Выпускная система.
В ходи дискуссий на этом форуме да и не только, часто люди хотят поставить себе на стоковую машину так называемый прямоток или прямоточную систему выпуска. Я решил закрыть этот вопрос и при вашей поддержке постараюсь рассказать что такое доработка выпускной системы, зачем она нужна, сколько прибавиться сил и на какой бюджет ориентироваться при доработке.
Попытаюсь объяснить все популярным языком минимизируя науку)))но все равно основные термины как ни крути, но их не обойти. Устройство выпускной системы также не буду затрагивать, так как это азы, и кто этого не знает читать ниже не имеет смысла))
Итак. КАКИМ ОБРАЗОМ ДВИГАТЕЛЬ БЛАГОДАРЯ НАСТРОЙКЕ
ВЫПУСКНОЙ СИСТЕМЫ МОЖЕТ ПОЛУЧИТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ МОЩНОСТЬ?
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.
Дело в том, что в силу инерции газов за скачком давления всегда следует
фронт разрежения.
Нужно только сделать так, чтобы он был в нужном месте - Это выпускной клапан.
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. Вот теперь, если фронт раз
режения 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 свое го 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. Осталась 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- необходимость вернуть к
выпускному клапану ударную волну. 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
или, совсем грубо, в виде шайбы.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, Цивика
длиной 4 метра или даже Акоорда 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. Так что в гражданской жизни это неприменимо.
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 через 180 градусов. Соответственно, интервал времени, а следовательно, и длина отводящей от выпускного окна трубы пропорционально уменьшается и 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. 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. Чем ниже избыточное давление они обеспечат, тем лучше.
Следует также упомянуть о варианте паука "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. В некоторых случаях стандартный выпускной коллектор со стандартной приемной трубой работает абсолютно так же. Однако сравнить упомянутые три конструкции, несомненно, можно.
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 кол****ий 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. Кривая 1 характерна для высокодобротной системы. В нашем случае это четыре раздельные трубы, настроенные на 6000 об/мин.
Еще один момент - требованиям 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.
Еще один важный момент в конструкции выпускной системы, - 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 кол****ия 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. Для настроенных выпускных систем шаровое соединение предпочтительно. Внутренняя поверхность гофрированной вставки искажает форму трубы, что приводит к появлению паразитных частот резонанса.
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 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. 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, вонючие, однако необходимые.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. 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 глуши-телъ 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.
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.
Надеюсь не сильно вас утомил, но надеюсь не будет больше в клубе вопросов на эту тему.
Другими словами и проще- хотите чтобы звук был более менее- ставьте банку, но чтобы добиться прибавку л.с. осильте и прочитайте то что я написал....
[Ответ]
Таня М. 21:28 03.11.2010
ShnoorO.K. 14:49 07.11.2010
