Устойство и принцип работы прямоточных глушителей.

[O6JIOM 0]

Создал данную тему для пояснения принципов действия различного типа прямотоков.

Но для начала немного основы выпускных систем. Взято из инета

http://www.autoelectric.ru/advices/vihlop/vihlop.htm

ПОЧЕМУ ВЫПУСКНОЙ ТРАКТ ВЛИЯЕТ НА РАБОТУ МОТОРА.

Если мы все дружно понимаем, что мощность есть произведение вращающего момента на скорость вращения коленчатого вала (обороты), то понятно, что мощность - зависимая от скорости величина. Рассмотрим чисто теоретический двигатель (не важно, электрический он, внутреннего сгорания или турбореактивный), который отдает постоянный вращающий момент на оборотах от 0 до бесконечности, (кривая 2 на рис. ниже) Тогда его мощность будет линейно расти с оборотами от 0 до бесконечности (кривая 1 на рис. ниже). Предмет нашего интереса - четырехтактные многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания в силу конструкции и процессов, в них происходящих, имеют рост момента с увеличением оборотов до его максимальной величины, и с дальнейшим увеличением оборотов момент снова падает (кривая 3 на рис. ниже). Тогда и мощность будет иметь аналогичный вид (кривая 4 на рис. ниже).

Важным обстоятельством для понимания функций выпускной системы является связь вращающего момента с коэффициентом наполнения цилиндра. Давайте себе представим процесс, происходящий в цилиндре в фазе впуска. Предположим, коленчатый вал двигателя вращается настолько медленно, что мы можем наблюдать движение топливовоздушной смеси в цилиндре и в любой момент времени давление во впускном трубопроводе и цилиндре успевает выравниваться. Предположим, что в верхней мертвой точке (ВМТ) давление в камере сгорания равно атмосферному. Тогда при движении поршня из ВМТ в нижнюю мертвую точку (НМТ) в цилиндр попадет количество свежей топливовоздушной смеси, точно равное объему цилиндра. Говорят, что в таком случае коэффициент наполнения равен единице. Предположим, что в вышеописанном процессе мы закроем впускной клапан в положении поршня, соответствующем 80% его хода. Тогда мы наполним цилиндр только на 80% его объема и масса заряда составит соответственно 80%. Коэффициент наполнения в таком случае будет 0,8. Другой случай. Пусть некоторым образом нам удалось во впускном коллекторе создать давление на 20% выше атмосферного. Тогда в фазе впуска мы сможем наполнить цилиндр на 120% по массе заряда, что будет соответствовать коэффициенту наполнения 1,2. Так, теперь самое главное. Вращающий момент двигателя совершенно точно на кривой момента соответствует коэффициенту наполнения цилиндра. То есть вращающий момент там выше, где коэффициент наполнения выше, и ровно во столько же раз, если, конечно, мы не учитываем внутренние потери в двигателе, которые растут со скоростью вращения. Из этого понятно, что o кривую момента и, соответственно, кривую мощности определяет зависимость коэффициента наполнения от оборотов. У нас есть возможность влиять в некоторых пределах на зависимость коэффициента наполнения от скорости вращения двигателя с помощью изменения фаз газораспределения. В общем случае, не вдаваясь в подробности, можно сказать, что чем шире фазы и чем в более раннюю по отношению к коленчатому валу область мы их сдвигаем, тем на больших оборотах будет достигнут максимум вращающего момента. Абсолютное значение максимального момента при этом будет немного меньше, чем с более узкими фазами (кривая 5 на рис. выше). Существенное значение имеет так называемая фаза перекрытия. Дело в том, что при высокой скорости вращения определенное влияние оказывает инерция газов в двигателе. Для лучшего наполнения в конце фазы выпуска выпускной клапан надо закрывать несколько позже ВМТ, а впускной открывать намного раньше ВМТ. Тогда у двигателя появляется состояние, когда в районе ВМТ при минимальном объеме над поршнем оба клапана открыты и впускной коллектор сообщается с выпускным через камеру сгорания. Это очень важное состояние в смысле влияния выпускной системы на работу двигателя.

Теперь, я думаю, пора рассмотреть функции выпускной системы. Сразу скажу, что в выпускной системе присутствует три процесса. Первый - сдемпфированное в той или иной степени истечение газов по трубам. Второй - гашение акустических волн с целью уменьшения шума. И третий - распространение ударных волн в газовой среде. Любой из названных процессов мы будем рассматривать с позиции его влияния на коэффициент наполнения. Строго говоря, нас интересует давление в коллекторе у выпускного клапана в момент его открытия. Понятно, что чем меньшее давление, а лучше даже ниже атмосферного, удастся получить, тем больше будет перепад давления от впускного коллектора к выпускному, тем больший заряд получит цилиндр в фазе впуска.

Начнем с достаточно очевидных вещей. Выпускная труба служит для отвода выхлопных газов за пределы кузова автомобиля. Совершенно понятно, что она не должна на оказывать существенного сопротивления потоку. Если по какой-то причине в выпускной трубе появился посторонний предмет, закрывающий поток газов (например, соседи пошутили и засунули в выхлопную трубу картошку), то давление в выпускной трубе не будет успевать падать, и в момент открытия выпускного клапана давление в коллекторе будет противодействовать очистке цилиндра. Коэффициент наполнения упадет, так как оставшееся большое количество отработанных газов не позволит наполнить цилиндры в прежней степени свежей смесью. Соответственно, двигатель не сможет вырабатывать прежний вращающий момент. Весьма важно понимать, что размеры трубы и конструкция глушителей шума в серийном автомобиле достаточно хорошо соответствуют количеству отработанных газов, вырабатываемых двигателем в единицу времени. Как только серийный двигатель подвергся изменениям с целью увеличения мощности (будь то увеличение рабочего объема или увеличение момента на высоких оборотах), сразу увеличивается расход газа через выпускную трубу и следует ответить на вопрос, а не создает ли теперь в новых условиях избыточного сопротивления серийная выпускная система. Так что из рассмотрения первого процесса, обозначенного нами, следует сделать вывод о достаточности размеров труб. Совершенно понятно, что после некоторого разумного размера увеличивать сечение труб для конкретного двигателя бессмысленно, улучшения не будет. А отвечая на вопрос, где же мощность, можно сказать, что тут главное не потерять, прибрести же ничего невозможно. Из практики могу сказать, что для двигателя объемом 1600 куб.см, имеющего хороший вращающий момент до 8000 об./мин., вполне достаточно трубы диаметром 52 мм.

Как только мы говорим о сопротивлении в выпускной системе, необходимо упомянуть о таком важном элементе, как глушитель шума. Так как в любом случае глушитель создает сопротивление потоку, то можно сказать, что лучший глушитель - полное его отсутствие. К сожалению, для дорожного автомобиля это могут себе позволить только отчаянные хамы. Борьба с шумом - это, как ни верти, забота о нашем с вами здоровье. Не только в повседневной жизни, но и в автоспорте действуют ограничения на шум, производимый двигателем автомобиля. Должен сказать, что в большинстве классов спортивных автомобилей шум выпуска ограничен уровнем 100 дб. Это довольно лояльные условия, но без глушителя ни один автомобиль не будет соответствовать техтребованиям и не сможет быть допущенным к соревнованиям. Поэтому выбор глушителя - всегда компромисс между его способностью поглощать звук и низким сопротивлением потоку.

КАКИМ ОБРАЗОМ ЗВУК ГАСИТСЯ В ГЛУШИТЕЛЕ.

Акустические волны (шум) несут в себе энергию, которая возбуждает наш слух. Задача глушителя состоит в том, чтобы энергию колебаний перевести в тепловую. По способу работы глушители надо разделить на четыре группы. Это ограничители, отражатели, резонаторы и поглотители.

ОГРАНИЧИТЕЛЬ

Тюнинг выпускной системы. Предварительный глушитель. Принцип его работы прост. В корпусе глушителя имеется существенное заужение диаметра трубы некое акустическое сопротивление, а за ним сразу 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 потоку. Наверное, плохой глушитель. Однако в качестве предварительного глушителя в системе - довольно распространенная конструкция.

ОТРАЖАТЕЛЬ

Тюнинг выпускной системы. Отражатель. В корпусе глушителя организуется большое количество акустических зеркал, от которых звуковые волны отражаются. Известно, что при каждом отражении часть энергии теряется, тратится на нагрев зеркала. Если устроить для звука целый лабиринт из зеркал, то в конце концов мы рассеем почти всю энергию и наружу выйдет весьма ослабленный звук. По такому принципу строятся пистолетные глушители. Значительно лучшая конструкция, однако так как в недрах корпуса мы заставим также газовый поток менять направление, то все равно создадим некоторое сопротивление выхлопным газам. Такая конструкция чаще всего применяется в

оконечных глушителях стандартных систем.

РЕЗОНАТОР

Тюнинг выпускной системы. Резонатор. Глушители резонаторного типа используют замкнутые полости, расположенные рядом с трубопроводом и соединенные с ним рядом отверстий. Часто в одном корпусе бывает два неравных объема, разделенных глухой перегородкой. Каждое отверстие месте с замкнутой полостью является резонатором, возбуждающим колебания собственной частоты. Условия распространения резонансной частоты резко меняются, и она эффективно гасится вследствие трения частиц газа в отверстии. Такие глушители эффективно в малых размерах гасят низкие частоты и применяются в основном в качестве предварительных, первых в выпускных системах. Существенного сопротивления потоку не оказываю, т.к. сечение не уменьшают.

ПОГЛОТИТЕЛЬ

Тюнинг выпускной системы. Поглотитель. Способ работы поглотителей заключается в поглощении акустических волн неким пористым материалом. Если мы звук направим, например, в стекловату, то он вызовет колебания волокон ваты и трение волокон друг о друга. Таким образом, звуковые колебания будут преобразованы в тепло. Поглотители позволяют построить конструкцию глушителя без уменьшения сечения трубопровода и даже без изгибов, окружив трубу с прорезанными в ней отверстиями слоем поглощающего материала. Такой глушитель будет иметь минимально возможное сопротивление потоку, однако и хуже всего снижает шум.

Надо сказать, что серийные выпускные системы используют в большинстве случаев различные комбинации всех приведенных способов. Глушителей в системе бывает два, а иногда и больше. Следует обратить внимание на особенность конструкций глушителей, которая в случае самостоятельного изготовления не позволяет достичь эффективного снижения шума, хотя кажется, что все сделано правильно. Если внутри глушителя у его стенок нет поглощающего материала, то источником звука становятся стенки корпуса. Многие замечали, что некоторые глушители имеют снаружи асбестовую обкладку, прижатую дополнительным листом фальшкорпуса. Это и есть та мера, которая позволит ограничить излучение через стенки и предотвратить нагрев соседних элементов автомобиля. Такая мера характерна для глушителей первого и второго типов.

Есть еще одно обстоятельство, которое нельзя обойти вниманием в статье о тюнинге. Это тембр звука. Часто пожелания клиента к тюнинговой компании состоят в том, чтобы посредством замены глушителя добиться "благородного" звучания мотора. Надо заметить, что если требования к выпускной системе не распространяются дальше изменения "голоса", то задача существенно упрощается. Можно сказать, что, вероятнее всего, для таких целей больше подходит глушитель поглотительного типа. Его объем, количество набивки, а также сама набивка определяют спектр частот, интенсивно поглощаемых. Практически любая мягкая набивка поглощает в большей степени высокочастотную составляющую, придавая бархатистость звуку. Глушители резонаторного типа гасят низкие частоты. Таким образом, варьируя размеры, содержимое и набор элементов, можно подобрать тембр звучания.

КАКИМ ОБРАЗОМ ДВИГАТЕЛЬ БЛАГОДАРЯ НАСТРОЙКЕ ВЫПУСКНОЙ СИСТЕМЫ МОЖЕТ ПОЛУЧИТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ МОЩНОСТЬ?

Как мы уже уяснили, коэффициент наполнения, вращающий момент и мощность зависят от перепада давления между впускным и выпускным коллекторами в фазе продувки. Выпускную систему можно построить таким образом, что распространяющиеся в трубах ударные волны, отражаясь от различных элементов системы, будут возвращаться к выпускному клапану в виде скачка давления или 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. Именно фронт разрежения интересует нас больше всего. Нужно только сделать так, чтобы он был в нужном месте в нужное время. Место нам уже хорошо известно. Это выпускной клапан. А время нужно уточнить. Дело в том, что время действия фронта весьма незначительное. А время открытия выпускного клапана, когда фронт разрежения может создать полезную для нас работу, сильно зависит от скорости вращения двигателя. Да и весь период фазы выпуска нужно разбить на две составляющие. Первая - когда клапан только что открылся. Эта часть характеризуется большим перепадом давления и активным истечением газов в выпускной коллектор. Отработанные газы и без посторонней помощи после рабочего хода покидают цилиндр. Если в этот момент волна разрежения достигнет выпускного клапана, маловероятно, что она сможет повлиять на процесс очистки. А вот конец выпуска более интересен. Давление в цилиндре уже упало почти до атмосферного. Поршень находится около ВМТ, значит, объем над поршнем минимален. Да еще впускной клапан уже приоткрыт. Помните? Такое состояние (фаза перекрытия) характеризуется тем, что впускной коллектор через камеру сгорания сообщается с выпускным. Вот теперь, если фронт разрежения достигнет выпускного клапана, мы сможем существенно улучшить коэффициент наполнения, так как даже за короткое время действия фронта удастся продуть маленький объем камеры сгорания и создать разрежение, которое поможет разгону топливовоздушной смеси в канале впускного коллектора. А если представить себе, что как только все отработанные газы покинут цилиндр, а разрежение достигнет своего максимального значения, выпускной клапан закроется, мы сможем в фазе впуска получить заряд больший, чем если бы очистили цилиндр только до атмосферного давления. Этот процесс дозарядки цилиндров с помощью ударных волн в выпускных трубах может позволить получить высокий коэффициент наполнения и, как следствие, дополнительную мощность. Результат его действия примерно такой, как если бы мы нагнетали давление во впускном коллекторе с помощью компрессора. В конце концов, какая разница, каким образом создан перепад давления, заталкивающий свежую смесь в камеру сгорания, с помощью нагнетания со стороны впуска или разрежения в цилиндре?

Такой вот процесс может вполне происходить в выпускной системе ДВС. Осталась сущая мелочь. Нужно такой процесс организовать.

Первым необходимым условием дозарядки цилиндров с помощью ударных волн надо назвать существование достаточно широкой фазы перекрытия. Строго говоря, нас интересует не столько сама ширина фазы как геометрическая величина, сколько интервал времени, когда оба клапана открыты. Без особых разъяснений понятно, что при постоянной фазе с увеличением скорости вращения время уменьшается. Из этого автоматически следует, что при настройке выпускной системы на определенные обороты одним из варьируемых параметров будет ширина фазы перекрытия. Чем выше обороты настройки, тем шире нужна фаза. Из практики можно сказать, что фаза перекрытия менее 70 градусов не позволит иметь заметный эффект, а значение для настроенных на обычные 6000 об/мин систем составляет 80 - 90 градусов.

Второе условие уже определили. Это необходимость вернуть к выпускному клапану ударную волну. Причем в многоцилиндровых двигателях вовсе необязательно возвращать ее в тот цилиндр, который ее сгенерировал. Более того, выгодно возвращать ее, а точнее, использовать в следующем по порядку работы цилиндре. Дело в том, что скорость распространения ударных волн в выпускных трубах - есть скорость звука. Для того чтобы возвратить ударную волну к выпускному клапану того же цилиндра, предположим, на скорости вращения 6000 об/мин, надо расположить отражатель на расстоянии примерно 3,3 метра. Путь, который пройдет ударная волна за время двух оборотов коленчатого вала при этой частоте, составляет 6,6 метра. Это путь до отражателя и обратно. Отражателем может служить, например, резкое многократное увеличение площади трубы. Лучший вариант - срез трубы в атмосферу. Или, наоборот, уменьшение сечения в виде конуса, сопла Лаваля или, совсем грубо, в виде шайбы. Однако мы договорились, что различные элементы, уменьшающие сечение, нам неинтересны. Таким образом, настроенная на 6000 об/мин выпускная система предполагаемой конструкции для, например, четырехцилиндрового двигателя будет выглядеть как четыре трубы, отходящие от выпускных окон каждого цилиндра, желательно прямые, длиной 3,3 метра каждая. У такой конструкции есть целый ряд существенных недостатков. Во-первых, маловероятно, что под кузовом, например, Гольфа длиной 4 метра или даже Ауди А6 длиной 4,8 метра возможно разместить такую систему. Опять же, глушитель все-таки нужен. Тогда мы должны концы четырех труб ввести в банку достаточно большого объема, с близкими к открытой атмосфере акустическими характеристиками. Из этой банки надо вывести газоотводную трубу, которую необходимо оснастить глушителем.

Короче, такого типа система для автомобиля не подходит. Хотя справедливости ради надо сказать, что на двухтактных четырехцилиндровых мотоциклетных моторах для кольцевых гонок она применяется. Для двухтактного мотора, работающего на частоте выше 12 000 об/мин, длина труб сокращается более чем в четыре раза и составляет примерно 0,7 метра, что вполне разумно даже для мотоцикла. Вернемся к нашим автомобильным двигателям. Сократить геометрические размеры выпускной системы, настроенной на те же 6000 об/мин, вполне можно, если мы будем использовать ударную волну следующим по порядку работы цилиндром. Фаза выпуска в нем наступит для трехцилиндрового мотора через 240 градусов поворота коленчатого вала, для четырехцилиндрового - через 180 градусов, для шестицилиндрового - через 120 и для восьмицилиндрового - через 90. Соответственно, интервал времени, а следовательно, и длина отводящей от выпускного окна трубы пропорционально уменьшается и для, например, четырехцилиндрового двигателя сократится в четыре раза, что составит 0,82 метра. Стандартное в таком случае решение - всем известный и желанный "паук". Конструкция его проста. Четыре так называемые первичные трубы, отводящие газы от цилиндров, плавно изгибаясь и приближаясь друг к другу под небольшим углом, соединяются в одну вторичную трубу, имеющую площадь сечения в два-три раза больше, чем одна первичная. Длина от выпускных клапанов до места соединения нам уже известна - для 6000 об/мин примерно 820 мм. Работа такого "паука" состоит в том, что следующий за ударной волной скачок разрежения, достигая места соединения всех труб, начинает распространяться в обратном направлении в остальные три трубы. В следующем по порядку работы цилиндре в фазе выпуска скачок разрежения выполнит нужную для нас работу.

Тут надо сказать, что существенное влияние на работу выпускной системы оказывает также длина вторичной трубы. Если конец вторичной трубы выпущен в атмосферу, то импульсы атмосферного давления будут распространяться во вторичной трубе навстречу импульсам, сгенерированным двигателем. Суть настройки длины вторичной трубы состоит в том, чтобы избежать одновременного появления в месте соединения труб импульса разрежения и обратного импульса атмосферного давления. На практике длина вторичной трубы слегка отличается от длины первичных труб. Для систем, которые будут иметь дальше глушитель, на конце вторичной трубы необходимо разместить максимального объема и максимальной площади сечения банку с поглощающим покрытием внутри. Эта банка должна как можно лучше воспроизводить акустические характеристики бесконечной величины воздушного пространства. Следующие за этой банкой элементы выпускной системы, т.е. трубы и глушители, не оказывают никакого воздействия на резонансные свойства выпускной системы. Их конструкцию, влияние на сопротивление потоку, на уровень и тембр шума мы уже обсудили. Чем ниже избыточное давление они обеспечат, тем лучше.

Итак, мы уже рассмотрели два варианта построения настроенной на определенные обороты выпускной системы, которая за счет дозарядки цилиндров на оборотах резонанса увеличивает вращающий момент. Это четыре отдельные для каждого цилиндра трубы и так называемый "паук" "четыре в один". Следует также упомянуть о варианте "два в один - два в один" или "два Y", который наиболее часто встречается в тюнинговых автомобилях, так как легко компонуется в стандартные кузова и не слишком сильно отличается по размерам и форме от стандартного выпуска. Устроен он достаточно просто. Сначала трубы соединяются попарно от первого и четвертого цилиндров в одну и второго и третьего в одну как цилиндров, равноотстоящих друг от друга на 180 градусов по коленчатому валу. Две образовавшиеся трубы также соединяются в одну на расстоянии, соответствующем частоте резонанса. Расстояние измеряется от клапана по средней линии трубы. Попарно соединяющиеся первичные трубы должны соединяться на расстоянии, составляющем треть общей длины. Один из часто встречающихся вопросов, на которые приходится отвечать, это какой "паук" предпочесть. Сразу скажу, что ответить на этот вопрос однозначно нельзя. В некоторых случаях стандартный выпускной коллектор со стандартной приемной трубой работает абсолютно так же. Однако сравнить упомянутые три конструкции, несомненно, можно.

Тут надо обратиться к такому понятию, как добротность. Постольку, поскольку настроенный выпуск суть есть колебательная система, резонансные свойства которой мы используем, то понятно, что ее количественная характеристика - добротность - вполне может быть разной. Она действительно разная. Добротность показывает, во сколько раз амплитуда колебаний на частоте настройки больше, чем вдали от нее. Чем она выше, тем больший перепад давления мы можем использовать, тем лучше наполним цилиндры и, соответственно, получим прибавку момента. Так как добротность - энергетическая характеристика, то она неразрывно связана с шириной резонансной зоны. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что если мы получим большой выигрыш по моменту, то только в узком диапазоне оборотов для высокодобротной системы. И наоборот, если диапазон оборотов, в котором достигается улучшение, велик, то по величине выигрыш незначительный, это низкодобротная система.

Первый. Так как вращающий момент пропорционален перепаду давления, то наибольший прирост даст высокодобротная система номер один. Однако в узком диапазоне оборотов. Настроенный двигатель с такой системой будет иметь ярко выраженный "подхват" в зоне резонанса. И совершенно никакой на других оборотах. Так называемый однорежимный или "самолетный" мотор. Такой двигатель, скорее всего, потребует многоступенчатую трансмиссию. Реально такие системы в автомобилях не применяются. Система второго типа имеет более "сглаженный" характер, используется в основном для кольцевых гонок. Рабочий диапазон оборотов гораздо шире, провалы меньше. Но и прирост момента меньше. Таким образом настроенный двигатель тоже не подарок, об эластичности и мечтать не приходится. Однако если главное - высокая скорость при движении, то под такой режим будет подстроена и трансмиссия, и пилот освоит способы управления. Система третьего типа еще ровнее. Диапазон рабочих оборотов достаточно широкий. Плата за такую покладистость - еще меньшая добавка момента, которую можно получить при правильной настройке. Такие системы используются для ралли, в тюнинге для дорожных автомобилей. То есть для тех автомобилей, которые ездят с частой сменой режимов движения. Для которых важен ровный вращающий момент в широком диапазоне оборотов.

Второй. Как всегда, бесплатных пряников не бывает. На вдвое меньших от резонансной частоты оборотах фаза отраженной волны повернется на 180 градусов, и вместо скачка разрежения в фазе перекрытия к выпускному клапану будет приходить волна давления, которая будет препятствовать продувке, то есть сделает желаемую работу наоборот. В результате на вдвое меньших оборотах будет провал момента, причем чем большую добавку мы получим вверху, тем больше потеряем внизу. И никакими настройками системы управления двигателем невозможно скомпенсировать эту потерю. Останется только мириться с этим фактом и эксплуатировать мотор в том диапазоне, который можно признать

Однако человечество придумало несколько способов борьбы с этим явлением. Один из них - электронноуправляемые заслонки около выходных отверстий в головке. Суть их работы состоит в том, что на низкой кратной частоте заслонка перегораживает частично выхлопной канал, препятствуя распространению ударных волн и тем самым разрушая ставший вредоносным резонанс. Выражаясь более точно, во много раз уменьшая добротность. Уменьшение сечения из-за прикрытых заслонок на низких оборотах не столь важно, так как генерируется небольшое количество выхлопных газов. Второй способ - применение так называемых коллекторов "A.R.". Их работа состоит в том, что они оказывают небольшое сопротивление потоку, когда давление в коллекторе меньше, чем у клапана, и увеличивают сопротивление, когда ситуация обратная. Третий способ - несовпадение отверстий в головке и коллекторе. Отверстие в коллекторе большего размера, чем в головке, совпадающее по верхней кромке с отверстием в головке и не совпадающее примерно на 1 - 2 мм по нижней. Суть та же, что и в случае с "A.R." конусом. Из головки в трубу - "по шерсти", обратно - "против шерсти". Два последних варианта нельзя считать исчерпывающими ввиду того, что "по шерсти" все-таки несколько хуже, чем гладкие трубы. В качестве лирического отступления могу сказать, что несовпадение отверстий - стандартное простое решение для многих серийных моторов, которое почему-то многие "тюнингаторы" считают дефектом поточного производства.

Третий. Следствие второго. Если мы настроим выпускную систему на резонансную частоту, например 4000 об/ мин, то на 8000 об/мин получим вышеописанный "провал", если на этих оборотах система окажется работоспособной.

Немаловажный аспект при рассмотрении работы настроенного выпуска - это требования к его конструкции с точки зрения акустических свойств. Первое и самое важное - в системе не должно быть других отражающих элементов, которые породят дополнительные резонансные частоты, рассеивающие энергию ударной волны по спектру. Это значит, что внутри труб должны отсутствовать резкие изменения площади сечения, выступающие внутрь углы и элементы соединения. Радиусы изгиба должны быть настолько большими, насколько позволяет компоновка мотора в автомобиле. Все расстояния по средней линии трубы от клапана до места соединения должны быть по возможности одинаковыми.

Второе важное обстоятельство состоит в том, что ударная волна несет в себе энергию. Чем выше энергия, тем большую полезную работу мы можем от нее получить. Мерой энергии газа является температура. Поэтому все трубы до места их соединения лучше теплоизолировать. Обычно трубы обматывают теплостойким, как правило, асбестовым материалом и закрепляют его на трубе с помощью бандажей или стальной проволоки.

Раз уж сейчас говорим о конструкции выпускной системы, нужно упомянуть о таком элементе конструкции, как гибкие соединения. Дело в том, что для переднеприводных автомобилей с поперечно расположенным силовым агрегатом существует проблема компенсации перемещений мотора относительно кузова. Так как опоры двигателя при такой компоновке принимают на себя весь реактивный момент от приводных валов ведущих колес, крены силового агрегата относительно кузова в продольном направлении могут иметь значительную величину. Конечно, величина отклонения сильно зависит от жесткости опор, однако нередко перемещения головки блока достигают величины 20 - 50 мм при переходе от торможения двигателем к разгону на низших передачах. В случае, если мы не позволим выпускной системе свободно изгибаться и сделаем ее абсолютно жесткой, конец глушителя должен будет совершать колебания вверх-вниз с амплитудой 500 - 600 мм, что определенно превышает разумную величину дорожного просвета значительной части автомобилей. Если мы попытаемся в таком случае закрепить трубу за кузов, то подвеска глушителя начнет играть роль дополнительной опоры силового агрегата и принимать на себя реактивный момент ведущих колес. В результате или непрерывно будут рваться подвесные элементы выпускной системы, или ломаться трубы. Для того чтобы избавиться от такого нежелательного явления, применяют гибкие соединения между трубами выпускной системы, позволяя приемной трубе перемещаться вместе с мотором, а всей остальной системе оставаться параллельной кузову. Есть несколько конструкций, позволяющих решить эту задачу. Две самые распространенные - гофрированная гибкая труба или шаровое соединение в виде полусферической шайбы с поджатой пружинами к ней ответной части. Гибкое соединение располагают как можно ближе к оси поворота силового агрегата на опорах, чтобы уменьшить перемещение труб относительно кузова. Для настроенных выпускных систем шаровое соединение предпочтительно. Внутренняя поверхность гофрированной вставки искажает форму трубы, что приводит к появлению паразитных частот резонанса. В качестве лирического отступления следует упомянуть, что для автомобилей такой компоновки при увеличении мощности в результате доработок двигателя и как следствие увеличения момента на передней ведущей оси, стандартные опоры силового агрегата окажутся перегруженными и позволят "прыгать" двигателю в подкапотном пространстве с размахом, вполне вероятно превышающим разумные пределы.

Теперь, после того как стали ясны процессы, происходящие в выпускной системе, вполне можно перейти к практическим рекомендациям по настройке выпускных систем. Сразу скажу, что в такой работе нельзя полагаться на свои ощущения и необходимо "вооружиться" измерительной системой. Измерять она должна прямым или косвенным методом обязательно как минимум два параметра - вращающий момент и обороты двигателя. Совершенно понятно, что лучший прибор - динамометрический стенд для двигателя. Обычно поступают следующим образом. Для подготовленного к испытаниям двигателя изготавливают экспериментальную выпускную систему. Так как мотор на стенде и нет ограничений в конфигурации труб из-за отсутствующего кузова, самые простые формы вполне применимы. Экспериментальная система должна быть удобной и максимально гибкой для изменения ее состава и длин труб. Хороший и быстрый результат дают различного рода телескопические вставки, позволяющие менять длины элементов в разумных пределах. Если вы хотите добиться от вашей силовой установки максимальных параметров, вы должны быть готовы выполнить значительное количество экспериментов. Математический расчет и "попадание в яблочко" с первого раза исключите из рассмотрения, как событие чрезвычайно маловероятное. Его можно использовать как "приземление в заданном районе". Некоторую уверенность в том, что вы недалеко от истины, дают опыт и предыдущие эксперименты с аналогичными по характеристикам моторами, у которых были получены хорошие результаты.

Тут, вероятно, надо остановиться и ответить на вопрос, а на какую частоту надо настраивать выпускную систему. Для этого надо определить цель. Постольку, поскольку в самом начале статьи мы решили, что будем добиваться максимальной мощности, то лучший в этом смысле вариант, если мы получим прирост момента на том участке моментной кривой, где коэффициент наполнения, а следовательно, и момент начинают существенно падать из-за высокой скорости вращения, т.е. мощность перестанет расти. Тогда небольшое приращение момента даст существенный выигрыш в мощности. См. рис. 3 . Для того, чтобы узнать эту частоту, необходимо как минимум иметь моментную кривую двигателя с ненастроенным выхлопом, т.е., например, со стандартным коллектором, открытым в атмосферу. Конечно, такие эксперименты весьма шумные и, извините за грубое слово, вонючие, однако необходимые. Некоторые меры по защите органов слуха и хорошая вентиляция позволят получить необходимые данные. Затем, когда нам станет известна частота настройки, нагружаем двигатель так, чтобы обороты стабилизировались в нужной точке кривой при на 100% открытом дросселе.

Теперь можно начинать экспериментировать с различными приемными трубами. Цель - подобрать такую приемную трубу или "паук", а точнее ее длину, чтобы получить прирост момента на нужной частоте. При попадании в нужную точку динамометр сразу отзовется увеличением измеряемой силы. Быстрее всего результат будет получен, если использовать телескопические трубы и менять длину на работающем и нагруженном двигателе. Меры безопасности будут нелишними, так как присутствует вероятность ожога, да и работающий с полной нагрузкой двигатель опасен в смысле разрушения. Известны случаи, когда при аварии обломки блока цилиндров пробивали кузов автомобиля и влетали в кабину водителя. После того как будет найдена конфигурация "паука", можно приступать к настройке вторичной трубы аналогичным образом. Как я уже говорил, влияние всех остальных элементов выпускной системы сводится к тому, чтобы не потерять уже достигнутого. Поэтому достаточно планируемые к установке в автомобиль трубы и глушитель пристыковать к найденным и настроенным первым двум элементам и убедиться, что настройки сохранились или существенно не ухудшились. Далее можно уже приступать к проектированию и изготовлению рабочей системы, которая будет соответствовать автомобилю и разместится в предназначенном для нее туннеле кузова. Должен сказать, что работа очень большая и маловероятно, что может быть выполнена без специального оборудования. Кроме того, необходимо иметь в виду, что на параметры настройки выпускной системы оказывают влияние многие факторы. Известный авторитет в области спортивных моторов в США Smokey Yunick считает, что совместной настройке подлежит выпускная система, впускные и выпускные каналы головки, форма камеры сгорания, фазы газораспределения (распредвал), фазировка двигателя, впускной коллектор, система питания и система зажигания. Он утверждает, что любое изменение в одной из названных компонент обязательно влечет за собой перенастройку всех остальных для того, чтобы в худшем случае не навредить, а в лучшем достичь большей эффективности мотора. Как минимум понятно, что в фазе перекрытия, когда настроенная выпускная система выполняет полезную работу, мы имеем дело со сквозным потоком газов из впускного в выпускной коллектор через камеру сгорания. Впускной коллектор точно так же, как и выпускная система, может рассматриваться как колебательная акустическая система со своими резонансными свойствами. Так как цель настройки состоит в получении максимального перепада давления, роль впускного коллектора, а точнее его геометрии, очевидна. Ее влияние для моторов с широкой фазой перекрытия может оказаться меньше, чем от выпуска в силу меньшей энергетики, однако совместная настройка категорически необходима. Для узкофазных моторов (читай - серийных) настройка впускного коллектора, пожалуй, единственный способ получить резонансный наддув.

Пару слов хотелось бы сказать о разнице в настройке впрыскного и карбюраторного моторов. Во-первых, у впрыскного мотора конструкция впускного коллектора может быть любая, так как мы не связаны с конструктивными особенностями карбюратора, а значит, возможности настройки гораздо шире.

Во-вторых, у него на кратных частотах отрицательное влияние обратного перепада давления существенно ниже. Карбюратор на любое движение воздуха в диффузоре распыляет топливо. Поэтому для кратных частот характерно переобогащение смеси из-за того, что один и тот же объем воздуха сначала движется через карбюратор из камеры сгорания к фильтру, а затем в том же такте обратно. В случае электронной системы впрыска количество топлива может быть строго отрегулировано с помощью программы управления. Также программируемый угол опережения зажигания может помочь уменьшить на этих оборотах вредное влияние обратной волны, не говоря уже об управлении теми заслонками на выхлопе, которые уже упоминались.

И в-третьих, требование качественного приготовления смеси на низких оборотах диктует необходимость применять сужающееся сечение в карбюраторе, известное как диффузор, что создает дополнительное сопротивление потоку на высоких оборотах.

Ради справедливости надо сказать, что горизонтальные сдвоенные карбюраторы Вебер, Деллерто или Солекс частично решают эту проблему, позволяя каждому цилиндру дать трубу необходимой длины с целью настройки на нужные обороты, иметь достаточно большое сечение, но с переобогащением все равно бороться не в силах. Есть еще один прием, позволяющий повысить эффективность выпускной системы. Применяется он в основном в тюнинге, так как при определенных эстетических наклонностях конструктора позволяет создать броский внешний вид автомобиля. Где-нибудь, как минимум на фотографиях авто американских любителей, вы наверняка видели автомобили с поднятыми из-под заднего бампера чуть ли не до крыши концами выпускных труб. Идея такой конструкции состоит в том, что при движении за задним срезом автомобиля создается "воздушный мешок", или зона разрежения. Если найти то место, где разрежение максимально, и конец выхлопной трубы поместить в эту точку, то уровень статического давления внутри выпускной системы мы понизим. Соответственно статический уровень давления у выпускного клапана упадет на ту же величину. Постольку, поскольку коэффициент наполнения тем выше, чем ниже давление у выпускного клапана, такое решение можно считать удачным.

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. Вероятно, комплект должен включать в себя как минимум распредвал, впускной и выпускной коллекторы и программу для вашего блока управления двигателем.

Изменено 8 июня, 2010 пользователем O6JIOM

[O6JIOM 0]

Рассмотрим каждую деталь выпускной системы по отдельности 

начнем с коллектора 

Трубчатые или цельные коллекторы?

Выпускные трубчатые коллекторы могут улучшить мощность двигателя, но они не всегда являются лучшим выбором для обычного форсированного (не гоночного) двигателя. Хотя трубчатые коллекторы являются более эффективными в диапазонах средних и особенно высоких оборотов, но если двигатель работает с низкими оборотами, то литые чугунные коллекторы дают хорошие рабочие характеристики, являются более.дешевыми (если вы уже имеете их), более компактными и менее склонными к образованию утечек выхлопных газов. Идеальной областью использования для литых коллекторов являются грузопассажирские автомобили, для которых важен крутящий момент на низких оборотах. Если у вас двигатель высокой степени форсиров-ки, то вы сможете получить заметный прирост мощности и топливной эффективности путем использования выпускных коллекторов, которые устанавливаются на обычные мощные двигатели.

Цельные выпускные коллекторы неэффективны при больших объемах потоков и на высоких оборотах из-за особенностей их конструкции. Почти все коллекторы, включая даже конструкции для форсированных двигателей, имеют короткие каналы, которые объединяются в общую камеру, имеющую конструкцию, которая не "заботится" о потоке. Когда выхлопные газы попадают в выпускной коллектор, они встречают два главных препятствия:

• каналы с сопротивлением потоку;

• импульсы от каждого цилиндра влияют друг на друга и сильно увеличивают сопротивление потоку, так как длины отдельных труб для разных отверстий часто очень малы.

Как работают выпускные коллекторы

Трубчатые выпускные коллекторы подвержены обоим недостаткам, указанным выше. При увеличении длины каждой трубы и плавных изгибов, а также эффективной изоляции отдельных каналов, применение выпускного коллектора трубчатого типа улучшает поток и практически убирает влияние цилиндров друг на друга. Когда выпускные коллекторы сочетаются с эффективной выпускной системой (высокопоточные глушители и т. д.), то дополнительную мощность можно получить путем продувки цилиндров.

Инерционная и волновая продувка

Может показаться, что устройство, сделанное из металлических труб, и в котором нет движущихся деталей, может втягивать свежую топливовоздушную смесь через открытый впускной клапан почти над малоподвижным поршнем и поможет освобождать камеру сгорания от выхлопных газов. Это напоминает установку турбонагнетателя, которому не нужен подвод мощности: нет приводных ремней, нет вращающихся турбин; он выдает необходимую дополнительную мощность. Может показаться удивительным, но трубчатые выпускные коллекторы могут обеспечить этот прирост мощности, когда они правильно изготовлены.

Когда импульсы давления проходят через каждую выхлопную трубу, они могут переносить энергию, которая действует двумя путями для генерации эффекта продувки и улучшения мощности. Во-первых, движущая масса газов имеет инерционные свойства. Инерция представляет собой тенденцию движущихся тел к сопротивлению любым изменениям в их движении. Поток газов высокого давления, который выходит из каналов головки блока цилиндров, имеет тенденцию сохранять движение через трубы коллектора, и инерция этих газов, если она достаточно сильная, будет втягивать дополнительную топливовоздушную смесь через открытые впускные и выпускные клапаны при перекрытии клапанов.

Также имеется второй путь, которым выпускные коллекторы помогают удалить выхлопные газы из цилиндра: ударная волна низкого давления, образуемая, когда импульс выпускных газов высокого давления выходит из системы, может помочь втянуть дополнительную топливовоздушную смесь в цилиндр при перекрытии клапанов. Чтобы легче понять, как этот механизм работает, выберем одну трубу коллектора. Как уже указывалось, когда впускной клапан открывается, выходящие под высоким давлением газы "выскакивают" в трубу и образуется импульс давления. Этот импульс, движущийся со скоростью звука, быстро достигает конца выхлопной трубы, где образуется отраженная волна с давлением ниже атмосферного. Эта обратная волна движется обратно по трубе к выпускному клапану также со скоростью звука, которая изменяется с температурой, но обычно составляет 360-400 м/сек. Путем изменения длины первичной трубы коллектора время, требуемое для возврата импульса к выходному отверстию, будет изменяться. С помощью тщательного подбора этой длины возможно подобрать время возврата волны низкого давления к оборотам двигателя. Для трубы конкретной длины и определенного значения оборотов двигателя, импульс низкого давления может быть точно настроен так, что он достигнет выпускного отверстия при перекрытии клапанов, когда он поможет выдуть остаточные выхлопные газы, которые поршень не может выдавить из камеры сгорания. Эта отраженная волна, в свою очередь, вызывает втягивание потока топливовоздушной смеси в цилиндр через открытый впускной клапан перед тем, как поршень начнет такт впуска.

Регулировка длины трубчатого выпускного коллектора для оптимизации продувки обратной волной называется резонансной настройкой. К сожалению, в двигателестроении всегда имеются недостатки,' которые сопровождают получение прироста мощности. Длина трубы выпускного коллектора обеспечивает нужное время для возврата обратного импульса только в узком диапазоне оборотов двигателя. Если эта труба относительно короткая, то резонансный эффект наступает в области высоких оборотов; если она относительно длинная, то эффект проявляется в области низких оборотов двигателя.

Настройка выпускного коллектора

Подобно другим важным деталям для получения мощности, находящимся внутри или снаружи двигателя, выпускной коллектор является одной из частей системы "дыхания" двигателя. Чтобы быть наиболее эффективным, он должен работать совместно с другими деталями этой системы. "Командным центром", определяющим характеристики выпускной системы "дыхания" двигателя, является распределительный вал, а общие характеристики выпускной системы могут быть непосредственно связаны с фазами газораспределения распредвала. Выбор распредвала существенным образом определяет, в какой области оборотов двигателя будут достигаться- максимальная мощность и крутящий момент. Для гоночного двигателя длины и диаметры деталей выпускного коллектора должны сочетаться с характеристиками, определяемыми распред-валом. Для высоких оборотов конструкция выпускного коллектора должна включать в себя трубы большого диаметра и относительно короткие и приемные трубы большого диаметра. Для работы на двигателях повседневного применения и топливной экономичности выпускные коллекторы имеют конструкцию с трубами малого диаметра и относительно большой длины.

Всегда опасно делать какие-либо обобщения, но из-за общности конструкций большинства двигателей V8 можно сделать два заявления. Первое состоит в том, что за исключением автомобилей с выдуванием отработанных газов, выпускные коллекторы без приемных труб практически не работают. Конструкция с одинарной трубой эффективна на автомобилях, рассчитанных на использование гоночного топлива, так как турбокомпрессор полностью продувает цилиндры, направляя трубы коллектора к другим деталям. Во-вторых, практически все "обычные" выпускные коллекторы состоят из четырех отдельных труб, соединяющихся в большую приемную трубу. Такая конструкция делает возможным использование взаимодействующих ударных волн, образующихся в двигателе V8 от цилиндра к цилиндру, и является самым лучшим выбором для форсированных и гоночных двигателей.

Выпускной коллектор лучшей конструкции состоит из 4 отдельных труб, соединяемых в приемную трубу большого диаметра.

Поиск оптимального диаметра и длины труб для гоночного двигателя всегда требует большого объема стендовых испытаний. Метод "проб и ошибок" является одним надежным способом для подбора деталей, которые будут хорошо работать в выбранной области оборотов. Такая неопределенность в основном обязана тому, что каждый выпускной коллектор ^ производит множество ударных волн, которые затрудняют точный анализ. К счастью, повторная проверка основной конструкции двигателей V8 упростит наше понимание работы выпускного коллектора и может дать некоторые основные ориентиры для общей конструкции коллектора и подбора труб.

Такие специальные "выпускные коллекторы 180° конструкции устанавливались на линиях специального назначения, а конструкция фирмы STAHL с соединением болтами выпускались для спортивных моделей.

Многие люди склонны рассматривать двигатель V8 как два рядных 4-цилиндровых двигателя на общем коленчатом валу. На самом деле это далеко не так. Двигатель V8, по сути, представляет собой 4 двигателя V2, соединенных вместе в 90-градусной последовательности. Эта конструкция выдает неравномерный такт выпуска, разделенный на каждый блок цилиндров. Это в некоторой степени уменьшает потенциал мощности разделенных по блокам цилиндров выпускных коллекторов (4 цилиндра на один коллектор).

Определение лучшего диаметра труб и их длины для гоночного двигателя всегда требует большого объема стендовых испытаний. Неравномерное разделение такта выпуска на двигателях V8 приводит к такому смешиванию ударных волн в каждом из блоков цилиндров. Метод проб и ошибок часто является единственным надежным путем для оптимизации конструкции и получения максимальной мощности.

Для обеспечения равномерной последовательности продувки цилиндров на двигателе V8 некоторые из труб коллектора должны пересекаться с противоположным блоком цилиндров. Такие системы широко известны как 180-градусная конструкция, так как импульс выхлопных газов возникает в каждой приемной трубе каждые 180° поворота коленчатого вала. Недостатками этой системы являются достаточно критичные длины труб выпускного коллектора и то, что типичные двигатели V8 требуют трубы такой малой длины, что их часто невозможно сделать из-за несоответствующего расстояния между головками блока цилиндров.

Выпускные коллекторы с разделением по блокам цилиндров

Хотя система с разделением по блокам цилиндров (4 цилиндра на 1 коллектор) чуть менее эффективна, чем выпускаемый коллектор со 180-градусной конструкцией, но положительным явлением в этом случае является то, что она менее чувствительна к длине труб. Фактически большой объем стендовых испытаний требуется только для определения оптимальной длины труб при получении нескольких дополнительных лошадиных сил при создании гоночного двигателя.

Хотя выпускная система с разделением выпускных коллекторов по блокам цилиндров чуть менее эффективна, чем выпускной коллектор со 180-градусной конструкцией, она гораздо менее чувствительна к длине труб, и ее гораздо легче сделать и установить на автомобиль.

Испытания на стенде показали, что большинство двигателей нечувствительны к форме каналов, по которым выхлопные газы выходят из головки блока (выпускных каналов). Более того, пока общая конструкция выпускного коллектора обеспечивает поток, нет большой чувствительности к неровностям в трубах (иногда закрыто до 2/3 выхода в одном цилиндре), к изменениям в длине труб и их диаметре, но имеется большая чувствительность к числу изгибов и к их радиусам. Сильные изгибы существенно увеличивают сопротивление потоку и сглаживают эффект продувки, а это почти всегда приводит к снижению мощности.

Трубчатый выпускной коллектор с конфигурацией "три Y" выпуска фирмы DOUG THORLEY имеет упрощенную общую конструкцию, уменьшенное число изгибов и невысокую стоимость.

К счастью, трубы с длиной от 550 мм до 1200 мм выдают очень близкую мощность на большинстве форсированных или гоночных двигателей. Такая нечувствительность к длине очень полезна, так как это упрощает установку под автомобилем и позволяет сделать оптимальную общую конструкцию. Не стоит переживать по поводу почти незаметного эффекта неравной длины труб выпускного коллектора — изменение в длине до 300 мм и даже больше показывает очень небольшие отклонения по мощности. Можно оптимизировать мощность путем уменьшения сопротивления потоку благодаря сокращениям количества изгибов и увеличения их радиусов.

Выпускные коллекторы с конфигурацией "три Y"

Интенсивность по длине является основной причиной, по которой выпускные коллекторы с конфигурацией "три Y" хорошо работают. Конструкция типа "три Y" объединяет 4 первичные трубы в две пары вторичных труб примерно на 1 /3 расстояния до приемной трубы. Такая конфигурация "4->2->1" существенно упрощает общую конструкцию, уменьшает число изгибов и снижает стоимость. Испытания, которые были проведены на этих коллекторах, показали, что они производили мощность, лишь ненамного меньшую, чем качественный выпускной коллектор с конфигурацией "4->1". Особенно это выявилось при работе с распредвалами, обеспечивающими продолжительность открывания клапанов более 270°. Однако, когда даже лучшие коллекторы типа "три Y" используются с распредвалами, обеспечивающими продолжительность открывания клапанов более 270°, они часто обеспечивают существенно меньшую максимальную мощность, чем качественные выпускные коллекторы "4-> 1".

Для использования в двигателях повседневного применения коллекторы типа "три Y" должны серьезно анализироваться, как практический шаг между цельными выпускными коллекторами и коллекторами "4->1". Хотя многие конструкторы-энтузиасты считают коллекторы типа "три Y" более подходящими для двигателей с низкой степенью сжатия, используемых в грузовых автомобилях. Качественные коллекторы конфигурации "три Y" обеспечивают хороший уровень мощности в двигателях средней форсировки для автомобилей повседневного применения, особенно при работе совместно с высокопоточными выпускными системами, включающими поперечную трубу, проходящую между коллекторами. Вдобавок к этому, коллекторы конфигурации "три Y',' часто выдают более широкий диапазон мощности, чем многие системы "4->1", что является дополнительной причиной для возможности их использования в двигателях повседневного применения на тяжелых автомобилях или совместно с автоматической трансмиссией.

ЕСЛИ вы делаете форсированный двигатель для установки на автомобиль с автоматической трансмиссией, то усилия должны быть направлены на оптимизацию крутящего момента на низких оборотах. Для обеспечения этого некоторые конструкторы-энтузиасты могут выбрать выпускной коллектор с первичными трубами относительно малого диаметра (38-41 мм), так как малые трубы поддерживают высокую скорость выхлопных газов, улучшают инерционную продувку и обеспечивают хорошие значения крутящего момента на низких и на средних оборотах. К сожалению, эти трубы малого диаметра создают дополнительное сопротивление потоку на высоких оборотах двигателя, особенно у двигателей мощностью 325 л. с. и более. С другой стороны, если вы используете первичные тубы большого диаметра для улучшения мощности на высоких оборотах, то эффективность продувки на низких оборотах уменьшится, а крутящий момент и топливная эффективность пострадают на типичных оборотах для режима движения. Может показаться, что можно произвести настройку мощности с одного или с другого конца диапазона оборотов; невозможно иметь ее на обоих концах диапазона. 

Название "A. R." в обозначении коллекторов соответствует названию "ANTI-REVERSION" и является торговой маркой фирм CYCLONE и BLACK JACK. Понятие "REVERSION" относится к нежелательному обратному потоку выхлопных газов во впускную систему, который может иметь место, когда скорость выхлопных газов в первичных трубах коллектора мала и инерционная продувка имеет недостаточную энергию для втягивания топливовоздушной смеси в цилиндр при перекрытии клапанов. В этой ситуации обратное давление в системе выталкивает выхлопные газы в каналы впускной системы. Это явление обычно имеет место при низких оборотах, особенно когда выпускные коллекторы с большим диаметром труб сочетаются с распредвалами с высокой продолжительностью перекрывания клапанов.

Конструкция выпускного коллектора A. R. использует трубы большого диаметра для достижения высокой мощности на высоких оборотах. Однако, коллектор внутри сконструирован так, чтобы уменьшить обратный поток, что приводит к эффекту продувки и уменьшению обратного потока у большинства выпускных коллекторов с малым диаметром труб. Приводимая далее таблица показывает основы работы коллектора A. R.: чувствительный к направлению и противодействующий обратному потоку конус устанавливается на поверхность коллектора, что обеспечивает малое сопротивление прямому потоку, но заметно ограничивает обратный поток. Вдобавок, коллекторы A. R. позволяют полезным волнам отрицательного давления легко проходить к клапанам и к камере сгорания и ограничивают волны положительного давления, которые уменьшают мощность двигателя. Хотя выпускные коллекторы A. R. и менее чувствительны к диаметру труб, размер труб по-прежнему определяет в некоторой степени, какая максимальная мощность будет выдаваться в диапазоне оборотов двигателя. Перед тем, как вы выберете конкретный коллектор, обсудите предполагаемый характер его использования с производителем коллекторов и учтите данные вам рекомендации. Однако, недостатки от использования диаметра первичных труб коллектора A. R., который слишком велик для применения, меньше, чем у обычного коллектора.

Выпускаемый коллектор A. R. также может во многих случаях эффективно компенсировать некоторые потери мощности, связанные с обратным потоком, происходящим от неточного подбора деталей выпускной системы. К примеру, обычной причиной обратного потока на низких оборотах являются профили кулачков распределительного вала со слишком большой продолжительностью открывания клапанов и/или перекрытием клапанов, впускной коллектор, разработанный для работы с высокими оборотами или карбюратор с потоком слишком большой емкости для двигателя. Выпускные коллекторы A. R. смещают потери мощности, связанные с этими деталями.

В заключение, коллекторы A. R. могут также вносить вклад в величину крутящего момента при частично открытой дроссельной заслонке и в топливную эффективность двигателя. Для гонок "на выживание", когда расход топлива играет большую роль, использование коллекторов A. R. может увеличить вероятность победы. Фактически, коллекторы A. R., по-видимому, обеспечивают положительный вклад во всех областях: от быстрой реакции на перемещение дроссельной заслонки на обычном автомобиле до возможности быстрого прохождения поворотов на гоночной трассе. Практически без исключений, сравнительные испытания обычных выпускных коллекторов и коллекторов A. R. показали, что конструкция A. R. является лучшей. Это во многих случаях может обеспечить лучшую мощность на низких и высоких оборотах в сочетании с улучшенной топливной эффективностью. Это тот редкий случай, когда вы можете иметь все!

Имеются два других важных аспекта использования выпускных коллекторов A. R., которые проявлялись при проведенных испытаниях на стенде и в движении. Первым является то, что вы должны использовать поперечную трубу с коллектором A. R. для получения вклада в уменьшение обратного потока. Без поперечной трубы, соединяющей обе приемные трубы (или выхлопные трубы рядом с приемными трубами), большинство преимуществ в крутящем моменте на низких оборотах и в топливной экономичности будет потеряно, а коллектор A. R. будет работать как обычный выпускной коллектор. Точно неизвестно, почему это происходит, но это происходит почти во всех случаях. Всегда используйте поперечную трубу с выпускными коллекторами A. R.

Во-вторых, коллекторы A. R. "очищают" карбюратор, улучшая вакуум у дополнительных диффузоров. Фактически, более сильный вакуум у дополнительных диффузоров от коллекторов A. R. позволяет использовать уменьшенные жиклеры для обеспечения того же самого соотношения воздух/топливо. Если вы пользуетесь одинарным четырехкамерным карбюратором HOLLEY, то топливные жиклеры первичной и вторичной камер потребуется уменьшить на 1 -2 размера, а в некоторых случаях на 3-4 размера для обеспечения нужного соотношения воздух/топливо.

Работа выпускных коллекторов A. R.

Выпускные коллекторы A. R. используют конус, чувствительный к направлению потока и предотвращающий обратный поток выхлопных газов. Он устанавливается на поверхности коллектора внутри первичных труб большого диаметра. Это обеспечивает малое сопротивление прямому потоку и увеличенное сопротивление нежелательному обратному потоку. 1 - высокий прямой поток выхлопных газов; 2 - низкий обратный поток выхлопных газов при перекрытии клапанов.

С выпускными коллекторами должна использоваться поперечная труба. Без этой трубы, соединяющей обе приемные трубы, большинство преимуществ в крутящем моменте на низких оборотах и в топливной экономичности будет потеряно.

Настройка выпускных коллекторов/дополнительные детали

Преимущества коллекторов А. R. и стандартные выпускные коллекторы

Выпускные коллекторы A. R. проявляют свои преимущества с помощью конуса, предотвращающего обратный поток и приваренного в месте соединения первичных труб и фланца крепления. Эти конусы чувствительны к направлению потока и помогают.

Уменьшить поток выхлопных газов, поступающих в топливовоздушную смесь. Подобный, хотя и менее эффективный, направленный поток может быть получен в обычном выпускном коллекторе путем введения несогласованности между отверстием во фланце выпускного коллектора и выпускным каналом. Для получения ограничения потока в нужном направлении отверстие во фланце выпускного коллектора должно быть больше, чем диаметр выпускного канала. Несоответствие размеров канала и фланца будет иметь очень незначительное влияние на поток из канала, так как выхлопные газы поступают в трубу большого диаметра с меньшим сопротивлением, а выступающая кромка из-за несогласования размеров будет заметно уменьшать обратный поток в канал. Результатом будет то, что некоторый прирост мощности и крутящего момента в области низких и средних оборотов, обеспечиваемый коллекторами A. R., может появиться на кривых характеристик двигателя с обычными коллекторами.

Небольшой эффект, подобный эффекту от использования выпускных коллекторов типа А. R., может быть обеспечен в обычных выпускных коллекторах путем введения правильно расположенного несоответствия между отверстиями во фланце впускного коллектора и выпускным каналом в головке блока цилиндров.

Несоответствие размеров коллектора и канала должно быть тщательно подобрано, иначе могут пострадать общий поток через выпускной канал и мощность. Никогда не создавайте несоответствие между размером фланца выпускного коллектора и канала в головках блока цилиндров в верхней части канала. Все "полезное" несоответствие должно быть расположено в нижней части канала, где скорость потока минимальна. Чтобы правильно поместить несоответствие, важно учитывать расположение выпускных коллекторов на поверхности головки блока цилиндров. Может быть, необходимо приварить и пересверлить монтажные отверстия во фланце коллектора или установить переходные пластины на головки и просверлить новые отверстия во фланцах.

Одно замечание: если вы используете переходные пластины, то обращайтесь с каналами в пластинах как с продолжением выпускных каналов. Для оптимизации потока в канале переходные пластины должны быть соединены с головками, перед тем как головки блоков цилиндров будут проверяться и испытываться.

Поддерживайте тепло

Выпускные коллекторы помогают освобождать цилиндры от выхлопных газов и помогают впускной системе втягивать топливовоздушную смесь. Энергия для этого берется из энергии, содержащейся в самом потоке выхлопных газов. Чем больше энергия, которая может удерживаться внутри труб, пока газы не выйдут в приемную трубу и в выпускную систему, тем эффективнее будет работать выпускной коллектор. Одной из этих форм энергии является тепло, а тепло связано с объемом выхлопных газов и с их скоростью в трубах коллектора. Когда тепло рассеивается от деталей выпускной системы, то скорость выхлопных газов от этого уменьшается и в некоторых случаях это может уменьшить эффект продувки.

Отвод тепла от выпускных коллекторов может влиять на мощность другим, возможно даже более действенным способом: оно рассеивается в моторном отсеке, где нагревает выпускную систему и поступающий воздух. Испытания на стенде показывают, что увеличение температуры поступающего воздуха примерно на 6° С уменьшает мощность двигателя на 1%.

Детали для теплоизоляции удерживают больше энергии внутри труб выпускного коллектора, пока выпускные газы не выйдут в приемную трубу или в выпускную систему, что увеличивает эффективность работы выпускного коллектора и турбокомпрессора.

По этим и другим причинам, включающим и технику безопасности, теплоизоляция деталей выпускной системы стала довольно популярной. Материалы для этого напоминают ткань и имеют различную конфигурацию: полосы, листы и круги. Большинство комплектов для теплоизоляции включают в себя хомуты, высокотемпературную оплетку. Эти детали довольно легко устанавливать.

Дополнительные детали для выпускных трубчатых коллекторов

Некоторые производители выпускных коллекторов, предлагают выпускные коллекторы в форме наборов, а также и полностью собранные. Наборы включают в себя изогнутые куски труб, фланцы и приемные трубы, которые надо собирать в единый узел. Или они могут представлять собой изогнутые первичные трубы коллектора, которые предварительно слегка приварены к фланцам, и требуется лишь окончательное сваривание их с фланцами и с приемными трубами. В любом случае, выпускные коллекторы, поступающие в продажу в форме набора, стоят заметно дешевле и позволяют конструктору добавлять какие-то детали для специальных целей или экспериментальной настройки.

Большинство фирм производителей также предлагают широкий ассортимент отдельных изогнутых труб, приемных труб, фланцев, болтов, конусов типа A. R., прокладок и других деталей, необходимых для изготовления выпускных коллекторов. Фирма STAHL HESDERS продает различные неправильно изогнутые трубы, которые представляют собой куски труб, неправильно согнутых при изготовлении трубчатых выпускных коллекторов. Это новые трубы различной формы, длина которых может доходить до 13 м, а диаметр можно подобрать от 32 мм до 54 мм с шагом 3 мм. Такие детали дают возможность без больших затрат изготовить выпускной коллектор для любой выпускной системы.

Системы отвода вакуума

За последние 10 лет преимущества подачи вакуума в масляный поддон стали хорошо известны. Низкое давление внутри двигателя помогает предотвратить детонацию путем уменьшения загрязнения поступающей топливовоздушной смеси.и камеры сгорания маслом из системы смазки двигателя. Вдобавок, это также помогает предотвратить утечки масла из прокладок и сальников и может часто привести к появлению дополнительной мощности путем ограничения потерь из-за сопротивления масла.

Такие преимущества могут быть очень важными на гоночных двигателях, но они имеют меньшее практическое значение для форсированных двигателей повседневного применения. На "повседневных" двигателях степень сжатия заметно ниже и там редко используются маслосъемные кольца низкого усилия, которые существенно снижают потенциальную детонацию, вызванную попаданием масла в камеру сгорания. Однако для тех, кто хочет проанализировать добавление вакуумной системы к своему форсированному или гоночному двигателю, адресуется следующая информация.

Набор от фирмы EDEL BROCK содержит детали, для создания "гоночной" системы на обычных двигателях. Сопло вваривается в выпускную систему и в ней создается низкое давление (разрежение), когда мимо сопла проходят быстро движущиеся выхлопные газы.

На высоких оборотах выхлопные газы движутся по выпускным коллекторам со скоростью, достаточной для их использования в качестве своеобразного воздушного насоса. В систему вваривается своеобразное сопло, обычно в область приемной трубы, где образуется низкое давление от проходящих мимо выхлопных газов. Это низкое давление (вакуум) может быть использовано с помощью одной из систем для отвода вакуума, которые имеются в продаже. Приемное сопло соединяется с одноходовым клапаном (клапан предотвращения обратных вспышек), воспринимающим импульсы низкого давления, которые затем подводятся к двигателю через камеру для отделения масла. Эта камера возвращает собранное моторное масло обратно в масляный поддон. Такая система создания вакуума, работающая от выпускного коллектора и соединенная с вакуумной системой впускного коллектора для поддержания низкого давления при частично открытой дроссельной заслонке, будет поддерживать вакуум внутри двигателя при всех уровнях мощности.

Неудивительно, что вакуумная система с "приводом" от выпускного коллектора работает лучше всего с открытыми выпускными коллекторами (т. е. без выхлопных труб, глушителей и т. д.). Однако, если двигатель мощностью менее 400 л. с. работаете высокопоточной выпускной системой с двойными выхлопными трубами, то система отвода вакуума может работать и с полностью комплектной выпускной системой. Но даже если возможна работа вакуумной системы с источником в выпускном коллекторе на обычном двигателе, то имеются недостатки, которые нужно учитывать, особенно когда вакуумная система впускного коллектора также используется для поддержания вакуума в масляном поддоне в режимах холостого хода и частично открытой дроссельной заслонки. Если в двигателе имеется достаточно высокий вакуум, то масло может не поступать к направляющим втулкам клапанов, и будет иметь место ускоренный износ деталей клапанного механизма. Это может происходить даже при использовании бронзовых направляющих втулок клапанов, которые устанавливаются без сальников стержней клапанов (маслосъемных колпачков). Вместе с тем бронзовые направляющие втулки хорошо работают в условиях недостаточной подачи масла, и они являются лучшим выбором для обычных и гоночных двигателей, которые используют систему отвода вакуума.

В заключение, в дополнение к возрастанию надежности благодаря предотвращению детонации и небольшому приросту мощности от уменьшения сопротивления, система отвода вакуума может быть необходимым дополнением к двигателям для грузовых и гоночных автомобилей. Почему? Потому, что это предотвращает утечки масла, а это является причиной серьезных опасений для гонщиков. Несколько капель под автомобилем перед началом гонки могут означать дисквалификацию гонщика и автомобиля, и даже могут привести к катастрофе. В стремлении к изготовлению гоночного двигателя и поддержании его в хорошем состоянии система подачи вакуума может предотвратить утечки масла из-под неправильно установленных прокладок, изношенных сальников и ослабленных болтов. На деле, один из испытуемых двигателей для гоночного грузового автомобиля с отверстием 3 мм с боковой стороны масляного поддона (отверстие было пробито во время гонки) не имел утечки масла, когда он работал, и в масляном поддоне был вакуум. Это позволило гонщику закончить гонку (и не так просто, а победить), но когда гонщик заглушил двигатель, почти все масло из поддона двигателя вылилось на землю.

Преимущества от использования выпускных коллекторов

Влияние, которое выпускные коллекторы оказывают на мощность и топливную эффективность существенно изменяется от одного двигателя к другому. Рассматривая в первую очередь мощность, можно сказать с абсолютной уверенностью, что чем больше форсируется двигатель, тем больший прирост мощности будут предлагать выпускные коллекторы. Если ваш двигатель оснащен распредвалом с короткой продолжительностью открывания клапанов, головками блока цилиндров с ограничением потока и "слабым" двухкамерным карбюратором, то выпускные коллекторы могут прибавить очен

[O6JIOM 0]

Ограничитель выхлопных газов.

Используется для создания обратной волны и гашения звуковых колебаний. Неиспользуется. 

Принцип работы описан выше.

Резонатор вихлопных газов.

Резонаторы используются не только для гашения шума но для создания резонасной нагрузки в выхлопной системе. Но есть один минус данных резонаторов прирост мощьности они дают только в очень узком диапозоне работы двигателя.

Так называемые саксофоны или настроенные резонаторы появились впервые на 2-х тактных двигателях. Потом перекачевали и на 4-х тактные, но вскоре от них отказались за ненадобностью. Теперь резонатор играет роль предварительного глушителя средних частот.

Огранечители или кривоточные глушителя.

Имеет довольно большой обьем и в корпусе глушителя организуется большое количество акустических зеркал, от которых звуковые волны отражаются. Если устроить для звука целый лабиринт из зеркал, то в конце концов мы рассеем почти всю энергию и наружу выйдет весьма ослабленный звук. Значительно лучшая конструкция, однако так как в недрах корпуса мы заставим также газовый поток менять направление, то все равно создадим сопротивление выхлопным газам.

Поглотители или прямотокчные глушиетли отсюда еще подробней 

Используется 5 видов поглотителей 

1 однообьемный прямой с открытой системой гашения

2 однообьемный прямой с закрытой системой гашения

3 многообьемный с закрытой системой гашения

4 многообьемный с дополнительной закрытой системой глушения (такой как я шас делаю)

5 сложнообьемный с зарытой системой гашения

1. Однообьемный поглотитель с открытой сисемой гашения (далее ОСГ) представляет из себя некий обьем с перфарированной трубой, пространство между трубой и внешним обьемом заполнено шумопоглотителем ( как большенство рыночных банок ). Данная система имеет минимальное сопротивление потоку но довольно громкий звук (для использования на територии Украины запрещен т.к. повышен уровень шума). ОСГ самые простые в постороении и самые дешевые. Помоему и так все понятно с ними.

2. Однообьемный прямой с закрытой системой гашения (далее ЗСГ) представляет собой обьем с перфарированной трубой, труба имеет разрыв в средней части без глухих перегородок трубы соосны ( как базарный глушак NEX ). Данная система имеет так же минимальное сопротивление потоку по звуковому давлению тише ОСГ на 5-6 дб но все равно давольно громок. Весь обьем между трубой и внешней частью заполнен шумопоглотителем (для использования на територии Украины запрещен т.к. повышен уровень шума). ЗСГ вторые по простототе и по цене из линейки поглотителей.

[O6JIOM 0]

3. Многообьемный с закрытой системой гашения (МОЗГ очень нравится название) по этому принципу постороены большенство поглотителей именитых фирм, таких как Sebring,STAHL, Remus и т. д.

Устойство поглотителя МОЗГ принципиально отличается от выше приведенных значительно, вопервых они состоят из внешнего и внутреннего обьема с шумоизоляцией между ними, вовторых внутренний обем имеет от 2 до 5 обьемов все заполнены шумопоглотителем !!! Втетих все обьемы резделены не глухими перегородками ( т е перегородки перфарированные ) в четвертих трубы могут быть установлены разного диаметра.

Плюсы вторые по тишине и по пропускной способности, не очень сложные в изготовлении. Минусы имееют большой размер и вес, при изготовлении сложность только в правельной подборке обьемов и подборе правельного кол-ва набивки. Самые сложные в настройке поглотители.

Звук можно изменять путем уменьшения или увиличения кол-ва набивки или переносом огроничтельных шайб, за счет многообьемности можно изменять плотность набивки в разных обьемах, или путем установки труб разного диаметра (или все вместе).

Внутренний обьем свободно открытый ( те есть возможность разобрать и перенастроить)

вот.

Изменено 15 июня, 2010 пользователем O6JIOM

[Svoloch 0]

+5 всё красиво и чётко спасибо

[O6JIOM 0]

+5 всё красиво и чётко спасибо

Это пока начало % 40 инфы пока выложил 

[O6JIOM 0]

4 Многообьемный с дополнительной закрытой системой глушения (такой как я шас делаю) (МОДЗГ)

Данные поглотители самые удобные и достачно тихие, сопротивление потоку делят с МОЗГ поглотителями.

По устйству Вот по подробней  достаточно простые.

Плюсы тихий не большой глушитель с небольшим весом. Минусы требует навыков работы с металом математических расчетов и терпения. По моему самые удачные поглотители, которые можно изготовить в гаражных условиях. Выпускаются Только фирмор Remus и Kleemann мало распространены в Европе тем более в Украине )).  

Коллектор и глушитель от KLEEMANN

Изменено 15 июня, 2010 пользователем O6JIOM

[O6JIOM 0]

Ну и теперь самое интересное 

5. Сложнообьемный с зарытой системой гашения (СЗСГ) включают в себя 

  1) Сложнообьемные поглотители такие как установлены на SAAB, Renault и т.д.

  2) Сложнообьемные плоские лабиринтные поглотители Ford Mustang, Pontiac Firebird, Mitsubishi Lancer EVO 6-8 (позже не устанавливались)

  3) Сложнообьемные комбинированные клапанные глушители-поглотители. .

 и так  1) Сложнообьемные поглотители принце довольно таки прост но изготовить очень сложно. Имеют большой обьем и перфарированный внутренний обьем сложной формы (обычно грушевидной, ромбовидной или трапециевидной формы со скругленными углами) перфарирование тоже имеет разнообразную форму, от отверстий до сложного вида прорезей или выштамповка разнообразной формы. так же меняется и сечение перфорации. Внутренний обьем может иметь сужение в середине или в конце перфорации. Так же могут быть 1 или более перегородок разной толщены и формы с перфорацией и без нее.

 Так что изготовить такой поглотитель очень сложно.

Плюсы самые тихие из всех поглотителей с минимальным сопротивлением потоку, средние по весу и по размеру. Минусы сложны в ремонте.   

          2) Сложнообьемные плоские лабиринтные поглотители, самые интересные из всех имеющихся.

Устройство данного лабиринтного поглотителя имеет очень интересный вид. Представляет из себя уплощенную трубу длиной около 1,5 метров большого сечения (распологается как перед задней осью так и после нее), в нутри которой находится такая же перфарированная труба или трубы меньшего диаметра. Пространство между трубами заполнено базальттовой ватой в перемешку с металлической стружкой (какой не знаю). Внутренние трубы имеют перегородки погруженные в полость трубы на 2/3 ассиметрично. Внутренние трубы могут изменять как форму так и сечение, могут иметь разрыв на свободный обьем, или короткое расшитение.

Плюсы имеют сопротивление потоку около 3-4 % тихий звук и долгосрочный период работы. При правельном расчете работает как саксофон только в большем диапозоне оборотов ДВС и не требует дополнительной теплоизоляции выхлопной системы. 

Минусы изготовить такой глушитель представляется крайне сложно и требует наличиее преса трубогиба, штампов выштамповок, правильной плиты, вибростола и моного другого точного инструмента. При посторении так же очень легко допустить ошибки которые создадут доп. сопротивления и завихрения. Мало ремонтопригоден тяжелый и большой по размеру. Из личного опыта изготавливал только оконечную банку на ВАЗ 2102 времени ушло около 6 месяцев на настройку и доводку. Изготавливается из титана или титановых сплавов, те соответственно и цена.

(картинок в инете нет поэтому рисунок в паинте)

 

Тут несколько примеров внутреннего ус-ва плоского глушителя. Всего плоский глушитель может иметь до 20!! разнобразных сечений и внутренних положений. 

Самый сложный и трудоемкий глушитель из всех мне извесных.

Изменено 15 июня, 2010 пользователем O6JIOM

[O6JIOM 0]

ну и последний но не позначению 

Сложнообьемные комбинированные клапанные глушители-поглотители встречаются на BMW чаше всего с мех приводом реже с электро приводом.

электро 

механический с приводом от впускного коллектора.

Устойство данной системы состоит в том что в одонм обьеме заключены система отражателя и поглотителя. Удобство данной системы в том что  при езде по городу мы имеем штатную систему выхлопа тихую душительницу а при выезде на трассу можно поотжигать на прямотоке открыв заслонку или если это автомотическая система с приводом от впускного коллектора или с электро приводом открывается на определенных оборотах. устройство описывать не буду и так понятно наверное. Если не понятно кто вам доктор.

позже выложу как расчетать коллектор, резонатор и каждый из поглотителей....

удачи в борьбе за ЛС

Изменено 15 июня, 2010 пользователем O6JIOM

[Atom.DP 800]

Спасибо, интересно! :good:

многое читал уже в сети, что-то новенькое есть