Выпускная система

Выпускные системы

Спортивные глушители. Прямоточная система выпуска.
Даже в нынешнее, весьма "недешевое" время многие стремятся индивидуализировать свой автомобиль, сделать его мощнее и темпераментнее. Любителям быстрой езды вечно не хватает мощности стандартного мотора. Когда резервы настроек и регулировок исчерпываются, наступает пора форсировки - процесса творческого, а потому дорогостоящего.
Вы не раз слышали о так называемых спортивных выхлопных системах. Давайте разберемся, что к чему, в этом вопросе.

Банки.
Итак, многие фирмы выпускают так называемые неоригинальные запчасти, в том числе тюнинговые или спортивные детали. Фирм - великое множество. На слуху - ASSO, Blitz, HKS, Powerful, Remus, Sebrin, Walker, Ulfer и т.д.
Большинство тюнинговых глушителей -универсальные. Их можно подогнать на все без исключения автомобили определенного типа (питание, литраж, класс). Проблемы возникают, только когда выбранная деталь велика для машины, но такие недоразумения крайне редки.
Покупателю нужно определиться в предпочтениях - хочет ли он вороненую сталь, никелировку или тусклый белый металл, один или два выхода, прямые, загнутые вверх или вниз трубы, с вылетом или без... И, конечно, звук. Учтите: после того как глушитель приработается, тембр и тональность немного меняются. На некоторых сайтах размещены звуковые дорожки, на которых записаны "голоса" глушителей. Послушайте, не пожалеете...
Цена зависит от качества материалов, технологии изготовления, раскрученности фирмы. Например, для ВАЗ-21083 самый простой Powerful стоит $48, самый дорогой ASSO - $380. С иномарками разброс еще больше. В общем, придется походить, посмотреть витрины и попытать консультантов. Позвольте лишь небольшую подсказку: отечественные глушители, изготовленные из нержавейки, часто превосходят импорт по качеству и долговечности. И цена у них отечественная. Почти. Изредка попадаются безумно дорогие изделия из титана. Типов глушителей великое множество. Перечислять их утомительно, отметим лишь важные особенности. Чем больше объем глушителя, тем эффективнее гасится шум. Басовые ноты можно получить не только за счет прямой трубы, но и резким увеличением ее диаметра у выхода из глушителя. Синтетическое волокно в "банке" не добавляет мощности, а лишь подавляет высокие шумы.

Пауки
Большая часть потерь на выпуске приходится на выпускной коллектор. В спорте и тюнинге штатный заменяют на так называемый "паук" - отличается формой и порядком соединения приемных труб с выпускными окнами. "Пауки" бывают "короткие" и "длинные" (два У). Если взять 4-ци-линдровый двигатель, то схема труб "длинного" строится по формуле 4->2->1, а "короткого" 4->1. К "длинному" пауку положена соединительная муфта 2->1, у "короткого" более сложная геометрия. Коллектор 4->1 дает добавочную мощность только в очень узком диапазоне оборотов, за 6000 об/мин, и его обычно применяют для высокофорсированных двигателей с широко фазными распредвалами, то есть на спортивных автомобилях. Коллекторы 4->2->1подходят для любительского тюнинга, так как обеспечивают некий прирост мощности и крутящего момента в довольно широком диапазоне оборотов. Физика работы деталей сложна, и, не углубляясь в дебри, попросту ответим на вопрос - сколько лошадей прибудет? Мало! Для вазовских моторов обычно 3-5%, и даже в случае доработки впуска - не более 7% (это вообще максимум труднодостижимый). В прямоточной системе применяют также промежуточные прямые трубы увеличенного диаметра, резонаторы пониженного сопротивления. Вместо жестких соединений часто ставят "гофры" (сильфоны) или шаровые соединения. Последние не создают паразитных частот резонанса, зато недолговечны. Приблизительные (очень!) цены на детали прямотока для переднеприводного ВАЗа таковы: "паук" - $150, сильфон - $30, глушитель -200, трубы - 30.
Все эти детали нетрудно установить самостоятельно, был бы подъемник или яма, инструмент, ловкие руки и светлая голова. Но лучше доверить работу сервису: на фоне цены деталей установка дешева, к тому же требует "болгарки", сварки и трубогиба. Да и гарантию терять не стоит.
Рис.1 Стандартная система.
Выхлопная система стандартного автомобиля служит для собственно отвода отработавших газов из камеры сгорания мотора. Попутно решается задача глушения звука выхлопа.
Движение отработавших газов в выпускной трубе представляет собой колебательный процесс, который может быть согласован экспериментально с колебательным процессом движения горючей смеси во всасывающем тракте с таким расчетом, чтобы улучшить очистку цилиндра от отработавших газов и его наполнение свежей смесью. Давление в выпускной трубе подвержено резким колебаниям в течение всего периода выпуска. В первый момент после открытия выпускного клапана продукты сгорания устремляются в выпускную трубу с весьма высокой скоростью, превышающей скорость распространения звука. Быстрое удаление 50% продуктов сгорания влечет за собой образование в цилиндре разряжения, которое может доходить до 0.5 кгс/см2. Точно так же и в выпускной трубе образуются периоды пониженного давления.
Эксперименты с выпускными трубами доказали, что длина трубы не влияет на эффективность очистки цилиндра в первой стадии процесса выпуска, но зато с увеличением длины трубы в известных пределах увеличивается длительность периода, в течение которого поддерживается разряжение.
Рис.2 Новая система
С изменением частоты вращения период пониженного давления в выпускной системе не только изменяется по длительности и величине разряжения, но и смещается по углу поворота коленчатого вала. Поэтому каждому режиму работы двигателя соответствует определенная оптимальная длина выпускной трубы.
В выпускной системе ДВС присутствуют два процесса. Первый - сдемпфированное в той или иной степени истечение газа по трубам. Второй - распространение ударных волн (звука) в газовой среде.
Оба процесса оказывают влияние на коэффициент наполнения цилиндров. С первым всё просто и понятно. Большое сопротивление потоку газов (заткните выхлопную трубу!) вызовет снижение качества продувки и потерю мощности. Совершенно понятно, что чем короче и большего диаметра труба, тем меньше её сопротивление потоку. В реальной жизни для полуторалитрового мотора, работающего на оборотах не выше 8000 достаточно диаметра 45 - 50 мм при длине 3 - 3,5 метра. Дальнейшее увеличение диаметра не вызывает существенного уменьшения динамического сопротивления.
Далее понятно, что если в выпускной системе построить на некотором расстоянии от клапана отражатель, который называют резонатором, то на определённых оборотах улучшится продувка цилиндров, что поднимет вращающий момент двигателя. Это явление называется "настроенный выхлоп" и используется для корректировки моментной кривой. Если задача стоит повысить мощность, как для спортивного мотора, то резонатор настраивают на падающий после максимума участок. Таким образом, продлевают момент на большие обороты. Мощность, как известно, произведение угловой скорости на вращающий момент. Если мы хотим получить более "тяговитый" мотор на низах, то настраиваем на растущий участок до максимума.
Рис.3 Глушитель
Что касается шума, то этим занимается глушитель, расположенный как можно дальше, для того, чтобы снизить его влияние на резонансные свойства. Задача глушителя - только погасить звук многократным отражением в лабиринте или направить его в звукопоглощающий материал (стекловату, например), оказав как можно меньшее сопротивление потоку газов.
Если обратиться к зарубежной практике, то выясняется, что специалисты в области выхлопных систем могут получить прибавку в мощности более 12 -15 лошадиных сил. Эта солидная прибавка мощности получается заменой всех частей выхлопной системы ("штаны", катализатор, резонатор, оконечная часть).
Спортсмены получают большую прибавку, но за счет того, что у них не связаны руки громкостью выхлопа - спортбайк имеет звуковое давление около 120 децибел (официально разрешенный предел 100 ДБ).
Рис.4 Старая система в сборе Рис.5 Новая система в сборе
Глушитель по группе А может дать прибавку и в 30 сил, но ездить по городу будет невозможно. Кстати, любое серьезное вмешательство в выпускную систему требует корректировки системы питания. Исходя из этого - тюнинг 16 клапанного мотора через систему выпуска отработавших газов одно из самых не последних дел в его усовершенствовании.
В частном варианте, можно ограничиться оконечной банкой, резонатором и более продвинутыми "штанами". Замена труб на трубы большего диаметра даст прибавку, она не трудноосуществима на дорожных машинах.
Замена такой схемы на цельный выпускной коллектор с равными длинами от выпускных каналов головки до места соединения с приемной трубой даст прибавку до 5-7 лошадиных сил.
А как же звук? Да, сделать звучание машины более породистым можно и даже нужно.
Варианты - универсальные, вроде Powerful, Remus или Custom выхлоп. Powerful, Remus а также Supersprint выпускают универсальные глушители - их оконечный бачок с минимальными переделками устанавливается вместо стандартного. Отдача - конечно же, производитель обещает "more powerful engine", стадо лишних кобыл и т.п., но что-что, а звук породистый вы получите. Опять же сзади под бампером будет висеть здоровенный "самец", а не узкая фитюлька стандартного выхлопа (например, на 2110 на этой трубе явно сэкономили).

Катализатор, благо или горе. что с ним делать.
При нормальном качестве топлива и нормальной регулировке двигателя выхлопные газы спокойно проходят через эти каналы и очищаются. Но когда двигатель "нюхнет" отечественного топлива и вдобавок ко всему «вздрогнет» от регулировок "дяди Васи - крутого спеца по Жигулям", - кто может гарантировать, что после всего этого, например, из-за неправильно выставленного угла опережения зажигания не повысится температура выхлопных газов, или в глушитель не будет "лить" бензин неисправная форсунка, от чего импортная керамика начнет потихоньку «спекаться» и закрывать эти тонкие каналы. Что далее? А вот тут и начнет возникать эффект "картошки в глушителе".
Располагается катализатор в выхлопной трубе между двигателем и глушителем, есть там такое утолщение, закрытое снизу (обязательно!) дополнительным экраном, потому что иногда бывает такое, что при сильном нагреве катализатора он раскаляется почти докрасна. Из некоторого опыта можно сказать, что у катализатора бывает ТРИ состояния: -Рабочее -Полурабочее -Нерабочее.
А теперь можно рассмотреть все эти три состояния и как ведет себя машина (двигатель) при каждом из них. В рабочем состоянии и описывать-то нечего. Машина работает нормально, лампочка перегрева катализатора на панели приборов не загорается при работе двигателя, претензий ни к чему нет.
В «полурабочем» состоянии начинаются некоторые проблемы. В один прекрасный день Вы обнаруживаете, что машина стала вести себя как-то не так: и тяга куда-то пропала (или временами пропадает) и… - но лучше все эти «непонятки» разбить по пунктам:
· Временами (или всегда) пропадает тяга и «приемистость» машины на больших оборотах; вчера вот "тянула" нормально, а сегодня ее вроде бы что-то "за зад держит".
· По утрам, да и в состоянии "на горячую" машина стала заводиться все хуже и хуже, двигатель приходится долго "гонять" стартером, что бы завелся.
· Иногда "куда-то пропадают обороты": Вы давите на педаль газа, а стрелка тахометра с трудом добирается до двух или четырех тысяч и там останавливается. Ваш кошелек стремительно пустеет – машина начинает прямо-таки «жрать» бензин.
Если чисто субъективно, то возможна еще такая проверка - подтверждение "полурабочего" состояния. Когда у Вас начались подобные проблемы, надо завести двигатель и "утопить" педаль до упора. Если двигатель начнет медленно поднимать обороты и остановится где-то на двух-трех тысячах, а дальше - ни в какую, то мы опять на верном пути. Хотя справедливости ради, надо отметить, что подобный эффект может возникать и при плохой работе топливного насоса, но там еще есть немножко другие эффекты – а это уже другая статья.
В «нерабочем» состоянии машина может вести себя таким образом:
· Заводится долго, а когда заведется – то глохнет почти сразу же или не заводится вообще, т.е. даже не "схватывает".
Вот это – "третье состояние" проверить просто: надо в момент заведения машины подойти к выхлопной трубе и посмотреть (почувствовать, например, приложенной рукой) – идут оттуда выхлопные газы или нет.
Есть еще один способ проверки "забитости" катализатора. Для этого надо просто выкрутить одну из свечей и попытаться завести двигатель. Если при этом двигатель заведется, "взревет" - вперед под машину, на катализатор.
Вопросы экологии и покупки нового катализатора мы не рассматриваем – 99.9% просто удаляют его, а не бегут покупать новый за "сотку баксов". При выполнении данной работы надо учитывать, что в 90% гаек "прикипели намертво". Поэтому, прежде чем набрасываться на них с инструментом – не пожалейте денег на "преобразователь ржавчины".
Хочется предостеречь от распространенной ошибки при удалении катализатора: всегда удаляйте весь и полностью, а не пробивайте только отверстие. Кто даст гарантию, что через какое-то время это отверстие не забьется лопнувшим и отвалившимся куском.
После удаления внимательно осмотрите с «переноской» внутренность той емкости, в которой находился катализатор и Вы увидите "прикипевшую" к поверхности металлическую сеточку, одну или несколько. Ее удаляйте тоже.
В принципе так же можно просто вырезать банки катализатора и вварить гофровую трубу. Во-первых - это даст вам нежесткое соединение двигателя и выпускной системы, а во-вторых - у вас будет дополнительное охлаждение газов.
Следует помнить, что на некоторых моделях машин (например, Nissan Maxima с двигателем VG-30) имеется два катализатора, "большой" и "маленький", расположенные рядом. "Забитый" катализатор дает эффект "картошки в глушителе", как образно и точно названо данное состояние. Но не будем забывать, что "картошка в глушителе" может и не быть забитым катализатором, особенно после зимы или долгой стоянки. Был случай, когда данный эффект возник из-за того, что в глушитель набился снег, замерз и только после того, как корпус глушителя был интенсивно разогрет, - оттуда потекла вода.