Есть красивая анимация двухтактного двигателя с расширительной камерой .

Источник

Это работает следующим образом:

Двигаясь вниз после воспламенения, поршень открывает выпускное отверстие, и сгоревший газ устремляется в выхлопную трубу в виде ударной волны (высокого давления).

Из-за инерции этот газ создаст за собой небольшую вакуумную волну, которая поможет высосать больше сгоревшего газа, а также свежего газа, как только откроется впускное отверстие.

Первый конус помогает увеличить вакуум: когда газ проходит по трубе с определенной скоростью, он проходит через определенный объем за раз. Если поперечное сечение увеличивается, а скорость остается прежней, волна проходит через больший объем. Это создает больше... гм... вакуумного объема за волной. Это немного сложно объяснить.

Хорошо, теперь у нас есть свежий газ в цилиндре, но также и в коллекторе. Теперь ударная волна попадает в правый конус и отражается. Т.е. теперь у вас есть ударная волна, бегущая к цилиндру. Он попадает в свежий газ как раз в тот момент, когда впускное отверстие закрывается поршнем, и выдавливает этот газ в цилиндр. Когда поршень также закрывает выпускное отверстие, свежий газ уже находится под некоторым давлением.

Таким образом, выхлоп образует своего рода компрессор, увеличивая объемную эффективность / мощность двигателя.

Форма выхлопа очень важна с точки зрения времени: длина трубы между выпускным отверстием и первым конусом определяет, когда усиленная вакуумная волна достигает цилиндра - она ​​должна быть там, когда открыты впускные отверстия и можно всасывать свежий газ. из них. А расстояние до второго конуса определяет, когда отраженная ударная волна достигает цилиндра. Еще раз: Это должно происходить, когда впуск уже прикрыт, а выхлоп еще нет.

Это означает, что выхлопная труба рассчитана на определенные обороты, при которых вы получаете максимальный прирост мощности.

Однако углы конусов позволяют расширить диапазон оборотов, в которых двигатель развивает свою мощность, за счет максимальной мощности.

Например, вот кривые мощность/крутящий момент для трех выхлопных систем на одном скутере:

Во-первых, заметно, что мотор начинает развивать мощность сразу после 5000 об/мин, потому что там начинает работать выхлоп.

• Синяя кривая представляет собой довольно узкий пик с максимумом при 7700 об/мин. он довольно быстро теряет мощность при более высоких / более низких оборотах.
• Красная кривая смещена в сторону более высоких оборотов, где он должен развивать большую мощность, но вместо этого он рассчитан на более широкий диапазон оборотов. Итак, макс. мощность аналогична синей кривой, но диапазон оборотов примерно в два раза шире.

Наконец, дизайн также зависит от потребностей автомобиля. Мотоциклетный кроссовый велосипед обычно имеет трансмиссию с несколькими фиксированными передачами и поэтому работает в широком диапазоне оборотов. Напротив, у скутеров обычно есть вариоматика, которая позволяет двигателю работать на определенных постоянных оборотах.

Кратко:

Выхлопные трубы имеют такую ​​форму, чтобы всасывать газы из камеры сгорания в диапазоне оборотов.

Несколько дольше:

Представьте себе двухтактный двигатель без выхлопа ^*1 . Когда выпускной клапан открывается, сгоревшие газы выходят из цилиндра. Оставьте клапан открытым на достаточно долгое время, и в цилиндре будет давление окружающего воздуха.

Теперь запустите двигатель на фиксированной скорости и добавьте прямую трубу в качестве выхлопа. Когда выпускной клапан открывается, волна сжатых газов потечет в трубу, дойдет до конца трубы и расширится в окружающую атмосферу. В это время обратная волна (низкого давления) войдет в трубу и вернется к цилиндру. Пришло время, и вы сможете высосать часть оставшихся сгоревших газов из цилиндра.

Теперь прямая труба работает только для одного небольшого диапазона оборотов. Но если вы измените трубу на V-образную, она будет работать более плавно.

Теперь большие вопросы:

1. Это единственная причина? (Понятия не имею, это одна из причин формы выхлопной трубы).
2. Как это связано с демпфированием звука? (Я подозреваю, что это вторая часть выхлопа, которую вы показали).

К сожалению, мне придется оставить эти два для других, чтобы ответить.

Дополнительная информация от Перкинса, который обладает более подробными знаниями. Поместите в ответ, так как я понимаю, что комментарии со временем исчезнут из ответов.

Это немного сложнее. В двухтактных двигателях новая топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр одновременно с выходом выхлопных газов. Высосать достаточное количество выхлопа из цилиндра тривиально. Выхлопные трубы причудливой формы, подобные изображенной на фото, на самом деле настроены на определенный диапазон оборотов, и сначала они всасывают через двигатель большее количество топливно-воздушной смеси, а затем волна давления отражается от второй узкой части и выталкивает лишнее топливо. - воздух возвращается в цилиндр под более высоким давлением, что снижает расход топлива и повышает производительность.

^*1 : Не обращайте внимания на риск попадания грязи в двигатель.