Выхлоп с каждого цилиндра отдельно

Зачем выхлопной коллектор двигателя завязали узлом. Секрет повышения мощности

Снижение остаточного газа в цилиндрах двигателя выхлопной системой 4-2-1 позволяет повысить степень сжатия, а, соответственно, улучшить его мощностные и экономические показатели.

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката — такого мнения придерживается достаточно большое количество специалистов. И для такого утверждения у них есть все основания, поскольку существует только два основных недостатка у ДВС — значительный расход топлива и токсичность отработанных газов.

Но техника и технологии двигателестроения развиваются стремительно. Сегодняшние усилия специалистов направлены в основном на разработку и изготовление современных легких и компактных, мощных и экономичных двигателей, в отработавших газах которых содержался бы минимум токсичных веществ.

Увеличение степени сжатия, которая у бензиновых ДВС обычно составляет 10 – 12, значительно улучшает термический КПД. Теоретически, если степень сжатия увеличится с 10 до 15, тепловой КПД улучшится примерно на 9%. Однако одной из причин, препятствующих распространению бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия, является значительное падение крутящего момента из-за возникновения детонации.

Детонация — это аномальное горение, при котором топливовоздушная смесь преждевременно воспламеняется из-за воздействия высокой температуры и давления, вследствие чего по камере сгорания распространяется ударная волна. Когда степень сжатия увеличивается, температура в верхней мертвой точке (ВМТ) конца такта сжатия также повышается, увеличивая вероятность детонации.

Чтобы снизить температуру в камере сгорания, необходимо уменьшить количество горячих отработавших газов, остающихся внутри камеры сгорания. Например, при степени сжатия 10 температура остаточного газа 750 о C, а температура всасываемого воздуха 25 о C, если остается 10% выхлопных газов, температура внутри цилиндра перед сжатием увеличивается примерно на 70 о C, а температура в ВМТ сжатия должна увеличиться примерно на 160 градусов. Таким образом, можно сделать вывод, что количество остаточного газа оказывает значительное влияние на возникновение детонации.

Таким образом, если количество остаточного газа уменьшается вдвое с 8% до 4%, расчетная температура при сжатии остается неизменной даже при увеличении степени сжатия с 11 до 14.

У схемы 4-2-1 есть два преимущества. Во-первых, большая длина означает, что отработавшим газам требуется больше времени, чтобы пересечь трубы, поэтому один цилиндр производит выхлоп, а у другого уже впуск. Во-вторых, цилиндры правильно соединены друг с другом (1 с 4 и 2 с 3). Поскольку порядок работы двигателя — 1-3-4-2, каждый второй цилиндр получает импульс выхлопа через равные промежутки времени. Например, если при соединении 1 с 3, получим два импульса быстро, а затем большой промежуток, поскольку два других цилиндра сработали. Это помогает с удалением продувкой отработанных газов, поскольку импульс от одного цилиндра помогает «вытягивать» остатки выхлопных газов из цилиндра, с которым он соединен. Эти преимущества также могут присутствовать на длинной трубке 4-1.

Для обеспечения протекания описанного процесса и увеличения крутящего момента потребовалась труба длиной более 600 мм, но поскольку разместить ее было негде, пространство было сэкономлено за счет использования петлевой формы.

Основная проблема выхлопной системы 4-2-1 заключается в том, что на большом расстоянии отработавшие газы охлаждаются до того, как они достигнут катализатора, что уменьшает эффективность его работы.

Температуру выхлопных газов можно повысить за счет уменьшения угла опережения зажигания, но исследования показали, что слишком большое уменьшение угла вызывает нестабильное сгорание. Для SKYACTIV-G стабильное сгорание было реализовано даже тогда, когда угол опережения зажигания после запуска двигателя значительно уменьшался. Это стало возможным благодаря использованию особой поверхности днища поршня и оптимизации впрыска топлива, чтобы сформировать требуемую воздушно-топливную смесь вокруг свечи зажигания. Кроме того, камера сгорания в поршне решила проблему контакта начального пламени с головкой поршня и возникновения потерь на охлаждение.

Как правило, хорошо спроектированный двигатель с выпускной системой 4-2-1 обеспечивает большую мощность и крутящий момент в среднем диапазоне оборотов, в то время как хорошо спроектированный 4-1 — лишь в верхней части диапазона оборотов. Поскольку обычное вождение не предполагает постоянного нахождения на максимальных оборотах, имеет смысл использовать 4-2-1 для сохранения низкой детонационной характеристики, высокой мощности и крутящего момента в среднем диапазоне, а также потому, что SkyActive 2.5L — это двигатель с довольно низкими оборотами.

Источник

Раздвоенная выхлопная система: плюсы и минусы

Внесение любых изменений в систему выхлопа не проходит бесследно. Рано или поздно изменения отражаются как на ресурсе, так и на эффективности работы двигателя. Однако профессионалы работают для того, чтобы все доработки выхлопа, а также ремонт и модернизация, обозначались исключительно знаком «плюс». В том числе и работы по установке раздвоенного выхлопа.

Двойной выхлоп. Теория и практика

Повысить производительность двигателя, заменив или модернизировав только одну систему или узел, невозможно. Тюнинг двигателя подразумевает комплексные работы по устранению неисправностей и доводки силового агрегата до того момента, когда баланс между потенциально возможной мощностью и ресурсом, расходом топлива будет оптимальным.

Двойной выхлоп по умолчанию устанавливается на все V -образные двигатели. Это значительно повышает пропускную способность глушителя, что не может не влиять на мощность и расход топлива — чем больше энергии двигатель тратит на отвод отработанных газов, тем меньше энергии остается для реализации крутящего момента. Это простая физика. По этой причине одной из первых мер по увеличению мощности двигателя становится переделка системы выхлопа.

Особенно это актуально для автомобилей с большими пробегами, когда наступает время ремонта глушителя. В любом случае придется вкладывать деньги, так лучше вложить их более рационально и с большей пользой.

По аналогии с V -образными моторами похожие схемы отвода выхлопных газов применяются и в более распространенных 4-цилиндровых рядных двигателях. Если у V -6 или V -8 установлено два выпускных коллектора, по одному на каждых три или четыре цилиндра, то ничего не мешает выполнить такую же разводку и на рядных моторах. Впрочем, есть загвоздка — катализатор.

Как правило, нейтрализатор отработанных газов установлен сразу после выпускного коллектора в приемной трубе. Логично, что разделение потоков отработанных газов на два потребует установки двух катализаторов, а это сильно усложнит систему выхлопа и систему управления двигателем. Конечно, на практике никто не ставит два катализатора, чаще всего используют пламегаситель и удаление нейтрализатора на программном уровне и физически.

Мы должны понимать, что выхлопные системы с трудом поддаются эмпирическим расчетам, а кроме того, спортивный выхлоп и выхлоп городского автомобиля (еще и с катализатором) — это далеко не одно и то же. Волновые колебания, сечения, длина трубопровода, углы изгиба, конструкция резонаторов и их размеры… Параметров так много, что перечислять их можно долго, но самое главное, что учитывают при разработке новой выхлопной системы — тип и конструкцию двигателя.

Виды раздвоенного выхлопа

Их не так много, но каждый из них имеет свои, очень важные особенности:

1. Н-выхлоп. Представляет собой два независимых трубопровода, идущих от выпускных коллекторов, но соединенных перемычкой идентичного сечения. Этот вариант двойного выхлопа выбирают многие из-за великолепного «харлеевского» звука. Достигается он за счет того, что смешивание потоков выхлопных газов происходит только в середине их пути, да и то не полностью. Зато эта перемычка позволяет равномернее распределять волны давления и разряжение в каждом из контуров.
2. Y-выхлоп. Система, которая раздвоена изначально, но в центре трубопроводы сходятся в один. Отличается очень тихой работой, при этом сопротивление выхлопным газам довольно высокое, что может сказаться на мощности. Для объемного мотора и для трубопроводов большого диаметра минусы заметны не особо, но для 1,2-1,6-литровых двигателей, кроме очень тихого выхлопа, плюсов здесь, пожалуй, нет.
3. Х-выхлоп. Двойная схема распределения потоков выхлопных газов, пересекающаяся в центре. Скорость прохождения газов очень высокая, звук умеренно басовитый и равномерный. Отлично подходит для модернизации системы с целью повышения мощности.
4. Двойной выхлоп. Особенность такой компоновки в том, что потоки газов из правых и левых цилиндров не пересекаются вовсе и изолированы друг от друга. Применяется, как правило, только в V -образных моторах или из-за особенностей компоновки других агрегатов, подвески, размещения запаски, бензобака.

Правда, во всем этом кроется один очень важный нюанс. Нужно понимать, что 1,5-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель никогда не будет звучать так, как звучит V -8 объемом 5 литров. И дело здесь не в громкости, конечно. Мы же не забыли о том, что система выхлопа создана как раз для того, чтобы снижать уровень шума, а не увеличивать его.

На тембр окончательного голоса мотора влияет количество цилиндров, форма и тип камеры сгорания, конструкция ГРМ, количество клапанов, тип и настройка системы питания и зажигания… И только после этого устанавливается глушитель, чтобы оформить конечный звук в том виде, в котором мы хотим его услышать, тембр, громкость и интенсивность.

Двойной выхлоп своими руками. Есть ли смысл?

Зная то количество подводных камней, которые могут встретиться при установке раздвоенной выхлопной системы, радикальную переделку крайне нежелательно делать самостоятельно, не имея опыта и оборудования. Самый простой вариант двойной системы предполагает разветвление выхлопного тракта в самом конце. В этом случае выводятся два патрубка без глушителя, либо из глушителя с одной стороны выводится патрубок на вторую сторону.

Такая система не только выглядит не слишком презентабельно, малоэффективна, но и наоборот, создает дополнительное сопротивление потоку газов, следовательно, мощность двигателя падает на фоне высокого расхода топлива. На качество звука это также повлиять не может, а тем более, его улучшить.

Грамотно просчитанная двойная выхлопная система и сделанная из правильных материалов, на точном оборудовании, с применением измерительных приборов и качественных компонентов, действительно, сможет внести свою лепту в повышение мощности и улучшение звучания системы выхлопа.

Источник

Теория прямоточной выхлопной системы

Классическая система глушения выхлопных газов состоит из выпускного коллектора с катализатором, резонатора и глушителя. Выхлопная система рассчитана на эффективное высвобождение отработанных газов в атмосферу. Немаловажно, чтобы выхлоп был максимально тихим, а также соответствовал экологическим нормам.

Конструкция стандартной выхлопной системы создает некоторое сопротивление газов против выталкивания их в атмосферу, а значит, двигатель затрачивает энергию на их высвобождение. Именно этот момент является ключевым при установке прямоточной выхлопной системы – минимизировать сопротивление угарных газов при выхлопе.

Из чего состоит прямоточная выхлопная система

Выпускной коллектор

Геометрия выпускного коллектора играет немаловажную роль в эффективности выхлопа. Большинство стандартных коллекторов, в силу конструктивных особенностей, имеют разную длину каждой трубы, а значит, с каждого цилиндра скорость отработанных газов и его поток будет отличаться друг от друга.

Прямоточные выпускные коллектора основаны на выравнивании магистрали, отчего и название – «равнодлинный коллектор». Конструкция может быть по типу «4-2-1» или «4-1», что означает количество труб, переходящих к главной магистральной трубе.

В зависимости от предпочтений, катализатор может устанавливаться после коллектора, либо удаляться, вместо него будет обычная труба. Для стабилизации температуры под капотом на коллектор наматывается термолента

Резонатор

Установлен за выпускным коллектором. Выхлопная магистраль проходит через резонатор. Если резонатор расположен максимально близко к двигателю, крутящий момент будет достигаться раньше, если дальше – двигатель будет более «верховым».

Помимо прямого назначения – снижать уровень шума, резонатор играет немаловажную роль в сглаживании пульсации выхлопных газов, снижая их сопротивление. Разница между обычным и тюнинговым резонатором в том, что у второго отсутствуют камеры, изменяющие геометрию движения газов, за счет чего достигается максимально низкое сопротивление

Прямоточный глушитель

Конечный глушитель также определяет эффективность выхлопной системы. В стандартном глушителе имеются множество перегородок, через которые газы разбиваются. Это создает сильное сопротивление в виду того, что необходимо много времени на высвобождение газов.

В прямоточном глушителе отсутствуют перегородки – проходит одна перфорированная труба. В качестве звукопоглотителя применяется стеклоткань или минеральная вата. Таким образом, глушитель прямоток не создает сопротивления, а наоборот способствует скорейшему освобождению СО2.

Прибавка к мощности

Опытным путем проверено, что установка полноценной прямоточной системы на разных автомобилях дает разный эффект. Средняя цифра по прибавке мощности – 7%.

Максимальная эффективность достигается только при комплексных работах, включающих в себя доработку впускной и топливной системы.

Немаловажно рассчитать диаметр выхлопной магистрали, так как недостаточной диаметр создаст большее сопротивление, да и большой приведет к такому же эффекту, в силу того, что газы будут копиться в магистрали, и после высвобождаться.

Плюсы и минусы прямоточного глушителя

Среди преимуществ можно выделить такие:

• прибавка в мощности,
• изменение звука выхлопа,
• увеличение срока службы двигателя,
• уменьшение расхода топлива при верных расчетах.

Но и без минусов не обошлось.

• повышенный шум, на уменьшение которого требуется комплекс манипуляций с шумоизоляцией,
• риск получить штраф за превышение допустимого уровня шума,
• неверные расчеты могут привести к обратному эффекту.

Резюме

Прямоточная система, при правильных расчетах, способна раскрыть потенциал двигателя. Только одной установкой системы невозможно добиться серьезной прибавки в мощности, поэтому данную операцию рекомендуется выполнять в комплексе с тюнингом двигателя.

Источник