Двухтактные выхлопные трубы бензинового двигателя имеют странную форму. Они расширяются в широкий диаметр и затем уменьшаются до очень малого диаметра, где выхлопные газы выходят в окружающую среду.

- Почему они имеют такую ​​странную форму?

- Для чего большое расширение в выхлопной трубе?

- Почему диаметр так резко уменьшается в конце?

Вот такая приятная анимация 2-х тактного двигателя с камерой расширения

Источник

Это работает так:

Двигаясь вниз после зажигания, поршень открывает выходное отверстие, и сгоревший газ стекает в выхлопную трубу подобно ударной волне (высокого давления).

Из-за инерции этот газ создаст небольшую вакуумную волну позади него, которая поможет отсосать больше сгоревшего газа, но также и свежего газа, как только впускное отверстие будет открыто.

Первый конус помогает увеличить вакуум: когда газ проходит через трубу с определенной скоростью, он проходит через определенный объем за раз. Если поперечное сечение увеличивается и скорость остается неизменной, волна проходит через больший объем. Это создает больше ... мм ... объем вакуума за волной. Это немного сложно объяснить.

Хорошо, теперь у нас есть свежий газ в цилиндре, но также и в коллекторе. Ударная волна теперь попадает в правый конус и отражается. Т.е. у вас сейчас ударная волна бежит к цилиндру. Он попадает в свежий газ в тот момент, когда впускное отверстие закрыто поршнем, и вдавливает этот газ в цилиндр. Когда поршень также закрывает выпускное отверстие, свежий газ уже находится под некоторым давлением.

Таким образом, выхлоп образует своего рода компрессор, увеличивая объемную эффективность / мощность двигателя.

Форма выхлопа очень важна с точки зрения времени: длина трубы между отверстием выхлопа и первым конусом определяет, когда усиленная волна вакуума достигает цилиндра - она ​​должна быть там, где впускные отверстия открыты, и свежий газ может всасываться. из них. А расстояние до второго конуса определяет, когда отраженная ударная волна достигает цилиндра. Опять же: это должно произойти, когда воздухозаборник уже закрыт, а выхлоп еще нет.

Это означает, что выхлопная труба рассчитана на определенные обороты, где вы получаете максимальный прирост мощности.

Тем не менее, углы конусов позволяют расширить диапазон оборотов, в которых двигатель развивает свою мощность, за счет максимальной мощности.

Например, вот кривые мощности / крутящего момента для трех выхлопных систем на одном мотороллере:

Во-первых, примечательно, что двигатель начинает развивать мощность чуть выше 5000 об / мин, потому что там начинает работать выхлоп.

• Синяя кривая - довольно узкий пик с максимумом при 7700 об / мин. он довольно быстро теряет мощность при высоких / низких оборотах.
• Красная кривая смещена в сторону более высоких оборотов, где она должна развивать большую мощность, но вместо этого она рассчитана на более широкий диапазон оборотов. Итак, макс. мощность аналогична синей кривой, но диапазон оборотов примерно в два раза шире.

Наконец, дизайн зависит также от потребностей автомобиля. Кроссовый мотоцикл обычно имеет трансмиссию с несколькими фиксированными передачами и, таким образом, работает в широком диапазоне оборотов. В отличие от скутеров, как правило, вариоматические, что позволяет двигателю работать на определенных, постоянных оборотах.

Кратко:

Выхлопные трубы имеют такую ​​форму, чтобы всасывать газы из камеры сгорания в диапазоне оборотов.

Немного дольше:

Представьте себе двухтактный двигатель без выхлопа ^{* 1} . Когда выпускной клапан открывается, сгоревшие газы покидают цилиндр. Оставьте клапан открытым на достаточно долгое время, и цилиндр будет находиться под давлением окружающего воздуха.

Теперь запустите двигатель на фиксированной скорости и добавьте прямую трубу в качестве выхлопа. Когда выпускной клапан открывается, волна сжатых газов будет поступать в трубу, продвигаться к концу трубы и расширяться в окружающую атмосферу. В это время обратная волна (низкое давление) войдет в трубу и вернется в цилиндр. Время это правильно, и вы можете высосать оставшиеся сгоревшие газы из цилиндра.

Теперь прямая труба работает только для одного небольшого диапазона оборотов. Но если вы измените трубу на V-образную форму, она будет работать более постепенно.

Теперь большие вопросы:

1. Это единственная причина? (Понятия не имею, это одна из причин для формирования выхлопной трубы).
2. Как это взаимодействует с глушением звука? (Подозреваю, что это вторая часть выхлопа, которую вы показали).

К сожалению, мне придется оставить тех двоих, чтобы другие ответили.

Дополнительная информация от - Перкинс, который имеет более подробные знания. Вставьте в ответ, так как я понимаю, что комментарии со временем исчезнут из ответов.

Это немного сложнее. В двухтактных двигателях новая топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр одновременно с выходом выхлопных газов. Всасывание достаточного количества выхлопа из цилиндра тривиально. Выхлопные трубы странной формы, подобные изображенной, на самом деле настроены на определенный диапазон оборотов, и они сначала всасывают большее количество топлива-воздуха через двигатель, а затем волна давления отскакивает от второй узкой части и выталкивает дополнительное топливо - возврат воздуха в цилиндр при более высоком давлении, что снижает количество топлива и увеличивает производительность.

^{* 1} : игнорируйте риск попадания грязи в двигатель.