PDA

View Full Version : Βackpressure



daz
03/05/2011, 16:12
Μετά από μια συζήτηση που είχα με το φίλο Δημήτρη (JoyRider) έλαβα με mail δύο link.

http://mechdb.com/index.php/Exhaust_back_pressure_myth

http://www.thumpertalk.com/forum/showthread.php?t=659727

Πρόκειται για μια απλή και κατανοητή εξήγηση για το τι είναι το backpressure και ποια η χρησιμότητά του.

Καθ' ότι και τα δύο άρθρα είναι στα αγγλικά επιχείρησα μια μετάφραση κάπως ελεύθερη σε ορισμένα σημεία και λίγο πιο ακριβής σε κάποια άλλα.

daz
03/05/2011, 16:14
Exhaust backpressure the myth
Backpressure: The myth and why it's wrong.

I. Introduction
One of the most misunderstood concepts in exhaust theory is backpressure. People love to talk about backpressure on message boards with no real understanding of what it is and what it's consequences are. I'm sure many of you have heard or read the phrase "Engines need backpressure" when discussing exhaust upgrades. That phrase is in fact completely inaccurate and a wholly misguided notion.

II. Some basic exhaust theory
Your exhaust system is designed to evacuate gases from the combustion chamber quickly and efficently. Exhaust gases are not produced in a smooth stream; exhaust gases originate in pulses. A 4 cylinder motor will have 4 distinct pulses per complete engine cycle, a 6 cylinder has 6 pules and so on. The more pulses that are produced, the more continuous the exhaust flow. Backpressure can be loosely defined as the resistance to positive flow - in this case, the resistance to positive flow of the exhaust stream.

III. Backpressure and velocity
Some people operate under the misguided notion that wider pipes are more effective at clearing the combustion chamber than narrower pipes. It's not hard to see how this misconception is appealing - wider pipes have the capability to flow more than narrower pipes. So if they have the ability to flow more, why isn't "wider is better" a good rule of thumb for exhaust upgrading? In a word - VELOCITY. I'm sure that all of you have at one time used a garden hose w/o a spray nozzle on it. If you let the water just run unrestricted out of the house it flows at a rather slow rate. However, if you take your finger and cover part of the opening, the water will flow out at a much much faster rate.

The astute exhaust designer knows that you must balance flow capacity with velocity. You want the exhaust gases to exit the chamber and speed along at the highest velocity possible - you want a FAST exhaust stream. If you have two exhaust pulses of equal volume, one in a 2" pipe and one in a 3" pipe, the pulse in the 2" pipe will be traveling considerably FASTER than the pulse in the 3" pipe. While it is true that the narrower the pipe, the higher the velocity of the exiting gases, you want make sure the pipe is wide enough so that there is as little backpressure as possible while maintaining suitable exhaust gas velocity. Backpressure in it's most extreme form can lead to reversion of the exhaust stream - that is to say the exhaust flows backwards, which is not good. The trick is to have a pipe that that is as narrow as possible while having as close to zero backpressure as possible at the RPM range you want your power band to be located at. Exhaust pipe diameters are best suited to a particular RPM range. A smaller pipe diameter will produce higher exhaust velocities at a lower RPM but create unacceptably high amounts of backpressure at high rpm. Thus if your powerband is located 2-3000 RPM you'd want a narrower pipe than if your powerband is located at 8-9000RPM.

Many engineers try to work around the RPM specific nature of pipe diameters by using setups that are capable of creating a similar effect as a change in pipe diameter on the fly. The most advanced is Ferrari's which consists of two exhaust paths after the header - at low RPM only one path is open to maintain exhaust velocity, but as RPM climbs and exhaust volume increases, the second path is opened to curb backpressure - since there is greater exhaust volume there is no loss in flow velocity. BMW and Nissan use a simpler and less effective method - there is a single exhaust path to the muffler; the muffler has two paths; one path is closed at low RPM but both are open at high RPM.

IV. So how did this myth come to be?
I often wonder how the myth "Engines need backpressure" came to be. Mostly I believe it is a misunderstanding of what is going on with the exhaust stream as pipe diameters change. For instance, someone with a civic decides he's going to uprade his exhaust with a 3" diameter piping. Once it's installed the owner notices that he seems to have lost a good bit of power throughout the powerband. He makes the connections in the following manner: "My wider exhaust eliminated all backpressure but I lost power, therefore the motor must need some backpressure in order to make power." What he did not realize is that he killed off all his flow velocity by using such a ridiculously wide pipe. It would have been possible for him to achieve close to zero backpressure with a much narrower pipe - in that way he would not have lost all his flow velocity.

V. So why is exhaust velocity so important?
The faster an exhaust pulse moves, the better it can scavenge out all of the spent gasses during valve overlap. The guiding principles of exhaust pulse scavenging are a bit beyond the scope of this doc but the general idea is a fast moving pulse creates a low pressure area behind it. This low pressure area acts as a vacuum and draws along the air behind it. A similar example would be a vehicle traveling at a high rate of speed on a dusty road. There is a low pressure area immediately behind the moving vehicle - dust particles get sucked into this low pressure area causing it to collect on the back of the vehicle. This effect is most noticeable on vans and hatchbacks which tend to create large trailing low pressure areas - giving rise to the numerous "wash me please" messages written in the thickly collected dust on the rear door(s).

http://www.thumpertalk.com/forum/showthread.php?t=659727

daz
03/05/2011, 16:16
Intro..
Η πιο παρεξηγημένη έννοια στην θεωρία της εξαγωγής είναι το backpressure. Πολλοί αρέσκονται στο να μιλούν γι' αυτό, χωρίς να καταλαβαίνουν στην ουσία τι ακριβώς είναι. Είμαι σίγουρος πως πολλοί από σας έχετε διαβάσει ή ακούσει την φράση πως οι κινητήρες χρειάζονται το backpressure, ειδικά όταν συζητάτε για την αναβάθμιση του συστήματος εξαγωγής. Στην πραγματικότητα, η φράση αυτή είναι εντελώς ανακριβής και εσφαλμένη.

Basic exhaust theory.
Το σύστημα της εξάτμισης είναι σχεδιασμένο να αποβάλει τα καυσαέρια απ' τον θάλαμο καύσης όσο πιο γρήγορα και αποτελεσματικά γίνεται. Τα καυσαέρια που παράγονται δεν κινούνται ομοιόμορφα σαν ρέμα αλλά σε παλμούς. Ένας τετρακύλινδρος κινητήρας παράγει 4 τέτοιους παλμούς καυσαερίων σε κάθε πλήρη κύκλο, ένας εξακύλινδρος 6 κτλ κτλ. Όσο περισσότεροι παλμοί παράγονται τόσο πιο συνεχής είναι η ροή. Το backpressure λοιπόν μπορεί να προσδιοριστεί με απλά λόγια ως η αντίσταση σε αυτή την ροή.

Backpressure και velocity.
Μερικοί νομίζουν πως όσο πιο χοντροί είναι οι αυλοί του συστήματος εξάτμισης, τόσο πιο αποτελεσματικό θα είναι το άδειασμα του θαλάμου καύσης. Και δεν είναι δύσκολο να καταλάβουμε πως δημιουργήθηκε αυτή η παρανόηση. Στηρίζεται στην αντίληψη πως οι αυλοί με μεγαλύτερη διάμετρο, έχουν την δυνατότητα να διαχειριστούν πιο αποτελεσματικά την ροή των καυσαερίων σε σχέση με τους στενότερους. Αν λοιπόν οι πιο χοντροί αυλοί έχουν την δυνατότητα να διακινούν περισσότερη ποσότητα καυσαερίων γιατί το "οσο πιο χοντροί τόσο το καλύτερο", δεν επαρκεί για την αναβάθμιση του συστήματος εξαγωγής? Η απάντηση βρίσκεται στην ταχύτητα. Φανταστείτε ένα λάστιχο ποτίσματος. Αν αφήσεις το νερό να ρέει ελεύθερο η ταχύτητά του είναι μικρή. Αν όμως βάλεις μπροστά το δάχτυλό σου ή έναν σωλήνα που να στενεύει στην άκρη, η ταχύτητά του αυξάνεται.
Ο σχεδιαστής λοιπόν, γνωρίζει πως αυτό που πρέπει να πετύχει είναι η ισορροπία ανάμεσα στην ποσότητα και την ταχύτητα. Αυτό που χρειαζόμαστε είναι ο θάλαμος καύσης να αδειάζει όσο πιο γρήγορα και αποτελεσματικά γίνεται και η διακίνηση των καυσαερίων να γίνεται με την μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα. Αν είχαμε δύο παλμούς καυσαερίων ίδιου όγκου τότε αυτός που θα κινούταν σε έναν αυλό 2 ιντσών θα ήταν πολύ πιο γρήγορος απ' αυτόν που θα κινούταν σε αυλό 3 ιντσών. Οι αυλοί μας λοιπόν πρέπει να είναι αρκετά ευρείς αλλά πρέπει να δημιουργούν και μια μικρή πίεση έτσι ώστε οι παλμοί των καυσαερίων να διατηρούν την ταχύτητά τους. Το backpressure στην ακραία του μορφή, μπορεί να οδηγήσει και στην αναστροφή της ροής των καυσαερίων. Το κόλπο λοιπόν είναι, οι αυλοί της εξάτμισής μας να είναι τόσο στενοί όσο χρειάζεται για να διατηρούν το backpressure κοντά στο μηδέν, σε εκείνο το εύρος στροφών στο οποίο θέλουμε ο κινητήρας μας να αποδίδει την μέγιστη ροπή.
Ένας αυλός με μικρή διάμετρο παράγει την μέγιστη ταχύτητα καυσαερίων σε σχετικά χαμηλές στροφές και απαράδεκτα μεγάλα ποσά από backpressure στις υψηλές. Ένας κινητήρας που είναι σχεδιασμένος να αποδίδει χαμηλά χρειάζεται πιο στενούς αυλούς απ' κάποιον άλλο που αποδίδει σε υψηλότερες στροφές.
Πολλοί σχεδιαστές προσπαθούν να επιλύσουν την ιδιαιτερότητα της διαμέτρου των σωλήνων για τις διάφορες τιμές στροφών του κινητήρα χρησιμοποιώντας ρυθμίσεις που έχουν παρόμοιο αποτέλεσμα με την αλλαγή στη διάμετρο του σωλήνα σε πραγματικό χρόνο. Το πιο προηγμένο είναι αυτό της Ferrari το οποίο αποτελείτε από δύο διαδρομές (δύο εξατμίσεις). Στις χαμηλές στροφές είναι ανοιχτή μόνο η μία για να διατηρήσει την ταχύτητα των καυσαερίων ενώ στις υψηλές στροφές που ο όγκος των καυσαερίων αυξάνεται ανοίγει και η δεύτερη για να συγκρατήσει το backpressure. Ένα άλλο πιο απλό αλλά λιγότερο αποτελεσματικό είναι αυτό της bmw στην οποία υπάρχει ένα μόνο σύστημα εξάτμισης αλλά με δύο τελικά. Το ένα τελικό είναι κλειστό στις χαμηλές στροφές ενώ στις υψηλές είναι ανοιχτά και τα δύο.

So how did this myth come to be.
Από που προήλθε ο μύθος. Προφανώς από κάτι τύπους οι οποίοι θέλοντας να βελτιώσουν το σύστημα εξαγωγής, άλλαξαν την εξάτμιση χρησιμοποιώντας αυλούς πολύ μεγάλης διαμέτρου και έχασαν απόδοση σε όλο το εύρος στροφών του κινητήρα. Υποθέτοντας πως αφού χοντροί αυλοί "εξοντώνουν" όλο το backpressure ένας κινητήρας το χρειάζεται για να λειτουργήσει σωστά. Αυτό που δεν συνειδητοποίησαν ήταν πως έτσι μείωσαν την ταχύτητα της ροής των καυσαερίων και πως κανονικά θα έπρεπε να ρυθμίσουν την διάμετρο ώστε το backpressure να είναι κοντά στο μηδέν. Κουτουλουκουτουλου!

So why is exhaust velocity so important.
Γιατί η ταχύτητα των καυσαερίων είναι τόσο σημαντική. Όσο πιο γρήγορα κινούνται οι παλμοί των καυσαερίων τόσο καλύτερα καθαρίζει ο θάλαμός καύσης κατά την διάρκεια που η βαλβίδα εξαγωγής είναι ανοιχτή. Η κίνηση των παλμών καυσαερίων είναι πέραν του παρόντος αλλά η γενική ιδέα είναι πως η ταχύτητα που αναπτύσσουν δημιουργεί πίσω τους, μια περιοχή χαμηλής πίεσης. Αυτή η περιοχή χαμηλής πίεσης λειτουργεί σαν κενό που αντλεί πίσω του τον αέρα. Σαν ένα όχημα που κινείτε με μεγάλη ταχύτητα σε σκονισμένο περιβάλλον η περιοχή χαμηλής πίεσης που δημιουργεί αντλεί την σκόνη με αποτέλεσμα να βλέπουμε όλα αυτά τα "θέλω πλύσιμο" στην πίσω πόρτα των μεγάλων hatchbacks.

daz
03/05/2011, 16:20
Μετάφραση του δεύτερου κειμένου θα υπάρξει όταν βρω χρόνο και θα ενημερωθεί αυτό το ποστ για να είναι συγκεντρωμένα.

usabug
03/05/2011, 16:22
:a18:

sapila racing
03/05/2011, 16:24
Μην πιστεύετε οτι διαβάζετε στο internet. :wave2:

Το άρθρο περιέχει αρκετές ανακρίβειες, ειδικά το τελευταίο μέρος το χει χάσει τελείως.

daz
03/05/2011, 16:45
Αρχικά δημιουργήθηκε από sapila racing
Μην πιστεύετε οτι διαβάζετε στο internet. :wave2:

Το άρθρο περιέχει αρκετές ανακρίβειες, ειδικά το τελευταίο μέρος το χει χάσει τελείως.

Νομίζω πως η εξήγηση του συστήματος είναι υπεραπλουστευμένη. Αν όμως είναι έτσι όπως τα λες ο Oldman ξέρει τι πρέπει να κάνει. :winka:

BLACKGAS
03/05/2011, 17:03
Σκέψου πως δουλεύουν οι compressor.

DrBig
03/05/2011, 17:04
Αρχικά δημιουργήθηκε από sapila racing
Μην πιστεύετε οτι διαβάζετε στο internet. :wave2:

Το άρθρο περιέχει αρκετές ανακρίβειες, ειδικά το τελευταίο μέρος το χει χάσει τελείως.

για πες....

sapila racing
03/05/2011, 17:45
Αρχικά δημιουργήθηκε από daz
Νομίζω πως η εξήγηση του συστήματος είναι υπεραπλουστευμένη. Αν όμως είναι έτσι όπως τα λες ο Oldman ξέρει τι πρέπει να κάνει. :winka:

Σε γενικές γραμμές στην αρχή τα λέει καλά, αλλά λόγω της υπεραπλούστευσης χανει τα σημαντικά σημεία και περιέχει ανακρίβειες.

πχ δεν διαχωρίζει καν τα καυσαέρια απο το pressure wave το οποίο ταξιδεύει με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα, ανακλάται οταν συναντήσει σημεία χαμηλότερης πίεσης και χρησιμεύει για το scavenging αλλά και την πλήρωση του κυλίνδρου. Προαπαθεί να το προσεγγίσει στο τέλος και με λάθος τρόπο, ενω στην ουσία είναι πολύ σημαντικό.

Μια και δεν χρειάζεται να ανακαλύψουμε και παλι τον τροχό, οποιος θέλει να διαβάσει κατι παραπάνω, αλλά χωρίς να χρειάζεται και ειδικές γνώσεις ας δει παρακάτω:
Το πρωτο μέρος του άρθρου είναι αρκετά κατατοπιστικό
http://www.epi-eng.com/piston_engine_technology/exhaust_system_technology.htm


:wave2:

npat
03/05/2011, 18:43
Αρχικά δημιουργήθηκε από sapila racing
Σε γενικές γραμμές στην αρχή τα λέει καλά, αλλά λόγω της υπεραπλούστευσης χανει τα σημαντικά σημεία και περιέχει ανακρίβειες.


Έχεις απόλυτο δίκιο. Στην τελευταία, ειδικά, παράγραφο μπερδεύει εντελώς την κίνηση των καυσαερίων (ως μάζες), που λαμβάνει χώρα με σχετικά μικρές ταχύτητες, με τα μέτωπα πίεσης (pessure waves) που κινούνται με την ταχύτητα του ήχου---και συμβάλουν στην αποτελεσματική κένωση του θαλάμου καύσης.

Το άρθρο που έβαλες, αντιθέτως, είναι πολύ καλό!

Παρεμπιπτόντως, μια πολύ παραστατική απεικόνιση του φαινομένου (πως τα pressure-waves συμβάλουν στην αποτελεσματική κένωση / πλήρωση του θαλάμου) μπορεί κανείς να βρει στην παρακάτω απεικόνιση της λειτουργίας ενός δίχρονου κινητήρα (όπου τα φαινόμενα είναι πολύ πιο έντονα και ουσιαστικά).

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Arbeitsweise_Zweitakt.gif

OldMan
03/05/2011, 19:47
Αρχικά δημιουργήθηκε από daz
Αν όμως είναι έτσι όπως τα λες ο Oldman ξέρει τι πρέπει να κάνει. :winka:
Μην χορτάσεις με την γλαρόσουπα...:smokin:

spyro
03/05/2011, 19:56
Αρχικά δημιουργήθηκε από sapila racing
Σε γενικές γραμμές στην αρχή τα λέει καλά, αλλά λόγω της υπεραπλούστευσης χανει τα σημαντικά σημεία και περιέχει ανακρίβειες.

....

εν τέλει όμως έχει δίκιο απέναντι στην κριτική του για τις αναβαθμίσεις με μεγαλύτερες διαμέτρους εξατμίσεων?

:confused:

daz
03/05/2011, 19:59
Αρχικά δημιουργήθηκε από OldMan
Μην χορτάσεις με την γλαρόσουπα...:smokin:

Παρανόησες γέροντα..

Να το ξυρίσεις εννοούσα. :cool:

sapila racing
03/05/2011, 21:02
Αρχικά δημιουργήθηκε από spyro
εν τέλει όμως έχει δίκιο απέναντι στην κριτική του για τις αναβαθμίσεις με μεγαλύτερες διαμέτρους εξατμίσεων?

:confused:


Nαι εχει δίκιο σε αυτό. :wave2:

Επίσης δτην πράξη είναι πρακτικά αδύνατο να φτιάξει κάποιος aftermarket κατασκευαστής καλύτερη εξάτμιση απο τον κατασκευαστή της μοτο, εφ όσον τηρήσει τα ίδια επίπεδα θορύβου.
Ειδικά η Honda δεν παίζεται σε αυτόν τον τομέα.
Επιπλέον τα περισσότερα σπόρ 4κυλινδρα εχουν βαλβίδα τύπου exup, που συντονίζει την εξάτμιση σε ευρύ φάσμα στροφων.