Система вихлопу (тюнінг та налаштування) збірка №2

Принаймні, я частіше відповідаю на питання про вихлопі, ніж про клапанах, головках, коленвалах та інших складових установки двигунів. Причому діапазон питань приблизно наступний: від «скажіть, а як застосувати формулу для обчислення резонансної частоти (наводиться співвідношення для резонатора Гельмгольца) до четырехдроссельному впуску? «до «мені друг подарував «павук» зі свого спортивного «гольфу». Скільки додасться кінських сил, якщо я його встановлю на свій автомобіль? «або «я будую собі мотор. Який глушник купити, щоб було більше потужності? «, або «скільки кінських сил додасться, якщо я замість каталізатора встановлю резонатор? «. Причому у всіх питаннях червоною лінією проходить додаткова потужність.

Так, давайте для початку розберемося, де ж лежить ця додаткова потужність. І чому випускний тракт впливає на роботу двигуна.

Якщо ми всі дружно розуміємо, що потужність є твір обертаючого моменту на швидкість обертання колінчастого валу (обороти), то зрозуміло, що потужність – залежна від швидкості величина. Розглянемо суто теоретичний двигун (не важливо, електричний він, внутрішнього згорання або турбореактивний), який віддає постійний обертаючий момент на оборотах від 0 до нескінченності. (крива 2 на рис. 1) Тоді його потужність буде лінійно зростати з оборотами від 0 до нескінченності (крива 1 на рис. 1). Предмет нашого інтересу – чотиритактні багатоциліндрові двигуни внутрішнього згоряння в силу конструкції і процесів, що в них відбуваються, мають зростання моменту зі збільшенням оборотів до його максимальної величини, з подальшим збільшенням оборотів момент сновападает (крива 3 на рис. 1). Тоді і потужність буде мати аналогічний вигляд (крива 4 на рис. 1). Важливою обставиною для розуміння функцій випускної системи є зв'язок обертаючого моменту з коефіцієнтом наповнення циліндра. Давайте собі уявимо процес, що відбувається в циліндрі фази впуску. Припустимо, колінчастий вал двигуна обертається настільки повільно, що ми можемо спостерігати рух паливоповітряної суміші в циліндрі і в будь-який момент часу тиск у впускному трубопроводі і циліндрі встигає вирівнюватися. Припустимо, що верхній мертвій точці (ВМТ) тиск у камері згоряння дорівнює атмосферному. Тоді при русі поршня в ВМТ нижню мертву точку (НМТ) у циліндр потрапить кількість свіжої паливоповітряної суміші, точно дорівнює об'єму циліндра. Кажуть, що в такому випадку коефіцієнт наповнення дорівнює одиниці. Припустимо, що в цьому процесі ми закриємо впускний клапан в положенні поршня, відповідному 80% його ходу. Тоді ми наповнимо циліндр тільки на 80% його об'єму і маса заряду складе відповідно 80%. Коефіцієнт наповнення в такому випадку буде 0.8. Інший випадок. Нехай деяким чином нам вдалося у впускному колекторі створити тиск на 20% вище атмосферного. Тоді у фазі впуску ми зможемо наповнити циліндр на 120% за масою заряду, що буде відповідати коефіцієнту наповнення 1.2. Так, тепер найголовніше. Обертаючий момент двигуна на кривій моменту відповідає коефіцієнту наповнення циліндра. Тобто обертаючий момент там вище, де коефіцієнт наповнення вище, і рівно в стільки ж раз, якщо, звичайно, ми не враховуємо внутрішні втрати в двигуні, які ростуть зі швидкістю обертання. З цього зрозуміло, що криву моменту і, відповідно, криву потужності визначає залежність коефіцієнта наповнення від оборотів. У нас є можливість впливати в деяких межах залежність коефіцієнта наповнення від швидкості обертання двигуна з допомогою зміни фаз газорозподілу. В загальному випадку, не вдаючись в подробиці, можна сказати, що чим ширше фази і чим більш ранню по відношенню до колінчастого валу область ми їх зрушуємо, часом на великих оборотах буде досягнутий максимум обертаючого моменту. Абсолютне значення максимального моменту при цьому буде трохи менше, ніж з більш вузькими фазами (крива 5 на рис. 1). Істотне значення має так звана " фаза перекриття. Справа в тому, що при високій швидкості обертання певний вплив надає інерція газів в двигуні. Для кращого наповнення в кінці фази випуску випускний клапан треба закривати декілька пізніше ВМТ, а впускний відкривати набагато раніше ВМТ. Тоді у двигуна з'являється стан, коли в районі ВМТ при мінімальному обсязі над поршнем обидва клапани відкриті і впускний колектор повідомляється з випускним через камеру згоряння. Це дуже важливе стан в сенсі впливу випускної системи на роботу двигуна. Тепер, я думаю, настав час розглянути функції випускної системи. Відразу скажу, що у випускній системі є три процесу. Перший – сдемпфированное в тій чи іншій мірі витікання газів по трубах. Другий – гасіння акустичних хвиль з метою зменшення шуму. І третій – розповсюдження ударних хвиль в газовому середовищі. Будь-який з названих процесів ми будемо розглядати з позиції його впливу на коефіцієнт наповнення. Строго кажучи, нас цікавить тиск в колекторі у випускного клапана в момент його відкриття. Зрозуміло, що чим менший тиск, а краще навіть нижче атмосферного, вдасться отримати, тим більше буде перепад тиску від впускного колектора до випускного, тим більший заряд отримає циліндр у фазі впуску. Почнемо з досить очевидних речей. Випускна труба служить для відведення вихлопних газів за межі кузова автомобіля. Цілком зрозуміло, що вона не повинна робити істотного опору потоку. Якщо з якоїсь причини у випускній трубі з'явився сторонній предмет, що закриває потік газів (наприклад, сусіди пожартували і засунули в вихлопну трубу картоплю), то тиск у випускній трубі не буде встигати падати, і в момент відкриття випускного клапана тиск в колекторі буде протидіяти очищення циліндра. Коефіцієнт наповнення впаде, так як залишився велика кількість відпрацьованих газів не дозволить наповнити циліндри в колишній ступеня свіжою сумішшю. Відповідно, двигун не зможе виробляти колишній обертаючий момент. Дуже важливо розуміти, що розміри труби і конструкція глушників шуму у серійному автомобілі досить добре відповідають кількістю відпрацьованих газів, що виробляються двигуном в одиницю часу. Як тільки серійний двигун зазнав змін з метою збільшення потужності (будь то збільшення робочого об'єму або збільшення моменту на високих оборотах), відразу збільшується витрата газу через випускну трубу і слід відповісти на питання, а чи не створює тепер в нових умовах надмірного опору серійна випускна система. Так що з розгляду першого процесу, позначеного нами, слід зробити висновок про достатність розмірів труб. Абсолютно зрозуміло, що після деякого розумного розміру збільшувати перетин труб для конкретного двигуна безглуздо, покращення не буде. А відповідаючи на питання, де ж потужність, можна сказати, що тут головне не втратити, набути ж нічого неможливо. З практики можу сказати, що для двигуна об'ємом 1600 куб. см, має хороший обертаючий момент до 8000 об./мін., цілком достатньо труби діаметром 52 мм Як тільки ми говоримо про опір у випускній системі, необхідно згадати про такому важливому елементі, як глушник шуму. Так як в будь-якому випадку глушник створює опір потоку, то можна сказати, що кращий глушник – повна його відсутність. На жаль, для дорожнього автомобіля це можуть собі дозволити тільки відчайдушні хами. Боротьба з шумом – це, як не верти, турбота про наше з вами здоров'я. Не тільки в повсякденному житті, але і в автоспорті діють обмеження на шум, вироблений двигуном автомобіля. Повинен сказати, що в більшості класів спортивних автомобілів шум випуску обмежений рівнем 100 дб. Це досить лояльні умови, але без глушника жоден автомобіль не буде відповідати техвимоги і не зможе бути допущеним до змагань. Тому вибір глушника – завжди компроміс між його здатністю поглинати звук і низьким опором потоку.

Тепер, мабуть, варто уявити собі, яким чином звук гаситься в глушнику

Акустичні хвилі (шум) несуть в собі енергію, яка збуджує наш слух. Завдання глушника полягає в тому, щоб енергію коливань перевести в теплову. За способом роботи глушники треба розділити на чотири групи. Це обмежувачі, відбивачі, резонатори і поглиначі.

Обмежувач

Принцип його роботи простий. У корпусі глушника є істотне заужение діаметра труби, якесь акустичний опір, а за ним відразу великий обсяг, аналог ємності. Продавлюючи через опір звук, ми коливання згладжуємо об'ємом. Енергія розсіюється у дроселі, нагріваючи газ. Чим більше опір (менше отвір, тим ефективніше згладжування. Але тим більше опір потоку. Напевно, поганий глушник. Однак в якості попереднього глушника в системі – досить поширена конструкція.

Відбивач

У корпусі глушника організовується велика кількість акустичних дзеркал, від яких звукові хвилі відбиваються. Відомо, що при кожному відбитті частина енергії втрачається, витрачається на нагрівання дзеркала. Якщо влаштувати для звуку цілий лабіринт з дзеркал, то в кінці кінців ми розсіємо майже всю енергію і назовні вийде дуже ослаблений звук. За таким принципом будуються пістолетні глушники. Значно краща конструкція, проте так як в надрах корпусу ми змусимо також газовий потік змінювати напрямок, то все одно створимо деякий опір вихлопним газам. Така конструкція найчастіше застосовується у прикінцевих глушниках стандартних систем.

Резонатор

Глушники резонаторного типу використовують замкнуті порожнини, розташовані поруч з трубопроводом і сполучені з ним поруч отворів. Часто в одному корпусі буває два рівних обсягу, розділених глухою перегородкою. Кожне отвір разом із замкненою порожниною є резонатором, який збуджує коливання власної частоти. Умови розповсюдження резонансної частоти різко змінюються, і вона ефективно гаситься внаслідок тертя частинок газу в отворі. Такі глушники ефективно в малих розмірах гасять низькі частоти і застосовуються в основному в якості попередніх, перших у випускних системах. Істотного опору потоку не надають, оскільки розтин не зменшують.

Поглинач

Спосіб роботи поглиначів полягає в поглинанні акустичних хвиль якимсь пористим матеріалом. Якщо звук ми направимо, наприклад, в скловату, то він викличе коливання волокон вати і тертя волокон один про одного. Таким чином, звукові коливання перетворюються в тепло. Поглинете чи дозволяють побудувати конструкцію глушника без зменшення перерізу трубопроводу і навіть без вигинів, оточивши трубу з прорізаними в ній отворами шаром поглинаючого матеріалу. Такий глушник буде мати мінімально можливий опір потоку, однак і найгірше знижує шум. Треба сказати, що серійні випускні системи використовують у більшості випадків різні комбінації всіх наведених способів. Глушників в системі буває два, а іноді і більше. Слід звернути увагу на особливість конструкцій глушників, яка у разі самостійного виготовлення не дозволяє досягти ефективного зниження шуму, хоча здається, що все зроблено правильно. Якщо всередині глушника у його стінок немає поглинаючого матеріалу, то джерелом звуку стають стінки корпусу. Багато хто помічав, що деякі глушники мають зовні азбестову обкладку, притиснуту додатковим аркушем фальшкорпуса. Це і є та міра, яка дозволить обмежити випромінювання через стінки і запобігти нагрівання сусідніх елементів автомобіля. Така міра характерна для глушників першого і другого типів. Є ще одна обставина, яку не можна обійти увагою в статті про тюнінг. Це тембр звуку. Часто побажання клієнта до тюнинговой компанії полягають у тому, щоб за допомогою заміни глушника домогтися «благородного» звучання мотора. Треба зауважити, що якщо вимоги до випускної системи не поширюються далі зміни «голоси», то завдання істотно спрощується. Можна сказати, що, найімовірніше, для таких цілей підходить глушник поглинального типу. Його обсяг, кількість вибійки, а також сама набивання визначають спектр частот, інтенсивно поглинаються. Практично будь-яка м'яка набивка поглинає в більшій мірі високочастотну складову, надаючи бархатистість звуку. Глушники резонаторного типу гасять низькі частоти. Таким чином, варіюючи розміри, вміст і набір елементів, можна підібрати тембр звучання.

Тепер можна перейти до питання, найбільш популярному і більш складного — яким чином двигун завдяки налаштуванню випускної системи може отримати додаткову потужність?

Як ми вже з'ясували, коефіцієнт наповнення, обертаючий момент і потужність залежать від перепаду тиску між впускним і випускним колектором у фазі продувки. Випускну систему можна побудувати таким чином, що поширюються в трубах ударні хвилі, відбиваючись від різних елементів системи, будуть повертатися до випускного клапану у вигляді стрибка тиску або розрідження. Звідки ж з'явиться розрідження, запитаєте ви. Адже в трубу ми завжди тільки нагнітаємо і ніколи не відсмоктуємо. Справа в тому, що в силу інерції газів за стрибком тиску завжди слід фронт розрідження. Саме фронт розрідження цікавить нас найбільше. Треба тільки зробити так, щоб він був у потрібному місці в потрібний час. Місце нам вже добре відомо. Це випускний клапан. А час потрібно уточнити. Справа в тому, що час дії фронту вельми незначне. А час відкриття випускного клапана, коли фронт розрідження може створити корисну роботу, сильно залежить від швидкості обертання двигуна. Та й весь період фази випуску потрібно розбити на дві складові. Перша – коли клапан тільки що відкрився. Ця частина характеризується великим перепадом тиску і активним закінченням газів у випускний колектор. Відпрацьовані гази і без сторонньої допомоги після робочого ходу залишають циліндр. Якщо в цей момент хвиля розрідження досягне випускного клапана, малоймовірно, що вона зможе вплинути на процес очищення. А ось кінець випуску більш цікавий. Тиск в циліндрі вже впало майже до атмосферного. Поршень знаходиться біля ВМТ, значить, об'єм над поршнем мінімальний. Та ще впускний клапан вже відкритий. Пам'ятаєте? Такий стан (фаза перекриття) характеризується тим, що впускний колектор через камеру згоряння повідомляється з випускним. Ось тепер, якщо фронт раз режения досягне випускного клапана, ми зможемо суттєво покращити коефіцієнт наповнення, так як навіть за короткий час дії фронту вдасться продути маленький об'єм камери згоряння і створити розрідження, яке допоможе розгону паливоповітряної суміші в каналі впускного колектора. А якщо уявити собі, що як тільки всі відпрацьовані гази покинуть циліндр, а розрідження досягне свого максимального значення, випускний клапан закриється, ми зможемо у фазі впуску отримати заряд більший, ніж якби очистили циліндр тільки до атмосферного тиску. Цей процес дозарядки циліндрів з допомогою ударних хвиль у випускних трубах може дозволити отримати високий коефіцієнт наповнення і, як наслідок, додаткову потужність. Результат його дії приблизно такий, як якщо б ми нагнітали тиск у впускному колекторі за допомогою компресора. Зрештою, яка різниця, яким чином створений перепад тиску, заталкивающий свіжу суміш в камеру згоряння, з допомогою нагнітання з боку впускання або розрідження в циліндрі? Такий процес може відбуватися у випускній системі ДВС. Залишилася суща дрібниця. Потрібно організувати такий процес.......

....... Першим необхідною умовою дозарядки циліндрів з допомогою ударних хвиль треба назвати існування досить широкою фази перекриття. Строго кажучи, нас цікавить не стільки сама ширина фази як геометрична величина, скільки інтервал часу, коли обидва клапани відкриті. Без особливих роз'яснень зрозуміло, що при постійній фазі зі збільшенням швидкості обертання час зменшується. З цього автоматично випливає, що при налаштуванні випускної системи на певні обороти одним з варійованих параметрів ширина фази перекриття. Чим вище обороти налаштування, тим ширше потрібна фаза. З практики можна сказати, що фаза перекриття менше 70 градусів не дозволить мати помітний ефект, а значення для налаштованих на звичайні 6000 об/хв систем становить 80 — 90 градусів. Друга умова вже визначили. Це необхідність повернути до випускного клапану ударну хвилю. Причому в багатоциліндрових двигунах зовсім необов'язково повертати її в той циліндр, який її створив. Більш того, вигідно повертати її, а точніше, використовувати в наступному порядку роботи циліндрі. Справа в тому, що швидкість розповсюдження ударних хвиль у випускних трубах — є швидкість звуку. Для того щоб повернути ударну хвилю до випускного клапану того ж циліндра, припустимо, на швидкості обертання 6000 об/хв, треба розташувати відбивач на відстані приблизно 3,3 метра. Шлях, який пройде ударна хвиля за час двох обертів колінчастого валу при цій частоті, становить 6,6 метра. Це шлях до відбивача і назад. Відбивачем може служити, наприклад, різке багаторазове збільшення площі труби. Кращий варіант — зріз труби в атмосферу. Або, навпаки, зменшення перерізу у вигляді конуса, сопла Лаваля або, зовсім грубо, у вигляді шайби. Проте ми домовилися, що різні елементи, що зменшують розтин, нам нецікаві. Таким чином, налаштована на 6000 об/хв випускна система передбачуваної конструкції для, наприклад, чотирициліндрового двигуна буде виглядати як чотири труби, що відходять від випускних вікон кожного циліндра, бажано прямі, довжиною 3,3 метра кожна. У такої конструкції є цілий ряд істотних недоліків. По-перше, малоймовірно, що під кузовом, наприклад, Гольфу довжиною 4 метри або навіть Ауді А6 довжиною 4,8 метра можливо розмістити таку систему. Знову ж таки, глушник все таки потрібен. Тоді ми повинні кінці чотирьох труб ввести в банку досить великого обсягу, з близькими до відкритій атмосфері акустичними характеристиками. З цієї банки треба вивести газовідвідну трубу, яку необхідно оснастити глушником. Коротше, такого типу система для автомобіля не підходить. Хоча справедливості заради треба сказати, що на двотактних чотирициліндрових мотоциклетних моторах для кільцевих гонок вона застосовується. Для двотактного мотора, що працює на частоті вище 12 000 об/хв, довжина труб скорочується більш ніж в чотири рази і становить приблизно 0,7 метра, що цілком розумно навіть для мотоцикла. Повернемося до наших автомобільних двигунів. Скоротити геометричні розміри випускної системи, налаштованої на ті ж 6000 об/хв, цілком можна, якщо ми будемо використовувати ударну хвилю наступним по порядку роботи циліндром. Фаза випуску в ньому настане для трициліндрового двигуна через 240 градусів повороту колінчастого вала, для чотирициліндрового — через 180 градусів, для шестициліндрового — через 120 і для восьмициліндрового — через 90. Відповідно, інтервал часу, а отже, і довжина відводить від випускного вікна труби пропорційно зменшується і для, наприклад, чотирициліндрового двигуна скоротиться в чотири рази, що складе 0,82 метра. Стандартне в такому випадку рішення — всім відомий і бажаний «павук». Конструкція його дуже проста. Чотири так звані первинні труби, що відводять гази від циліндрів, плавно вигинаючись і наближаючись один до одного під невеликим кутом, з'єднуються в одну вторинну трубу, має площу перерізу у два три рази більше, ніж одна первинна. Довжина від випускних клапанів до місця з'єднання нам вже відома — для 6000 об/хв приблизно 820 мм. Робота такого «павука» полягає в тому, що наступний за ударною хвилею стрибок розрідження, досягаючи місця з'єднання всіх труб, починає поширюватися в зворотному напрямку в інші три труби. В наступному порядку роботи циліндрі у фазі випуску стрибок розрідження виконає потрібну для нас роботу. Тут треба сказати, що істотний вплив на роботу випускної системи надає також довжина вторинної труби. Якщо кінець вторинної труби випущений в атмосферу, то імпульси атмосферного тиску будуть поширюватися у вторинній трубі назустріч імпульсам, згенерованим двигуном. Суть налаштування довжини вторинної труби полягає в тому, щоб уникнути одночасної появи в місці з'єднання труб імпульсу розрідження і зворотного імпульсу атмосферного тиску. На практиці довжина вторинної труби злегка відрізняється від довжини первинних труб. Для систем, які будуть мати далі глушник, на кінці вторинної труби необхідно розмістити максимального обсягу і максимальної площі перерізу банку з поглинаючим покриттям усередині. Ця банку повинна якомога краще відтворювати акустичні характеристики нескінченної величини повітряного простору. Наступні за цією банкою елементи випускної системи, тобто труби і глушники, не роблять ніякого впливу на резонансні властивості випускної системи. Їх конструкцію, вплив на опір потоку, на рівень і тембр шуму ми вже обговорили. Чим нижче надлишковий тиск вони забезпечать, тим краще.

Отже, ми вже розглянули два варіанти побудови налаштованої на певні обороти випускної системи, яка за рахунок дозарядки циліндрів на обертах резонансу збільшує обертаючий момент. Це чотири окремі для кожного циліндра труби і так званий «павук» «чотири в одному». Слід також згадати про варіант «два в один — два в один» або «два Y», який найбільш часто зустрічається в тюнінгових автомобілях, так як легко компонується в стандартні кузова і не занадто сильно відрізняється за розмірами і формою від стандартного випуску. Влаштований він досить просто. Спочатку труби з'єднуються попарно від першого і четвертого циліндрів в одну і другого і третього в одну як циліндрів, рівновіддалених один від одного на 180 градусів по колінчастого валу. Дві утворилися труби з'єднуються в одну на відстані, відповідній частоті резонансу. Відстань вимірюється від клапана по середній лінії труби. Попарно з'єднуються первинні труби повинні з'єднуватися на відстані, що становить третину загальної довжини. Один з найпоширеніших питань, на які доводиться відповідати, це якийсь «павук» віддати перевагу. Відразу скажу, що відповісти на це питання однозначно не можна. У деяких випадках стандартний випускний колектор зі стандартною приймальною трубою працює абсолютно так само. Однак порівняти згадані три конструкції, безсумнівно, можна. Тут треба звернутися до такого поняття, як добротність. Остільки, оскільки налаштований випуск суть є коливальна система, резонансні властивості якої ми використовуємо, то зрозуміло, що її кількісна характеристика — добротність — цілком може бути різною. Вона дійсно різна. Добротність показує, у скільки разів амплітуда коливань на частоті настройки більше, ніж далеко від неї. Чим вона вища, тим більший перепад тиску ми можемо використовувати, тим краще наповнимо циліндри і, відповідно, отримаємо збільшення моменту. Так як добротність — енергетична характеристика, то вона нерозривно пов'язана з шириною резонансної зони. Не вдаючись у подробиці, можна сказати, що якщо ми отримаємо великий виграш з моменту, то тільки у вузькому діапазоні оборотів для високодобротної системи. І навпаки, якщо діапазон оборотів, в якому досягається поліпшення, великий, то за величиною виграш незначний, це низкодобротная система... На рис 2 по вертикальній осі відкладено тиск — розрідження, що отримується в районі випускного клапана, а по горизонтальній осі — обороти двигуна. Крива 1 характерна для високодобротної системи. У нашому випадку це чотири окремі труби, налаштовані на 6000 об/хв.

Перший. Так як обертаючий момент пропорційний перепаду тиску, то найбільший приріст дасть високодобротна система номер один. Однак у вузькому діапазоні оборотів. Налаштований двигун з такою системою буде мати яскраво виражений «підхоплення» в зоні резонансу. І абсолютно ніякої на інших оборотах. Так званий однорежимний або «літаковий» мотор. Такий двигун, швидше за все, зажадає багатоступінчату трансмісію. Реально такі системи в автомобілях не застосовуються. Система другого типу має більш «згладжений» характер, використовується в основному для кільцевих гонок. Робочий діапазон оборотів набагато ширше, провали менше. Але і приріст моменту менше. Таким чином налаштований двигун теж не подарунок, про еластичності і мріяти не доводиться. Однак якщо головне — висока швидкість при русі, то під такий режим буде підстроєна і трансмісія, і пілот освоїть способи управління. Система третього типу ще рівніше. Діапазон робочих обертів досить широкий. Плата за таку поступливість — ще менша добавка моменту, яку можна отримати при правильному налаштуванні. Такі системи використовуються для ралі, в тюнінгу для дорожніх автомобілів. Тобто для тих автомобілів, які їздять з частою зміною режимів руху. Для яких важливий рівний обертаючий момент у широкому діапазоні оборотів. Другий. Як завжди, безкоштовних пирогів не буває. На удвічі менших від резонансної частоти обертах фаза відбитої хвилі повернеться на 180 градусів, і замість стрибка розрідження у фазі перекриття до випускного клапану буде приходити хвиля тиску, яка буде перешкоджати продувці, тобто зробить бажану роботу навпаки. В результаті на удвічі менших обертах буде провал моменту, причому чим більшу добавку ми отримаємо вгорі, тим більше втратимо внизу. І ніякими налаштуваннями системи управління двигуном неможливо компенсувати цю втрату. Залишиться тільки миритися з цим фактом і експлуатувати мотор в тому діапазоні, який можна визнати «робочим». Проте людство придумало кілька способів боротьби з цим явищем. Один з них — електроннокеровані заслінки близько вихідних отворів в голівці. Суть їх роботи полягає в тому, що на низькій кратною частоті заслінка перегороджує частково вихлопний канал, перешкоджаючи поширенню ударних хвиль і тим самим руйнуючи став шкідливим резонанс. Кажучи більш точно, у багато разів зменшуючи добротність. Зменшення перерізу через прикритих заслінок на низьких оборотах не настільки важливо, так як генерується невелику кількість вихлопних газів. Другий спосіб — застосування так званих колекторів «A. R.».

Їх робота полягає в тому, що вони чинять невеликий опір потоку, коли тиск в колекторі менше, ніж у клапана, і збільшують опір, коли ситуація зворотна. Третій спосіб — розбіжність отворів у голівці і колекторі. Отвір у колекторі більшого розміру, ніж у голівці, співпадаюче по верхній кромці з отвором в голівці і не поєднаних приблизно на 1 — 2 мм по нижньому. Суть та ж, що і у випадку з «A. R.» конусом. З головки в трубу — «по шерсті», назад — «проти шерсті». Два останніх варіанти не можна вважати вичерпними зважаючи на те, що «по шерсті» все таки дещо гірше, ніж гладкі труби.

В якості ліричного відступу можу сказати, що розбіжність отворів — стандартне просте рішення для багатьох серійних двигунів, яке чомусь багато «тюнингаторы» вважають дефектом потокового виробництва. Третій. Наслідок другого. Якщо ми налаштуємо випускну систему на резонансну частоту, наприклад 4000 об/хв, то на 8000 об/хв отримаємо вищеописаний «провал», якщо на цих обертах система виявиться працездатною. Важливий аспект при розгляді роботи налаштованого випуску — це вимоги до його конструкції з точки зору акустичних властивостей. Перше і найважливіше — у системі не повинно бути інших відбиваючих елементів, які створять додаткові резонансні частоти, що розсіюють енергію ударної хвилі по спектру. Це означає, що всередині труб повинні бути відсутні різкі зміни площі перерізу, виступаючі всередину кути і елементи з'єднання. Радіуси вигину повинні бути настільки великими, наскільки дозволяє компонування двигуна в автомобілі. Всі відстані по середній лінії труби від клапана до місця з'єднання повинні бути по можливості однаковими. Друге важноеобстоятельствосостоит в тому, що ударна хвиля несе в собі енергію. Чим вище енергія, тим велику корисну роботу ми можемо від неї отримати. Мірою енергії газу є температура. Тому всі труби до місця їх з'єднання краще теплоізолювати. Зазвичай труби обмотують теплостійких, як правило, азбестовим матеріалом і закріплюють його на трубі за допомогою бандажів або стальнойпроволоки. Раз вже зараз говоримо про конструкції випускної системи, потрібно згадати про такому елементі конструкції, як гнучкі з'єднання. Справа в тому, що для передньопривідних автомобілів з поперечно розташованим силовим агрегатом існує проблема компенсації переміщень мотора щодо кузова. Так як опори двигуна при такій компоновці приймають на себе весь реактивний момент від приводних валів провідних коліс, крени силового агрегату щодо кузова в поздовжньому напрямку можуть мати значну величину. Звичайно, величина відхилення сильно залежить від жорсткості опор, однак нерідко переміщення головки блоку досягають величини 20 — 50 мм при переході від гальмування двигуном до розгону на нижчих передачах. У разі, якщо ми не дозволимо випускний системі вільно згинатися і зробимо її абсолютно жорсткою, кінець глушника повинен буде здійснювати коливання вгору-вниз з амплітудою 500 — 600 мм, що безумовно перевищує розумну величину дорожнього просвіту значної частини автомобілів. Якщо ми спробуємо в такому випадку закріпити трубу за кузов, то підвіска глушника почне грати роль додаткової опори силового агрегату і приймати на себе реактивний момент провідних коліс. У результаті або безперервно будуть рватися підвісні елементи випускної системи, або ламатися труби. Для того щоб позбутися від такого небажаного явища, застосовують гнучкі з'єднання між трубами випускної системи, дозволяючи приймальної труби переміщатися разом з мотором, а всій іншій системі залишатися паралельної кузову. Є кілька конструкцій, що дозволяють вирішити цю задачу. Дві найпоширеніші гофрована гнучка труба або кульове з'єднання у вигляді напівсферичної шайби з поджатой пружинами до неї відповідної частини. Гнучке з'єднання розташовують якомога ближче до осі повороту силового агрегату на опорах, щоб зменшити переміщення труб відносно кузова. Для налаштованих випускних систем кульове з'єднання переважно. Внутрішня поверхня гофрованої вставки спотворює форму труби, що призводить до появи паразитних частот резонансу. В якості ліричного відступу слід згадати, що для автомобілів такого компонування при збільшенні потужності в результаті доопрацювань двигуна і як наслідок збільшення моменту на передній провідної осі, стандартні опори силового агрегату виявляться перевантаженими і дозволять «стрибати» двигуну в підкапотному просторі з розмахом, цілком імовірно перевищує розумні межі. Тепер, після того як стали зрозумілі процеси, що відбуваються у випускній системі, цілком можна перейти до практичних рекомендацій по налаштуванню випускних систем. Відразу скажу, що в такій роботі не можна покладатися на свої відчуття і необхідно «озброїтися» вимірювальною системою. Вимірювати вона повинна прямим або непрямим методом обов'язково як мінімум два параметра — обертаючий момент і обороти двигуна. Абсолютно зрозуміло, що кращий прилад — динамометричний стенд для двигуна. Зазвичай поступають таким чином. Для підготовленого до випробувань двигуна виготовляють експериментальну випускну систему. Так як мотор на стенді і немає обмежень у конфігурації труб за відсутнього кузова, найпростіші форми цілком застосовні. Експериментальна система повинна бути зручною і максимально гнучкою для зміни її складу та довжин труб. Хороший і швидкий результат дають різного роду телескопічні вставки, що дозволяють змінювати довжини елементів в розумних межах. Якщо ви хочете домогтися від вашої силової установки максимальних параметрів, ви повинні бути готові виконати значну кількість експериментів. Математичний розрахунок і «попадання в яблучко» з першого разу виключіть з розгляду, як подія надзвичайно малоймовірне. Його можна використовувати як «приземлення в заданому районі». Деяку впевненість в тому, що ви недалеко від істини, дають досвід і попередні експерименти з аналогічними за характеристиками моторами, у яких були отримані хороші результати. Тут, ймовірно, треба зупинитися і відповісти на питання, а на яку частоту потрібно настроїти випускну систему. Для цього треба визначити мету. Остільки, оскільки в самому початку статті ми вирішили, що будемо домагатися максимальної потужності, то кращий в цьому сенсі варіант, якщо ми отримаємо приріст моменту на тій ділянці моментної кривої, де коефіцієнт наповнення, а отже, і момент починають суттєво падатиза високої швидкості обертання, тобто потужність перестане рости. Тоді невелике збільшення моменту дасть суттєвий виграш в потужності. См. рис. 3. Для того щоб дізнатися цю частоту, необхідно як мінімум мати моментну криву двигуна з ненастроенным вихлопом, тобто, наприклад, зі стандартним колектором, відкритим в атмосферу. Звичайно, такі експерименти дуже галасливі і, вибачте за грубе слово, смердючі, проте необхідні. Деякі заходи щодо захисту органів слуху і хороша вентиляція дозволять отримати необхідні дані. Потім, коли нам стане відома частота настройки, навантажуємо двигун так, щоб обороти стабілізувалися в потрібній точці на кривій на 100% відкритому дроселі. Тепер можна починати експериментувати з різними приймальними трубами. Мета — підібрати таку приймальню трубу або «павук», а точніше її довжину, щоб отримати приріст моменту на потрібній частоті. При попаданні в потрібну точку динамометр відразу відгукнеться збільшенням вимірюваної сили. Швидше за все результат буде отриманий, якщо використовувати телескопічні труби і змінювати довжину на працюючому і навантаженому двигуні. Заходи безпеки будуть незайвими, так як присутня ймовірність опіку, так і працює з повним навантаженням двигун небезпечний у сенсі руйнації. Відомі випадки, коли при аварії уламки блоку циліндрів пробивали кузов автомобіля і влітали в кабіну водія. Після того, як буде знайдена конфігурація «павука», можна приступати до налаштування вторинної труби аналогічним чином. Як я вже говорив, вплив всіх інших елементів випускної системи зводиться до того, щоб не втратити вже досягнутого. Тому досить плановані до установки в автомобіль труби і глушник пристикувати до знайденим і налаштованим першим двом елементам і переконатися, що налаштування збереглися або істотно не погіршилися. Далі можна приступати до проектування і виготовлення робочої системи, яка буде відповідати автомобілю і розміститься в призначеному для неї тунелі кузова. Повинен сказати, що робота дуже велика і малоймовірно, що може бути виконана без спеціального обладнання. Крім того, необхідно мати на увазі, що на параметри випускної системи впливають багато факторів. Відомий авторитет у галузі спортивних моторів в США Smokey Yunick вважає, що спільної налаштуванню підлягає випускна система, впускні і випускні канали головки, форма камери згоряння, фази газорозподілу (распредвал), фазування двигуна, впускний колектор, система живлення і система запалювання. Він стверджує, що будь-яка зміна в одній з названих компонент обов'язково тягне за собою перенастроювання всіх інших для того, щоб в гіршому випадку не нашкодити, а в кращому досягти більшої ефективності мотора. Як мінімум зрозуміло, що у фазі перекриття, коли налаштована випускна система виконує корисну роботу, ми маємо справу з наскрізним потоком газів з впускного у випускний колектор через камеру згоряння. Впускний колектор точно так само, як і випускна система, може розглядатися як коливальна акустична система зі своїми резонансними властивостями. Так як мета налаштування полягає в отриманні максимального перепаду тиску, роль впускного колектора, а точніше його геометрії, очевидна. Її вплив для моторів з широкою фазою перекриття може виявитися менше, ніж від випуску в силу меншої енергетики, проте спільна налаштування категорично необхідна. Для узкофазных моторів (читай — серійних) налаштування впускного колектора, мабуть, єдиний спосіб отримати резонансний наддув. Кілька слів хотілося б сказати про різницю в налаштуванні впрыскного і карбюраторного моторів. По-перше, у впрыскного мотора конструкція впускного колектора може бути будь-яка, так як ми не пов'язані з конструктивними особливостями карбюратора, а значить, можливості налаштування набагато ширше. Удруге, у нього на кратних частотах негативний вплив зворотного перепаду тиску істотно нижче. Карбюратор на будь-який рух повітря в дифузорі розпилює паливо. Тому для кратних частот характерно перезбагачення суміші из_за того, що один і той же об'єм повітря спочатку рухається через карбюратор з камери згоряння до фільтру, а потім у тому ж такті назад. У разі електронної системи упорскування кількість палива може бути строго відрегульовано за допомогою програми керування. Також програмований кут випередження запалювання може допомогти зменшити на цих обертах шкідливий вплив зворотної хвилі, не кажучи вже про управління тими заслінками на вихлопі, які вже згадувались. І по-третє, вимога якісного приготування суміші на низьких обертах диктує необхідність застосовувати звужується переріз в карбюраторі, відоме як дифузор, що створює додатковий опір потоку на високих оборотах. Заради справедливості треба сказати, що горизонтальні здвоєні карбюратори Вебер, Деллерто або Солекс частково вирішують цю проблему, дозволяючи кожному циліндру дати трубу необхідної довжини з метою настройки на потрібні обороти, мати досить велике перетин, але з переобогащением все одно боротися не в силах. Є ще один прийом, що дозволяє підвищити ефективність випускної системи. Застосовується він в основному в тюнінгу, так як за певних естетичних уподобаннях конструктора дозволяє створити помітний зовнішній вигляд автомобіля. Де небудь, як мінімум на фотографіях авто американських любителів, ви напевно бачили автомобілі з піднятими з під заднього бампера мало не до даху кінцями випускних труб.

Ідея такої конструкції полягає в тому, що при русі заднім зрізом автомобіля створюється «повітряний мішок», або зона розрідження. Якщо знайти те місце, де розрідження максимально, і кінець вихлопної труби помістити в цю точку, то рівень статичного тиску всередині випускної системи ми знизимо. Відповідно статичний рівень тиску у випускного клапана впаде на ту ж величину. Остільки, оскільки коефіцієнт наповнення тим вище, чим нижче тиск у випускного клапана, таке рішення можна вважати вдалим. В заключение хочу сказать, что при кажущейся простоте установка другой, отличной от серийной выпускной системы, как бы она ни была похожа на то, что применяется в спорте, вовсе не гарантирует вашему автомобилю дополнительных лошадиных сил. Если у вас нет возможности провести настройки для вашего конкретного варианта мотора, то самый разумный путь состоит в том, что вы купите полный комплект комплектующих для доработки мотора у того, кто эти испытания уже выполнил и заранее знает результат. Ймовірно, комплект повинен включати в себе як мінімум распредвал, впускний і випускний колектори і програму для вашого блоку управління двигуном.