Ekspansjonskammer

Et ekspansjonskammer er en viktig del av eksosanlegget på en totaktsmotor og har som funksjon å forbedre motorens virkningsgrad. Kammeret gjør nytte av energien i den utbrente eksosen som går ut av sylinderen for å hjelpe fylling av sylinderen for neste syklus, ved å sende tilbake en sjokkbølge som presser uforbrent friskgass tilbake igjen i sylinderen.

Historie

Ekspansjonskamre ble først utviklet av østtyskeren Walter Kaaden under den kalde krigen. De dukket først opp i vest på japanske motorsykler etter at den østtyske motorsyklisten Ernst Degner hoppet av i vesten mens han kjørte for MZ i 1961 det svenske Grand Prix. Han gjemte skissene under klærne og hoppet av under løpet ved å kjøre av banen og krevde politisk asyl. Han fullførte ikke løpet. Han ga senere skissene til det japanske selskapet Suzuki

Slik fungerer det

Gass under høyt trykk går i utgangspunktet ut av sylinderen form av en «bølgefront». Eksosen presser seg inn i røret som allerede er fylt med gass fra tidligere sykluser, skyver gassen videre og forårsaker en bølge fremover. Når gasstrømmen i seg selv stopper, fortsetter bølgen på ved å sende energi til neste gassen ned strømmen og så videre til enden av røret. Hvis denne bølgen støter noen endring i tverrsnitt eller temperatur det vil reflektere en del av sin styrke i motsatt retning for å reise sin. For eksempel en høy trykkbølge møter en økning i område vil reflektere tilbake et lavtrykk bølge i motsatt retning. Et høytrykk bølge møter en nedgang i område vil reflektere tilbake et høyt trykk bølge i motsatt retning. Det grunnleggende prinsipp er beskrevet i bølgedynamikk. Et utvidelseskammer gjør bruk av dette fenomenet ved å variere sin diameter (tverrsnitt) og lengde for å forårsake disse refleksjonene å komme tilbake på sylinderen til ønskede tider i syklusen.

Det er tre hoveddeler til utvidelsen syklus.

Nedblåsing

Når synkende stempel første eksponerer eksos porten på sylinderveggen, renner eksosen ut kraftig på grunn av eget trykk, uten hjelp fra utvidelsen kammeret og så diameter / areal over lengden av den første delen av røret er konstant eller nær konstant med en divergens på 0 til 2 grader som bevarer bølgekraft. Denne delen av systemet kalles "hodet pipe" (utblåsingsutgangen lengden regnes som en del av hodet rør for måling formål). Ved å holde hodet rørdiameter nær konstant, blir energien i bølgen bevart fordi det er ingen utvidelse inntil nødvendig senere i syklusen. I alle fall strømmen forlater sylinderen under mesteparten av nedblåsing prosessen er Sonic eller supersoniske og derfor ingen bølge kunne reise tilbake i sylinderen mot at flyten

Overføring

Når eksostrykket har falt til nær atmosfærisk nivå stempelet avdekker overføring portene. På dette punktet energi fra utvidelsen kammeret kan brukes til å hjelpe strømmen av ferske blandingen i sylinderen. For å gjøre dette utvidelsen kammeret er økt i diameter slik at den ut går høyt trykk bølge reflekterer et negativt press bølge tilbake mot sylinderen. Denne negative trykket kommer i sylinderen under overføringen syklusen og øker strømmen av ferske blandingen i sylinderen (og kan også suge frisk blandingen ut i eksos porten). Denne delen av røret kalles avvikende (eller diffuser) delen, og den avviker på 6 til 12 grader. Det kan bestå av flere enn én avvikende kjegle avhengig krav.

Port blokkering

Når overføringen er fullført stempelet er på vei opp igjen på sin kompresjonsslaget, men eksos porten er fortsatt åpen, en uunngåelig problem med to slag design. For å hindre stempelet skyver frisk blanding ut den åpne utblåsningsåpningen et sterkt høytrykk bølge fra utvidelsen kammeret er tidsbestemt å ankomme i løpet av kompresjonsslaget. Havnen blokkering bølge skapes ved å redusere diameter på kammeret. Dette kalles konvergent seksjonen (aka baffel kjegle eller avsnitt). Den utgående høytrykk bølge treffer innsnevring konvergerende delen og reflekterer tilbake et høyt trykk bølge til sylinderen som kommer i tide til å blokkere port under kompresjonsslaget og kan skyve inn i sylinderen noen ferske blandingen trukket ut i hodet røret. Den konvergerende delen er laget for å samles i 8 til 90 grader, avhengig av behov.

Kombinert med det høye trykket bølgen er det en generell økning i trykket i kammeret forårsaket av bevisst å begrense uttaket med en liten tube kalt stinger. Den Stinger begrenser strømme ut av kammeret til å forårsake høyere trykk under komprimering syklusen og tømmer kammeret under komprimering / power stroke klar den for neste syklus. Den stingers lengde og innvendig diameter er valgt for å passe motorens krav. (Den innvendige diameteren har størst effekt, og så er den mest følsomme av de to.)

Kompliserende faktorer

Den detaljerte drift av utvidelse av kamrene i praksis er ikke så enkelt som det fundamentale prosessen som er beskrevet ovenfor. Bølger som reiser tilbake opp pipa møter den divergerende delen i revers og reflektere en del av sin energi ut igjen. Temperaturvariasjoner i ulike deler av røret forårsake refleksjoner og endringer i den lokale lydens hastighet. Noen ganger er disse sekundære bølgene refleksjonene kan hemme den ønskede mål om mer makt.

Det er nyttig å huske på at selv om bølgene traversere hele utvidelsen kammeret over hver syklus, de faktiske gassene forlater sylinderen under en bestemt syklus ikke. Gassen strømmer og stopper periodisk og bølgen fortsetter videre til enden av røret. De varme gassene forlate havnen danner en "slug" som fyller hodet rør og forblir der for varigheten av denne syklusen. Dette fører til en høy temperatur sone i hodet røret som alltid er fylt med det nyeste og hotteste gass. Fordi dette området er varmere, er lydens hastighet, og dermed hastigheten på bølgene som reiser gjennom det økt. I neste syklus som slug av gass vil bli skjøvet ned i røret ved neste slug å okkupere neste sone og så videre. Volumet denne "slug" okkuperer stadig varierer gass stilling og turtall. Det er bare bølgekraft selv som traverser hele røret under en enkelt syklus. Selve gassen forlater røret under en bestemt syklus ble opprettet to eller tre sykluser tidligere. (Dette er grunnen til eksos prøvetaking på to-takts motorer er gjort med en spesiell ventil rett i eksos porten. Gassen ut av stinger har hatt altfor mye bosatt tid og blande med gass fra andre sykler forårsaker feil i analysen.)

Ekspansjon kamre nesten alltid svinger og kurver bygget inn i dem for å imøtekomme deres plass i motorrommet. Gasser og bølger ikke oppfører seg på samme måte når det oppdages svinger. Bølger reise ved å reflektere og sfæriske stråling. Slår fører til tap i den skarpheten av bølgen former og derfor må holdes på et minimum for å unngå uforutsigbare tap.

Beregninger brukes til å designe utvidelse kamre ta hensyn bare de primære bølge handlinger. Dette er vanligvis ganske tett, men feil kan oppstå på grunn av disse kompliserende faktorer.

Hvordan utvidelse av kamrene er laget

Det er tre viktigste metoder for fabrikkere ekspansjonkamre.

Håndforming

Flat metall er rullet inn kjegler og runde snitt, som deretter sveiset sammen del for del. Selv tidkrevende, er det vanligvis valgt metode for utvikling av en ny design på grunn av sin fleksibilitet, nøyaktighet og lave verktøykostnader.

Hydroforming

To flate representasjoner av det nødvendige ferdig røret er kuttet ut av metallplater. Kantene på de to identiske flate åpninger sveises sammen danner en sandwich. På den ene enden av røret en fitting er sveiset og høytrykk vann pumpes inn i hulrommet mellom arkene. Trykket blåses den flatt ark til sin endelige avrundet form. Denne metoden kan være raskere enn hånden forming og bare litt dyrere i verktøy, men det krever en rekke forsøk før en ferdig design så nøyaktig som hånd dannet eller stemplet kan produseres. Alle kurver må gjøres i et enkelt fly så klippe fra hverandre og re-sveising er ofte nødvendig, men det endelige produktet kan være så god som en frankert pipe hvis nok omsorg er tatt for å være presis.

Stempling

Flat metallplater er trykket mellom en mannlig og kvinnelig mugg i form av nødvendige rør. Hver halvpart av røret er stemplet på denne måten, og de to halvdelene er sveiset sammen. Stempling krever kostbart verktøy og maskiner, og brukes kun for masseproduksjon.

(Note-Funksjonelt, utvidelse av kamrene trenger ikke være rund i tverrsnitt, men i praksis en rund form er den beste akustisk og er den eneste formen som (til en fornuftig vekt) tåler den intense vibrasjoner og hamrende uten å sprekke.)

Summary

Alle disse hendelsene må synkroniseres med motoren port timings og hastighet. En utvidelse chamber "innstilt" for 8000 omdreininger per minutt (RPM) vil ikke levere de riktige bølgen timings på 4000 eller 11 000 RPM. Faktisk er det sannsynlig å pådra et strømbrudd utenfor sin "innstilt" rekkevidde.

Lengden på røret avgjør på hvilket tidspunkt bølgene kommer tilbake til sylinderen. Lengre rør krever mer tid for bølgene å krysse og så blir innstilt til en lavere RPM enn en kortere pipe. Jo kortere røret jo høyere turtallet det er stilt inn på.

Satsen for konvergens / divergens av kjegler bestemmer varigheten av bølgen returnert. En mild taper gi en lang varighet, men svakere avkastning bølge mens en brattere taper gir en kort, men god avkastning bølge. Jo lengre bølge, den bredere turtallsområde der det er nyttig. Denne ekstra makt band bredden er på bekostning av peak dreiemoment.

Diameteren på senteret eller bor delen bestemmer forholdet mellom scavenging sugekraft til port blokkering press samt over all energigjenvinning. Den resulterende volum bestemmer maksimal trykkstigning med store volum gir mindre press opphav. Den tykkere røret jo vanskeligere det suger, men svakere blokkeringen trykket. Tynnere rør vil skattekart mindre, men blokkere havnen meget sterkt. Det optimale diameter er knyttet til kompresjon, kvaliteten på overføringen havnen layout og dens scavenging effektivitet.

En rekke enheter brukes til å prøve å utvide den justerte utvalg av utvidelsen kammeret. Rør som glir som en trombone justere tidspunktet for å matche endreing av motoren. Enheter som styrer eksos port timing å variere nedblåsing varighet samt utvide justerte utvalg av utvidelsen kammeret. Ventiler som åpner ved visse hastigheter for å absorbere eller dumpe bølger ankommer uønskede tider.

En annen tilnærming til å endre de innstilte turtallet av en utvidelse kammer er å endre hastigheten på trykkbølger inne i eksosrøret. Hastigheten som trykkbølger reise er sterkt påvirket av temperatur: høyere temperatur betyr raskere bølge hastighet. Som et resultat, kan utvidelse av kamrene bli returnert for høyere-enn-designen RPM resonans, ved å øke den gjennomsnittlige temperaturen på avgassene inne i røret. Teknikker for å oppnå denne økningen i gass temperatur kan omfatte: isolerende røret (termisk wrap), begrenser flyten fra røret (mindre Stinger diameter), eller ved retarding tenningstider på riktig RPM (senere brenne gir mer varme å flykte inn i røret).

Omvendt kan en pipe bli returnert til å arbeide på et lavere-enn-design turtallsområdet ved å redusere temperaturen på avgassene. Injeksjon av vann eller en vann-alkohol bland inn headpipe av en utvidelse kammer kan redusere temperaturen betraktelig, nok til å senke innstilt RPM av et eksosanlegg med så mye som 1500-2000 RPM. Varmen absorberes som væsken endres til en gass er ansvarlig for temperaturfall. Som et resultat, kan de to takts eksos være innstilt å bo "på røret" over en bemerkelsesverdig bredt turtallsområde, hvis designeren tar fordel av alle de verktøyene som er tilgjengelige.

Begrensninger

Tidspunktet for retur trykkbølge avhenger utelukkende av lengden på eksosen til et punkt der trykket bølgen reflekteres. Men hvor lenge eksos porten er åpen endrer med RPM. Siden tidspunktet for trykkbølge er uendret dens avkastning ikke lenger vil sammenfalle med eksos porten nedleggelse. Dette betyr at justerte rør bare når maksimal effektivitet over et ganske smalt turtallsområde.

Tuning røret

Fordi en tuned pipe ikke kan være effektivt over hele spekteret av RPM, må det være "innstilt" for en viss turtallområdet, akkurat som et musikkinstrument er innstilt. Vanligvis er det stemt for lavere turtall fordi det er der de fleste motorer har svakest hestekrefter og dreiemoment. Ved å justere eksosrøret totale lengde, kunne en "stille" røret. For modell motor s dette kan oppnås ved å kutte Coupler som forbinder eksosmanifoil og avstemt pipe litt etter litt og testing til forbedringer blir sett på ønskelig RPM band.

For å få full størrelse motorsykkel s, forskjellige produsenter allerede har beregnet lengden på eksosrøret for å dekke behovet for den aktuelle modellen. Men man kunne få ulik lengde rør som passer til ens behov som en ettermarkedet del. Vanligvis lenger pipe flytter effektiv band av tuned pipe til lavere turtallsområde, og kortere lengde flytter effektiviteten bandet til høyere RPM.