В двигателе внутреннего сгорания геометрия выхлопной системы может быть оптимизирована («настроена») для максимизации выходной мощности двигателя. Настроенные выхлопные системы спроектированы таким образом, что отраженные волны давления достигают выпускного отверстия в определенное время цикла сгорания.
В двухтактных двигателях , где выпускной порт открывается путем раскрытия поршнем (а не отдельным клапаном), настроенная выхлопная система обычно состоит из расширительной камеры. Расширительная камера предназначена для создания отрицательной волны давления, чтобы помочь заполнить цилиндр следующим впускным зарядом, а затем для создания положительной волны давления, которая уменьшает количество свежего впускного заряда, выходящего через выпускной порт ( блокировка порта ).
Альтернативная конструкция двухтактных двигателей заключается в том, что выпускной порт открывается/закрывается с помощью тарельчатого клапана , а впускной порт управляется поршнем (открывается путем освобождения поршнем). Момент закрытия выпускного клапана предназначен для содействия заполнению цилиндра следующим впускным зарядом (как в четырехтактных двигателях).
Двигатель с оппозитными поршнями использует продувку с прямым потоком, однако эта конструкция использует управляемые поршнями порты цилиндра, при этом один поршень контролирует впускной порт, а другой — выпускной порт. Аналогично, двигатели с раздельными поршнями используют продувку с прямым потоком, при этом поршень в одном цилиндре контролирует порт передачи (где всасываемая смесь поступает в цилиндр), а другой поршень контролирует выпускной порт.
В четырехтактном двигателе выпускной коллектор , предназначенный для максимального увеличения выходной мощности двигателя, часто называют «экстракторами» или «коллекторами». Длина труб и места слияния спроектированы так, чтобы помочь заполнить цилиндр следующим впускным зарядом с помощью продувки выхлопных газов . [1] Места, где сливаются выпускные трубы от отдельных цилиндров, называются «коллекторами». Диаметры выхлопной системы спроектированы так, чтобы минимизировать противодавление за счет оптимизации скорости газа.
Экстракторы/коллекторы обычно имеют трубы одинаковой длины для каждого цилиндра, тогда как более простой выпускной коллектор может иметь трубы разной длины.
Выхлопная система 4-2-1 — это тип выпускного коллектора для двигателя с четырьмя цилиндрами на ряд, например, рядного четырехцилиндрового двигателя или двигателя V8 . Схема системы 4-2-1 выглядит следующим образом: четыре трубы (первичные) выходят из головки цилиндров и сливаются в две трубы (вторичные), которые в свою очередь в конечном итоге соединяются, образуя одну коллекторную трубу. [2]
По сравнению с выхлопной системой 4-1, система 4-2-1 часто вырабатывает больше мощности на средних оборотах двигателя (RPM), в то время как выхлопная система 4-1 вырабатывает больше мощности на высоких оборотах. [3] [4]
Целью выхлопной системы 4-2-1 является увеличение продувки путем объединения выпускных путей определенных пар цилиндров. Таким образом, пары цилиндров определяются интервалами между событиями зажигания, которые определяются порядком зажигания и — для двигателей с неравномерным порядком зажигания — интервалом зажигания.
Для рядного четырехцилиндрового двигателя с типичным порядком работы 1-3-4-2, спаривание цилиндров 1 и 4 и цилиндров 2 и 3 считается «непоследовательным», поскольку парные цилиндры не следуют друг за другом в порядке работы. Такое непоследовательное расположение приводит к равномерному расстоянию в 360 градусов между интервалом работы в каждой паре цилиндров. Последовательное спаривание привело бы к неравномерным расстояниям, таким как 180 градусов и 540 градусов для пар цилиндров 1 и 2 и 3 и 4. Такое последовательное спаривание используется во многих двигателях мотоциклов. [ необходима цитата ]
Для двигателя V8 с типичной конструкцией crossplane выхлопные системы 4-2-1 часто называют выхлопными системами "Tri-Y". Традиционно спаривались только цилиндры в пределах одного ряда, что приводило к интервалам 90-630 градусов (последовательно), 180-540 градусов или 270-450 градусов. Обычно предпочтение отдается интервалу 270, требующему различных пар в каждом ряду; например, 1 и 2 и 3 и 4 в одном ряду, но 1 и 3 и 2 и 4 в другом. Естественно, такие выхлопные системы чувствительны к конкретному используемому порядку зажигания. [5] [6] Даже интервалы 360-360 градусов возможны только в том случае, если для сопряжения цилиндров из разных рядов используется перекрестный выпускной коллектор.
Объединение импульсов давления выхлопных газов из каждого цилиндра диктует необходимую длину труб. Как правило, более короткие трубы помогают производить больше мощности при более высоких оборотах двигателя, а более длинные трубы благоприятствуют крутящему моменту на низких оборотах, тем самым изменяя диапазон мощности . [7] Однако газы имеют тенденцию охлаждаться при прохождении через более длинные трубы, что снижает эффективность каталитического нейтрализатора.
В двигателе с турбонаддувом ключевым фактором длины выхлопных труб является обеспечение равномерно распределенных импульсов давления на турбине турбокомпрессора. [5]
