Выхлопная система автомобиля: схема устройства, возможные неисправности и методы диагностики

Многие автолюбители даже не представляют, насколько важна выхлопная система автомобиля в безаварийной работе силового агрегата, и не уделяют её обслуживанию должного внимания, в результате чего, может произойти выход из строя двигателя. Именно по этой причине, стоит внимательно ознакомиться с принципом работы выхлопной системы, её конструктивными особенностями, и знать, из чего состоит выхлопная система.

В работе двигателя внутреннего сгорания важная роль отводится своевременному выводу наружу отработавших газов, начинающих скапливаться в камере сгорания головки блока цилиндров сразу после воспламенения топливной смеси. Данную задачу призваны выполнять выхлопные системы, или как говорят автолюбители, глушители, которыми оснащаются все современные машины. Должная работа выхлопной системы, направленная на отвод из мотора остатков отработанной топливной смеси, целиком зависит от исправности всех её составных элементов, имеющих некоторые конструктивные отличия в зависимости от типа двигателя.

Принцип работы выхлопной системы

Современная автомобильная выхлопная система состоит из нескольких частей, в отличие от первых устройств, имеющих вид механического клапана, который принудительно открывался водителем автомобиля вручную. Все элементы выхлопной системы, которые соединяются между собой с помощью крепёжных болтов через расположенные на их концах фланцы, предназначены для:

• отвода из камеры сгорания двигателя выхлопных газов и прочих не сгоревших остатков топливной смеси;
• уменьшения выделяемого мотором во время работы шума;
• уменьшения количества токсичных веществ находящихся в выхлопе автомобиля;
• предотвращения попадания в салон транспортного средства токсичных газов.

Устройство выхлопной системы автомобиля обладает довольно простым принципом работы, которая подразумевает отвод отработанных газов из камеры сгорания, проводя их через трубы к задней части транспортного средства, понижая при этом, за счёт герметичности всей конструкции и соединений через фланцы с термоустойчивыми уплотнителями, выделяемый мотором шум.

Уменьшение количества токсичных веществ в выхлопных газах достигается за счёт применения в конструкции выхлопной системы каталитических нейтрализаторов (катализаторов), работоспособность которых контролирует специальный датчик, называемый лямбда-зонд. В современных дизельных автомобилях, для повышения показателя экологичности выхлопа, производители используют сажевый фильтр, которым также оснащается выхлопная система дизеля.

В конструкции дизельного мотора, а также современного бензинового агрегата, довольно часто используется турбонагнетатель, который использует для подачи в камеру сгорания воздушную смесь из кислорода и отработавших газов, забираемых из выпускного коллектора. Количество попадающих в турбину выхлопных газов, регулирует датчик, расположенный на корпусе выпускного коллектора.

Устройство конструкции и назначение её составных частей

Детали, составляющие данную конструкцию, имеют различную функциональную нагрузку и собственные обозначения, отражающие этапность их работы. Сама схема выхлопной системы и наименования её частей, выглядят следующим образом:

1. коллектор выпускной;
2. приёмная труба выхлопных газов;
3. катализатор или по-другому каталитический нейтрализатор;
4. резонатор или пламегаситель;
5. глушитель.

Коллектор выпускной, представляет собой навесной тип оборудования силового агрегата, и предназначен для поступления в него отработавших частиц и газов топливной смеси с камер сгорания каждого из цилиндров, и изготавливается в основном из керамики, сплавов чугуна или нержавеющей стали, обладающих повышенной термоустойчивостью.

Конструкция выхлопной системы

Приёмная труба, именуемая автолюбителями как «штаны», из-за схожего внешнего вида, предназначена для объединения нескольких потоков выхлопных газов в один, и для дальнейшего их продвижения к каталитическому нейтрализатору (катализатору). Труба зачастую оснащается так называемой гофрой, с помощью которой происходит гашение вибрации, передаваемой на всю конструкцию выхлопной системы работающим мотором.

Катализатор, представляет собой керамические соты, поверхность которых покрыта слоем сплава из платины и иридия, что позволяет вступить в химическую реакцию с ними выхлопным газам, в результате чего происходит их разделение на кислород и оксид азота. Выделенный кислород в катализаторе помогает более эффективно сгорать остаткам топливной смеси, в результате чего к глушителю подаётся исключительно азотно-диаксидноуглеродная смесь. Работу каталитического нейтрализатора контролирует специальный датчик лямбда зонд, передавая сигнал на блок управления силового агрегата автомобиля. Аналогичный датчик, устанавливается и на выпускной коллектор, для анализа показателей токсичности поступающих в катализатор отработанных газов.

Резонатор или пламегаситель, предназначен для понижения высокой температуры отработанных выхлопных газов, что достигается с помощью его ячеистого внутреннего строения. Последней деталью в конструкции, является глушитель, задача которого заключена в понижении шума работающего двигателя за счёт перфорированной трубы внутри его корпуса.

Все составные части выхлопной системы соединены друг с другом через фланцы с помощью крепёжных болтов и термостойких уплотнителей, отвечающих за герметичность данной конструкции, без которой невозможна полноценная работа двигателя современного автомобиля.

Схема выхлопной системы

Возможные неисправности, методы их устранения и варианты тюнинга

Конструкция выхлопной системы является идеальным вариантом для проведения тюнинга легкового автотранспортного средства, благодаря простате монтажа её составных частей и наличием большого ассортимента различных деталей. Самым частым вариантом тюнинга глушителя является установка так называемого прямоточного выхлопа, когда из системы убирается резонатор.

Наиболее частые неисправности выхлопной системы связаны с потерей герметичности деталей или их соединений, уплотнители в которых могут сильно износиться. Для замены уплотнительных элементов, необходимо приобрести ремонтный комплект выхлопной системы, и открутив крепёжные болты, поменять их на новые.

Сделанные из различных сплавов металла детали выхлопной системы, подвергаются значительному нагреву, резкому перепаду температур, и работают в условиях повышенных нагрузок, в результате чего подвержены сильному износу и прогаранию внутренних частей. Определить данные поломки позволит громкий шум работающего мотора и визуальная диагностика выхлопной системы, после проведения которой, повреждённую деталь конструкции необходимо либо заменить на новую, в случае внутренних неисправностей, либо отремонтировать её корпус с помощью электро/газосварки.

В современных автомобилях работа силового агрегата контролируется блоком управления, который получает определённые сигналы от многочисленных датчиков, расположенных на всех его конструктивных узлах. В конструкции выхлопной системы расположен датчик, именуемый лямбда-зондом, замеряющий количество токсичных веществ в отработанных газах. Его неисправность или некорректную работу способен выявить только диагностический стенд, после чего датчик необходимо заменить.

Эксплуатировать автомобиль с неисправной выхлопной системой нельзя, это может привести, как к поломке силового агрегата, на клапанах образуется закоксование рабочей поверхности, приводящее к потере мощности мотора, так и к возможному нанесению вреда здоровья водителя и всех пассажиров, из-за попадания в салон токсичных выхлопов.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

swapmotor.ru

Система выпуска отработанных газов. Внешние и внутренние факторы.

Полистав массу автомобильной литературы по ремонту, содержанию и тюнингу, в лучшем случае можно набраться знаний о способах крепления выпускного тракта к кузову. Еще эти книжки, в изобилии представленные на прилавках магазинов автозапчастей, поведают о вариантах конструкций соединения деталей магистрали для выхлопных газов. Даже производители нестандартных выпускных систем особо не утруждают себя сопроводительной информацией об особенностях своей продукции.

Нередко можно наблюдать картину, как озадаченный выбором покупатель докучает утомленному продавцу вопросами о параметрах того или иного образца глушителя, что вывешены на стендах или представлены в каталогах.

В первую очередь перед покупкой большинство интересуется, конечно же, звучанием потенциального приобретения. Внешность оконечных «банок» тоже имеет значение, несмотря на то, что глушитель лишь чуть-чуть выглядывает из-под заднего свеса машины. Неискушенному начинающему тюнеру буквально снится, как он проносится по улицам, оглушая окрестности мощнейшим ревом прямотока.

Впоследствии добрая половина и тех и других, наслушавшись рева прямоточных глушителей в ежедневных поездках по городу, умеряют свой пыл. Такой звук утомляет физически. Даже те длинноволновые колебания, что не слышит ухо, на человека действуют угнетающе.

Слегка приглушенный звук машины хорош, только когда хочется оторваться на покатушках. Практика иметь разные машины для повседневной эксплуатации и для отжига по полной программе на какой-нибудь специально отведенной для этих целей трассе стала распространенным явлением в мире. Тем не менее, подбор элементов системы выпуска отработанных газов не становится менее актуальным при подготовке повседневных тюнинговых тачек. Ведь дело не ограничивается поиском негромкого, но благородного звучания для авто, использующегося каждый день. После доработки мотора его повысившийся потенциал требует как лучшего дыхания на впуске, так и иных параметров выхлопной системы. И даже когда с мотором ничего не делали, кроме установки воздушного фильтра нулевого сопротивления, очень соблазнительно получить еще несколько лошадиных сил путем замены внешних компонентов и узлов, не залезая в нутро двигателя.

В последнем случае немаловажен эмоциональный фон. Поначалу многих цепляет голос прямотока, а обещанная им мощь мотора просто завораживает перспективами и вводит в заблуждение. Вера в силы техники, подтвержденные соответствующим аудиорядом, рисует в глазах владельцев прибавку на 5-10 л.с. И без корректных дорожных и стендовых замеров этих лошадиных фантомов не убить. Но далеко не всегда автомобиль, слышимый за несколько кварталов, преодолевает путь вдоль этих кварталов быстрее своих тихих попутчиков. Непосредственность сама громкость не является показателем правильно подобранного, а тем более настроенного выпускного тракта.

4k-tuning.ru

Система выхлопа | Тюнинг ателье VC-TUNING

Спортивная выхлопная система – необходимый этап тюнинга.

Основная задача выхлопной системы – обеспечивать вывод газов и снижать уровень шума от работы двигателя. 

Система выхлопа начинается с выпускного коллектора. Для V-образных двигателей используется коллекторы, разделенные на две части – для обеих сторон двигателя. Коллектор нужен, чтобы забирать горячие газы, выделяемые из цилиндров двигателя, и направлять их дальше по системе выхлопа. Обычно коллекторы делают из чугуна, в них предусмотрено несколько коротких каналов (от двух и больше), которые ведут в единую камеру. Выпускные коллекторы бывают задние и передние.

Сегодня все машины оснащены каталитическим конвертером, который расположен сразу за задним коллектором. Каталитический конвертер сокращает выброс в атмосферу окиси углерода, азота и несгоревших углеводородов. Он начинает работать только тогда, когда прогревается от выхлопных газов.

Остальная часть выхлопной системы представляет собой резонатор, глушитель и выхлопную трубу. У некоторых автомобилей есть основной глушитель/резонатор и дополнительный сбоку или сзади. Есть такие машины, у которых имеется только один глушитель сзади авто. Глушители изготавливаются из труб, которые уравновешивают звуковые волны, исходящие из двигателя. Большинство стандартных глушителей заполняется звукопоглощающим стекловолокном или тонкой спрессованной стальной стружкой с целью уменьшить шум. Корпус таких глушителей, как правило, сделан из малоуглеродистой стали.

Несколько слов о потоке выходящих газов. Поток газов, исходящих от двигателя, не является стабильным и непрерывным, он пульсирующий. Такой ритм вызван периодическим открытием и закрытием клапанов, с помощью которых в двигатель поступает воздух и топливо, а отработанные газы горения выходят в выхлопную систему. Это приводит к высокому и низкому давлению в начале и в конце каждого импульса, создавая правильный поток, где каждый толчок влечет за собой последующий, причем эффективность повышается с каждым новым циклом.          
                                
Тюнинг выхлопной системы
Тюнинг выхлопной системы считается правильным решением, если используются качественные выхлопные системы и компоненты. Оказаться в выигрыше можно, если только использовать для тюнинга надежную систему. Помните, всегда есть компромисс, когда дело доходит до увеличения мощности авто. Некоторые выхлопные системы помогают прибавить лошадок, но сокращают при этом крутящий момент, за исключением высококачественных выпускных систем с системой Valvetronic. Такие системы позволяют получить прибавку лошадинных сил, без потери крутящего момента.
Приятный спортивный звук выхлопа получается в зависимости от различных нюансов, определенных характеристик каждого конкретного автомобиля и конструктивных особенностей выхлопной системы, разработанной под определенный автомобиль.
 
Выпускной коллектор
Стандартные выхлопные коллекторы, как правило, не очень хорошо пропускают поток выходящих газов. Дело в том, что производители стараются снизить их себестоимость и сделать коллекторы максимально дешевыми. Это влияет на качество продукции – изнутри в них минимум места для прохождения воздуха. В основном у стандартных коллекторов смещенное выхлопное отверстие и неудачно размещенные камеры. Это провоцирует более высокое давление, чем нужно, поэтому двигатель вынужден работать интенсивнее, что уменьшает его мощность.

Коллекторы для тюнинга имеют правильное расположение отверстий, обтекаемую форму и плавные изгибы. У них есть встроенный синхронизатор импульсов, поэтому они способны усиливать тягу, уменьшая любые сопротивления. Спортивные выпускные коллекторы из нержавеющей стали легче обыкновенных чугунных. Они способствуют повышению мощности и улучшают пропускную способность.  Керамические коллекторы также используются для тюнинга. Они являются самыми дорогими, поскольку обладают низкой теплопроводностью и не выделяют тепло в подкапотное пространство.

Лучший вариант для выхлопной системы – 4-2-1. Это значит, что 4 трубки коллектора сначала переходят в две, а потом в одну (коллектор подходит для 4-х цилиндровых двигателей или для одной из двух сторон V-образного, 8-и цилиндрового). Такое устройство позволяет потоку газов проходить свободнее. Выхлопная система типа 4-2-1 должна иметь двойную выхлопную трубу. Но поскольку в выхлопной системе предусмотрен один глушитель, у него может быть две выхлопные трубы, через обе выходит поток газов.

            
                   
Каталитический конвертер
При определенных условиях отсутствие катализатора или каталитического конвертера может добавить несколько лошадок вашему двигателю. Однако, если Вы задумаете пойти этим путем, сначала проверьте, есть ли у вашего авто сенсор распознавания каталитического конвертера (лямбда зонд). На большинстве современных автомобилей, оснащенных бортовым компьютером, если что-то не так с конвертером сразу загорается сигнал о проверке двигателя. Чтобы после установки пламягасителя этого не случилось, необходимо использовать специальное устройство (электронную обманку).
 
Спортивные системы выхлопа
Глушители предназначены для того, чтобы поглощать шум от работы двигателя. Если бы у автомобилей не было бы глушителей, было бы невозможно разговаривать и слышать друг друга в салоне, а также в непосредственной близости от автомобиля. Но, вы можете при желании усовершенствовать выхлопную систему своего авто. Для этого есть специальные выхлопные системы для тюнинга.  Кроме того, если планируется увеличение мощности, в зависимости от стадии доработок, замена штатной выхлопной системы обязательный этап доработок.

Большинство компаний, производящие усовершенствованные выхлопные системы, заявляют, что можно увеличить мощность автомобиля от 2 до 12 лошадиных сил и это при установке cat-back ( часть выхлопа от катализаторов до насадок) во многих случаях это действительно так. Особенно если речь идет о высококачественных производителях специализирующихся на изготовлении выхлопных систем. Но, если речь идет о системах топ сегмента, то компании разрабатывают системы с учетом всех инновационных разработок, многолетнего опыта лучших инженеров и самых лучших материалов. Например, наша компания давно отдала свое предпочтение выхлопным системам с системой Valvetronic. Во-первых, такие системы позволяют избежать нежелательных частот в звучании, во-вторых, они выполнены из высококачественных материалов, и, конечно же, они обеспечивают прибавку мощности в среднем на 5-10%. Компания VC-TUNING является дилером лучших производителей систем этого класса.

По сравнению с другими системами, такие выхлопные системы стоят больше, но и выполнены они качественнее. Но, не стоит забывать о том, что это системы люкс класса и разработаны с учетом самых высоких стандартов. Существует много разных типов спортивных выхлопных систем. Они различаются по форме, размерам и материалу, из которого изготовлены. Они поглощают звук по-разному, поэтому звук у машин не одинаковый. Большинство спортивных систем выхлопа имеют перегородку в глушителе, которая позволяет воздушному потоку устремляться по прямой через глушитель. Во многих системах предусмотрен резонатор.  В некоторых системах резонатор размещается в выхлопной трубе для регулировки звучания авто.

Для разработчиков спортивных выхлопных систем весь смысл в том, чтобы спроектировать всю систему таким образом, чтобы сократить шум двигателя, но при этом улучшить поток выходящих газов и при этом получить неповторимое звучание. Тюнинг выхлопа осуществить непросто, поскольку от габаритов машины зависит размер, расположение и длина всей системы.

Автомобили с системой турбонаддува, благодаря расположению турбин, выпускаются с меньшими ограничениями, чем остальные, поскольку турбины выполняют функцию сокращения шума двигателя, создавая некое обратное давление.

Многие спортивные системы выхлопа изготавливаются из нержавеющей стали. Перед покупкой лучше уточнить вес системы из нержавейки. Также знайте, что есть разные марки нержавеющей стали и поинтересуйтесь заранее, из какой именно стали изготовлена система, которую вы планируете установить.
 
rear section (задний глушитель)
Самый дешевый способ тюнинга выхлопной системы – замена штатного  глушителя на спортивную версию. Это в перспективе увеличит мощность машины на пару-тройку лошадиных сил, улучшит тягу и внешний вид, а также придаст автомобилю хороший звук.

И не забудьте о стильной насадке на выхлопную трубу!

Рекомендации
В первую очередь, необходимо определиться, действительно ли Вам нужен прямоточный выпуск. Далее, необходимо определиться для каких целей Вам необходим тюнинг выхлопа. Необходимо проконсультироваться со специалистами о технической реализации ваших задач. И помните, что у каждого человека индивидуальное восприятие того или иного звучания, а также частот и т.д. Кроме того, крайне важно учитывать технические характеристики конкретного автомобиля.

«У меня труба больше твоей!»
На самом деле слишком большая выхлопная труба разрушает правильный поток выходящих газов (скоростной поток влияет на крутящий момент), замедляет его и нарушает последовательность импульсов. Правило простое – чем больше объем двигателя, тем большую по размеру можно установить выхлопную трубу, но в разумных пределах. Для автомобилей с объемом двигателя до 2-х литров максимально допустимая ширина выхлопной трубы – 7,5-8,8 см, хотя некоторые прокаченные авто будут нормально работать с 10-и см трубой. Если вы хотите заменить стандартную систему выхлопа на спортивную, но она не вписывается на место старой, действуйте осмотрительно с дорожным просветом.

Примеры спортивной системы выхлопа
 

Преимущества и недостатки спортивных систем выхлопа
Достоинства:

1. Более легкий вес, чем у штатных систем
2. Правильно подобранная система увеличивает мощность
3. Нержавеющая сталь способна прослужить очень долго
4. Экономия веса на коллекторе
5. Выглядит стильно
6. Звучит отлично

Недостатки:

В некоторых случаях, может возникнуть индивидуальная непереносимость резонации (если она присутствует) в случае установки прямоточного выхлопа.
 

vc-tuning.ru

О НАСТРОЕННОМ ВЫХЛОПЕ | CHIPTUNER.RU

О НАСТРОЕННОМ ВЫХЛОПЕ

Статья взята без изменений из журнала «Тюнинг» Санкт-Петербург.
Адрес автора: mailto:[email protected]

Т е к с т  Александр  Пахомов

Едва ли не самая популярная тема во всех «курилках», так или иначе связанных с тюнингом автомобилей, – выпускные системы двигателей. По крайней мере, я чаще отвечаю на вопросы о выхлопе, чем о клапанах, головках, коленвалах и прочих составляющих настройки двигателей. Причем диапазон вопросов примерно следующий: от «скажите, а как применить формулу для вычисления резонансной частоты (приводится соотношение для резонатора Гельмгольца) к четырехдроссельному впуску?» до «мне друг подарил «паук» со своего спортивного «гольфа». Сколько прибавится лошадиных сил, если я его установлю на свой автомобиль?» или «я строю себе мотор. Какой глушитель купить, чтобы было больше мощности?», или «сколько лошадиных сил прибавится, если я вместо катализатора установлю резонатор?». Причем во всех вопросах красной линией проходит добавочная мощность.

ТАК ДАВАЙТЕ ДЛЯ НАЧАЛА РАЗБЕРЕМСЯ, ГДЕ ЖЕ ЛЕЖИТ ЭТА 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. (кривая 2 на рис. 1) Тогда его мощность будет линейно расти с оборотами от 0 до бесконечности (кривая 1 на рис. 1).

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 сновападает (кривая 3 на рис. 1). Тогда и мощность будет иметь аналогичный вид (кривая 4 на рис. 1).

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) 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 (кривая 5 на рис. 1). 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 проц

chiptuner.ru

Подрубрика сайта: Выпускная система

Кислородный датчик — устройство, предназначенное для фиксирования количества оставшегося кислорода в отработавших газах двигателя автомобиля.

В составе выхлопных газов автомобиля содержится довольно много токсичных веществ. Для предотвращения их попадания в атмосферу используется специальное

При работе двигателя автомобиля образуются продукты сгорания, которые отличаются высокой температурой и токсичностью. Для их охлаждения и отвода из цилиндров

При работе дизельного двигателя, как правило, не происходит полного сгорания топлива. В результате, вместе с выхлопными (отработавшими) газами в атмосферу

Система рециркуляции отработавших газов EGR разработана для повышения экологического класса двигателя автомобиля. Ее применение позволяет снизить концентрацию

Глушитель автомобиля предназначен для снижения уровня шума выхлопных газов в системе выпуска до соответствия с международными стандартами.

techautoport.ru

Выпускная система и выпускные коллекторы — Блог блог — АвтоМастера.нет

 

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.

 

 

Выпускная система уменьшает шумы. Используемые для этого глушители действуют подобно пробке. Лучшие глушители для форсированных двигателей — это не глушители точно отштампованные, точно настроенные и имеющие высокотехнологичную конструкцию. Лучшие глушители — это просто отсутствие глушителей!

 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.

 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/см2. Если при измерениях будут получены значения обратного давления более 0,35 кгс/ см2 при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой в какой-либо области оборотов, то выпускная система нуждается в доработке.

 

Проверка обратного давления в выпускной системе. 1 — манометр; 2 — катализатор; 3 — для проверки обратного давления катализатора вварите в систему гайку с резьбой здесь; 4 — для проверки обратного давления только глушителя вварите в систему гайку с резьбой здесь; 5 — глушитель.

 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 уменьшают шум тремя способами: с помощью ограничения, поглощения и отражения.

 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 примером таких конструкций может служить глушитель CYCLONE SONIC TURBO. Он использует поглощение в стеклопакете и обратные акустические «зеркала» для отражения звуковых волн.

 Имидж «Турбо»

 В течение последних 20 лет некоторые глушители с репутацией «Турбо» стали популярными для использования в форсированных двигателях. Первый «турбо»-глушитель был разработан в США для двигателя с турбонаддувом, устанавливаемого на модели CHEVROLET CORVAIR в 60-е годы. Он использовал комбинацию систем отражения и поглощения и был разработан для уменьшения уже низкого шума от двигателя с турбонаддувом (турбонагнетатели существенно уменьшают шум от выхлопных газов). Так как очень сильного снижения шума не требуется, обратное  давление глушителя было довольно низким. Конструкторы автомобилей типа «хот-род» вскоре начали верить, что его можно использовать в этой области, хотя его «заглушающие» свойства на нормальных атмосферных двигателях были довольно ограничены. Откликаясь на требования рынка, некоторые фирмы-производители использовали этот имидж «турбо-глушителя» для увеличения объема продаж. Глушители, которые многие продавали благодаря их технической «похожести» на оригинальную конструкцию, не всегда были плохими и некоторые из них вполне могли бы быть установлены на форсированные двигатели. Фактически, некоторые турбо-конструкции подтвердили, что они имеют большее сопротивление, чем стандартные глушители.

Обратный поток                Прямой поток

Правильная и неправильная установка керамического блока с отверстиями, пробитыми внутрь. 1 — обратный поток; 2 — прямой поток.

Выхлопные газы, нормально проходящие через центральную трубу с отверстиями, пробитыми внутрь, будут ударяться о верхнюю кромку каждого отверстия и будут двигаться назад вдоль такого зубца, что существенно увеличивает сопротивление. Однако, если глушитель установить наоборот, то поток выхлопных газов будет разрываться около каждого зубца. Разница между прямым и обратным потоком может быть очень большой и достигает почти 50%. Однако установка керамического блока с отверстиями, пробитыми внутрь, также увеличивает уровень шума. Фактически, так как «обратные», т. е. внутренние, отверстия стремятся закрыть входные каналы к материалу блока, то уровень шума, может быть даже выше, чем у глушителя с отверстиями в центральной трубе, пробитыми наружу.

 

Всегда проверяйте отверстия, пробитые в центральной трубе. Если отверстия пробиты наружу от центральной трубы и по направлению к наружному корпусу, а центральная труба большая (как показано внизу), то такой глушитель можно считать хорошим.

 Построение выпускной системы

 Выпускная система состоит из системы соединительных труб, которые направляют выхлопные газы от выпускных коллекторов к задней части автомобиля.

 Конструкция системы и размер труб

 Прежде всего, каждый форсированный двигатель V8 должен быть оснащен двойной выпускной системой. Среднестатистический двигатель V8 выдает значительный объем горячих выхлопных газов на высоких оборотах двигателя. Если все эти газы направляются через одну выхлопную трубу и глушитель, то такая система почти всегда страдает от избыточного обратного давления. Чтобы избежать этого, можно пойти двумя путями. Первый: установить практичную двойную выпускную систему с глушителями, обеспечивающими высокие значения потока газов. Второй: найти пространство для трубы с отверстием от 89 до 100 мм и для одинарного глушителя, который пропускает поток от 17 до 23,7 м3/мин, например, глушитель от грузовика с диаметром 300 мм и длиной до 1200 мм.

Предполагая, что ваш выбор остановился на более практичной двойной выпускной системе, вопрос теперь заключается в том, каким должен быть диаметр трубы, которая соединяет выпускные коллекторы с глушителями. Большинство фирм по форсировке двигателей устанавливает трубу диаметром 63,5 мм, так как это является обычным размером для стандартных глушителей, а большие трубы часто требуют дополнительного изгиба и могут создать проблемы с зазором у днища кузова. Рассуждая с практической точки зрения, труба с диаметром 63,5 мм подходит для большинства двигателей для повседневного использования мощностью до 400 л. с. и даже более. Если двигатель выдает значительно большую мощность или оснащен выпускными коллекторами, которые имеют приемные трубы размером 100 мм, то вам могут потребоваться трубы увеличенного размера. Однако ограничения по зазору могут потребовать «ступенчатого» решения. К примеру, труба размером 100 мм отходит от приемных труб на короткое расстояние, а затем постепенно сужается до размера 63,5 мм у глушителей. Однако перед тем как вы решите использовать трубы, размер которых превышает 63,5 мм, всегда имейте в виду, что относительно прямая труба, идущая от фланца приемной трубы к глушителю, имеет, меньшее сопротивление потоку по сравнению с глушителями. Используйте только лучшие высокопоточные глушители (часто с диаметром труб, превышающим 57,2 и 63,5 мм) и, если это возможно, используйте трубы, которые по диаметру не меньше, чем входное отверстие глушителя.

Давайте рассмотрим ситуацию, которая может иметь место в случае двигателя для повседневного использования, когда дорожный просвет является важным фактором. Труба с размером 57,2 мм является наибольшим размером, который может быть использован для соединения коллектора и глушителя. Однако глушитель с входным отверстием 57,2 мм и внутренней трубой такого же размера почти наверняка пропускает меньший поток, чем глушитель с трубой размером 63,5 мм. Для оптимизации этой системы используйте глушитель большего размера с внутренней трубой диаметром 63,5 мм (так как даже самый большой глушитель остается самым ограничивающим элементом системы) и добавьте короткий переходник перед глушителем, чтобы увеличить размер труб с 57,2 до 63,5 мм. Никогда не уменьшайте размер приемной трубы выпускного коллектора при переходе к глушителю с центральной трубой меньшего размера.

 Изгибы в выпускной системе

 Практически невозможно использовать в выпускной системе только прямые трубы. Изгибать трубы необходимо, чтобы обойти детали трансмиссии и подвески. К сожалению, каждый изгиб увеличивает обратное давление и уменьшает мощность двигателя. Сопротивление потоку будет уменьшено, если в областях с изгибами будут использоваться трубы большего размера. Всегда используйте изгибы как можно большего диаметра. Избегайте острых изгибов или гибки труб, так как любые внутренние неровности в трубах увеличивают обратное давление.

 

Тщательно спланируйте выпускную систему.

 

Поперечные трубы

Большое количество стендовых и ходовых испытаний показали, что простая поперечная труба, соединяющая две стороны в двойной выпускной системе чуть позади приемных труб и перед глушителями, может увеличить мощность двигателя. Прирост мощности от использования поперечной трубы имеет место как на обычных, так и на гоночных автомобилях, но причины роста в разных случаях отличаются.

 

Выпускные системы с поперечными трубами могут быть созданы различными путями. Единственная ровная поперечная труба допускается, когда емкость глушителя по потоку достаточно высока. Система с двумя поперечными трубами будет увеличивать мощность, если глушители имеют больше сопротивление потоку или если она используется на двигателях с мощностью более 350 л. с. Чем большее сопротивление имеют глушители, тем большая мощность может быть получена от использования системы с поперечной трубой.

 

На гоночном автомобиле с открытой выпускной системой и с поперечной трубой между приемными трубами эта труба передает ударные волны выхлопных газов с одной стороны системы на другую. На обычных автомобилях поперечная труба выполняет дополнительную функцию: поперечная труба позволяет каждой стороне двигателя частично разделять емкость потока комбинированного глушителя. Хотя даже самая эффективная поперечная труба не удвоит поток в системе, улучшение на 25% является обычным делом.

 

Многочисленные испытания на стенде и в движении продемонстрировали, что простая поперечная труба, соединяющая две стороны двойной выпускной системы сразу же после приемных труб и перед глушителями, может увеличить мощность двигателя.

 Спаренные глушители

 Иногда бывает невозможно уменьшить обратное давление выхлопных газов до приемлемого уровня с помощью одного глушителя в каждой стороне выпускной системы. Это часто происходит на высокофорсированных двигателях большого рабочего объема (т. е. более 6500 см5). Если измеренное давление в системе составляет более 0,35 кгс/см2, то может потребоваться использовать по два глушителя на каждой стороне, которые соединены параллельно.

 

Ступенчатое расположение глушителей.

 

В этих случаях выхлопные газы от каждого блока цилиндров проходят через два глушителя (см. рис. далее) и для двигателя V8 требуется всего 4 глушителя. Если переходник Y-образной формы, который распределяет выхлопные газы между каждой парой глушителей, сконструирован правильно, то эффективный поток двух глушителей будет примерно удвоен по сравнению с одиночным глушителем на одной из сторон.

Наиболее очевидным недостатком спаренных глушителей, кроме цены, является то, что на большинстве автомобилей имеется недостаточный зазор под кузовом, чтобы разместить два глушителя рядом друг с другом. Некоторые конструкторы используют ступенчатое расположение спаренных глушителей, что требует меньшего пространства, но во всех случаях важно помнить, что изгибы и переходы от одной трубы к двум и обратно должны быть плавными, большего диаметра и по возможности известного производителя.

 

Практические примеры

 

Очевидным вопросом здесь может быть следующий: какой прирост мощности и экономичности можно ожидать, если полностью переделать всю выпускную систему с упором на уменьшение обратного давления? Прирост может быть разным, но приводимые далее примеры покажут, что возможно получить.

Первый двигатель представляет собой экспериментальный четырехцилиндровый двигатель для испытаний на стенде, изначально оснащенный глушителем промышленной конструкции (типичная конструкция с обратным потоком, используемая на многих автомобилях) и короткой прямой выхлопной трубой большого диаметра. После измерения основной кривой мощности стандартный глушитель был заменен специальной конструкцией, которая обеспечивала почти нулевое сопротивление потоку. Фактически, проверки, проведенные на стенде, показали довольно заметное увеличение мощности по сравнению с прежней выпускной системой. При отсутствии других изменений на двигателе уменьшенное обратное давление дало прирост мощности в 8% во всем диапазоне оборотов. Было замечено улучшение экономии топлива в 3-8 % с типичным значением около 6%.

Практическое использование обсуждаемых изменений можно также было видеть на одном из испытательных двигателей V8 с рабочим объемом 5735 см5, изначально оснащенного промышленной одинарной выпускной системой. Для определения базового уровня была измерена стандартная мощность, которая составила 152 л. с. с выпускной системой, которая имеет ненормально высокое обратное давление в 1,13 кгс/см2. Затем стандартный катализатор с шариками был убран, а промышленный глушитель был заменен глушителем CYCLONE SONIC TURBO. Мощность при этом подскочила до 210 л. с., а обратное давление в выпускной системе снизилось до 0,25 кгс/см2. В заключение была установлена двойная выпускная система, которая была тщательно изготовлена для уменьшения обратного давления. Этот узел, оснащенный двойными турбо-глушителями CYCLONE SONIC, но по-прежнему использующий стандартные выпускные коллекторы, обеспечивал заметный прирост мощности до 47% по сравнению со стандартной выпускной системой. Измеренная мощность составила 224 л. с., а обратное давление в системе составило величину менее 0,07 кгс/см2. Однако такой прирост мощности дается не только путем больших материальных затрат при покупке деталей. Двойная выпускная система с высоким потоком может быть заметно шумнее стандартной или даже модифицированной одинарной выпускной системы. Фактически, некоторые системы с турбо-глушителями могут не удовлетворять требованиям по шумности.

Если автомобиль должен удовлетворять требованиям по токсичности выхлопных газов, то частью выпускной системы должен стать катализатор. К счастью потери мощности могут быть уменьшены, если используются катализаторы с двойной сотовой структурой. Они должны быть расположены перед глушителями и по возможности ближе к выпускным коллекторам. Сопротивление может быть уменьшено еще больше путем изменения входной и выходной частей катализатора в длинные конусные каналы. В качестве дополнительного преимущества катализаторы также уменьшают шум от выпускной системы.

 

Выпускные коллекторы

 

На первый взгляд задача отвода выхлопных газов из цилиндров может показаться простой, не требующей каких-то особых конструкторских ухищрений. Однако, как говорилось ранее, двигатель внутреннего сгорания является сложным агрегатом, который функционирует при тщательно продуманном взаимодействии многих динамических систем. Хотя выпускные коллекторы позволяют двигателю легче «выдыхать» путем уменьшения потерь при прокачке, которые имеют место, когда поршень движется вверх при такте выпуска. Это является наиболее очевидным преимуществом, которое могут предложить трубчатые впускные коллекторы.

Если такт выпуска происходит только один раз, то создание выпускных коллекторов было бы просто задачей по уменьшению сопротивления потоку. Но даже при 2000 об/мин двигатель V8 выдает примерно 70 тактов выпуска за секунду на один блок из четырех цилиндров. Эти импульсы давления, как мы увидим, взаимодействуют с потоком выхлопных газов, образуя сложную динамическую смесь, которая может воздействовать на оптимальный размер труб коллектора, их длину и на общую конструкцию. Может быть, довольно сложно полностью понять динамику потока, но настройка выпускной системы может быть «ключом» к получению дополнительной мощности. Вам потребуется правильная комбинация, и здесь будут даны некоторые рекомендации по достижению лучших результатов.Трубчатые или цельные коллекторы?

 

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

 

 

Показанный здесь двигатель FORD INDY с двумя верхними распределительными валами использует одну из хорошо известных конструкций трубчатого выпускного коллектора.

 

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

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

 

 

 

 

Как работают выпускные коллекторы

 

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

 Инерционная и волновая продувка

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

 

Эта «путаница» труб большого диаметра — выпускной коллектор STREET HEMI выпуска фирмы STAHL, который использует инерционную продувку и резонансную настройку для очистки камер сгорания от выхлопных газов и улучшения мощности.

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

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

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

 Настройка выпускного коллектора

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

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

 

 

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

avtomastera.net

Выхлопная система: устройство и функции

Оснащенный двигателем внутреннего сгорания автомобиль нуждается в системе, через которую бы осуществлялся выпуск отработанных газов. Такая система, названная выхлопной, появилась одновременно с изобретением двигателя, и наряду с ним на протяжении многих лет совершенствовалась и модернизировалась. Из чего состоит выхлопная система автомобиля, и как работает каждый ее компонент, мы расскажем в этом материале.

Три столпа выхлопной системы

Когда топливовоздушная смесь в цилиндре двигателя сгорает, образуются отработанные газы, которые необходимо вывести, чтобы цилиндр снова наполнился необходимым количеством смеси. Для этих целей автомобильные инженеры изобрели выхлопную систему. Она состоит из трех основных компонентов: выпускного коллектора, каталитического конвертера (нейтрализатора), глушителя. Рассмотрим каждый из компонентов этой системы в отдельности.

Схема выхлопной системы. В данном случае  резонатор — это дополнительный глушитель.

Выпускной коллектор появился практически одновременно с ДВС. Он представляет собой навесное оборудование двигателя и состоит из нескольких труб, которые соединяют камеру сгорания каждого цилиндра двигателя с каталитическим конвертером. Изготавливается выпускной коллектор из металла (чугун, нержавеющая сталь) или керамики.

Выпускной коллектор

Так как коллектор постоянно пребывает под воздействием высоких температур отработанных газов, более «жизнеспособными» являются коллекторы из чугуна и нержавеющей стали. Причем, коллектор из нержавеющей стали предпочтительнее, так как в процессе охлаждения агрегата после остановки автомобиля на нем собирается конденсат. В чугунном коллекторе конденсат может вызвать коррозию, а в коллекторе из нержавейки коррозии не возникает. Преимущество керамического коллектора – в его малом весе, но он не может длительное время выдерживать влияния высоких температур отработанных газов и трескается.

Выпускной коллектор Hamann

Принцип работы выпускного коллектора прост. Отработанные газы через выпускной клапан попадают в выпускной коллектор, а оттуда – в каталитический нейтрализатор. Кроме основной функции отвода выхлопных газов, коллектор помогает камерам сгорания двигателя продуваться и «забирать» новую порцию отработанных газов. Происходит это благодаря разнице давления газов в камере сгорания и коллектора. В коллекторе давление ниже, чем в камере сгорания, поэтому в трубах коллектора образуется волна, которая, отражаясь пламегасителя (резонатора) или каталитического нейтрализатора, идет назад к камере сгорания, и в момент очередного цикла выхлопа способствуют выведению очередной порции газов. Скорость создания этих волн зависит от скорости оборотов двигателя: чем выше обороты, тем быстрее «ходит» в коллекторе волна, и тем скорее камера сгорания цилиндра освобождается от выхлопных газов. Выпускной коллектор – один из наиболее популярных агрегатов для тюнинга.

Из выпускного коллектора отработанные газы попадают в каталитический конвертер или нейтрализатор. Он состоит из керамических сот, на поверхности которых находится слой платиноиридиевого сплава.

Схема каталитического нейтрализатора

Соприкасаясь с этим слоем, из выхлопных газов посредством химической реакции восстановления образуются оксиды азота и кислород, который используется для более эффективного сгорания находящихся в выхлопе остатков топлива. В результате воздействия реагентов катализатора, из него в выхлопную трубу подается смесь из азота и диоксида углерода.

Наконец, третьим основным элементом выхлопной системы автомобиля является глушитель, который представляет собой устройство, предназначенное для снижения уровня шума при выпуске отработанных газов. Он, в свою очередь, состоит из четырех компонентов: трубы, соединяющей резонатор или каталитический конвертер с глушителем, глушитель, выхлопная труба и наконечник выхлопной трубы.

Глушитель

Очищенные от вредных примесей выхлопные газы поступают от катализатора по трубе в собственно глушитель. Корпус глушителя изготовляют из различных видов стали: обычной (срок службы – до 2 лет), алюминизированной (срок службы – 3-6 лет) или нержавеющей (срок службы – 10-15 лет). Он имеет многокамерное строение, при этом каждая камера снабжена отверстием, через которое выхлопные газы поступают в следующую по очереди камеру. За счет такой многократной фильтрации, выхлопные газы глушатся, звуковые волны выхлопа гасятся. Далее газы поступают в выхлопную трубу. В зависимости от мощности установленного на автомобиль двигателя, может варьироваться количество выхлопных труб: от одной до четырех. Последним элементом выступает наконечник выхлопной трубы. Он изготавливается из хромированной стали и выполняет эстетическую функцию. Выхлопная труба и ее наконечники также являются элементами тюнинга автомобиля.

На автомобилях с турбированными двигателями устанавливают глушители меньших размеров, чем на машинах с атмосферными моторами. Дело в том, что турбина использует для работы выхлопные газы, поэтому в выхлопную систему попадает лишь некоторая их часть – вот почему у таких моделей маленькие глушители.

Читайте также о том, как устроен прямоточный глушитель.

avtoexperts.ru