背圧

同じ圧力距離と揚程の2つの類似した配管で、2番目の配管は少ないdischarge.

配管の両端の圧力差により流体が配管を通って流れています。 流体は高圧の端から低圧の端に流れることになる。 下図のような2つの系を考える。 それぞれの場合、P1 と P2 の間の圧力差によって流れが発生します。 配管2には何らかの障害物(溶接跡、レデューサー、面積の変化、急カーブなど)があり、その結果、圧力損失が生じ、吐出量が減り、流量が減少する。

圧力損失または圧力損失は、もともと障害物によって反対方向に圧力がかかり、それによって加えられた圧力が相殺または減少すると考えられていたものである。 これが背圧という言葉の由来です。

背圧の一般的な例としては、自動車の4ストロークエンジンの排気系(排気マニホールド、触媒コンバータ、マフラー、接続パイプで構成)に起因し、エンジン効率にマイナスの影響を与え、結果として出力が低下し、燃料消費量を増やすことで埋め合わせなければならないことが挙げられます。

一方、ピストンポート式2サイクルエンジンでは、未燃焼の燃料と空気の混合物がシリンダーを通過してそのまま排気されるのを防ぐ必要があるため、状況はより複雑となる。 サイクルの排気段階では、排気に使える時間が短く、排気をシリンダーから押し出すピストンのポンプ作用がないため、背圧は4ストロークエンジンよりもさらに好ましくない。 しかし、排気ポートが掃気完了後もしばらく開いているため、未燃焼の混合気がシリンダー内の排気を追いかけてしまい、燃料の浪費や公害の発生につながる。

この相反する要求を両立させるために、排気管に発散・収束する円錐形の部分を設けて圧力波の反射を作り、それが管内を逆流して排気口に提示されるようにしている。 排気口はシリンダー内の圧力が高いうちに開き、排気の初期流出を促す。 排気ガスの圧力波が管内を進むと、円錐形の分岐部にぶつかる。これにより負圧の波が反射して管内を進み、排気後期、筒内圧が低くなったところで排気ポートに到達し、残った排気ガスを筒外に排出するのに役立つ。 さらに排気管内を進むと、排気圧力波が収束する円錐部にぶつかり、正圧波を反射して排気管内を逆流させる。 この圧力波は、掃気完了後に排気ポートに到達するように設定されており、排気ポートを「塞ぐ」ことで新たな充填物の流出を防ぐとともに、既に流出した充填物をシリンダー内に押し戻すことができる。

このプロセスのタイミングは主に排気システムのジオメトリーによって決定され、それは可変にするのが非常に難しいので、正しいタイミング、したがって最適なエンジン効率は通常、エンジンの動作速度の範囲のごく一部でしか達成できないのです。 SAE International, ISBN 978-1-56091-685-7 を参照してください。