• średnica wewnętrzna rur :
Dla uzyskania maksymalnej mocy pole przekroju pojedynczej rury wydechowej jednego cylindra, powinno być równe polu powierzchni szczeliny zaworowej zaworu ssącego lub zaworów ssących ( jeżeli są dwa lub więcej ) przy ich maksymalnym otwarciu. Wzór na optymalną średnicę pojedynczej rury wydechowej jednego cylindra:
Zdjęcie nie zachowało się
Obliczona w w/w sposób średnica rury, jest optymalna zarówno do układów działających falowo i dynamicznie jak również wyłącznie dynamicznie i najczęściej nie występuje w przyrodzie jako gotowa średnica rury handlowej. Dlatego niemal wszystkie prawdziwie wyczynowe układy wydechowe muszą być budowane z rur o średnicach robionych na zamówienie. Czasami są to rury ze szwem, czyli zwijane z blachy i spawane, lecz najczęściej rury przeciągane na potrzebny wymiar na tzw. przeciągarce.
• długość rur
Optymalna długość rury wydechowej jednego cylindra zależy od obrotów, przy których chcemy, aby wystąpił początek działania falowego wydechu oraz od mierzonego na wale korbowym kąta pomiędzy otwarciem zaworu wydechowego, a otwarciem zaworu ssącego. W przypadku jednakowych krzywek ssących i wydechowych, będzie to kąt między osiami krzywek.
Załóżmy, że naszym zamiarem jest aby ów wydech zaczął działać falowo od 4000 obr/min. Cztery tysiące obrotów na minutę, to 4000/60=66,66 obrotów na sekundę, a ponieważ jeden obrót ma 360 stopni, to jednocześnie 66,66*360=24000 stopni/sek. Jeżeli w ciągu jednej sekundy nasz wał wykorbiony pokonuje kąt 24000 stopni, to na pokonanie kąta 220 stopni, potrzebuje 220/24000=0,00917 sek. Fala w wydechu porusza się ze średnią prędkością 510 m/sek, zatem w czasie 0,00917 sek. przebędzie drogę 510*0,00917=4,6767 m, czyli 467,67 cm. Ponieważ jest to droga od gniazda wydechowego do końca rury i z powrotem, długość rury musi wynosić połowę tej wartości, czyli 467,67/2=233,84 cm. W ten sposób można obliczyć długość rury wydechowej dla wałka 290 stopni z kątem między osiami 252 stopni dla początku działania falowego wydechu od 4000 obr/min i dla tzw. pierwszego odbicia, tzn. fala leci raz do końca, raz się odbija zmieniając znak i raz wraca. Co prawda impuls podciśnienia z pierwszego odbicia jest największy, jednak wykonanie kolektora wydechowego z rurami o długości 233,84 cm byłoby trochę skomplikowane, jeżeli nie niemożliwe. Dlatego też powszechnie i praktycznie układ oblicza się dla drugiego odbicia, a wtedy potrzebna nam rura musi mieć połowę obliczonej pierwej długości, czyli 233,84/2=116,92 cm. Po odliczeniu długości kanału wydechowego w głowicy, ( zakładając, że ma on akurat długość 16,92 cm ), potrzebna nam rura przykręcana do głowicy, będzie musiała mieć długość 1 m.
Zdjęcie nie zachowało się
• pojemność całego układu :
Pojemność całego układu wydechowego ma bardzo duże znaczenie, ponieważ potęguje działanie rur. Podobnie jak w instrumentach muzycznych pudła rezonansowe potęgują działanie strun i podobnie jak w instrumentach muzycznych, duża pojemność wzmacnia niskie częstotliwości, a mała pojemność wysokie.
Dla jednocylindrowego silnika, pojemność całego układu wydechowego powinna być równa pojemności rury o wyliczonej średnicy i wyliczonej długości dla pierwszego odbicia fali. Oczywiście, jeżeli silnik jest wielocylindrowy, to pojemność całkowita układu wydechowego powinna być równa sumie pojemności rur wydechowych o wyliczonej średnicy i długościach rur wyliczonych dla pierwszego odbicia fali. Jednak najczęściej rury kolektora wyliczamy dla drugiego lub trzeciego odbicia fali i wtedy brakującą pojemność zawieramy w puszcze pojemnościowej lub w rurze zbiorczej i tłumikach komorowych. W przypadku stosowania tłumików absorpcyjnych ( wypełnionych specjalną wełną ), należy do wyliczonej pojemności całego układu dodać pojemność traconą na w/w wełnę.
Na pojemność całkowitą układu wydechowego silnika wyczynowego składa się pojemność rur ( od zaworów wydechowych ) oraz pojemność puszki rezonansowej lub rury zbiorczej. Na pojemność całkowitą układu wydechowego do auta do codziennej jazdy składa się pojemność rur kolektora wydechowego ( od zaworów wydechowych ), pojemność rury zbiorczej oraz tłumików.
Wzór na pojemność całego układu wydechowego, od gniazd wydechowych do końca układu:
Zdjęcie nie zachowało się
• średnica wylotu spalin :
Zdławienie na wylocie układu wydechowego lub puszki pojemnościowej potrzebne jest, aby stwarzać odpowiednie przeciwciśnienie umożliwiające działanie pojemności układu na podobieństwo sprężyny o potrzebnej twardości. Przeciwciśnienie ma również zapobiegać wylatywaniu do rury wydechowej ładunku świeżej mieszanki, który w trakcie współotwarcia zaworów został zassany do cylindra po czym za spalinami wyssany do rury wydechowej. W silnikach wyczynowych przekrój wylotu spalin do atmosfery jest obliczany w zależności od kąta zamknięcia zaworu wydechowego. W silnikach niewysilonych powinien być równy najwęższemu przekrojowi w układzie ssącym.
W silnikach czterocylindrowych stosowane są dwa rozwiązania kolektorów, a mianowicie 4-2-1 lub 4-1. Dobierając długości rur bierze się pod uwagę przede wszystkim ich pojemność, ponieważ działają one głównie dynamicznie. Co się zaś tyczy działania falowego, to odbicie fali występuje na różnicy ciśnień, tak więc na każdym łączeniu rur i każdej zmianie średnicy. Oczywiście można obliczać kolektor dla działania falowego, ale należy pamiętać, że każde odbicie osłabia impuls o ok. 12%, a w takim kolektorze ( gdyby brać pod uwagę wszystkie ) odbić fali jest sporo.
Obliczając falowo kolektor 4-2-1 bierze się pod uwagę czasy rozrządu decydujące o zakresie działania falowego oraz obroty, od których to działanie ma występować. Oblicza się zaś w taki sposób, aby koniec zakresu działania falowego dla pojedynczych rur, był początkiem zakresu działania dla rur następnych. Standardowo w przypadku kolektorów wydechowych o konstrukcji 4-2-1 stosunek średnic wewnętrznych rur powinien wynosić 1,1892, a w przypadku konstrukcji 4-1 powinien wynosić 1,4142.
W moim przypadku obliczona średnica wewnętrzna dla czterech pierwszych rur wyniosła 34 mm, w związku z czym następne dwie rury zbiorcze powinny mieć średnicę wewn. 34*1,1892=40,43 a ostatnia, pojedyncza rura zbiorcza powinna mieć średnicę wewn. 40,43*1,1892=48,08
VW 1200 1968r. , VW 1600TL 1971r. , VW 1500S 1964 r.
