Итак, что мы знаем о выхлопных трубах?
Они служат для глушения шума (и потому их называют глушителями). А еще? Кто-то скажет: "Йесли иго сняц- палучим пару лишних кабыл,"- и будет прав? Ответ - нет. Почему?
Потому что выхлопная система (так правильнее назвать это чудо) играет гораздо большую роль, нежели просто глушение шума. Для кого-то может стать новостью тот факт, что длинна/ширина самой трубы (от цилиндра и до конца выхлопной) просчитана и играет важнейшую роль в процессе работы двигателя. Ее сокращение-удлинение/сужение-расширение сказываются гораздо сильнее, чем может показаться. Конечно не в той мере, в которой это было в двухтактных двигателях, но все же довольно сильно. Причина в законах физики. Приводя простой пример скажу- если бы пистолет не был бы значительно тяжелее пули и его никто бы не держал- то по законам физики после выстрела он полетел бы в противоположную сторону от пули с той же силой и скоростью. Или еще проще: что если на старте опора от которой отталкивается бегун не будет надежно прикреплена к дорожке? Правильно- бегун не тронется, потому что вся сила его толчка не нашла точки приложения. Это если не вдаваться в подробности. Однако в конце статьи раскрыв спойлер можно будет прочитать более детальную информацию о принципе работы выхлопной системы*
Они служат для глушения шума (и потому их называют глушителями). А еще? Кто-то скажет: "Йесли иго сняц- палучим пару лишних кабыл,"- и будет прав? Ответ - нет. Почему?
Потому что выхлопная система (так правильнее назвать это чудо) играет гораздо большую роль, нежели просто глушение шума. Для кого-то может стать новостью тот факт, что длинна/ширина самой трубы (от цилиндра и до конца выхлопной) просчитана и играет важнейшую роль в процессе работы двигателя. Ее сокращение-удлинение/сужение-расширение сказываются гораздо сильнее, чем может показаться. Конечно не в той мере, в которой это было в двухтактных двигателях, но все же довольно сильно. Причина в законах физики. Приводя простой пример скажу- если бы пистолет не был бы значительно тяжелее пули и его никто бы не держал- то по законам физики после выстрела он полетел бы в противоположную сторону от пули с той же силой и скоростью. Или еще проще: что если на старте опора от которой отталкивается бегун не будет надежно прикреплена к дорожке? Правильно- бегун не тронется, потому что вся сила его толчка не нашла точки приложения. Это если не вдаваться в подробности. Однако в конце статьи раскрыв спойлер можно будет прочитать более детальную информацию о принципе работы выхлопной системы*
Ну а теперь немного подробнее о глушителях. Что это такое и какие они бывают. По способу работы глушители можно разделить на четыре группы. Это ограничители, отражатели, резонаторы и поглотители.
ОГРАНИЧИТЕЛЬ
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
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
Глушители резонаторного типа используют замкнутые полости, расположенные рядом с трубопроводом и соединенные с ним рядом отверстий. Часто в одном корпусе бывает два не равных объема, разделенных глухой перегородкой. Каждое отверстие вместе 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 оказывают, т.к. сечение не уменьшают.
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. Поглотите ли 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 за дача 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.
--------------------
Таким образом стандартная мотоциклетная "банка" представляет собой набор из ограничителя:
(труба от штанов- на фото выделена) за которой следует объем (1), система отражателей (фиолетовые линии):
и поглотителя:
-----------------
А вот "прямоток":
На фото видно, что из всех вышеописанных составляющих глушителя мы имеем только резонатор.
*Более подробная техническая информация
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.
Выхлопная стандартная выхлопная система 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.
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.
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).
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 более породистым можно и даже нужно.
Выхлопная стандартная выхлопная система 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.
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.
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).
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 более породистым можно и даже нужно.
Где же лежит добавочная мощность и 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.
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. Тогда и мощность будет иметь аналогичный вид. 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 вверхней мертвой точке (ВМТ) (фтыкать принцип работы ДВС) 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 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. 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 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 серийных глушителей шума в 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.
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.
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. Тогда и мощность будет иметь аналогичный вид. 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 вверхней мертвой точке (ВМТ) (фтыкать принцип работы ДВС) 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 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. 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 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 серийных глушителей шума в 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.
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.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Область комментариев