Усовершенствование системы выпуска

Конструкция выпускной системы играет заметную роль при увеличении мощности двигателя. Под выпускной системой понимается весь выпускной тракт от выпускного канала до конца выпускной трубы. Любое сопротивлению потоку отработавших газов на этом пути уменьшает мощность и экономичность двигателя, так как обратное давление в выпускной системе создает сопротивление поршню в такте выпуска.

Поток выхлопных газов начинается у выпускного клапана и конструкция выпускного канала должна обеспечивать минимальное сопротивление и соответствующую скорость, необходимые для удаления отработавших газов в момент перекрытия клапанов. Доработка выпускного канала в головке блока цилиндров для улучшения характеристик системы выпуска производится аналогично обработке впускных каналов ГБЦ и рассмотрена в разделе «Улучшение наполнения цилиндров бензовоздушной смесью». Для улучшения характеристик выпускных каналов в ГБЦ целесообразно удалить излишки металла из областей максимальной скорости, не опуская при этом чрезмерно нижнюю часть канала, удалить выступы около седел клапанов, уменьшить размеры выступающей части направляющих втулок клапанов, установить бронзовые направляющие втулки и обеспечить хорошее прилегание клапанов.

Улучшить очистку камеры сгорания от выхлопных газов также возможно установкой выпускных клапанов большего диаметра. Однако при этом необходимо соблюдать определенную пропорцию. Многочисленные эксперименты показали, что при применении в головке блока цилиндров клапанов больших размеров оптимальный поток через выпускной клапан должен составлять примерно 75% от потока через впускной клапан [19]. Если двигатель оснащен турбонаддувом или системой впрыска окиси азота, это соотношение увеличивается до величины 90%.

В любом случае к усовершенствованию системы выпуска отработавших газов целесообразно приступать лишь после того, как использованы остальные методы увеличения мощности двигателя. Стандартная система выпуска обычного двигателя в большинстве случаев обеспечивает достаточную эффективность очистки цилиндров и как правило имеет значительный запас производительности. При умеренной форсировке двигателя этого запаса бывает вполне достаточно для нормальной очистки камеры сгорания от выхлопных газов. Если система выпуска обеспечивает достаточную очистку камеры сгорания, то ее дальнейшее улучшение не приведет к сколько-нибудь заметному улучшению мощностных характеристик. Поэтому прежде, чем приступать к работам по системе выпуска, следует оценить ее целесообразность. Для этого измеряется обратное давление выпускных газов в разных точках выпускного тракта, что позволяет определить необходимость усовершенствования его тех или иных звеньев. Для этого перед резонатором (или перед катализатором, если он установлен) и перед глушителем в выпускных трубах ввариваются отборочные штуцеры для отбора выхлопных газов. Целесообразно использовать штуцеры с резьбой и формой канала аналогичные штуцерам тормозных трубок. После завершения измерений в штуцеры завинчиваются пробки-заглушки. Эти пробки желательно изготовить из латуни, чтобы обеспечить их свободное отворачивание в процессе эксплуатации. Для измерений в штуцер заворачивается тормозная трубка длиной 400-500 мм, которая будет рассеивать избыточное тепло. На обратный конец трубки надевается резиновый шланг, с другой стороны подсоединяемый к манометру с диапазоном измерений до 1 кг/с м³ . Необходимо следить, чтобы шланг не касался деталей выпускной системы.

Обратное давление измеряется при разгоне автомобиля с полностью открытой дроссельной заслонкой. Давление по манометру определяют во время разгона при росте оборотов и записывают эти значения при разных значениях оборотов. Если значения обратного давления при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой превышают 0,35 кг/с м³ в какой-либо области оборотов, то выпускная система нуждается в доработке [19].

Для усовершенствования выпускной системы проводят изменение конструкции и формы выпускных труб и замену глушителей. Каждый изгиб выпускной трубы увеличивает обратное давление и таким образом уменьшает мощность двигателя. Для снижения этого эффекта в местах сгибов желательно использовать трубы большего диаметра. Радиусы изгибов следует выполнять также как можно большими. Любые внутренние неровности в трубах также увеличивают обратное давление.

Немаловажное значение имеет имеет конструкция выпускного коллектора. Импульсы выпуска из разных цилиндров, взаимодействуя с потоком выхлопных газов, образуют сложную динамическую структуру. Движущаяся масса газов имеет значительную инерцию. Эта инерция при правильной настройке выпускного коллектора втягивает дополнительную топливовоздушную смесь через открытые впускные и выпускные клапаны при перекрытии клапанов. Кроме этого, когда происходит выброс порции отработавших газов из системы, образуется ударная волна, также позволяющая втянуть дополнительную порцию топливовоздушной смеси в момент перекрытия клапанов. Когда выпускной клапан открывается, выхлопные газы устремляются в выхлопную трубу и образуется импульс давления, движущийся со скоростью звука. Этот импульс достигает конца выпускной трубы и образует отраженную волну с давлением ниже атмосферного. Обратная волна движется назад к выпускному клапану также со скоростью звука (зависящей от температуры и имеющей в данном случае значение 350-400 м/сек [19]). Путем изменения длины первичной трубы коллектора можно изменять время, требуемое для возврата волны к выпускному клапану, таким образом можно подобрать это время для определенных оборотов двигателя так, чтобы волна возвращалась к моменту открытия выпускного клапана при перекрытии клапанов и вызывала втягивание топливовоздушной смеси через еще не закрытый впускной клапан. Регулировка длины выпускного коллектора для оптимизации продувки обратной волной называется резонансной настройкой. Такая настройка обеспечивает нужное время возврата импульса в узком диапазоне оборотов двигателя. Если труба относительно короткая, то резонансный эффект наступает на высоких оборотах, а если труба длинная — в области низких оборотов.

Естественно, что для достижения резонансного эффекта во всех цилиндрах длины всех труб от разветвителя до выпускного клапана в разных цилиндрах должны быть одинаковы, а соединение труб от цилиндров в приемную трубу для четырехцилиндрового двигателя выполняться в одном месте. Характеристики выпускной системы в значительной степени определяются характеристиками распределительного вала, определяющего, в какой области оборотов двигателя будут достигаться максимальная мощность и крутящий момент. Для работы двигателя на высоких оборотах выпускная система должна иметь выпускной коллектор с трубами большого диаметра и относительно короткие приемные трубы. Для повседневной эксплуатации и улучшения топливной экономичности необходимы выпускные коллекторы с трубами небольшого диаметра и длинные приемные трубы.

Ниже показан пример исполнения настроенного выпускного коллектора для двигателя УЗАМ, сваренного из стальных труб:

Следующим элементом настройки выпускной системы является глушитель. Стандартный глушитель имеет объемный корпус и разнесенные входящую и выходящую трубы, между которыми расположена звукопоглощающая конструкция. Глушители по типу глушения имеют 3 основных типа: ограничители, поглотители и отражатели. Уменьшение шума в большинстве стандартных глушителей достигается созданием ограничения потоку выхлопных газов, что практически достигается продавливанием этих газов через большое количество отверстий малого диаметра. Такие глушители создают большое обратное давление. Глушители, работающие на поглощении, преобразуют звуковые волны в тепло при взаимодействии с поглощающим материалом. Этот метод создает меньшее обратное давление, но менее эффективно заглушает шум. Возможно также глушение шума при отражении звуковых волн от внутренних перегородок глушителя. Хорошие глушители сочетают методы отражения и поглощения.

В настоящее время широкое применение получили так называемые «прямоточные» глушители, имеющие сквозную трубу от входа к выходу и отверстия, пробитые в этой трубе под определенным углом, разрывающими поток выхлопных газов. Степень глушения шума в таких глушителях как правило ниже, чем в традиционных глушителях, к тому же существенно зависит от потока выхлопных газов, поэтому необходимо тщательно подбирать прямоточные глушители в соответствии с характеристиками потока выхлопных газов конкретного автомобиля. Есть большой выбор прямоточных глушителй, нпример, Powerfull, Remus и других.

В заключение необходимо отметить, что глушитель повседневно эксплуатируемого автомобиля должен соответствовать своему названию, т.е. глушить шум от выпуска отработавших газов двигателя. В последнее время широкое распространение получило применение на обычных автомобилях так называемых «спортивных» глушителей, по сути зачастую являющихся просто трубой с красивой хромированной насадкой, распугивающих незадачливых прохожих и соседние машины и будящий спокойно спящих дома граждан среди ночи, проносясь с оглушительным ревом по узкой дворовой дорожке на скорости 140 км/час. Ясно, что такие «конструкции» практически не улучшают мощностных характеристик двигателя, а их использование — не более чем не слишком удачный способ обратить на себя внимание любой ценой, а по сути — просто показатель отсутствия внутренней внешней) культуры его владельца.

Дата публикации: 23.10.2007