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Dinámica de gases de tubos de escape resonantes. transporte personal

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El uso de tubos de escape resonantes en modelos de motor de todas las clases puede aumentar drásticamente el rendimiento deportivo de la competición. Sin embargo, los parámetros geométricos de las tuberías se determinan, por regla general, mediante prueba y error, ya que hasta el momento no existe una comprensión clara ni una interpretación clara de los procesos que ocurren en estos dispositivos dinámicos de gas. Y en las pocas fuentes de información sobre este tema se dan conclusiones contradictorias que tienen una interpretación arbitraria.

Para un estudio detallado de los procesos en los tubos de escape sintonizados se creó una instalación especial. Consiste en un soporte para arrancar motores, un adaptador de tubo de motor con accesorios para tomar muestras de presión estática y dinámica, dos sensores piezoeléctricos, un osciloscopio de dos haces C1-99, una cámara, un tubo de escape resonante de un motor R-15 con un "telescopio" y una tubería casera con superficies ennegrecidas y aislamiento térmico adicional.

La presión en los tubos en la zona de escape se determinó de la siguiente manera: el motor se llevó a la velocidad de resonancia (26000 rpm), los datos de los sensores piezoeléctricos conectados a las tomas de presión se mostraron en un osciloscopio, cuya frecuencia de barrido se sincronizó con la velocidad del motor y el oscilograma se registró en una película fotográfica.

Después de revelar la película en un revelador de contraste, la imagen se transfirió a papel de calco a la escala de la pantalla del osciloscopio. Los resultados para una tubería del motor R-15 se muestran en la Figura 1 y para una tubería casera con ennegrecimiento y aislamiento térmico adicional, en la Figura 2.

Arroz. 1. Cambio de presiones en el tubo de escape resonante R-15

Arroz. 2. Cambio de presiones en un tubo de escape casero con aislamiento térmico

En los gráficos: P dyn - presión dinámica, P st - presión estática, OVO - apertura de la ventana de escape, BDC - punto muerto inferior, ZVO - cierre de la ventana de escape.

Un análisis de las curvas permite revelar la distribución de presiones a la entrada del tubo resonante en función de la fase de rotación del cigüeñal. El aumento de la presión dinámica desde la apertura del puerto de escape con un diámetro del tubo de salida de 5 mm se produce para R-15 hasta aproximadamente 80°. Y su mínimo está entre 50° y 60° desde el punto muerto inferior en purga máxima. El aumento de presión en la onda reflejada (desde el mínimo) en el momento de cerrar la ventana de escape es aproximadamente el 20% del valor máximo Р. El retraso en la acción de la onda reflejada de los gases de escape es de 80 a 90°. La presión estática se caracteriza por un aumento de 22° desde la "meseta" en el gráfico hasta 62° desde el momento en que se abre el puerto de escape, con un mínimo ubicado a 3° desde el momento del punto muerto inferior. Evidentemente, en el caso de utilizar un tubo de escape similar, las fluctuaciones de purga se producen a 3°... 20° después del punto muerto inferior, y no a 30° después de la apertura de la ventana de escape, como se pensaba anteriormente.

Los datos del estudio de tuberías caseras difieren de los datos del R-15. Un aumento de la presión dinámica a 65° desde el momento en que se abre la lumbrera de escape va acompañado de un mínimo situado a 66° después del punto muerto inferior. En este caso, el aumento de presión de la onda reflejada desde el mínimo es de aproximadamente el 23%. El retraso en la acción de los gases de escape es menor, probablemente debido al aumento de temperatura en el sistema aislado térmicamente, y es de unos 54°. Se observan fluctuaciones de purga a 10° después del punto muerto inferior.

Comparando los gráficos, se puede ver que la presión estática en la tubería con aislamiento térmico en el momento de cerrar la ventana de escape es menor que en el R-15. Sin embargo, la presión dinámica tiene un máximo de onda reflejada de 54° después de cerrar el puerto de escape, y en el R-15 este máximo se desplaza hasta 90". Las diferencias están relacionadas con la diferencia en los diámetros de los tubos de escape: en el R-15, como ya se mencionó, el diámetro es de 5 mm, y en el con aislamiento térmico, de 6,5 mm. Además, debido a la geometría mejorada de la tubería R-15, tiene un mayor factor de recuperación de presión estática.

Hallazgos

Los datos presentados en estudios publicados anteriormente no dan una idea confiable de la dependencia de la presión estática y dinámica de los ángulos de rotación del cigüeñal del motor y de las características de los tubos resonantes.

La eficiencia de un tubo de escape resonante depende en gran medida de los parámetros geométricos del propio tubo, la sección transversal del tubo de escape del motor, las condiciones de temperatura y la sincronización de válvulas.

El uso de contrarreflectores y la selección del régimen de temperatura del tubo de escape resonante permitirán cambiar la presión máxima de la onda de gas de escape reflejada cuando se cierre la ventana de escape y, por lo tanto, aumentar drásticamente su eficiencia.

Los tubos de escape aislados térmicamente y con una geometría bien elegida darán, con un aumento simultáneo de la temperatura del motor, un aumento de la presión dinámica en el momento de cerrar la ventanilla de escape, lo que aumentará aún más la potencia del motor. Para una comprensión más completa del significado de cantidades físicas como la presión estática y dinámica en los sistemas de escape sintonizados, así como la influencia de los regímenes de temperatura, podemos recomendar las dos últimas ediciones de la lista de referencias.

Autores: V.Fonkich, O.Kuznetsov

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