Чуть ли не самая пользующаяся популярностью тема во всех "курилках", так либо по другому связанных с тюнингом автомобилей, – выпускные системы движков.

По последней мере, я почаще отвечаю на вопросы о выхлопе, чем о клапанах, головках, коленвалах и иных составляющих опции движков. При этом спектр вопросов приблизительно последующий: от "скажите, как применить формулу для вычисления резонансной частоты (приводится соотношение для резонатора Гельмгольца) к четырехдроссельному впуску?" до "мне друг подарил "паук" со собственного спортивного "гольфа". Сколько прибавится лошадиных сил, если я его установлю на собственный автомобиль?" либо " я строю для себя мотор. Какой глушитель приобрести, чтоб было больше мощности?", либо "сколько лошадиных сил прибавится, если я заместо катализатора установлю резонатор?". При этом во всех вопросах красноватой линией проходит дополнительная мощность.

Так давайте для начала разберемся, где же лежит эта дополнительная мощность. И почему выпускной тракт оказывает влияние на работу мотора.

Если мы все дружно осознаем, что мощность есть произведение крутящего момента на скорость вращения коленчатого вала (обороты), то понятно, что мощность – зависимая от скорости величина. Разглядим чисто теоретический движок (не принципиально, электронный он, внутреннего сгорания либо турбореактивный), который дает неизменный крутящий момент на оборотах от 0 до бесконечности. (кривая 2 на рис. 1) Тогда его мощность будет линейно расти с оборотами от 0 до бесконечности (кривая 1 на рис. 1). Предмет нашего энтузиазма – четырехтактные многоцилиндровые движки внутреннего сгорания в силу конструкции и процессов, в их происходящих, имеют рост момента с повышением оборотов до его наибольшей величины, и с предстоящим повышением оборотов момент опять падает (кривая 3 на рис. 1). И тогда мощность будет иметь аналогичный вид (кривая 4 на рис. 1).

Принципиальным обстоятельством для осознания функций выпускной системы является связь крутящего момента с коэффициентом заполнения цилиндра. Давайте для себя представим процесс, происходящий в цилиндре в фазе впуска. Представим, коленчатый вал мотора крутится так медлительно, что мы можем следить движение топливовоздушной консистенции в цилиндре и в хоть какой момент времени давление во впускном трубопроводе и цилиндре успевает выравниваться.

Представим, что вверхней мертвой точке (ВМТ) давление в камере сгорания равно атмосферному. Тогда при движении поршня из ВМТ в нижнюю мертвую точку (НМТ) в цилиндр попадет количество свежайшей топливовоздушной консистенции, точно равное объему цилиндра. Молвят, что в таком случае коэффициент заполнения равен единице. Представим, что в вышеперечисленном процессе мы закроем впускной клапан в положении поршня, соответственном 80% его хода. Тогда мы наполним цилиндр лишь на 80% его объема и масса заряда составит соответственно 80%. Коэффициент заполнения в таком случае будет 0.8.

Другой случай. Пусть неким образом нам удалось во впускном коллекторе сделать давление на 20% выше атмосферного. Тогда в фазе впуска мы сможем наполнить цилиндр на 120% по массе заряда, что будет соответствовать коэффициенту заполнения 1.2. Так, сейчас самое главное. Крутящий момент мотора однозначно на кривой момента соответствует коэффициенту заполнения цилиндра. Другими словами крутящий момент там выше, где коэффициент заполнения выше, и ровно во столько же раз, если, естественно, мы не учитываем внутренние утраты в движке, которые вырастают со скоростью вращения. Из этого понятно, что кривую момента и, соответственно, кривую мощности определяет зависимость коэффициента заполнения от оборотов. У нас есть возможность оказывать влияние в неких границах на зависимость коэффициента заполнения от скорости вращения мотора при помощи конфигурации фаз газораспределения.

В общем случае, не вдаваясь в подробности, можно сказать, что чем обширнее фазы и чем в более раннюю по отношению к коленчатому валу область мы их сдвигаем, тем на огромных оборотах будет достигнут максимум крутящего момента. Абсолютное значение наибольшего момента при всем этом будет малость меньше, чем с более узенькими фазами (кривая 5 на рис. 1).

Существенное значение имеет так именуемая фаза перекрытия. Дело в том, что при высочайшей скорости вращения определенное воздействие оказывает инерция газов в движке. Для наилучшего заполнения в конце фазы выпуска выпускной клапан нужно закрывать несколько позднее ВМТ, а впускной открывать намного ранее ВМТ. Тогда у мотора возникает состояние, когда в районе ВМТ при наименьшем объеме над поршнем оба клапана открыты и впускной коллектор сообщается с выпускным через камеру сгорания. Это очень принципиальное состояние в смысле воздействия выпускной системы на работу мотора.

Сейчас, я думаю, пора разглядеть функции выпускной системы. Сходу скажу, что в выпускной системе находится три процесса. 1-ый – сдемпфированное в той либо другой степени истечение газов по трубам. 2-ой – гашение акустических волн с целью уменьшения шума. И 3-ий – распространение ударных волн в газовой среде. Хоть какой из нареченных процессов мы будем рассматривать с позиции его воздействия на коэффициент заполнения. Строго говоря, нас интересует давление в коллекторе у выпускного клапана в момент его открытия. Понятно, что чем наименьшее давление, а лучше даже ниже атмосферного, получится получить, тем больше будет перепад давления от впускного коллектора к выпускному, тем больший заряд получит цилиндр в фазе впуска.

Начнем с довольно тривиальных вещей. Выпускная труба служит для отвода выхлопных газов за границы кузова автомобиля. Совсем понятно, что она не должна оказывать существенного сопротивления сгустку. Если по какой то причине в выпускной трубе появился сторонний предмет, закрывающий поток газов (к примеру, соседи пошутили и запихнули в выхлопную трубу картошку), то давление в выпускной трубе не будет успевать падать, и в момент открытия выпускного клапана давление в коллекторе будет противодействовать чистке цилиндра. Коэффициент заполнения свалится, потому что оставшееся огромное количество отработанных газов не позволит наполнить цилиндры в прежней степени свежайшей консистенцией. Соответственно, движок не сумеет производить прежний крутящий момент.

Очень принципиально осознавать, что размеры трубы и конструкция глушителей шума в серийном автомобиле довольно отлично соответствуют количеству отработанных газов, вырабатываемых движком в единицу времени. Как серийный движок подвергся изменениям с целью роста мощности (будь то повышение рабочего объема либо повышение момента на больших оборотах), сходу возрастает расход газа через выпускную трубу и следует ответить на вопрос, а не делает ли сейчас в новых критериях лишнего сопротивления серийная выпускная система. Так что из рассмотрения первого процесса, обозначенного нами, следует прийти к выводу о достаточности размеров труб. Совсем понятно, что после некого разумного размера наращивать сечение труб для определенного мотора глупо, улучшения не будет. А отвечая на вопрос, где же мощность, можно сказать, что здесь главное не утратить, прибрести же ничего нереально.

Из практики могу сказать, что для мотора объемом 1600 куб. см, имеющего неплохой крутящий момент до 8000 об./мин., полностью довольно трубы поперечником 52 мм. Как мы говорим о сопротивлении в выпускной системе, нужно упомянуть о таком принципиальном элементе, как глушитель шума. Потому что в любом случае глушитель делает сопротивление сгустку, то можно сказать, что наилучший глушитель – полное его отсутствие. К огорчению, для дорожного автомобиля это могут для себя позволить только отчаянные нахалы.

Борьба с шумом – это, как ни крути, забота о нашем с вами здоровье. Не только лишь в ежедневной жизни, да и в автоспорте действуют ограничения на шум, производимый движком автомобиля. Вынужден огласить, что в большинстве классов спорткаров шум выпуска ограничен уровнем 100 дб. Это достаточно приклнные условия, но без глушителя ни один автомобиль не будет соответствовать техтребованиям и не сумеет быть допущенным к соревнованиям. Потому выбор глушителя – всегда компромисс меж его способностью всасывать звук и низким сопротивлением сгустку.

Сейчас, наверняка, следует представить для себя, каким образом звук гасится в глушителе.

Акустические волны (шум) несут внутри себя энергию, которая возбуждает наш слух. Задачка глушителя заключается в том, чтоб энергию колебаний перевести в термическую. По методу работы глушители нужно поделить начетыре группы. Это ограничители, отражатели, резонаторы и поглотители.

Ограничитель

Принцип его работы прост. В корпусе глушителя имеется существенное заужение поперечника трубы, некоторое акустическое сопротивление, а за ним сходу большой объем, аналог емкости. Продавливая через сопротивление звук, мы колебания сглаживаем объемом. Энергия рассеивается в дросселе, нагревая газ. Чем больше сопротивление (меньше отверстие), тем эффективней сглаживание. Но тем больше сопротивление сгустку. Наверняка, нехороший глушитель. Но в качестве подготовительного глушителя в системе – достаточно всераспространенная конструкция.

Отражатель

В корпусе глушителя организуется огромное количество акустических зеркал, от которых звуковые волны отражаются. Понятно, что при каждом отражении часть энергии пропадает, тратится на нагрев зеркала. Если устроить для звука целый лабиринт из зеркал, то в конце концов мы рассеем практически всю энергию и наружу выйдет очень ослабленный звук. По такому принципу строятся пистолетные глушители. Существенно наилучшая конструкция, но потому что в недрах корпуса мы заставим также газовый поток поменять направление, то все равно сделаем некое сопротивление выхлопным газам. Такая конструкция в большинстве случаев применяется в оконечных глушителях стандартных систем.

Резонатор

Глушители резонаторного типа употребляют замкнутые полости, расположенные рядом с трубопроводом и соединенные с ним рядом отверстий. Нередко в одном корпусе бывает два не равных объема, разбитых глухой перегородкой. Каждое отверстие совместно с замкнутой полостью является резонатором, возбуждающим колебания своей частоты. Условия распространения резонансной частоты резко изменяются, и она отлично гасится вследствие трения частиц газа в отверстии. Такие глушители отлично в малых размерах гасят низкие частоты и используются в главном в качестве подготовительных, первых в выпускных системах. Существенного сопротивления сгустку не оказывают, т.к. сечение не уменьшают.

Поглотитель

Метод работы поглотителей заключается в поглощении акустических волн некоторым пористым материалом. Если мы звук направим, к примеру, в стекловату, то он вызовет колебания волокон ваты и трение волокон друг о друга. Таким макаром, звуковые колебания будут преобразованы в тепло. Поглотите ли позволяют выстроить конструкцию глушителя без уменьшения сечения трубопровода и даже без извивов, окружив трубу с прорезанными в ней отверстиями слоем всасывающего материала. Таковой глушитель будет иметь мало вероятное сопротивление сгустку, но и ужаснее всего понижает шум.

Нужно сказать, что серийные выпускные системы употребляют почти всегда разные композиции всех приведенных методов. Глушителей в системе бывает два, а время от времени и больше. Следует направить внимание на особенность конструкций глушителей, которая в случае самостоятельного производства не позволяет достигнуть действенного понижения шума, хотя кажется, что все изготовлено верно. Если снутри глушителя у его стен нет всасывающего материала, то источником звука становятся стены корпуса.

Многие замечали, что некие глушители имеют снаружи асбестовую обкладку, прижатую дополнительным листом фальшкорпуса. Это и есть та мера, которая позволит ограничить излучение через стены и предупредить нагрев примыкающих частей автомобиля. Такая мера свойственна для глушителей первого и второго типов.

Еще есть одно событие, которое нельзя обойти вниманием в статье о тюнинге. Это тембр звука. Нередко пожелания клиента к тюнинговой компании заключаются в том, чтоб средством подмены глушителя достигнуть "великодушного" звучания мотора. Нужно увидеть, что если требования к выпускной системе не распространяются далее конфигурации "голоса", то за дача значительно упрощается. Можно сказать, что, скорее всего, для таких целей больше подходит глушитель поглотительного типа. Его объем, количество набивки, также сама набивка определяют диапазон частот, активно поглощаемых. Фактически неважно какая мягенькая набивка поглощает в основном высокочастотную составляющую, придавая бархатистость звуку. Глушители резонаторного типа гасят низкие частоты. Таким макаром, варьируя размеры, содержимое и набор частей, можно подобрать тембр звучания.

Сейчас можно перейти к вопросу, более пользующемуся популярностью и поболее сложному. Каким образом движок благодаря настройке выпускной системы может получить дополнительную мощность?

Как мы уже уяснили, коэффициент заполнения, крутящий момент и мощность зависят от перепада давления меж впускным и выпускным коллекторами в фазе продувки. Выпускную систему можно выстроить таким макаром, что распространяющиеся в трубах ударные волны, отражаясь от разных частей системы, будут ворачиваться к выпускному клапану в виде скачка давления либо разрежения.

Откуда же появится разрежение, спросите вы. Ведь в трубу мы всегда только нагнетаем и никогда не отсасываем. Дело в том, что в силу инерции газов за скачком давления всегда следует фронт разрежения. Конкретно фронт разрежения интересует нас больше всего. Необходимо только сделать так, чтоб он был в подходящем месте в необходимое время. Место нам уже отлично понятно. Это выпускной клапан. А время необходимо уточнить. Дело в том, что время деяния фронта очень малозначительное. А время открытия выпускного клапана, когда фронт разрежения может сделать полезную для нас работу, очень находится в зависимости от скорости вращения мотора.

Ну и весь период фазы выпуска необходимо разбить на две составляющие. 1-ая – когда клапан только-только открылся. Эта часть характеризуется огромным перепадом давления и активным истечением газов в выпускной коллектор. Переработанные газы и без сторонней помощи после рабочего хода покидают цилиндр. Если в этот момент волна разрежения достигнет выпускного клапана, маловероятно, что она сумеет воздействовать на процесс чистки. А вот конец выпуска более увлекателен. Давление в цилиндре уже свалилось практически до атмосферного. Поршень находится около ВМТ, означает, объем над поршнем мал. Да еще впускной клапан уже приоткрыт. Помните? Такое состояние (фаза перекрытия) характеризуется тем, что впускной коллектор через камеру сгорания сообщается с выпускным. Вот сейчас, если фронт раз режения достигнет выпускного клапана, мы сможем значительно сделать лучше коэффициент заполнения, потому что даже за куцее время деяния фронта получится продуть небольшой объем камеры сгорания и сделать разрежение, которое поможет разгону топливовоздушной консистенции в канале впускного коллектора.

А если представить для себя, что как все переработанные газы покинут цилиндр, а разрежение достигнет собственного наибольшего значения, выпускной клапан закроется, мы сможем в фазе впуска получить заряд больший, чем если б очистили цилиндр только до атмосферного давления. Этот процесс дозарядки цилиндров при помощи ударных волн в выпускных трубах может позволить получить высочайший коэффициент заполнения и, как следствие, дополнительную мощность. Итог его деяния приблизительно таковой, как если б мы нагнетали давление во впускном коллекторе при помощи компрессора. В конце концов, какая разница, каким образом сотворен перепад давления, заталкивающий свежайшую смесь в камеру сгорания, при помощи нагнетания со стороны впуска либо разрежения в цилиндре? Таковой вот процесс может полностью происходить в выпускной системе ДВС. Осталась сущая мелочь. Необходимо таковой процесс организовать.