как узнать диаметр выхлопной трубы

Выхлопные системы. Атмо Ч3

Извините, что долго не писал. Заработался, выходные с машиной, вообще некогда. Да и тема деликатная, инфы с испытаниями нет, на пиндосовских сайтах есть кое что, но фиг разберёшь… Да и расчёт выхлопа сложен, так как сделать то сделаешь, а с доказательной базой проблема большая. Редко кто захочет испытывать на своём авто разные диаметры, длины выхлопа, финансово затратно, неудобно. Так что тут будет физика и есть кое какие формулы для подсчёта.

Параметры выпускных систем на атмосферном двигателе напрямую связаны с валами, конкретно с шириной фазы выпуска и фазы перекрытия. И без параметров распредвалов никак нельзя подходить к проекту. Будем рассматривать на примере двс SR20VE, 4 цилиндра, 4 такта, всё как у большинства других моторов. Естественно на высоких кулачках.
Тем кто считать не хочет, листать вниз до следующего жирного шифра
Пока не выведены точные формулы, которые бы описывали явления, происходящие в выпуск­ных трубопроводах. В связи с этим расчет элементов вы­пускных систем весьма затруднен, а их размеры подби­раются по результатам стендовых испытаний. Существу­ют, однако, эмпирические формулы, которые позволяют определить начальные размеры при доводке выпускных систем.

L1=A·S·D²/140·d²
где L1— расчетная длина первичной трубы, дюймы;
A — величина фазы выпуска, градусы поворота ко­ленчатого вала;
S — ход поршня, дюймы;
D — диаметр цилиндра, дюймы;
d — диаметр выпускного окна, дюймы;
1400 — эмпирический числовой коэффициент.

Поскольку эта формула, как и следующая далее, по­лучена не математическим, а эмпирическим путем, раз­мерность ее левой части не соответствует размерности правой.
Первичной трубой принято называть трубу, начина­ющуюся от выпускного окна головки цилиндров. При расчетах L1 включает в себя также длину выпускного канала в головке блока lк. Таким образом рассчитывает­ся длина от выпускного клапана до зоны расширения.
Предполагается, что эта формула наиболее пригодна для расчета систем, работающих с глушителем, где зо­ной расширения газов считается выход трубы в глуши­тель.
Для расчета свободного выхлопа применяют формулу несколько иного вида:
L1=5100·φ/n·6
где L1 — длина первичной трубы плюс длина канала в головке цилиндра, дюймы;
φ — опережение открытия выпускного клапана до нижней мертвой точки, градусы поворота ко­ленчатого вала плюс 180°;
n — частота вращения, при которой желательно по­лучать максимальный эффект настройки, мин­¹;
5100 и 6 — эмпирические коэффициенты.
Для определения диаметра первичной трубы исходят из тех соображений, что объем, заключенный в ней, дол­жен быть равен двум рабочим объемам цилиндра Vцил. В таком случае диаметр первичной трубы определяется выражением:
D=√2·Vцил/ L1·3,14
Диаметр вторичной трубы, которая получается в ре­зультате объединения первичных труб, находится из та­кого расчета, что длина L2=L1, а объем, заключенный в ней, должен быть равен четырем рабочим объемам ци­линдра, поскольку речь идет о четырехцилиндровом дви­гателе. Это будет Vn. Следовательно, диаметр вторичной трубы можно выразить такой формулой:
D=2·√ Vn / L1·3,14

Честно говоря, я не знаю кто придумал эту **е*ень… наверно наши инженеры, но испытывалось это на ваз 2105. Может кому нить и поможет для расчёта. Пиндосы, чтобы не считать по этим эмпирическим коэффициентам, сделали готовую таблицу, которую можно найти в литературе «Performance Tuning in Theory & Practice». Так что советую использовать её, и сам варил по этой таблице.

находим величину запаздывания закрытия выпускного клапана для выбранного распредвала (колонка «зап» в таблице, если
данные по своему распредвалу найти не смогли, ориентируемся на фазы выпуска, они примерно указаны для нескольких
величин рядом со значением запаздывания). по аналогии со впуском, выбираем обороты максимальной наполняемости
(строка «об»). на пересечении находим длину каналов в см от седла клапана до соединения труб 2-в-1 или 4-в-1. длины
каналов в головках примерно 6-8см.

таким образом мы можем найти некоторые основные параметры впуска, выпуска, распредвалов.

Выделенным обозначены желаемый пик крутящего момента и фазы выпуска, на пересечении видим 91мм. Расстояние до соединения труб в 1 общую. Не путайте, это не макс мощность, а момент, то есть на этих оборотах обеспечивается максимальное наполнение и улучшение характеристик распредвала, который (см. по таблице) настроен на эти обороты

фаза впуска_____1л______1,3л______1,6л_______2л
270________2500-6500_2000-6500_2000-6000_1500-5500
280________3000-7000_2500-6800_2500-6500_2000-6000
290________4000-7200_3000-7000_3000-6700_2500-6500
300________5000-7500_4000-7200_4000-7000_3000-6700
310________6000-8500_5000-7500_4500-7200_4000-7000
320________6500-9500_6000-8000_5000-7800_5000-7200
330_________________ 7000-9000_6500-8700_5500-7500

Значит на графике увидим резкий подъём кривой момента, это создаст ощущение пинка под зад. А если рассчитать трубу на обороты 4500 — 5000 и тот же распредвал увидим на графике уже не резкий, а плавный подъём, что создаст ощущение плавного разгона.

Что касается диаметра. труба должна обеспечить лучшую пропускную способность выходящего газа, но малый диаметр увеличит скорость потока, а большой замедлит, следовательно момент резонанса может смещаться по оборотам, более того его сила может возрастать и обеспечивать больший подъём момента в узком диапазоне, а также уменьшение по силе обратной волны меньший подъём момента, но в широком диапазоне оборотов.
Для 2х литрового двигателя и широкой фазы 40-50 мм, в зависимости от того кто какой эффект хочет получить. Во вторичных трубах идёт тот же диаметр.

Моё личное мнение по выпуску.
В итоге стоит ли уделять ему такое большое значение в автоспорте? Конечно стоит… Но в наших условиях в России крайне трудно. Без диностенда, как идти вслепую! продаются множество комплектов от разных производителей, конечно нельзя сказать, что они тупо спроектированы от балды, они настроены в основном на сток. Или спортивные на доработанные авто. Брать или нет?
Каждый решает сам, потому как варить самому тоже пальцем в небо. Мой совет, сварить или купить выхлоп, установить и смириться с тем на какие обороты он настроен. Главное, чтобы он был настроен на какие то обороты, а не на сумбур в рабочем диапазоне. Лучше доводить другие моменты, такие как впуск, валы, объём, R/S и трансмиссию, которые улучшат ситуацию или сгладят в сторону расширения полку момента.

Источник

Как построить правильный выхлоп? Часть 2. Расчет выпускного коллектора (паука)

Перед прочтением данного материала рекомендую прочесть сначала первую часть для того чтобы иметь представление, о чем пойдет далее речь

Итак, в выпускном коллекторе в первоначальный момент сгоревшая порция топливовоздушной смеси выходя из цилиндра создает избыточное давление, которое потом распространяется в направления конца выхлопной системы. Как только выхлопные газы достигнут внешней атмосферы волна избыточного давления рассеивается, создавая при этом волну разряжения. Данная волна имеет некоторую энергию, которая может быть использована для более эффективного оттока выхлопных газов. Искусство построения выхлопных систем состоит в том, чтобы подобрать длину и толщину выхлопной трубы чтобы эта обратная волна приходила обратно к цилиндрам в нужный момент.

В идеале размер и длину выпускной системы нужно подбирать под параметры того распредвала который установлен в двигателе и делать это желательно на диностенде. Но если понимать какие параметры выхлопа на что влияют, то можно достигнуть хороших результатов и без диностенда.

Диаметр труб выпускного коллектора влияет на скорость прохождения выхлопных газов. Большой диаметр труб, относительно размера цилиндра будет уменьшать скорость потока. Увеличения диаметра трубы смещает пик момента двигателя в зону более высоких оборотов.

Изменения длинны труб влияет на характеристику мощности двигателя в районе максимального момента. Увеличение длинны труб повышает мощность двигателя в зоне низких и средних оборотов при этом уменьшает её в зоне высоких. Короткие трубы увеличивают мощность на высоких оборотах при этом снижая ее в зоне средних. Также при изменении длинны максимальный крутящий момент может незначительно меняться или сдвигаться по оборотам.

Создавая свой собственный выпускной коллектор или подбирая из готовых решений, можно опираться на следующие таблицы. Обращаю внимание что для городского, не спортивного двигателя нужно использовать минимальный диаметр, который указан в таблице. Диаметр указан по внешнему размеру трубы.
ВНИМАНИЕ: в таблицах указан внешний диаметр трубы (в отличии от формул)

Размер труб для широкофазных «спорт» валов

Для 4-х цилиндровых двигателей которые отмечены в таблице звездочкой (*) использовать диаметры на 3-6 мм больше

Размер труб для гражданских (и сток) валов

Для 4-х цилиндровых двигателей которые отмечены в таблице звездочкой (*) использовать диаметры на 3 мм больше

Формула для расчета длины труб:

Где rpm = обороты двигателя на которые настраивается выхлопная система, ED = 180 градусов плюс количество градусов, когда выпускной клапан открыт перед нижней мертвой точкой (НМТ, по англ. BDC).
Значение P получаем в дюймах, для перевода в миллиметры умножайте полученное значение на 25.4

Обозначение размеров для коллекторов 4-2-1 и 4-1 можно увидеть на схеме:

Для паука 4-2-1 длинна труб будет состоять из длинны первичных труб P1 плюс длинна вторичных труб P2. Для паука 4-1 P и есть длинна первичных труб.

Внутренний диаметр труб может быть посчитан по формуле:

Где cc – объем одного цилиндра в кубических сантиметрах, P – длинна труб в дюймах, значение ID (внутренний диаметр) получаем тоже в дюймах.
Внутренний диаметр вторичных труб для паука 4-2-1 труб получаем по формуле:

Где ID – посчитанный внутренний диаметр первичных труб в дюймах
Длинна первичных труб (P1) должна быть как минимум 381 мм (15 дюймов). Увеличение длинны первичных труб улучшит мощность на высоких оборотах, увеличение длинны вторичных труб – увеличит мощность на средних оборотах.
Необходимую длину вторичных труб можно рассчитать по простой формуле P2 = P – P1

В теории все выглядит прекрасно, но на практике часто все не работает как хотелось бы. Пауки построены по приведенным выше формулам работают хорошо и дают хорошую основу для экспериментов на диностенде или треке.
В связи с разной конфигурацией распредвалов, впускных коллекторов, портинга ГБЦ и т.д. длина и диаметр труб паука должна быть подогнана идеальным образом подходить под конкретный двигатель.
Если вы вдруг обнаружили что максимальный момент двигателя достигается при 7000 об/мин, а вы его хотите сместить к 6000, то нужно уменьшить диаметр первичных труб. В общем случае уменьшение диаметра трубы на 3 мм смещает пик момента вниз на 500-600 оборотов в двигателях большого объема и на 650-800 в двигателях меньше 2 л.

ЗЫ: также пишите комментарии понравилось или нет данная статья и возможно кто то что то может дополнить из практики/личного опыта.

Источник

Как рассчитать размер глушителя и Диаметр выхлопной трубы

Сухая теория
1. Диаметр выхлопной трубы завода, как правило подходит для большинства транспортных средств. За исключением заряженных авто с измененными фазами и объемом ДВС.

2. Производители производят расчет за вас- не нужно изобретать колесо. Если они говорят, что это будет работать для вашего автомобиля, это вероятно, будет работать для вашего автомобиля.

Мы попытаемся рассмотреть проблему с научной точки зрения

1) Масса воздуха, прокачиваемая системой + массы топлива = масса выхлопных газов
Сохранение массы, верно?

2) Для того, чтобы рассчитать объем потребляемого воздуха двигателем за один оборот коленчатого вала — мы умножим объем двигателя на обороты двигателя, и разделим на 2 (это займет два полных оборота для двигателя, чтобы исчерпать это весь объем воздуха). Мы затем преобразовать, что объема в массу.

3) Расчеты приводится с учетом погрешности полного сгорания топливно воздушной смеси.

4) После того, как вы рассчитаем массу выхлопных газов производим расчет объема выхлопных. Конечно, так же необходмо учитывать расширение газов при учеличении температуры в двигателе.

Вот это! Конечно, когда вы садитесь, чтобы понять это, вы обнаружите, что получаете хорошую научную оценку занимает много работы (который является, почему мы не возиться с ней здесь).
Способы расчета выхлопной системы (Очень приблизительно):
По лошадиным силам: В среднем система прокачивает 1,5 CFM (2,55 Метра кубических) на одну лошадиную силу. С Учетом расширения воздуха выхлопная система должна прокачивать 2.2 CFM (3,74 Метра кубических) на одну лошадиную силу. Так же следует учесть что наполнение целиндров падает более чем в 2 раза при увеличении оборотов двигателя (В зависимости от фаз впуска выпуска и перекрытия клапанов)

По объему двигателя: Количество оборотов коленчатого вала RPM умножаем на Объем двигателя делим на 2 (для 4-ех тактного двигателя 4-ех целиндрового двигателя).

Расчетная таблица. Подбор диаметра выхлопной системы 4-1, 4-2-1 исходя из нижеуказанной таблицы

Расчетный внутренний Диаметр трубы (мм) Объем прокачиваемого воздуха (метров кубических) Лошадиных сил (Max).
38 мм 290,7 155
41 мм 345,1 185
44 мм 406,3 217
51 мм 540,6 289
57 мм 693,6 371
64 мм 865,3 463
69 мм 1057,4 566
76 мм 1269,9 679
82 мм 1499,4 802
89 мм 1749,3 935
ПРИМЕЧАНИЕ: Цифры являются приблизительными базирующиеся на максимальную мощность Двигателя. Таблица не учитывает особенности Газо-распределительного механизма (Фаза впуска и выпуска, перекрытие итп)

В приведенной выше таблице, мы выяснили, что атмосферному двигателю с 155 л.с. требуется 40-овая труба. К примеру на автомобиль Лада Приора, Калина, Четырка, Десятка с мощностью менее 150 лошадиных сил — установка 50 трубы пойдет во вред.

Необходимо учитывать — что для турбированных моторов — совсем другой подход к расчету выхлопной системы

Источник

расчет диаметра выхлопной трубы

Нужно рассчитать паука. Нормальной методики расчёта нет. Предлагаю всем дружно подумать как это посчитать. Данные для расчёта: мотор с геометрией 82*80, вал ММ72 (опережение открытия до НМТ выпускного клапана 68 град.; запаздывание закрытия после НМТ впускного клапана 84 град.), внутренний диаметр имеющейся для изготовления трубы 35мм. Паук системы 4 в 1. Диаметр на выходе не менее 51мм. Обороты 7000об/мин.
Немного теории. В пауке систему 4 в 1 при открытии выхлопного клапана создается разряжение (давление ниже атмосферного). Но это явление происходит на определенных оборотах. Принцип действия следующий. Открывается выхлопной клапан и выхлопные газы с большой скоростью летят по трубе. Далее они долетают до того места где трубы объединяются. Там имеется резкое расширение (в нашем случае с 35мм до 51мм). Резкое расширение в трубе является аэродинамическим зеркалом, от которого отражается ударная волна (поток выхлопных газов) и летит в обратном направлении, но не в одну ветвь, а во все 4. Ветви должны быть такой длины, чтобы газы долетели до выхлопного клапана следующего цилиндра, ударились об него и отразились. Газы двигаясь по инерции от клапана в сторону объединения труб создают разряжение. Т.е. они подобны тяжелому поршню, двигающемуся по инерции в трубе. Естественно что в запоршневом пространстве будет разряжение. Эффект от такого паука будет наблюдаться только в том случае, когда этот «воображаемый поршень» уже отразился от выхлопного кланана, и в момент открытия выхлопного клапана находится на расстоянии не более 1/2 длины ветви паука.
Вот в кратце теория работы паука 4 в 1. Теперь вопрос: как рассчитать эту длину ветви при заданных параметрах.

Я прикинул вот так:

Тупо вычисляем объём одного цилиндра. (м^3)
82/2=41мм
((41/1000)^2)*3,14*(80/1000)=0,0004222672 м^3

Теперь прикидываем сколько объёма перекачивает цилиндр за один такт умножив объём на коэффициент наполнения (1,3 для данного конфига)

Но это объём проглатываемого воздуха, а в двигателе он ещё и нагревается до 800 градусов в бензиновом двигателе и до 600 градусов в дизеле. Вычисляем объём подогретого газа:

(0,00054894736*(273,15+800))/293,15=0,002009561178181818 м^3
В этой формуле приняты следующие допущения: давление газа до и после двигателя равно атмосферному, температура всасываемого воздуха равна 20 градусам цельсия, коэффициент сжимаемости газа равен 1, газ несжимаем (идеальный газ).

Теперь определим площадь сечения ветви паука при использовании заданной трубы.

Определим длину фазы выхлопа

180+68+84=332град, что составляет 332/360=0,9222

Теперь определим расход выхлопных газов за один такт выхлопа. Условимся что такт выхлопа длится 0,9222222 оборота. Отсюда:

Зная расход и площадь сечения трубы, несложно вычислить скорость газа:

Теперь мы знаем скорость газа. Нужно определить путь. Нужно наидти время.

1/(7000/60)=0,0085714285714285714285714285714286 — Время 1 оборота.

0,0085714285714285714285714285714286*0,9222222=0,0079047617142857142857142857138905 — Время такта выхлопа (искомое)

224,84*0,0079047617142857142857142857138905=1,777 — расстояние от одного клапана до другого.

Но надо учитывать что отражённый от аэродинамического зеркала газ полетит в обратную сторону не по одной ветви, а по всем четырём. Но количество пролетевшего газа не изменится, а значит можно представить этот процесс как пролёт газа по 5 равным участкам, длина участка и равна длине ветви.

Источник

Выбираем диаметр выхлопной трубы на авто

Владельцу автомобиля приходится подбирать диаметр выхлопной трубы, чаще всего, в целях модификации их «железного друга». Правильно подобрать размеры конструкции очень важно, ведь в ином случае понизится мощность, уменьшиться безопасность вождения. Основная функция выхлопных труб – уменьшение шума от двигателя посредством вывода скопившихся газов и эффекта глушения. Чем эффективнее вывод газов, тем меньшее давление будет в выхлопной системе, что увеличивает мощность двигателя.

Выхлопная труба авто

Что нужно учесть при расчете диаметра?

Неопытные поклонники тюнинга часто применяют трубу с большими диаметрами, что ухудшает мощность. Однако при расчете значение имеет не только величина вывода, но и иные факторы: особенности потока, скорость движения газов. Конструкции с большим диаметром делают поток медленнее, изделия с небольшими размерами – наоборот, быстрее. Важен баланс между скоростью движения газов и впуском объема двигателя. Следует избегать создания обратного давления, когда газы, для которых не обеспечен быстрый вывод, задерживаются в системе.

Идеальная система: несколько труб различных размеров для каждого диапазона оборотов. Однако это решение не является доступным для многих людей, поэтому устанавливается система, подходящая под все обороты, в том числе и под высокие.

В некоторых автомобилях установлена система двойного диаметра, что повышает мощность, но уменьшает крутящие параметры. Выхлопные трубы рекомендуется полировать для того, чтобы вывод газов был быстрее за счет уменьшения трения.

Какой диаметр подобрать?

Параметры систем вывода газов зависят от объема воздуха, перерабатываемого двигателем. Объем воздуха же зависит от мощности и объема двигателя. В соответствии с этой информацией можно порекомендовать примерные размеры труб.

К примеру, на 1,6 литровый двигатель устанавливаются выхлопные трубы диаметром 3,8-5 см. На 2,5 литровый двигатель достаточно конструкций размером 5 – 6,4 см. Для двигателей большего размера можно установить конструкции размером 7,6 см. Если объем двигателя выше 2,5 литра, лучше потратиться на двойную систему вывода газов. Как очевидно, чем выше объем двигателя, тем большим должен быть размер трубы.

Для того чтобы определить размер выхлопной конструкции в двойной системе требуется поделить объем двигателя на два, а затем производить расчет в соответствии с правилами, данными выше. К примеру, мотор на 3 литра оборудуется двумя выхлопными конструкциями на 3,8 и 5 см, мотор на 5 литров – конструкциями на 5 см и 6,4 см.

Под этими параметрами подразумевается один размер на протяжении всей выхлопной конструкции (в том числе глушитель). Теоретически глушитель и выхлопную конструкцию можно сделать больше, однако на мощность это не повлияет, однако сделает звуки ниже.

В том случае, если соединение имеет конусообразную форму, можно выполнить установку большей и меньшей конструкции. Так увеличится скорость движения газов. Конструкции с большим диаметром, напротив, сделают движение газов медленней. В конструкцию не должен помещаться кулак. В этом случае она однозначно велика и снижает эффективность системы.

Дополнительные рекомендации

На показатели мощности также влияет форма коллектора. Лучше приобретать модифицированные коллекторы. Они обеспечивают наилучший результат. Обычную систему для вывода газов можно улучшить, пройдясь по внутренней поверхности шлифовальным кругом, зафиксированным на дрель. Также можно сделать систему из нержавеющей стали. Это тоже позволяет улучшить показатели.

Оптимальные системы: 4-2-1. То есть, начало системы – это 4 конструкции, соединяющиеся в 2, а затем в одну. Также существуют системы 4-1 и 4-2. Они обеспечивают максимальную мощность и эффективны при предельно высоких оборотах. Часто такие системы устанавливаются на гоночные автомобили.

В том случае, если диаметр труб слишком велик, движение газов уменьшится. Тот же эффект оказывают катализаторы. Однако, если вы можете заменить старую конструкцию на новую с нормальными размерами, то катализатор убрать нельзя, так как это обязательная деталь авто. Увидеть типы выхлопных конструкций и различные системы для машин вы можете на фото.

Источник