Доброго времени суток, любознательный читатель.
Сегодня я расскажу тебе о результатах проведенных исследований по сравнению эффективности X-пайпа, H-пайпа и Z-пайпа.
X-пайп и прочие его разновидности (H-пайп, Z-пайп) применяются на автомобилях с раздвоенной выхлопной системой. Соединение двух потоков необходимо для создания разряжения в соседнем потоке. Благодаря высокой скорости потока в одной трубе создается пониженное давление, которое утягивает за собой газы из соседней трубы, тем самым создавая разряжение и в ней. Это, в свою очередь, снижает сопротивление газам из соседнего потока, тем самым обеспечивая двигателю более благоприятные условия «дыхания».
Мне всегда было интересно сравнить эфективность различных инженерных изобретений в данной области. И вот спустя 4 года в бизнесе по производству выпускных систем до этого дошли руки.
Итак, буду проводить расчеты 3-х различных вариантов исполнения:
1) X-пайп
2) H-пайп
3) Z-пайп
Все три варианта имеют по 2 трубы диаметром 3 дюйма (76.1 мм).
Мы будем пропускать поток воздуха через вход одной из двух труб, второй вход остается заглушенным. Воздух сможет выходить через оба выхода.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
1) определение разряжения в области у входа во вторую трубу
2) определение распределения потока в процентах между двумя выходами
ВХОДНЫЕ УСЛОВНИЯ
1) Массовый расход воздуха – 400 гр/с, что примерно соответствует мощности 500 л.с.
2) Давление выхлопных газов на входе в трубу – 2 бара
3) Температура гвыхлопных азов на входе в трубу – 620 С*
4) Давление у выходных отверстий – атмосферное, температура – 20 С*
5) Расстояние от начала трубы до конца (по прямой) – около 700 мм.
РЕЗУЛЬТАТЫ
1) разряжение в области у входа во вторую трубу:
X-пайп — 4.405 кПа
H-пайп — 0.050 кПа
Z-пайп — 4.411 кПа
2) распределение потока между первым и вторым выходами (в процентах):
X-пайп — 60.0 / 40.0
H-пайп — 96.2 / 3.8
Z-пайп — 49.6 / 50.4
Давление в пайпах (шкала 96,300 - 101,950 Па)
Скорость потока в пайпах (шкала 0 - 280 м/с)
Остановлюсь подробнее на каждом варианте.
X-ПАЙП
Для определения оптимального дизайна X-пайпа были проведены исследования более 20 различных вариантов исполнения. Изменениям подвергались взаимный угол двух труб (от 20 до 40 градусов) и сечение отверстия между двумя трубами (срез от 6 до 16мм от внешнего радиуса).
В итоге наибольшее разряжение (4.405 кПа) получилось при взаимном угле 30* и срезании труб на 15.5мм от внешнего радиуса. Худший результат разряжения (2.316 кПа) получился при взаимном угле 20* и срезании труб на 6мм от внешнего радиуса.
Таким образом, для создания максимального разряжения в X-пайпе, состоящем из двух параллельных труб с сонаправленными потоками, необходимо, чтобы существенная часть потока (до 40%) улетала в соседнюю трубу. Т.е. угол схождения не должен быть слишком низким, а отверстие не должно быть слишком малым.
Минусом такого дизайна является то, что на определенных оборотах двигателя потоки из соседних труб будут непременно сталкиваться друг с другом и создавать турбуленцию в области у отверстия X-пайпа.
H-ПАЙП
Для определения оптимального дизайна H-пайпа были проведены исследования 10 различных вариантов исполнения. Изменениям подвергались диаметр (45 — 76.1мм), форма (круглая и овальная) и длина (10 — 80мм) соединительной трубы.
В итоге ни в одном из вариантов не удалось достичь существенного разряжения. Лучший результат получился при минимальной длине соединительной трубы (10мм) — около 0.05 кПа. Большинство же вариантов не показало разряжения совсем.
Таким образом, можно констатировать, что H-пайп не оказывает существенного влияния на эффективность работы выпускной системы. Маловероятно, что он не имеет никаких плюсов, иначе инженеры не применяли бы его на многих автомобилях. Возможно его функция состоит в другом — например в регулировании звука выхлопа. Также не исключаю, что в моих исследованиях упущены важные моменты. Однако при прочих равных, очевидно, что H-пайп не сравним по эффективности со своими аналогами.
Z-ПАЙП
Впервые я увидел подобный дизайн у известных ребят из ОАЭ. У них же увидел и название — Z-пайп (лично мне такое название кажется не совсем подходящим, я бы назвал QUAD-пайп). Суть состоит в том, что каждая из труб разделяется на две, одна из которых уходит в сторону другого потока, другая — остается на стороне своего потока. В данном случае мы использовали две трубы 54х1.5мм, которые в сумме дают то же сечение, то и одна труба 76.1х1.5мм.
Z-пайп показал лучший результат разряжения уже на первой итерации — 4.411 кПа. Потоки распределились между двумя выходами в соотношении 50 на 50.
Несмотря на то, что оптимальный дизайн X-пайпа показал практически такой же результат, Z-пайп имеет перед ним существенное преимущество — потоки никогда не сталкиваются друг с другом. При наступлении указанного в случае X-пайпа случая пересечения первого и второго потоков на определенных оборотах двигателя потоки будут двигаться в одном направлении, не создавая тем самым избыточной турбуленции и противодавления.
Минусами Z-пайпа являются трудоемкость производства и большие габариты, из-за чего его невозможно применить на некоторых автомобилях.
Спасибо за внимание!