Почему фиксированная резонансная труба является компромиссом

Автор перевода: Владислав Ярополов.

Поскольку двухтактные двигатели полагаются на движение поршня для контроля критических функций двигателя, таких как фазы впуска и выхлопа, "резонансная" выхлопная труба является критическим фактором в производительности двигателя. "Резонансная" природа выхлопной трубы имеет отношение к решениям разработчиков выхлопной трубы относительно желаемых характеристик двигателя и результирующей геометрии трубы, требуемой для достижения этих целей.

Резонансная выхлопная труба является критической для характеристик двухтактных двигателей, так как она существенно увеличивает способность двигателя удалять выхлопные газы из камеры сгорания, а также улучшает подачу свежей топливной смеси в камеру сгорания для следующего цикла сгорания. Хотя этот процесс легко обобщается, он очень сложен с точки зрения проектирования. Взаимодействие имеющихся характеристик двигателя и выбранной геометрии резонансной выхлопной трубы является тонким балансом между конкурирующими целями достижения мощности на низких, средних и высоких оборотах двигателя.

Конструкция резонансной выхлопной трубы по существу является компромиссом, так как любая из этих конкурирующих целей может быть легко достигнута сама по себе, но за счет значительных издержек в общей производительности. Нетрудно разработать "тяговитую" выхлопную трубу, которая будет иметь великолепные характеристики на низких оборотах, но эта конструкция гарантирует плохие характеристики на высоких оборотах. То же самое относится к высокоскоростным трубам, с потерей крутящего момента на низких оборотах и потерей мощности в среднем диапазоне оборотов. Эта реальность основана на законах физики и имеющихся характеристиках двухтактного двигателя.

Резонансная выхлопная труба действует путем посылки волн давления (в виде звуковых волн) обратно к двигателю для выполнения определенных задач в различные моменты рабочего цикла. Первая волна - это волна отрицательного давления, которая образуется из-за быстрого увеличения поперечного сечения выхлопной трубы. Эта секция трубы известна, как "расходящийся" конус. Эта волна отрицательного давления или волны вакуума высасывает после сгорания затухающие выхлопные газы из камеры сгорания и еще помогает втянуть свежую топливную смесь из продувочных каналов в камеру сгорания для следующего цикла сгорания.

Вторая волна, производимая трубой, является положительной волной давления, созданной быстрым снижением поперечного сечения трубы. Эта секция трубы известна, как "сходящийся" конус и часто не видна, так как содержится внутри задней части выхлопной трубы. Эта положительная волна давления предотвращает выход свежей топливной смеси из выхлопного отверстия перед тем, как оно закроется поршнем, таким образом, производя небольшое дополнительное сжатие газов непосредственно перед окончательным циклом сжатия и сгорания.

Эффекты этих волн давления являются необходимыми для производительности двухтактного двигателя. Для того, чтобы резонансная выхлопная труба надлежащим образом помогала двигателю в аспирации, фазы прибытия волн давления к камере сгорания должны быть строго определенными. Если фазы этих волн смещены, даже незначительно, тогда их эффект будет в значительной степени ослаблен и двигатель потеряет повышение в производительности. Главным образом, форма кривой мощности контролируется, если не диктуется, геометрией сопровождающей выхлопной трубы. Итак, в чем заключается компромисс?

Результат компромисса этих двух реальностей:
1. Надлежащая фаза возврата "волн давления" к камере сгорания является критической для характеристик выхлопной трубы.
2. Длина выхлопной трубы диктует фазу возврата "волн давления".

Волны путешествуют по трубе как звуковые волны. Это НЕ течение выхлопных газов! Так как волны давления являются звуковыми волнами, их скорость и время, в течение которого они путешествуют по трубе и обратно к камере сгорания, не изменяется при изменении оборотов двигателя. Эти две реальности означают, что конструктор трубы должен выбрать диапазон оборотов двигателя для максимального эффекта и спроектировать соответствующую длину трубы, которая с наибольшей вероятностью гарантирует прибытие волн давления в корректный момент времени. Как правило, более длинная выхлопная труба подходит для применения в диапазоне низких оборотов, а более короткая выигрышна для диапазонов высоких оборотов.

Итак, в чем различие между резонансной выхлопной трубой сконструированной для низких-средних оборотов и трубой разработанной для средних-высоких оборотов?

Возможно меньше, чем вы думаете. Иллюстрация ниже показывает поперечное сечение двух выхлопных труб для малых двигателей. Реальное различие в резонансной длине этих труб составляет примерно всего 6 мм. Практически все трубы, разработанные для малых двигателей, будут иметь очень сходные пропорции, с небольшими вариациями в зависимости от намерения конструкторов. Это происходит потому, что большинство малых двигателей разработаны для производства максимальной мощности при очень сходных оборотах. Реальность состоит в том, что небольшое изменение в резонансной длине может оказывать непредсказуемые изменения в выходной мощности двигателя. Многие опытные водители знают, что при изменении резонансной длины на 3 мм может быть отмечено значительное изменение в кривой мощности двигателя.

Вернуться к списку   Обсудить на форуме