Dlaczego rury wydechowe silnika dwusuwowego wyglądają tak dziwnie?

28

Rury wydechowe silnika benzynowego dwusuwowego mają dziwny kształt. Rozszerzają się do szerokiej średnicy, a następnie kurczą się do bardzo małej średnicy, gdzie gazy spalinowe przedostają się do środowiska.

- Dlaczego mają tak dziwny kształt?

- Do czego służy duża ekspansja w rurze wydechowej?

- Dlaczego średnica tak dramatycznie zmniejsza się na końcu?

wprowadź opis zdjęcia tutaj

DucatiKiller
źródło
To wydech z komory rozprężnej (wynaleziony przez Limbach). Warto zauważyć, że nie wszystkie wydechowe silniki dwusuwowe mają komorę rozprężania - niektóre z nich pomijają.
Michael

Odpowiedzi:

20

Jest ładna animacja 2-suwowego silnika z komorą rozprężania

wprowadź opis zdjęcia tutaj Źródło

Działa to tak:

Podczas ruchu w dół po zapłonie tłok odsłania otwór wylotowy, a spalony gaz przepływa do rury wydechowej jak fala uderzeniowa (wysokie ciśnienie).

Z powodu bezwładności gaz ten wytworzy za nim niewielką falę próżniową, która pomoże odessać więcej spalonego gazu, ale także świeżego gazu, gdy tylko otwór wlotowy zostanie odkryty.

Pierwszy stożek pomaga zwiększyć próżnię: Gdy gaz przepływa przez rurę z określoną prędkością, przepływa przez określoną objętość na czas. Jeśli przekrój zostanie zwiększony, a prędkość pozostanie taka sama, fala przejedzie przez większą objętość. To powoduje powstanie większej ... uhm ... podciśnienia za falą. To trochę trudne do wytłumaczenia.

OK, teraz mamy świeży gaz w cylindrze, ale także w kolektorze. Fala uderzeniowa uderza teraz w odpowiedni stożek i odbija się. Tzn. Teraz masz falę uderzeniową biegnącej w kierunku cylindra. Trafia w świeży gaz w momencie, gdy otwór wlotowy jest zakryty tłokiem i wtłacza ten gaz do cylindra. Gdy tłok również zakrywa otwór wylotowy, świeży gaz jest już pod pewnym ciśnieniem.

W ten sposób wydech tworzy pewien rodzaj sprężarki, zwiększając wydajność / moc objętościową silnika.

Kształt wydechu jest bardzo ważny w odniesieniu do czasu: długość rury między otworem wylotowym a pierwszym stożkiem określa, kiedy wzmocniona fala próżniowa dociera do cylindra - powinna być tam, gdy otwory wlotowe są odsłonięte i można zasysać świeży gaz z nich. Odległość do drugiego stożka określa, kiedy odbita fala uderzeniowa dociera do cylindra. Znowu: Powinno tak się zdarzyć, gdy wlot jest już pokryty, a wydech jeszcze nie.

Oznacza to, że rura wydechowa jest zaprojektowana dla określonej prędkości obrotowej, w której uzyskuje się maksymalny przyrost mocy.

Jednak kąty stożków pozwalają poszerzyć zakres obrotów na minutę, w których silnik rozwija swoją moc, kosztem maksymalnej mocy.

Oto na przykład krzywe mocy / momentu obrotowego dla trzech układów wydechowych na tym samym skuterze:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Po pierwsze, warto zauważyć, że silnik zaczyna wytwarzać moc nieco powyżej 5000 obr./min, ponieważ tam zaczyna działać wydech.

  • Niebieska krzywa jest dość wąskim pikiem z maksimum przy 7700 RPM. dość szybko traci moc przy wyższych / niższych obrotach.
  • Czerwona krzywa jest przesunięta do wyższych RPM, gdzie powinna uzyskać większą moc - ale zamiast tego jest zaprojektowana dla szerszego zakresu RPM. Tak więc maks. moc jest podobna do krzywej niebieskiej, ale zakres RPM jest około dwa razy szerszy.

Wreszcie, projekt zależy również od potrzeb pojazdu. Motorowy rower crossowy zwykle ma skrzynię biegów z kilkoma stałymi biegami, a zatem biegnie w szerokim zakresie obrotów. W przeciwieństwie do tego, skutery mają zazwyczaj wariomat, który pozwala silnikowi pracować z pewną, stałą prędkością obrotową.

Sweber
źródło
Zawsze. +1 z chęcią zwiększenia go o 5 (przypuszczam, że przypisywanie nagród może być najbliżej tego, ale moja reprezentacja na tej stronie jest nadal dość ograniczona).
Hennes,
Czy to obroty w skali poziomej na minutę (RPM)? Jest oznaczony jako U / Minute. Liczby te wydają się znacznie wysokie. Czy są to krzywe spalin dla maszyn wyścigowych? Nie wyobrażam sobie, aby silnik do skutera trwał bardzo długo przy 9000 obr./min.
zipzit
@zipzit: Tak. Dla porównania: Mój skuter o pojemności 50 cm ma 3,1 kW przy 6000 obr./min (legalna wersja uliczna). Te wydechy mają około 8kW przy 7700-8300 RPM, może na silniku 70 cm. Scooter Attack to sklep dla skuterów ulicznych i wyścigowych, więc na pewno są to maszyny wyścigowe.
Sweber 30.01.16
1
U / Minute to prawdopodobnie „Umdrehungen pro Minute” (liczba obrotów na minutę).
Hennes,
9000 obr./min nie jest aż tak wysoka. Skoki zaworu talerzowego 2 często mogą obracać się o wiele wyżej. Większość osiągów drogowych 2 suwy o pojemności 125 cm3 od końca lat 80. XX wieku wytwarzały moc szczytową powyżej 10000 obr / min (głównie silniki z 2 zaworami trzciny).
Kickstart
20

Krótko:

Rury wydechowe są tak ukształtowane, aby wysysały gazy z komory spalania w zakresie prędkości obrotowych.

Nieco dłużej:

Wyobraź sobie silnik dwusuwowy bez układu wydechowego * 1 . Po otwarciu zaworu wydechowego spalone gazy opuszczają cylinder. Pozostaw zawór otwarty przez wystarczająco długi czas, a cylinder będzie pod ciśnieniem otaczającego powietrza.

Teraz uruchom silnik ze stałą prędkością i dodaj prostą rurę jako wydech. Kiedy zawór wylotowy się otworzy, fala sprężonych gazów wpłynie do rury, przejdzie do końca rury i rozszerzy się do otaczającej atmosfery. W tym czasie fala odwrotna (niskie ciśnienie) wejdzie do rury i powróci do cylindra. Zrób to dobrze, a będziesz mógł wyssać resztki spalonych gazów z cylindra.

Teraz prosta rura działa tylko dla jednego małego zakresu obrotów na minutę. Ale jeśli zmienisz rurę na kształt litery V, będzie ona działać bardziej stopniowo.

Teraz wielkie pytania:

  1. Czy to jedyny powód? (Nie mam pojęcia, jest to jeden z powodów, dla których należy ułożyć rurę wydechową).
  2. Jak to działa z tłumieniem dźwięku? (Podejrzewam, że to druga część wydechu, który pokazałeś).

Niestety będę musiał zostawić tych dwóch, aby inni odpowiedzieli.


Prosta rura wydechowa


Dodatkowe informacje od - Perkins, który ma bardziej szczegółową wiedzę. Podaj odpowiedź, ponieważ rozumiem, że komentarze w końcu znikną z odpowiedzi.

To jest trochę bardziej skomplikowane. Silniki dwusuwowe mają nową mieszankę paliwowo-powietrzną wchodzącą do cylindra w momencie opuszczania układu wydechowego. Wysysanie wystarczającej ilości spalin z cylindra jest banalne. Dziwnie ukształtowane rury wydechowe, takie jak ten na zdjęciu, są tak naprawdę dostrojone do określonego zakresu obrotów, a najpierw zasysają większą ilość powietrza do paliwa przez silnik, a następnie fala ciśnienia odbija się od drugiej wąskiej części i wypycha dodatkowe paliwo - wróć do cylindra pod wyższym ciśnieniem, zmniejszając straty paliwa i zwiększając wydajność.


* 1 : Zignoruj ​​ryzyko przedostania się brudu do silnika.

Hennes
źródło
3
Masz prawie rację. To jest trochę bardziej skomplikowane. Silniki dwusuwowe mają nową mieszankę paliwowo-powietrzną wchodzącą do cylindra w momencie opuszczania układu wydechowego. Wysysanie wystarczającej ilości spalin z cylindra jest banalne. Dziwnie ukształtowane rury wydechowe, takie jak ten na zdjęciu, są tak naprawdę dostrojone do określonego zakresu obrotów, a najpierw zasysają większą ilość powietrza do paliwa przez silnik, a następnie fala ciśnienia odbija się od drugiej wąskiej części i wypycha dodatkowe paliwo - wróć do cylindra pod wyższym ciśnieniem, zmniejszając straty paliwa i zwiększając wydajność.
Perkins
Ta fala niskiego ciśnienia nie pochodzi z końca wydechu - automatycznie podąża za falą wysokiego ciśnienia, a kształt wydechu pomaga dostroić niskie ciśnienie.
Sweber