Есть такая интересная анимация двухтактного двигателя с расширительной камерой

Источник

Это работает следующим образом:

При движении вниз после воспламенения поршень открывает выпускное отверстие, и сгоревший газ устремляется в выхлопную трубу в виде ударной волны (высокого давления).

Из-за инерции этот газ создаёт за собой небольшую вакуумную волну, которая помогает всасывать не только сгоревший, но и свежий газ, как только открывается впускное отверстие.

Первый конус помогает увеличить вакуум: когда газ движется по трубе с определённой скоростью, он проходит через определённый объём за единицу времени. Если увеличить поперечное сечение, но оставить скорость прежней, волна пройдёт через больший объём. Это создаёт больше... э-э... вакуумного пространства за волной. Это немного сложно объяснить.

Хорошо, теперь у нас есть свежий газ в цилиндре, а также в коллекторе.
Ударная волна теперь сталкивается с правым конусом и отражается от него. То есть теперь ударная волна движется в сторону цилиндра. Она сталкивается со свежим газом в тот момент, когда впускное отверстие перекрывается поршнем, и нагнетает этот газ в цилиндр. Когда поршень перекрывает и выпускное отверстие, свежий газ уже находится под некоторым давлением.

Таким образом, выхлопные газы образуют своего рода компрессор, повышая объёмный КПД/мощность двигателя.

Форма выхлопной трубы очень важна с точки зрения синхронизации: длина трубы между выпускным отверстием и первым конусом определяет, когда усиленная вакуумная волна достигнет цилиндра. Она должна достичь цилиндра в тот момент, когда впускные отверстия открыты и из них может всасываться свежий газ. А расстояние до второго конуса определяет, когда отражённая ударная волна достигнет цилиндра. Опять же: это должно произойти, когда впускное отверстие уже закрыто, а выпускное ещё нет.

Это означает, что выхлопная труба рассчитана на определённую частоту вращения, при которой достигается максимальный прирост мощности.

Однако углы конусов позволяют расширить диапазон оборотов, в котором двигатель развивает свою мощность, за счёт снижения максимальной мощности.

Например, вот кривые мощности и крутящего момента для трёх выхлопных систем одного и того же скутера:

Во-первых, стоит отметить, что двигатель начинает набирать мощность только после 5000 оборотов в минуту, потому что в этот момент начинает работать выхлопная система.

• Синяя кривая представляет собой довольно узкий пик с максимумом на 7700 об/мин. При более высоких/низких оборотах мощность довольно быстро снижается.


• Красная кривая смещена в сторону более высоких оборотов, при которых двигатель должен развивать большую мощность, но вместо этого он рассчитан на более широкий диапазон оборотов. Таким образом, максимальная мощность аналогична мощности синей кривой, но диапазон оборотов примерно в два раза шире.

Наконец, конструкция зависит и от назначения транспортного средства. Мотоцикл для мотокросса обычно имеет трансмиссию с несколькими фиксированными передачами и работает в широком диапазоне оборотов. Скутеры, напротив, обычно оснащены вариатором, который позволяет двигателю работать на определенных постоянных оборотах.

Ненадолго:

Выхлопные трубы имеют такую форму, чтобы отводить газы из камеры сгорания на разных оборотах.

Несколько дольше:

Представьте себе двухтактный двигатель без выхлопной системы^*1. Когда выпускной клапан открывается, из цилиндра выходят сгоревшие газы. Если оставить клапан открытым на достаточно долгое время, давление в цилиндре сравняется с давлением окружающего воздуха.

Теперь запустите двигатель на постоянной частоте вращения и подсоедините к выхлопной системе прямую трубу. Когда выпускной клапан откроется, волна сжатых газов устремится в трубу, дойдет до ее конца и расширится в окружающей среде. В этот момент обратная волна (с низким давлением) войдет в трубу и направится обратно в цилиндр. Если правильно рассчитать время, можно высосать из цилиндра часть оставшихся несгоревших газов.

Сейчас прямая труба работает только в одном небольшом диапазоне оборотов. Но если вы замените трубу на V-образную, она будет работать более плавно.

Теперь главные вопросы:

1. Это единственная причина? (Понятия не имею, но это одна из причин, по которой выхлопная труба имеет такую форму).


2. Как это влияет на звукоизоляцию? (Я подозреваю, что это вторая часть выхлопной системы, которую вы показали).

К сожалению, мне придётся оставить эти два вопроса для обсуждения другими.

Дополнительная информация от Перкинса, который обладает более глубокими знаниями. Добавьте в ответ, так как я понимаю, что комментарии со временем исчезнут.

Это немного сложнее. В двухтактных двигателях новая топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр одновременно с выходом отработанных газов. Вытянуть достаточное количество отработанных газов из цилиндра несложно. Выхлопные трубы необычной формы, подобные той, что изображена на фото, на самом деле настроены на определённый диапазон оборотов. Сначала они всасывают в двигатель большее количество топливно-воздушной смеси, а затем волна давления отражается от второй узкой части и выталкивает дополнительную топливно-воздушную смесь обратно в цилиндр под более высоким давлением, что сокращает расход топлива и повышает производительность.

^*1: Не обращайте внимания на риск попадания грязи в двигатель.