Ciśnienie wsteczne
Płyn przepływa przez rurę z powodu różnicy ciśnień między dwoma końcami rurociągu. Płyn przepływa z końca o wysokim ciśnieniu do końca o niskim ciśnieniu. Rozważmy dwa systemy, jak pokazano na poniższym rysunku. Przepływ w każdym przypadku spowodowany jest różnicą ciśnień pomiędzy P1 i P2. Rura 2 ma pewne przeszkody (pozostałości spawania, reduktor, zmiany powierzchni, ostre zakręty itp.), które spowodują spadek ciśnienia skutkujący mniejszym wypływem i zmniejszoną prędkością przepływu.
Stratę ciśnienia lub spadek ciśnienia pierwotnie uważano za wynik ciśnienia wywieranego w przeciwnym kierunku przez przeszkody, a tym samym anulowanie lub zmniejszenie zastosowanego ciśnienia. Stąd pochodzi termin ciśnienie wsteczne.
Powszechnym przykładem ciśnienia wstecznego jest ciśnienie powodowane przez układ wydechowy (składający się z kolektora wydechowego, katalizatora, tłumika i rur łączących) samochodowego silnika czterosuwowego, które ma negatywny wpływ na sprawność silnika, powodując spadek mocy wyjściowej, który musi być kompensowany przez zwiększenie zużycia paliwa.
W tłokowym silniku dwusuwowym sytuacja jest jednak bardziej skomplikowana ze względu na konieczność zapobiegania przedostawaniu się niespalonej mieszanki paliwowo-powietrznej bezpośrednio przez cylindry do wydechu. Podczas fazy wydechu w cyklu, przeciwciśnienie jest jeszcze bardziej niepożądane niż w silniku czterosuwowym, ponieważ jest mniej czasu na wydech i brak pompowania przez tłok, aby wypchnąć spaliny z cylindra. Ponieważ jednak króciec wydechowy pozostaje otwarty przez pewien czas po zakończeniu oczyszczania, niespalona mieszanka może podążać za spalinami z cylindra, marnując paliwo i zwiększając zanieczyszczenie środowiska. Można temu zapobiec tylko wtedy, gdy ciśnienie w porcie wydechowym jest wyższe niż ciśnienie w cylindrze.
Te sprzeczne wymagania pogodzono poprzez skonstruowanie rury wydechowej z rozbieżnymi i zbieżnymi sekcjami stożkowymi w celu wytworzenia odbić fali ciśnienia, które powracają w górę rury i są prezentowane w porcie wydechowym. Port wydechowy otwiera się, gdy w cylindrze nadal panuje znaczne ciśnienie, które napędza początkowy wypływ spalin. Gdy fala ciśnienia pochodząca z impulsu spalin przemieszcza się w dół rury, napotyka na rozbieżny przekrój stożkowy; powoduje to odbicie fali podciśnienia z powrotem w górę rury, która dociera do portu wydechowego pod koniec fazy wydechu, gdy ciśnienie w cylindrze spadło do niskiego poziomu, i pomaga wyciągnąć pozostałe spaliny z cylindra. W dalszej części rury wydechowej fala ciśnienia spalin napotyka na zbiegający się przekrój stożkowy, który odbija dodatnią falę ciśnienia z powrotem w górę rury. Falę tę ustawia się w taki sposób, aby dotarła do portu wydechowego po zakończeniu wymiatania, tym samym „zatykając” port wydechowy, aby zapobiec rozlewaniu się świeżego ładunku, a w rzeczywistości może również wepchnąć z powrotem do cylindra ładunek, który już się rozlał.
Ponieważ czas tego procesu jest określany głównie przez geometrię układu wydechowego, którą niezwykle trudno jest uczynić zmienną, prawidłowy rozrząd, a zatem optymalną sprawność silnika, można zazwyczaj osiągnąć jedynie w niewielkiej części zakresu prędkości roboczej silnika.
Niezwykle szczegółowy opis tych zjawisk można znaleźć w dokumencie Design and Simulation of Two-Stroke Engines (1996), autorstwa profesora Gordona Blaira z Queen’s University Belfast, wyd. SAE International, ISBN 978-1-56091-685-7.
.