Правильный тюнинг выхлопной системы автомобиля

На любом форуме, который в какой то степени связан с автомобилями, есть множество тем, которые обсуждают установку прямотока, паука и других элементов выхлопной системы. Вечные споры о мнимой или реальной прибавке лошадиных сил из-за тюнинга выхлопной системы растягиваются на десятки страниц. А где правда ?


Вопросы, которые задаются каждый день в подобных темах:

• Какой глушитель купить, чтобы было больше мощности ? 
• Сколько лошадиных сил прибавится, если я вместо катализатора установлю резонатор ?
• Как изменится мощность двигателя если я установлю прямоток ?
• И т.д.

Чтобы ответить на эти вопросы нужно понять, для чего нужна выпускная система и какие функции она выполняет. Далее рассмотрим, какое влияние она оказывает на мощность двигателя. И в заключении разберемся, как же правильно сделать тюнинг выпускной системы, чтобы была прибавка в мощности.

---

Назначение и функции выпускной системы автомобиля

Назначение выпускной системы:

1. Снижение концентрации загрязняющих веществ в выхлопных газах 
2. Снижение уровня шума отработавших газов

Выполнять оба пункта с минимальной потерей мощности двигателя.

Если рассматривать работу системы с точки зрения протекающих в ней процессов, то процессов будет три:

1. Сдемпфированное в той или иной степени истечение газов по трубам
2. Гашение акустических волн с целью уменьшения шума 
3. Распространение ударных волн в газовой среде.

---

Зависимость мощности двигателя и работы выхлопной системы

Мощность двигателя есть произведение вращающего момента на скорость вращения коленчатого вала. А скорость его вращения напрямую зависит от коэффициента наполнения топливовоздушной смеси в цилиндре. Что это значит ?
Во время движения поршня из верхней мертвой точки в нижнюю в цилиндр попадет количество свежей топливовоздушной смеси, точно равное объему цилиндра (коэф=1). Этот коэффициент наполнения напрямую зависит от разницы давлений во впускном коллекторе. То есть, если давление там будет на 20% выше атмосферного, тогда мы сможем наполнить цилиндр на 120% по массе заряда, что будет соответствовать коэффициенту наполнения 1,2.
Таким образом, у нас появляется возможность в некоторой степени влиять на зависимость коэффициента наполнения от скорости вращения двигателя с помощью изменения фаз газораспределения.

Чем больше перепад давления от впускного коллектора к выпускному (у выпускного клапана в момент его открытия), тем больший заряд получит цилиндр в фазе впуска. Например, если вставить в выхлопную трубу картошку, то давление в выпускной трубе не будет успевать падать и давление в коллекторе будет противодействовать очистке цилиндра в момент открытия выпускного клапана.
В результате, оставшееся большое количество отработанных газов не позволит наполнить цилиндры в прежней степени свежей смесью, и соответственно, двигатель не сможет вырабатывать прежний вращающий момент.
Стоит заметить, что у серийных автомобилей конструкция глушителей и количество отработанных газов хорошо сбалансированы и позволяют максимально выполнять функции выхлопной системы. То есть установка прямотока лошадей не добавит, другое дело, когда серийный двигатель подвергся тюнингу. Увеличение рабочего объема двигателя или момента на высоких оборотах увеличит и расход газа через выпускную трубу. Получается, что в новых условиях штатная выхлопная система будет создавать избыточное сопротивление, которое будет уже "душить мотор". Сопротивлении в выпускной системе создает глушитель шума. Они разделяются по способу работы на 4 группы: ограничители, отражатели, резонаторы и поглотители. Если говорить о диаметре трубы, то из практики можно сказать, что для двигателя объемом 1600 куб.см с хорошим вращающим моментом до 8000 об./мин., вполне достаточно трубы диаметром 52мм.

Идеальный вариант - отказаться от глушителя, но сделать этого мы не можем, потому что без глушителя ни один автомобиль не будет соответствовать техническим требованиям. Поэтому правильней будет настроить выпускную систему таким образом, чтобы распространяющиеся в трубах ударные волны, отражаясь возвращались к выпускному клапану в виде скачка давления или разрежения. В силу инерции газов за скачком давления всегда следует фронт разрежения, поэтому главная задача сделать так, чтобы фронт разряжения был в нужном месте (выпускной клапан) и в нужное время. Чтобы организовать такой процесс следует:

1. При настройке выпускной системы на определенные обороты одним из варьируемых параметров будет ширина фазы перекрытия. Чем выше обороты настройки, тем шире нужна фаза. Фаза перекрытия менее 70 градусов не позволит иметь заметный эффект, а значение для настроенных на обычные 6000 об/мин систем составляет 80 - 90 градусов.
2. Из-за ряда особеностей, удобнее возвращать ударную волну следующим по порядку работы цилиндром. Не вдаваясь в подробности, на четырехцилиндровых двигателях расположить отражатель нужно на расстоянии 0,82 метра, а это есть ни что иное, как "паук". Теперь Вы знаете зачем он нужен.
3. Настроить длину вторичной трубы. Нужно избежать одновременного появления в месте соединения труб импульса разрежения и обратного импульса атмосферного давления. 

Как видно по амплитуде, на одних оборотах мы получаем скачок разрежения, а на других картина переворачивается на 180 градусов и в фазе перекрытия к выпускному клапану будет приходить уже волна давления. Это значит, что на этих оборотах будет провал момента. Остается либо эксплуатировать мотор только в одном диапазоне, либо использовать:

1. Электронноуправляемые заслонки около выходных отверстий в головке. Заслонка частично перегораживает выхлопной канал, тем самым препятствуя распространению ударных волн и тем самым разрушая ставший вредоносным резонанс, уменьшая добротность.
2. Коллектор "A.R.". Они оказывают небольшое сопротивление потоку, когда давление в коллекторе меньше, чем у клапана, и увеличивают сопротивление, когда ситуация обратная.
3. Несовпадение отверстий в головке и коллекторе (1 - 2 мм). Суть та же, что и в случае с "A.R." конусом и это является стандартным простым решением для многих серийных моторов.

Другие важные моменты при правильной настройке выхлопной системы:

1. 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.
2. Ударная волна несет в себе энергию, которую мы трансформируем в тепло. Желательно трубы до места их соединения теплоизолировать (обмотать теплостойким асбестовым материалом).
3. Использовать гибкие соединения. Если перемещения головки блока двигателя достигают величины 2-5см, то без гибких соединений будут регулярные порывы подвесных элементов выпускной системы и поломка труб.

Теперь, для того чтобы применить все знания на практике полагаться на собственные чувства и интуицию не стоит. Правильнее будет использовать измерительную систему, которая должна измерять, как минимум два параметра - вращающий момент и обороты двигателя. Поэтому для настройки выхлопной системы лучше всего подходит динамометрический стенд для двигателя. Стоит учитывать, что качественная настройка выпуска автомобиля - процедура дорогостоящая.

---

Заключение

Как Вы могли заметить, настройка выхлопной системы не так проста, как кажется на первый взгляд. Теперь Вы понимаете, что замена штатной системы выпуска на спортивную без доработки впуска не гарантирует Вашему автомобилю дополнительных лошадиных сил. Если у вас нет возможности выполнить настройки для Вашего варианта двигателя, то самое правильное решение будет не останавливаться на отдельных комплектующих, а купить полный комплект для тюнинга двигателя.
Такой комплект должен быть уже настроен заранее и результат прихода известен. Вероятно, комплект должен включать в себя как минимум распредвал, впускной и выпускной коллекторы и прошивку для ЭБУ. Кстати, купить его можно в интернет-магазинах (раздел "Тюнинг"). А если Вы решили использовать прямоточный глушитель, тогда можно сделать язык дракона.

---

Источник фото:

• О настроенном выхлопе с сайта autoelectric.ru