это также помогает в поставке свежего топлива. Идеальный угол расходящегося конуса находится в районе 10 градусов, но некоторые трубы, например, поставляемые "Paris Racing" и "Team Associated", имеют намного больший угол.

Угол конуса этой секции трубы определяет длительность и интенсивность отрицательных и положительных волн давления. Более крутой угол расходящегося конуса делает отрицательную волну давления более интенсивной, но более короткой по длительности. Это делает продувку более эффективной, но ограничивает более узким диапазоном оборотов двигателя. Более пологий расходящийся конус снижает интенсивность отрицательной волны, но это длится намного дольше. Это увеличивает диапазон оборотов двигателя, в котором отрицательная волна достигает цилиндра, в то время как выхлопное отверстие еще открыто. Это своего рода балансирование: большая производительность при ограниченном диапазоне оборотов двигателя или меньшая производительность при широком диапазоне оборотов.

Расходящийся конус оказывает то же самое влияние на возвращающуюся волну давления. Положительное давление выхлопа, которое не вышло из трубы, отражается обратно в сторону коллектора. Угол расходящегося конуса оказывает тот же самое действие на обратный ход волны. Более выраженный угол делает положительную волну давления более интенсивной, но более короткой по длительности, а более пологий угол делает ее менее интенсивной при большей продолжительности. Эта волна давления помогает затолкнуть свежее топливо обратно в цилиндр, когда выхлопное отверстие закрывается.

Цилиндрическая часть (Belly). Цилиндрический участок является прямой секцией резонансной трубы, здесь наиболее важным измерением является длина. Если помните, когда волна давления выхлопа входит в расходящийся конус, отрицательная волна посылается назад к двигателю. Положительная волна давления тем временем продолжает движение через цилиндрическую часть трубы, отражается от сходящегося конуса и направляется обратно к двигателю. Длина этой цилиндрической части трубы определяет, сколько времени потребуется волне давления, чтобы достигнуть двигателя. Более короткая цилиндрический участок означает, что волна давления проходит меньшую дистанцию до конца трубы и поэтому быстрее возвращается назад. Более длинный цилиндрический участок увеличивает время, требующееся волне давления для возврата к двигателю. Ключом здесь является относительное согласование во времени между положительной и отрицательной волной. Короткая секция снижает задержку между этими двумя волнами и лучше подходит для того, чтобы развивать максимальную мощность в диапазоне высоких оборотов, а более длинная секция увеличивает задержку между этими двумя волнами и больше походит для увеличения мощности на низких оборотах.

Сходящийся конус (Convergent cone). Сходящийся конус находится в конце цилиндрической секции и отражает волну давления назад к двигателю. Угол конуса влияет на то, сколько времени занимает возврат волны давления по резонансной трубе. И снова, более выраженный конус вызывает более интенсивную волну давления короткой длительности, а плавный конус вызывает более длительную, но менее интенсивную волну. Считается, что будет идеальным угол конуса в диапазоне от 15 до 20 градусов, или примерно удвоенный угол расходящегося конуса.

Выхлопной патрубок (Stinger). Это последняя часть резонансной трубы. Диаметр выхлопного патрубка и его длина являются важными для производительности, но это по большей части не имеет значения при применении в автомоделях. Диаметр и длина выхлопного патрубка регламентируются официальными организациями, поэтому большинство труб разработано в соответствии с этими положениями и существует незначительное разнообразие размеров выхлопных патрубков. Идеальный диаметр выхлопного патрубка составляет примерно 60% от диаметра коллектора, а длина должна составлять от 10 до 12 его диаметров. 

Патрубок отбора давления (Pressure fitting). Небольшое количество давления в трубе выталкивается через этот патрубок, это обеспечивает некоторое обратное давление в топливной системе, содействуя питанию двигателя при увеличении оборотов. При увеличении оборотов двигателя, выхлопное давление увеличивается и выталкивает больше топлива в карбюратор для компенсации увеличивающейся потребности в топливе. В идеале, патрубок должен быть расположен в наиболее толстой части тела трубы, возле места, где сходятся две волны давления.

Резонансная труба "Paris Racing", показанная здесь, является типичной трубой разработанной для масштаба 1/10 шоссейных или внедорожных гонок. Она подходит для небольших двигателей объема от .10 до .15. Крутой угол расходящегося конуса и длинная цилиндрическая часть показывают, что эта труба лучше всего подходит для производства мощности на низких оборотах. Длина и внутренний диаметр выхлопного патрубка определены официальными организациями.

СЛОЖИМ ВСЕ ЭТО ВМЕСТЕ И ...

Выхлопное отверстие открывается, и положительная волна давления выхлопа в камере сгорания высвобождается в коллектор и перемещается через коллектор к расходящемуся конусу. В то время как она перемещается через расходящийся конус, отрицательная волна давления (вакуум) посылается обратно в коллектор. Отрицательное давление помогает вытянуть остатки продуктов сгорания из цилиндра и помогает втянуть свежий заряд топливно-воздушной смеси. Тем временем исходная волна давления пробегает через центральную цилиндрическую часть трубы, отражается от сходящегося конуса (частично выходит через выхлопной патрубок) и возвращается по трубе и коллектору. Эта положительная волна должна достичь двигателя пока выхлопное отверстие остается открытым, так чтобы принудить свежую топливно-воздушную смесь, пытающуюся выскользнуть из цилиндра, вернуться в двигатель до закрытия выхлопного отверстия. Так, в двух словах, должна работать резонансная труба.

Труба "Form Racing", показанная здесь, была фактически разработана для использования с четырехтактными двигателями. Пологий угол расходящегося конуса и тонкая цилиндрическая часть делают ее мало подходящей для использования с двухтактными двигателями, а ее двойные выхлопные патрубки сделали бы ее незаконной для официальных гонок. Четырехтактные двигатели намного менее чувствительны к конфигурации выхлопа, так как они имеют механические клапаны, а двухтактные двигатели зависят от конфигурации выхлопа для управления течением топлива и выхлопа.

НАСТРОЙКА РЕЗОНАНСНОЙ ВЫХЛОПНОЙ ТРУБЫ

Длина коллектора существенно влияет на производительность. Это похоже на тромбон: вы выдвигаете его дальше, и он резонирует на более низкой частоте. Выдвигаете его меньше, и он резонирует на более высокой частоте - так же и с резонансной трубой. Пробуйте, обрезая 2-3 мм коллектора за раз, и запускайте двигатель после каждого реза. Идея состоит в том, чтобы обрезать до тех пор, пока двигатель не "запоет". Это означает, что двигатель и выхлопная система синхронизированы и звучат гармонично. Это тот момент, когда двигатель производит максимальную мощность. Примерное правило: длинный коллектор лучше для мощности на низких оборотах, а короткий коллектор улучшает работу двигателя на высоких оборотах. Вы можете зайти слишком далеко в обоих направлениях, будьте осторожны, вы нанесете этим больше вреда, чем пользы.

Труба "Paris Racing" AL110S, показанная сверху, имеет пологий угол расходящегося конуса и короткую цилиндрическую часть. Эта конфигурация расширяет диапазон мощности и увеличивает мощность на высоких оборотах. Стандартная труба "Team Associated", показанная снизу, имеет более радикальный угол расходящегося конуса и очень длинную цилиндрическую часть. Этот тип конуса усиливает волны давления, но укорачивает их длительность. Этот конус и длинная цилиндрическая секция означают, что эта труба хорошо подходит для интенсивного производства мощности на низких скоростях.

Вернуться к списку   Обсудить на форуме