Тюнинг двигателя

Введение

В наше время при росте цен на топливо все равно находятся энтузиасты, которые стремятся создать форсированные двигатели. Для увеличения мощности необходимо дополнительное топливо, и чем быстрее ездит автомобиль, тем больше топлива ему требуется.
Вместе с тем мощность и экономичность не всегда являются взаимоисключающими понятиями. При правильно подобранных деталях и тщательной регулировке можно улучшить и характеристики, и топливную эффективность двигателя.
Автомобильные конструкции полны различных компромиссов. Автомобильные инженеры должны учитывать большие допуски в процессе изготовления узлов, технологические возможности, нужное октановое число топлива, образование нагара, износ, отсутствие необходимого и регулярного обслуживания, и, в тоже время, добиваться по возможности невысокой цены узла.
Стандартные легковые и небольшие грузовые автомобили сконструированы как баланс между ежедневными поездками на небольшие расстояния внутри города и движением с высокой скоростью по шоссе. Двигатели и трансмиссии оптимизируются в основном для работы в области низких и средних оборотов, а не в области высоких оборотов.
Двигатели можно представить себе как воздушные насосы, которые смешивают топливо и воздух и выдают мощность в результате процесса сгорания. Если можно сделать что-то, что увеличивает поток воздуха через двигатель (предполагается, что топливная система способна поставлять достаточно топлива в нужных пропорциях), то мощность двигателя увеличивается. Другими путями увеличения мощности и/или экономичности двигателя является уменьшение веса, трения и нагрузки.
Каждый двигатель конструируется для работы с наибольшей активностью в определенной области оборотов. Длина и диаметр входных и выходных каналов, впускных и выпускных коллекторов помогают определить диапазон мощности двигателя. Длинные и с небольшими диаметрами выпускные и впускные коллекторы улучшают крутящий момент на нужных оборотах и уменьшают мощность на высоких оборотах. И наоборот, короткие каналы с большими сечениями улучшают мощность на высоких оборотах.
Тип и пропускная способность впускной и выпускной систем, конструкция распределительного вала, клапанные пружины и толкатели клапанов, система зажигания, головки блоков цилиндров, диаметры клапанов, соотношение диаметр цилиндра/ход поршня подбираются на заводе для обеспечения хорошей комбинации экономичности, мощности, приемистости и низкой концентрации выхлопных газов. Кроме этого, характеристики трансмиссии, передаточное число главной передачи и диаметр шин тоже должны согласовываться с движением и его характеристиками.
Для движения в городском режиме более подходит высокий крутящий момент в области низких и средних оборотов (более экономичен) чем теоретическая максимальная мощность при высоких оборотах. Двигатели для городской езды, которые выдают высокие крутящий момент в широкой области оборотов, обеспечивают более равномерную мощность при разгоне автомобиля с переключением передач, чем двигатели, которые выдают высокую максимальную мощность в узком диапазоне оборотов.
Тяжелые автомобили с относительно небольшими двигателями должны иметь более высокие передаточные числа трансмиссии, чем легкие автомобили с относительно большими двигателями Также двигатель в тяжелом автомобиле должен быть оптимизирован для получения максимального крутящего момента в области низких н средних оборотов, так как он обеспечивает больший крутящий момент для движения и разгона автомобиля.
Новые легковые автомобили и грузовики имеют низкие передаточные числа главной передачи, гидротрансформаторы с блокировкой п большее число передач в КПП для обеспечения большого пробега н приемистости двигателя. Одним из лучших путей для одновременного улучшения характеристик и экономичности на старых автомобилях является установка КПП с большим числом передних передач и дифференциала с отличным от стандартного передаточным числом. Довольно часто подходят детали от автомобиля более поздних выпусков.
Большинство гоночных двигателей работают в узком диапазоне высоких оборотов и не нуждаются в экономичности и высоком крутящем моменте на низких оборотах. Многие изготовители подобных двигателей поддаются искушению установить специальный "гоночный" распредвал или большой карбюратор на обычный двигатель. Это увеличивает теоретическую емкость воздушного потока, не изменяя характеристик по потоку других деталей. Так как детали не подобраны друг к другу, скорость поступающего воздуха снизится, и топливо не будет правильно смешиваться с воздухом. Двигатель больше не будет работать в оптимальном диапазоне оборотов. Это приведет к «захлебыванию» двигателя.
Крутящий момент, измеренный в ньютонах на метр (н*м), килограмм-силах на метр (кгс*м) является мерой крутящей силы, выдаваемой двигателем. Мощность является мерой работы (энергии), вырабатываемой двигателем.
Двигатели выдают наибольшую мощность от данного количества топлива при своем максимальном крутящем моменте. Это соответствует оптимальным оборотам, заложенным в конструкцию двигателя. Максимальная мощность достигается при раскручивании двигателя до оборотов, превышающих наиболее эффективные. Максимальный крутящий момент всегда достигается при меньших оборотах, чем для максимальной мощности. Мощность повышается, когда прирост полученный от увеличения оборотов, сбалансирован с потерями, вызванными работой с оборотами превышающими оптимальные, на которые настраиваются детали двигателя.
Можно кое-что сказать о двигателе по данным о его мощности. На форсированном двигателе максимальная мощность обычно будет выше, чем максимальный крутящий момент, а максимальная мощность будет достигаться при относительно высоких оборотах. Как правило, форсированные двигатели выдают примерно I л. с. на 16,0 см 3 . К примеру, стандартный гипотетический двигатель может иметь 4916 см 3 рабочего объема, максимальный крутящий момент 373 н*м при 3000 об/мин и мощность 200 л. с. при 4200 об/мин. Форсированная версия двигателя с таким же рабочим объемом может иметь крутящий момент 330 н*м при 3800 об/мин и мощность 325 л. с. при 5600 об/мин.
Перед подбором деталей для модификации двигателя нужно реально представить себе, чего вы хотите добиться. Перед началом работ двигатель должен быть в хорошем состоянии, иначе он скоро сам выйдет из строя. Тщательно проверьте состояние двигателя. При необходимости произведите ремонт, можно вносить модификации при ремонте, что обойдется дешевле, чем делать это отдельно. Определите, какие мощность и крутящий момент у вашего стандартного двигателя, и при каком числе оборотов достигается их максимальное значение. Затем определите, при каких оборотах работает двигатель при движении автомобиля по шоссе и какая передача включена. Если на вашем автомобиле нет тахометра, временно подсоедините отдельный тахометр с помощью длинных проводов, чтобы тахометр можно было протянуть в салон. Для определения передаточного числа главной передачи прочтите табличку на ведущем мосту.
После выяснения этих данных можно определить способы модификации. Вообще говоря, если вы модифицируете автомобиль так, чтобы он работал при более высоких оборотах и/или добиваетесь большого увеличения мощности, то будьте готовы пожертвовать значительной долей топливной экономичности и надежности.
Некоторыми из наиболее популярных путей увеличения мощности двигателя является турбонадув, впрыск окиси азота или установка другого двигателя. Каждому из этих методов посвящена специальная литература, и подробный их обзор не входит в задачу данного издания.
В зависимости от модели и года выпуска автомобиля можно добиться заметных улучшений в его работе с помощью тщательной настройки, изменением передаточного числа, типа шин, модификации впускных и выпускных коллекторов, замены распредвала и совершенствованием системы зажигания. Старые автомобили довольно чувствительны к таким изменениям, которые должны быть тщательно спланированы и согласованы. Новые управляемые компьютером модели уже имеют многие из этих изменений, и такие двигатели имеют лучшие характеристики, чем их предшественники. Автомобили так чувствительны к изменениям, что даже изменение диаметра шин может повлиять на приемистость их двигателя.
Существует очень мало модификаций, которые могут быть сделаны на автомобиле с компьютерным управлением без ухудшения характеристик выхлопных газов. Некоторые специализированные фирмы выпускают впускные коллекторы, распределительные валы, выпускные системы и компьютерные "чипы", которые могут увеличить мощность двигателей современных автомобилей. При покупке внимательно читайте инструкции и определите применимость компьютера к модифицируемому двигателю.
Если вы планируете ремонтировать свой двигатель, то можете сделать при ремонте некоторые модификации. Когда двигатель разобран, можно легко заменить головки блока цилиндров, поршни, шатуны, коленвал и распредвал. Модифицированные головки блока цилиндров могут обеспечить заметное увеличение мощности на высоких оборотах. Для двигателей, работающих в "мягком" режиме качественная обработка клапанов под тремя углами и подбор впускных каналов к выпускному коллектору улучшат работу двигателя без ухудшения его приемистости и надежности. Более старые двигатели могут быть улучшены путем добавления упрочненных седел клапанов и специальных клапанов, что позволяет двигателю работать, на малоэтлированном и неэтилированном бензине. Поршни для высокой степени сжатия улучшают мощность и эффективность работы при всех оборотах, но если степень сжатия превысит примерно 9:1, то необходимо топливо с высоким октановым числом. Поршни с плоским дном обеспечивают лучший фронт пламени в камере сгорания, чем поршни с выпуклым (вогнутом) дном. Усиленные поршни жестче, чем литые, однако, литые поршни лучше работают в обычных условиях.
Коленчатые валы с более длинным ходом поршня совместно с соответствующими шатунами и поршнями увеличенного размера могут увеличить мощность без ухудшения приемистости и крутящего момент a на низких оборотах. Однако если вы намериваетесь создать высокооборотистый двигатель, то этот способ вряд ли нам подойдет: длинноходные двигатели (с большим ходом поршня) могут ограничить потенциальную мощность на высоких оборотах.
Перед сборкой двигателя обратитесь в мастерскую и отбалансируйте детали, — это поможет получить, дополнительную мощность, для которой не потребуется дополнительного топлива.
Мы обсудим все "за" и "против" от замены различных деталей и влияния этой замены на другие части автомобиля. Обычно если вы заменяете одну деталь, вы также должны изменить или заменить другие детали, которые работают совместно с ними. Проверьте расход топлива, а также приемистость автомобиля с помощью секундомера до и после каждой модификации для определения ее эффективности. Для большей точности измерений проводите их в одинаковых условиях и на одной и той же дороге.
В данной работе мы попытаемся ограничиться обсуждением модификации, которые можно сделать в домашних условиях за разумную цену без больших затрат времени.

Впускные коллекторы
Общая информация
Новый впускной коллектор может высвободить заметную мощность и одновременно улучшить топливную экономичность, если он правильно подобран. Другим преимуществом улучшенного впускного коллектора является уменьшение веса благодаря использованию алюминия по сравнению с прежним чугунным узлом.
Хотя экзотические впускные коллекторы для нескольких карбюраторов, с большой высотой и перекрещивающимися каналами выглядят внушительно, для повседневного использования лучше простой коллектор. Почти все впускные коллекторы для форсированных двигателей повседневного применения используются совместно с одним четырехкамерным карбюратором. Это обеспечивает мощность в сочетании с экономичностью и надежностью при относительно низкой стоимости. Многокарбюраторные агрегаты довольно дороги, их трудно настраивать и обслуживать. Единственный правильно подобранный карбюратор обеспечит поток топливовоздушной смеси, необходимый для двигателя.
Впускные коллекторы, подобно многим другим деталям двигателя, тоже "настраиваются" для лучшей работы в определенной области оборотов. Вообще говоря, коллекторы с длинными каналами обеспечивают лучший крутящий момент на низких оборотах, а коллекторы с относительно короткими каналами увеличивают мощность на высоких оборотах.
Система впуска
Как вы могли видеть из предыдущих глав этой книги, даже небольшие детали механической конструкции влияют на мощность автомобиля. Небольшие изменения формы головок поршней, затруднения в распространении пламени и динамика потока, определяемая формой кулачков распределительного вала, являются лишь некоторыми из многих факторов, которые могут, как увеличивать, так и уменьшать мощность. Так как наше рассмотрение идет от головки блока цилиндров к карбюратору, мы хотели бы добавить систему впуска к нашему пониманию того, как увеличить мощность двигателя. Однако, мы также заметно увеличиваем сложность потенциальных конструкций, и эти усложнения могут представлять серьезные трудности для неопытного конструктора. Трудности могут быть и случайными (в форме мощности) даже для осведомленного механика.
Система впуска включает в себя все, что подает топливовоздушную смесь правильного состава в камеры сгорания. В данном случае система впуска определяется как впускной коллектор, карбюратор (электронные системы впрыска в этой книге не обсуждаются) и воздухоочиститель (воздушный фильтр). Эти детали являются основными поставщиками воздуха и распыленного топлива, и они имеют в большой степени предсказуемое влияние на мощность. Из-за этого практично обсуждать каждую деталь отдельно; чтобы понять и оптимизировать его функции. Однако ваши поиски мощности будут успешными только в том случае, когда вы узнаете, на что влияет система впуска и что влияет на нее.
На работу впускного коллектора, особенно для двигателей типа V8, очень сильно влияют другие детали. К примеру, определенный карбюратор, распредвал и, в меньшей степени, головка блока цилиндров могут довольно хорошо работать с конкретным коллектором, иногда обеспечивая большую мощность по сравнению со стандартным двигателем. Однако, та же самая комбинация с другим впускным коллектором "хитрой" конструкции может выдавать меньшую мощность, чем со стандартным коллектором. И в сложных случаях '' изменение карбюратора или распредвала может изменить результат, испытания на стенде могут показать, что испытуемый двигатель из прошлых проверок теперь будет наилучшим выбором. Это, несомненно, делает выбор впускного коллектора очень сложной работой для конструктора, не имеющего испытательного стенда (не говоря уже о затратах времени и денег). Но не отчаивайтесь - имеется несколько испытанных комбинаций, которые хорошо работают на большинстве двигателей. По мере прочтения этой главы вы лучше познакомитесь с этими беспроигрышными вариантами.
На одноплоскостных (360 - градусных) впускных коллекторах все впускные каналы находятся на одном уровне и имеют приблизительно одинаковую длину. Это помогает улучшить распределение топливовоздушной смеси, что является проблемой у некоторых двухплоскостных коллекторов. Не так давно были разработаны одноплоскостные коллекторы с лучшими характеристиками в области низких и средних оборотов. Если вы хотите увеличить мощность в области средних и высоких оборотов вместо крутящего момента на низких и средних оборотах, то можно выбрать одноплоскостной коллектор. Имейте в виду, что наиболее используемая мощность, выдаваемая двигателем, как раз находится в области низких и средних оборотов.
На карбюраторных моделях и моделях с впрыском топлива с корпусом дроссельной заслонки впускной коллектор распределяет топливовоздушную смесь по впускным каналам головок блока цилиндров. Впускные коллекторы на моделях с многоточечным впрыском топлива подают только воздух; топливо подастся в отверстия (каналы головок блока цилиндров).
Имеются две основные конструкции впускных коллекторов для двигателей повседневного применения — одноплоскостные и двухплоскостные (называемые также З60-градусными и 180-градусными).
Практически все стандартные впускные коллекторы для двигателей V8 используют двухплоскостную конструкцию, так, как она улучшает мощность на низких и средних оборотах, экономичность, приемистость и низкую токсичность выхлопных газов. Двухплоскостные коллекторы разделяются так, что каждый второй цилиндр по порядку зажигания питается смесью от одной стороны карбюратора, а остальные цилиндры — от другой стороны. Это эффективно улучшает скорость поступающего потока и реакцию на перемещение дроссельной заслонки в области низких и средних оборотов, но мощность при высоких оборотах снижается.
Впускные коллекторы имеются в версиях с низким, средним и высоким подъемом. Тип с низким подъемом предназначается для установки в автомобили с низкой линией капота и обычно теряет некоторую мощность по сравнению с типом с высоким подъемом. Для большинства применений, если имеется достаточное пространство под капотом, лучше пользоваться типом с высоким подъемом.
Существуют две другие распространенные конструкции, о которых нужно знать и которые используются в основном для гоночных двигателей. К сожалению, эти коллекторы уменьшают мощность на низких оборотах, приемистость и экономичность, а также увеличивают концентрацию токсичных веществ в выхлопных газах.
На коллекторе с пересекающимися каналами установлены два 4-камер-ных карбюратора, но они установлены последовательно вместо установки по разные стороны. Это используется на спортивных автомобилях, где карбюраторы выступают из-под капота автомобиля.
Существующие типы
Имеется значительное число стандартных и специальных впускных коллекторов для карбюраторных двигателей. Существуют специальные каталоги, которые помогают подобрать подходящий коллектор. Однако двигатели должны быть аналогичны двигателям, указанным в этих каталогах, чтобы получить заявленную мощность. Для наилучших результатов все детали должны работать совместно.
Когда вы определите основной тип коллектора (одноплоскостной или двухплоскостной) и диапазон оборотов, вы должны приобрести правильный коллектор для установки на двигатель вместе с карбюратором. Если карбюратор неисправен или не подходит, то его нужно заменить другим.
Фланцы крепления впускного коллектора для установки карбюраторов отличаются друг от друга, поэтому перед приобретением впускного коллектора определите, какой карбюратор будет использоваться. К примеру, отверстия для самого карбюратора и отверстия для его болтов могут иметь различную форму и расположение.
Некоторые конструкторы "перекармливают" свои двигатели, что ухудшает их реакцию на перемещение дроссельной заслонки, топливную экономичность и состав выхлопных газов. Карбюратор должен быть подобран к впускному коллектору и к двигателю. Дополнительная информация содержится далее в следующем разделе.
Убедитесь, что вы подобрали характеристики коллектора в соответствии с назначением автомобиля. Фирмы-производители впускных коллекторов потратили много времени для испытаний своей продукции на испытательных стендах. Некоторые фирмы продают уже подобранные друг к другу распредвал и впускной коллектор. Перед покупкой коллектора выясните особенности его конструкции, назначение и ожидаемые результаты от его использования на вашем двигателе.
Модели с контролем состава выхлопных газов могут потребовать наличия клапана для регуляции выхлопных газов (EGR). Некоторые специальные коллекторы не имеют возможностей для установки деталей системы EGR. Вместе с тем, многие двигатели детонируют под нагрузкой, когда система EGR отсоединена.
Убедитесь, что коллектор имеет поперечные каналы, чтобы улучшить характеристики двигателя при его прогреве. Без них двигатель будет глохнуть и работать с перебоями, пока полностью не прогреется.
Иногда вновь устанавливаемые коллекторы требуют установки различных тяг для управления дроссельной заслонкой, а также и крепежных устройств. Некоторые двигатели имеют систему подогрева воздушной заслонки и несколько соединений для вакуумных шлангов. Убедитесь, что все детали имеются в наборе или по отдельности перед установкой коллектора на двигатель.
Модели с впрыском топлива
Некоторые специальные впускные коллекторы имеются для двигателей с распределенным впрыском топлива и с корпусом дроссельной заслонки. Большинство из них предназначено для улучшения мощности и экономичности при сохранении низкого уровня токсичных веществ в выхлопных газах.
Что будет правильным для вас
Впускные коллекторы сконструированы так, чтобы работать в конкретном диапазоне оборотов двигателя (верхние и нижние пределы оборотов). Конструкция с двойной плоскостью предпочтительна для работы в области низких и средних оборотов (примерно от 2500 до 4500 об/мин), но из-за того, что каждый цилиндр втягивает топливо только из одной половины карбюратора и из-за того, что потоки сильнее закручены, на высоких оборотах двигателя обычно развивается меньшая мощность. Коллектор с открытой камерой обычно дает меньший крутящий момент на низких оборотах (в основном из-за факторов, связанных с карбюратором, например, плохая подача топлива и распыление топлива при низком воздушном потоке). Но часто он обеспечивает хорошую работу в области средних и высоких оборотов. Коллектор с открытой камерой получает должное при оборотах 4500 до 6500 об/мин для "повседневного" двигателя и с необходимыми модификациями он может хорошо работать вплоть до оборотов 8000 - 8500 об/мин дня гоночных двигателей.
При малом объеме канала и разделении потоков коллектор с двумя плоскостями жестко передает импульсы к диффузору карбюратора. Это увеличивает скорость воздуха, что улучшает распыление и точность дозировки. В коллекторе с одной плоскостью, большая часть интенсивности импульса уменьшается из-за большого объема камеры и из-за того, что каждый импульс доходит до всего карбюратора. Эти различия влияют на реакцию двигателя, на педаль "газа " на крутящий момент, мощность и на обороты, при которых достигается максимальная мощность.
С немногими исключениями, однако, вы не можете просто установить "гоночный" коллектор и довольствоваться этим. Особенность правильного выбора впускного коллектора состоит в том, чтобы сначала решить, при каком числе оборотов двигатель должен достигать максимальной мощности. Затем подберите впускной коллектор как часть координированного "пакета" (включающего распределительный вал, впускную систему и другие детали), предназначенного для получения максимальной мощности при выбранных оборотах. Однако даже после выбора точки максимальной мощности вы должны подобрать основную конструкцию коллектора перед тем, как вы сможете считать, что нужная деталь определена. Основа для такого решения исходит от понимания различий в мощности, получаемой от одноплоскостных и двухплоскостных впускных коллекторов. Позднее в этой главе мы установим, что карбюратор имеет две основные функции: регулировка количества топлива, поступающего в воздушный поток, проходящий через карбюратор и равномерное распыление этого топлива в проходящем воздушном потоке. Когда вы уясните, что каждое пространство, поворот и контур во впускном коллекторе влияют на работу карбюратора и на характеристики потока топливовоздушной смеси (далее будет обсуждено, как это происходит), то причины, по которым конструкция впускного коллектора влияет на мощность, станут более понятными.
Коллектор с двойной плоскостью имеет существенно меньший объем магистрали (канала), чем коллектор с одной плоскостью. Этот объем между карбюратором и впускным клапаном становится важным; когда поток смеси в канале движется в направлении цилиндра. Поток не движется равномерно из-за импульса, который генерируется во впускном тракте, когда впускной клапан открывается и поршень начинает движение вниз в цилиндре. При малом объеме канала этот импульс жестко передается на карбюратор и в некоторый момент поток газов через диффузор ускоряется. Это увеличение скорости воздуха улучшает распыление и помогает точности дозировки в диффузоре. Когда дроссельные заслонки закрыты, импульс во впускном канале приводит к резкому росту давления в каналах системы холостого хода и каналах переходной системы, вызывая тот же самый положительный эффект на поток топлива в режиме холостого хода. В этом случае нет ничего удивительного в том, что эта прямая связь между открыванием впускного клапана и карбюратором увеличивает мощность при низких оборотах и частично открытой дроссельной заслонке.
В однополостном коллекторе ситуация в чем-то другая. Когда импульс во входящем потоке движется по направлению к карбюратору, большинство его интенсивности уменьшается, потому что большой объем камеры является обычным для других семи каналов. Дальнейшее "разбавление" происходит, когда импульс достигает карбюратора, т. к. он передает свою энергию ко всем четырем камерам карбюратора, а не к двум, как при разделенной камере. Это значительно уменьшает интенсивность импульса при низких оборотах двигателя и существенно влияет на поток топлива и его распыление. Эти эффекты уменьшают чувствительность двигателя к перемещению дроссельной заслонки и мощность на низких оборотах.
Когда обороты двигателя возрастают, проблемы, свойственные одноплоскостному коллектору, уменьшаются. При некотором значении оборотов двигателя скорость газов достигает уровня, когда усиленный сигнал стабилизирует дозировку топлива и его распыление. Когда "низкооборотные" проблемы уменьшаются, то большая камера становится преимуществом, уменьшая сопротивление и позволяя цилиндрам втягивать смесь из всех четырех камер карбюратора. При высоких скоростях потока конструкция коллектора с одной плоскостью и открытой камерой, несомненно, выигрывает соревнование по мощности у конструкции с двумя плоскостями и с раздельной камерой. Легко видеть, почему коллектор с одной плоскостью часто выбирается для чисто гоночных применений, требующих мощности на высоких оборотах. Однако когда речь идет о повседневном использовании, особенно на авт

Выпускная система и выпускные коллекторы
Выпускная система и выпускные коллекторы
Ваши представления о том, как двигатель внутреннего сгорания выдает мощность, станут точнее с изучением динамики движения газов. Это более чем справедливо для выпускной системы. Хотя многие из «движущихся» деталей в этой системе не требуют смазки или периодического обслуживания, они, тем не менее, испытывают существенные динамические нагрузки. В пространстве, ограниченном тонкой сталью, есть место, где газы с температурой более 1100° С и под давлением, движутся со скоростью звука, взаимодействуют с окружающей средой либо для помощи двигателю в освобождении его цилиндров от отработанных газов, либо для противодействия этому процессу. Эта глава поможет вам заглянуть внутрь выпускной системы и покажет легкие пути для увеличения мощности с помощью уменьшения сопротивления и увеличения продувания выпускного тракта. Вы также узнаете о некоторых специальных технологиях, которые можно использовать для оптимизации потока выхлопных газов и увеличения мощности.
Если выпускная система была бы просто скоплением труб, которые направляет поток выхлопных газов к задней части автомобиля, то работа по оптимизации системы была бы относительно простой. Однако выпускная система рассчитана на выполнение как минимум одной дополнительной задачи: она должна уменьшать шум двигателя. Эти не связанные с форсировкой требования приводят к необходимости использования глушителей, а глушители существенно усложняют задачу получения максимальной мощности. Распредвалы могут быть доработаны до полного профиля, головки блоков цилиндров могут иметь отработанные каналы, карбюраторы могут быть точно настроены, и все эти модификации могут улучшать мощность. А лучшие глушители это не те, которые точно оптимизированы, точно настроены или имеют высокотехнологичную конструкцию. Лучшие глушители — это отсутствие глушителей!
Обратное давление и мощность
Глушители работают подобно пробке. Они создают сопротивление потоку газов, увеличивают обратное давление в выпускной системе, и в результате этого частично уменьшаются шумы. Хотя снижение шума приятно уху, оно ухудшает мощность двигателя и экономию топлива.
Уменьшение обратного давления выхлопных газов всегда улучшает мощность и экономию топлива при условии, что соотношение воздух/топливо и момент зажигания тщательно оптимизированы, а до и после выпускной системы обратное давление увеличивается. Если вы уменьшите обратное давление в выпускной системе и оптимизируете двигатель для этих условий, то в 999 случаях из 1000 вы обнаружите прирост мощности.
Двигатели с компьютерным управлением
Многие автомобили последних моделей используют сложные компьютеры для управления двигателем, которые анализируют некоторые параметры работы двигателя и несколько раз в секунду инструктируют систему зажигания, как опережать и задерживать момент зажигания и/или управляют форсунками впрыска топлива для изменения количества топлива, поступающего в воздушный поток. Не стоит и говорить о том, что эта сложная система должна быть тщательно настроена инженерами, хорошо подготовленными как в области двигателестроения, так и в области компьютерной техники. Нет ничего удивительного в том, что произвольное изменение какой-либо детали этой сложной системы может привести к неожиданным изменениям, результатом которых будет ухудшение приемистости и снижение мощности двигателя.
В таких условиях установка выпускной системы с низким обратным давлением без других изменений может не улучшить мощность двигателя. Если автомобиль будет использоваться для езды по пересеченной местности или для гонок и желательна большая мощность, то имеются три возможности:
· Вы можете заменить стандартный блок памяти версией для форсированного двигателя. Эти блоки представляют собой электронные схемы, которые содержат инструкции для работы компьютера. Новые блоки могут улучшить мощность, но без постоянного контакта с фирмой-производителем электронных блоков настройка будет очень трудной и обычно чем-то похожа на известный метод проб и ошибок.
· Большая свобода настройки может быть получена благодаря установке сборной компьютерной системы. Эти дополнительные блоки "перехватывают? информацию, поступающую к стандартному компьютеру и выходящую из него. Путем поворота с помощью отвертки некоторых регулировочных резисторов, которые расположены на блоках схемы, пользователь может изменять характеристики системы зажигания и топливной системы.
· Последний и наиболее прямой путь к "соглашению" с системой управления двигателем — это снять ее полностью и установить более привычные обычные системы зажигания и карбюрации (или впрыска топлива). Когда системы двигателя могут быть свободно перекалиброваны, то преимущества выпускной системы с низким обратным давлением будут полностью реализованы.
Измерение обратного давления
В простом понимании высокофорсированный двигатель может быть определен как двигатель, который выдает больший объем выхлопных газов, чем стандартный двигатель того же рабочего объема. Так как мощность двигателя получается из-за сгорания топлива, то чем больше топлива эффективно сгорит в двигателе, тем большую мощность (и объем выхлопных газов он произведет). Следовательно, каждая модификация двигателя, которая улучшает мощность, будет увеличивать обратное давление, если не сделать необходимых изменений на выхлопной системе. Фактически, увеличение мощности на 40% обычно удваивает обратное давление, а если вы рассчитываете удвоить мощность двигателя, то обратное давление увеличится в 4 раза.
Но не спешите сразу же выбрасывать свои глушители и выхлопные трубы. Вначале вы должны измерить, какое обратное давление развивается в вашей выпускной системе. К счастью, для решения этой задачи не требуется дорогое диагностическое оборудование. Все, что вам потребуется — это манометр, несколько соединителей и трубок. Манометр должен быть рассчитан на измерение давления порядка 0,7 кгс/см3; в крайнем случае, можно воспользоваться манометром для измерения давления топлива. Лучше всего иметь манометр с крупной шкалой для облегчения измерений. Вварите кусок "резьбы" в выхлопную систему перед глушителями, а если автомобиль оборудован катализатором, то добавьте еще и резьбу перед ним. Резьба может представлять собой простую шестигранную гайку с резьбой для установки трубки диаметром 3,2 или 6,3 мм. Из-за высоких температур в системе подсоединение манометра к резьбовому отверстию требует дополнительных операций. Просверлите маленькое отверстие через заглушку выхлопной трубы (эта заглушка должна иметь такой же размер резьбы, как и в приваренной гайке) и впаяйте высокотемпературным припоем кусок стальной трубки длиной 300-450 мм, внутренним диаметром 3,2 мм(1/8 дюйм), которая часто используется в качестве тормозной трубки, в просверленное отверстие. Стальная трубка будет рассеивать избыточное тепло от горячей выпускной системы, чтобы можно было подсоединить резиновый шланг, идущий к манометру. Следите за тем, чтобы шланг не касался других раскаленных деталей выпускной системы. После измерений обратного давления можно снять трубку и заглушить выпускную систему резьбовой заглушкой без отверстия для трубки.
Обратное давление измеряется при разгоне автомобиля с широко открытой дроссельной заслонкой. При регулярном повышении оборотов определяйте значения давления по манометру. Любое обратное давление является нежелательным, но к этому нужно подходить практически. Так как невозможно добиться нулевого сопротивления потоку, то нужно добиваться реальных целей. Полученные графики обратного давления иллюстрируют, что стандартная выпускная система может создавать давления до 0,6 кгс/см2 (и даже больше на некоторых обычных автомобилях). При тщательном подборе глушителей, катализаторов и выхлопных труб тот же самый двигатель будет развивать обратное давление величиной не более 0,15 кгс/см 2 . Если при измерениях будут получены значения обратного давления более 0,35 кгс/ см 2 при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой в какой-либо области оборотов, то выпускная система нуждается в доработке.
Катализаторы
Для уменьшения содержания углеводородов (СН или НС), окиси углерода (СО) и окислов азота (NO X ) в выхлопных газах большинство автомобилей последних моделей используют в выпускной системе катализатор. Это устройство выглядит как глушитель, но использует такие благородные металлы как платина, палладий и родий для выполнения своих задач. Они вступают с токсичными веществами в химические реакции, изменяя состав выхлопных газов так, что СО, СН и NO X преобразуются в СО 2 (двуокись углерода), Н 2 О (воду) и N 2 (азот). Фактически, катализатор так эффективен для снижения концентрации вредных веществ, что большинство других устройств контроля токсичности газов на современных автомобилях используются только для тонкой настройки процессов сгорания и оптимизации работы катализатора.
Недостатки катализатора
В большинстве случаев катализатор имеет большее сопротивление потоку, чем глушитель. Особенно это справедливо для катализаторов фирмы "Дженералмоторе" и "Крайслер". Большинство катализаторов фирмы "Форд", однако используют сотовую конструкцию, которая пропускает поток лучше, чем другие конструкции. Однако благодаря прогрессу в области систем контроля выхлопных газов, созданы и развиваются несколько новых типов катализаторов. Некоторые новые разработки называются двух- или трехступенчатыми катализаторами, и они используют впрыск воздуха в них для помощи в процессе контроля выхлопных газов.
Из-за разнообразия конструкций и тесной интеграции катализаторов с другими системами двигателя невозможно дать конкретные рекомендации по увеличению мощности и одновременно сохранению низкого уровня токсичности.
Модификации катализатора
Имеется большое разнообразие по потенциалам потока между различными катализаторами. Основные причины этого связаны с основной конструкцией. Катализаторы с самой малой эффективностью часто используют шарики из активных веществ, которые, к счастью, становятся менее популярными. Катализаторы такого типа пропускают поток выхлопных газов через множество шариков, покрытых активными веществами, что создает заметное сопротивление потоку. С другой стороны, катализаторы фирмы "Форд" (используемые и другими фирмами) имеют сотовую структуру. Хотя это может выглядеть конструкцией с большим сопротивлением, такой катализатор довольно эффективен. Самое большое сопротивление в большинстве катализаторов с сотовой структурой имеется на входе в сотовую структуру. С помощью конструкций с измененным входом и измененным выходом возможно заметно улучшить поток через такие катализаторы. Испытания на стендах, показали улучшение потока примерно на 8,51 М3/МИН (при давлении 635 мм водяного столба). Это соответствует улучшению потока на 250 % по сравнению с типичным промышленным катализатором.
Эксперименты с промышленными катализаторами подтвердили их главный недостаток: они дорогие!
Горячо! И поддерживайте его таким
Катализаторы работают правильно, когда они горячие, даже раскаленные! При температурах 200-260° С катализатор достигает начальной температуры, при которой эффективность преобразования токсичных веществ в безвредные соединения около 50%. Рабочая температура для полного преобразования составляет от 500 до 900° С, т. е. близка к температуре в камере сгорания. Сталь при этих температурах раскаляется докрасна.
Необходимо учитывать эти температуры при работе с катализаторами. Прежде всего, катализаторы достигают таких высоких температур только, если они расположены очень близко от отверстий выпускных коллекторов. Температура выхлопных газов может заметно снизиться уже в 1,0-1,2 м от выпускного коллектора и катализатор может не достичь даже начальной рабочей температуры. Во-вторых, высокие температуры катализатора требуют соответствующей теплоизоляции для предотвращения разогрева и воспламенения деталей на днище кузова и рядом с катализатором. Это может произойти, когда автомобиль останавливается после интенсивной работы, когда катализатор остается горячим в течение долгого времени после остановки автомобиля.
Существуют несколько факторов, которые могут влиять на срок службы катализатора, особенно при его работе на форсированном двигателе. Если вы будете следовать приведенным ниже указаниям, то катализатор будет служить долго и безотказно:
· При установленном на двигателе катализаторе не пользуйтесь этилированным бензином. Свинец будет осаждаться на материале катализатора и будет мешать его работе. Однако если вы заправились этилированным бензином случайно, и в нем содержится мало свинца, то осажденный свинец может быть выжжен у катализатора, и катализатор снова начнет работать нормально.
· Поддерживайте соотношение воздух/топливо в смеси как можно ближе к стехиометрическому (примерно 14,7:1), так как выброс токсичных газов минимален при использовании смеси такого состава, и это предотвращает чрезмерные температуры катализатора.
Поддерживайте двигатель в хорошем состоянии; пропуски зажигания, заедание воздушной заслонки, "дизелирование" (работа двигателя при выключенном зажигании) или "переливание" карбюратора приводят к попаданию топлива в катализатор, что приводит к его сгоранию внутри катализатора, т. е. к повышению температуры катализатора и сокращению срока службы. Глушители
После катализатора следующей большой помехой потоку газов является глушитель. Хорошо сконструированный глушитель будет уменьшать шум от работы двигателя, не создавая избыточное обратное давление и не "придушивая" двигатель. К сожалению, не все глушители хорошо сконструированы. Фактически, некоторые глушители являются такими "хорошими" в создании обратного давления, что они могут отнять от 30 до 40 л. с. у форсированного в заводских условиях двигателя V8. Но вместе с тем есть и отлично работающие глушители и, подобрав глушитель правильной конструкции, вы можете получить существенную прибавку мощности.
Глушители можно разделить на три основные категории: ограничители, поглотители и отражатели. "Тишина" большинства промышленных глушителей достигается путем создания ограничений потоку, что делается продавливанием выхлопных газов через каналы небольшого диаметра. К сожалению, эта методика также создает большое обратное давление и отбирает большую мощность. Специальные глушители, с другой стороны, часто основаны на поглощении, когда звук, поступающий в корпус, преобразуется в тепло при своем взаимодействии с поглощающим материалом, подобным фиберглассу, путем процесса трения. Этот метод создает меньшее обратное давление, но он менее эффективно заглушает шум. Глушители также используют внутренние перегородки для отражения звуковых волн обратно к входной стороне. Лучшие глушители для форсированных двигателей часто сочетают методики отражения и поглощения для улучшения шумопоглощающих свойств, сохраняя в то же время большие внутренние каналы для уменьшения сопротивления потоку газов. Превосходным