MooseLucifer
Вчера 22:27
Porsche 918 — преимущества верхнего расположения выхлопной системы
Является ли Porsche 918 первым серийным автомобилем с верхней выхлопной системой?
В этой статье отмечается, что, направив выхлопные газы вверх, компания Porsche смогла сделать днище абсолютно плоским и увеличить диффузор, что значительно улучшило охлаждение и аэродинамику. В статье также говорится, что более короткие выхлопные трубы снизят противодавление и вес, но при этом вес будет располагаться выше центра тяжести.
Меня больше всего интересует, как горячие выхлопные газы влияют на аэродинамику автомобиля. Увеличивает ли горячий воздух ламинарность потока? Создаёт ли он каким-то образом барьер и действует ли как спойлер для более холодного окружающего воздуха, обдувающего крышу? Изменит ли что-нибудь разная температура выхлопных газов?
Какую пользу это принесёт двигателям FI и появится ли в будущем MR2 Turbo с аналогичной системой!? (фу-у-у, Toyota).
В любом случае, думаю, мы все согласимся, что это выглядит чертовски круто: над моторным отсеком вырывается синее пламя.
Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/26437/porsche-918-benefits-of-top-mounted-exhaust
Я, конечно, не претендую на то, что обладаю какими-то особыми знаниями о том, почему инженеры Porsche решили проложить выхлопную трубу именно так, но я думаю, что мы можем проанализировать возможности и компромиссы с инженерной точки зрения и, возможно, понять, как можно было прийти к такому выводу.
Возможные варианты
Я думаю, мы можем с уверенностью исключить любую конфигурацию выхлопной системы, направленную вперёд, так что остаётся три варианта, которые можно себе представить:
У каждого варианта есть свои плюсы и минусы, но давайте рассмотрим факторы, которые могли повлиять на решение инженеров Porsche. (Обратите внимание, что в большинстве следующих рассуждений я объединяю «прямо из багажника», как в случае с McLaren MP4-12C, с «под днищем автомобиля», поскольку большинство пунктов применимы к обоим вариантам.)
Устранение перегрева
Во-первых, это одновременно и мощный спортивный автомобиль, и гибрид. Спортивный автомобиль означает, что температура выхлопных газов будет высокой, а гибрид означает, что важно обеспечить достаточное охлаждение аккумуляторов. Поэтому отвод тепла от аккумуляторов (и других электрических систем) является важной задачей. Любая из этих конфигураций может успешно отводить тепло от аккумуляторов и двигателя, но вся выхлопная труба будет очень горячей и будет излучать тепло, поэтому аккумуляторы почти всегда должны располагаться перед двигателем. На самом деле аккумуляторы 918-й модели находятся между сиденьем водителя и двигателем, расположенным посередине.
Экономия веса
Вероятно, очевидно, что облегчение автомобиля — это хороший способ сделать его быстрее и снизить расход топлива (и то, и другое было целью при разработке этого транспортного средства). Как правило, следует избавляться от лишнего веса там, где это возможно, и даже дорогие вещи становятся «практичными» для спорткара стоимостью 800 000 долларов! Сокращение длины выхлопных труб позволяет снизить вес. Скорее всего, это будет аргументом в пользу верхнего или бокового выхлопа, а не нижнего.
Распределение веса
При выборе высокопроизводительного транспортного средства важно обращать внимание на то, где расположен вес. Вес, от которого нельзя избавиться, обычно стараются разместить как можно ближе к земле, чтобы снизить центр тяжести всего транспортного средства и улучшить его управляемость. Аккумуляторы, двигатель, электродвигатели и трансмиссия — все они тяжелые и устанавливаются как можно ниже с учетом других факторов. Это не делает нижний выхлоп невозможным, но, возможно, его будет сложнее проложить, чем боковой или верхний.
Аэродинамика
Днище гоночного автомобиля (и 918-й модели в том числе) гладкое, чтобы обеспечить непрерывный и беспрепятственный поток воздуха под ним. Плавное движение воздуха до тех пор, пока он не окажется позади автомобиля, помогает ему двигаться быстрее за счёт снижения сопротивления. Всё днище 918-й модели может быть гладким вплоть до диффузора в задней части автомобиля, отчасти потому, что там нет отверстий для выхлопных труб.
Если вы следите за гонками «Формулы-1», то, возможно, знаете о «выдувном диффузоре», который с большим успехом использовался в Red Bull RB7 2011 года. Выхлопные газы использовались в качестве аэродинамического элемента, так как поток выхлопных газов проходил над задним диффузором. Это было очень эффективно, пока не было запрещено в 2011 году. Так что теоретически мог ли 918-й иметь выхлопную систему, проходящую под автомобилем через диффузор, и получать аэродинамическое преимущество? Возможно, но настоящая магия болида Red Bull заключалась в воздушном потоке и настройке двигателя, позволяющей ему продолжать нагнетать воздух в диффузор, даже когда пилот убирал ногу с педали газа. Без этого при убирании ноги с педали газа аэродинамика болида резко менялась, что было не очень хорошо. Возможно, в Porsche об этом думали, но отказались от этой идеи, потому что в результате система стала бы более сложной и не была бы эффективной на скоростях, отличных от гоночных. Ещё одно очко в пользу бокового или верхнего выхлопа. Расположение выхлопной трубы над двигателем действительно позволяет установить её выше центра тяжести автомобиля, но при этом выхлопная труба была спроектирована так, чтобы быть как можно меньше и легче, что смягчает негативные последствия её высокого расположения.
Потрясающие звуковые эффекты
Компания Porsche уделяет особое внимание тому, чтобы вождение было интуитивным, в том числе благодаря звуку двигателя. Даже в более доступных моделях Porsche есть такие функции, как "Sound Symposer" — конструктивная особенность, предназначенная исключительно для того, чтобы водитель слышал правильный звук двигателя. В этом плане выхлопная система на высоте.
Эффективный верхний выхлоп
Большинство приведённых выше аргументов говорят в пользу бокового или верхнего расположения выхлопной трубы. На самом деле у большинства двигателей V8 выхлопные коллекторы расположены сбоку, поэтому естественным кратчайшим путём для выхлопных газов будет боковой. Однако у двигателя 918 есть необычная (уникальная?) особенность по сравнению с большинством двигателей V8: выхлопные коллекторы расположены внутри V-образного блока, а не снаружи. Это делает вариант с «прямым выходом» очевидным победителем с точки зрения кратчайшего пути.