Изготовление коллектора трубчатого типа

Изготовление коллектора трубчатого типа

Если целью является достижение максимальной мощности, придется избавиться от заводского выпускного коллектора и изготовить систему со множеством ответвлений, в которой будут использоваться трубопроводы соответствующей длины. Если вы устанавливаете турбокомпрессор на заводской атмосферный двигатель, скорее всего, придется пойти тем же путем. Кроме разработки конструкции придется подумать о том, какой материал использовать. В определенной степени между этими двумя параметрами есть взаимосвязь, поэтому на этапе планирования важно не разделять эти два пункта.

Если целью является установка турбокомпрессора как можно ближе к головке блока цилиндров, можно выбирать из двух материалов. Легче всего использовать паропроводы, которые есть в свободной продаже с огромным количеством различных диаметров и углов изгиба. Они достаточно прочные и выдержат турбокомпрессор без особых проблем, как и литой коллектор. Благодаря плотным стенкам они отлично удерживают тепло и при соответствующем качестве сварки и обработки швов будут обеспечивать отличную пропускную способность. Их недостатком, как и в большей части коллекторов, является внушительный вес.

В качестве альтернативного варианта можно использовать трубы из нержавеющей стали. Они подходят для коротких и длинных трубопроводов системы выпуска отработанных газов. Так как их стенки очень гладкие, они будут обладать отличной пропускной способностью при условии, что все изгибы будут выполнены на оправке. Иначе гибкая внутренняя окружность трубопроводов будет деформироваться, что значительно сократит пропускную способность. Не рекомендуется сваривать трубопроводы на изгибах. Любой сварной шов сокращает пропускную способность, так как присадочный пруток проникает во внутреннюю часть трубопровода, а там вы несможете отшлифовать шов. Также любой сварной шов становится концентратором напряжения, который может стать причиной растрескивания. Несмотря на то, что трубопроводы из нержавеющей стали обладают достаточно тонкими стенками, они отлично сохраняют тепло, так как обладают слабой теплопроводностью. Это свойство можно оптимизировать посредством нанесения керамического покрытия на внутреннюю поверхность трубопроводов.

Выпускной коллектор трубчатого типа обеспечивает минимальное снижение интенсивности потока выхлопных газов, которые выходят из цилиндров, что позволяет увеличить энергию, которая используется для раскручивания турбинного колеса. Обратите внимание на то, как плавно трубопровод перепускного клапана соединяется с коллектором.

При изготовлении коллектора не уменьшайте слишком сильно толщину пластин на контактных поверхностях головки блока цилиндров итурбокомпрессора. По-моему, минимальная толщина должна составлять около 10мм, при этом после изготовления не забудьте отшлифовать поверхность.

В выпускных коллекторах трубчатого типа стоит также обратить внимание на соответствующую поддержку турбокомпрессора. Если вы решили использовать коллектор из коротких труб из нержавеющей стали, а ваш автомобиль оснащен небольшим легким турбокомпрессором, коллекторсможет поддерживать турбокомпрессор без дополнительных опор. Однако в других типах конструкций, если вы хотите избежать повреждений турбокомпрессора и системы выпуска отработанных газов вследствие несоответствующего крепления, придется потрудиться над созданием подходящих опор. Чтобы компоненты системы выпуска отработанных газов и турбокомпрессора не растрескивались, они должны свободно перемещаться по мере расширения и сокращения коллектора. Чаще всего с этой проблемой справляются, подвешивая турбокомпрессор на сферическом подшипнике в верхней части трипода.

Расчет размеров коллектора

Когда дело доходит до реальных размеров выпускного коллектора в турбированном двигателе, существует множество подходов для их определения. Лично я не люблю использовать конструкции, которые добавляют вес, являются достаточно сложными и ненадежными, поэтому я готов даже пожертвовать техническими характеристиками, чтобы получить конструкцию, которая будет лишена этих недостатков. Часто производители спортивных автомобилей придерживаются совершенно других принципов, поэтому, чтобы восстановить хорошую реакцию дроссельной заслонки и технические характеристики, придетсясмириться с использованием более сложных конструкций, чем мы обычно можем себе позволить.

Если можно выбрать любой турбокомпрессор, а ограничений значений давления наддува нет, я бы предпочел использовать трубопроводы длиной примерно 508мм, но, если они будут на 102мм короче или длиннее, существенных изменений не произойдет. Внутренний диаметр трубопровода будет определяться размером двигателя, а также необходимой формой кривой диапазона мощности. В таблице 16.1 указаны базовые значения, которые можно взять за точку отсчета. Учтите, что, если автомобиль оснащен большим или маленьким двигателем относительно общей массы, это означает, что размер трубопроводов должен быть слегка больше или меньше.

Дальнейшие расчеты, касающиеся выпускного коллектора, можно выполнять только после определения точных технических характеристик двигателя. Если у вас есть такая возможность, проведите испытания на динамометрическом стенде. Постепенно увеличивая длину выпускного коллектора, мы будем следить за изменением кривой мощности. Если мощность возрастет, высможете изготовить выпускной коллектор необходимой длины и продолжить тестирование в реальных условиях, установив его на автомобиль.

При разработке конструкции выпускного коллектора всегда нужно начинать с трубопроводов меньшего диаметра. Они позволяют обеспечить высокую интенсивность потока выхлопных газов, что обеспечит более быструю раскрутку турбинного колеса и быстрое увеличение давления наддува. Только в ситуациях, когда Изготовление коллектора трубчатого типа на выходе имеет большее значение, вы можете выбирать трубопроводы большего размера, как указано в таблице. Также иногда соединяют все трубопроводы в один в точке соединения с турбокомпрессором. В таком случае вы можете попробовать различные способы соединения трубопроводов. Это особенно важно тогда, когда пространство около двигателя ограничено, поэтому в четырехцилиндровых двигателях стоит выбрать конструкцию трубопроводов 4–2 при подсоединении к корпусу турбокомпрессора. Вподобной конструкции длина первичных трубопроводов должна составлять как минимум 305 мм, хотя лучше использовать трубопроводы длиной около 406 мм. Два первичных трубопровода будут соединяться с цилиндром 1, а четыре трубопровода будут соединяться с одним вторичным трубопроводом, цилиндры 2 и 3 будут соединяться с одним вторичным трубопроводом. Это делается с целью разделения импульсов выхлопных газов, что обеспечивает более высокую скорость раскручивания турбинного колеса. В четырехцилиндровых двигателях длина вторичных трубопроводов может доходить до 610мм. Эта длина не будет влиять на форму кривой мощности, чего не скажешь о диаметре трубопроводов. Обычно увеличение диаметра на ?дюйма по сравнению с заводским значением поможет расширить диапазон кривой мощности иулучшить реакцию дроссельной заслонки. В шестицилиндровых двигателях с одним турбокомпрессором необходимо использовать три первичных трубопровода, которые будут соединяться в один вторичный трубопровод. В данной ситуации диаметр вторичного трубопровода будет примерно на 3/8 дюйма больше, чем диаметр первичных трубопроводов, хотя иногда использование вторичного трубопровода на 1/2 дюйма большего диаметра позволит увеличить мощность без значительного ухудшения реакции дроссельной заслонки.

16.1. Основные данные при подборе размера выпускного коллектора

Примечание:
Используйте более узкие трубопроводы, чтобы обеспечить более широкий диапазон мощности. Атрубопроводы большего диаметра стоит использовать в том случае, если необходимо увеличить пиковую мощность, при этом учтите, что реакция дроссельной заслонки ухудшится.

Минимальным требованием для рядных шестицилиндровых двигателей является использование впускного отверстия корпуса турбокомпрессора с разделителем, а также разделенного выпускного коллектора. Впротивном случае обратный поток выхлопных газов будет попадать в другие цилиндры, что негативно скажется на процессе горения и эффективности топливовоздушной смеси.

Специализированные конструкции

В специфических рабочих условиях ситуация будет несколько иной. В данном случае конструкция двигателя и турбокомпрессора будет соответствовать правилам гонок. Несколько конструкций системы выпуска отработанных газов будут протестированы на динамометрическом стенде, чтобы определить, какая из них будет соответствовать всем требованиям мощности и реакции дроссельной заслонки. Подобрав оптимальный вариант, можно приступать к изготовлению нового коллектора, при этом учитывая свободное пространство около двигателя итурбокомпрессора. Тестирование в условиях реальных гонок станет следующим этапом, а затем последует доводка всех параметров, чтобы обеспечить отличную реакцию дроссельной заслонки, боле эффективный диапазон мощности или большую пиковую мощность.

Чтобы увидеть, насколько далеки эти конструкции будут от заводских, посмотрите на размеры выпускных коллекторов, которые используются всерии гонок CART Champ в автомобилях с понтонным типом кузова (с открытыми колесами). Как вы видите в таблице 16.2, эти выпускные коллекторы состоят из очень длинных трубопроводов большого диаметра. Однако запомните, что эти двигатели предназначены для работы вдостаточно узком диапазоне частоты вращения, и из-за того, что частота вращения была очень высокой, реакция дроссельной заслонки не становилась определяющим параметром. Также, так как технические характеристики турбокомпрессоров, давление наддува и запас топлива строго ограничивались, система выпуска отработанных газов стала основным компонентом, который можно было использовать для увеличения мощности.

Таблица 16.2. Выпускные коллекторы, использующиеся в серии гонок CART Champ

Примечание:
Все размеры выпускных коллекторов приведены для двигателей, работающих с давлением наддува около 0,9бар (двигатели со штанговыми толкателями в приводе клапанов) или 0,6бар (двигатели сдвумя распредвалами), поэтому они не подходят для современных двигателей с низким давлением наддува.

Подсоединение внешнего перепускного клапана

Если вы решили использовать внешний перепускной клапан, необходимо тщательно продумать его отвод от выпускного коллектора, при этом не сокращая пропускную способность и не создавая препятствий на пути потока выхлопных газов, что может привести к снижению технических характеристик турбокомпрессора. В то же время это соединение должно пропускать максимальное количество выхлопных газов через перепускной капан, чтобы удерживать давление обратного потока выхлопных газов как можно ближе (или желательно ниже) к значению давления наддува. Лучше всего расположить перепускной клапан после точки соединения всех трубопроводов системы выпуска отработанных газов около турбокомпрессора или даже на впускном отверстии турбокомпрессора. Перепускной клапан не должен располагаться под острым углом. Впротивном случае поток выхлопных газов в перепускной клапан будет незначительным, а в основном трубопроводе системы выпуска отработанных газов поток будет подвержен турбулентности. И не забывайте, что это будет происходить во впускном отверстии турбокомпрессора, где поток должен встречать наименьшее количество препятствий, чтобы обеспечить оптимальные технические характеристики турбокомпрессора.

Одной из распространенных проблем является то, что многие рассматривают перепускной клапан как обычную заслонку, через которую выходит избыточное количество выхлопных газов. Правильнее будет считать перепускной клапан ключевым компонентом, который при условии соответствующей установки помогает достичь необходимого давления наддува быстрее, а также помогает увеличить мощность. Чтобы перепускной клапан выполнял все свои функции, необходимо подумать, как направить поток выхлопных газов из основного трубопровода вперепускной клапан и дальше. На рис.16.2 показан примерный путь выхлопных газов, к которому нужно стремиться. Учтите, что внешний перепускной клапан не обязательно устанавливать около выпускного коллектора или турбокомпрессора. На самом деле, установив его дальше, высможете эффективнее охлаждать его, обеспечивая долговечность мембраны, к тому же, скорее всего, вы получите поток выхлопных газов высокой интенсивности с меньшей турбулентностью.

Рис. 16.2. Соединение внешнего перепускного клапана должно обеспечить хорошую интенсивность потока выхлопных газов и не становиться препятствием на его пути в турбокомпрессор.

Отводящий трубопровод перепускного клапана

Куда попадут выхлопные газы на выходе из перепускного клапана, во многом будет определяться различными законами. Лучше, чтобы отводящий трубопровод проходил независимо, не соединяясь с основным трубопроводом системы выпуска отработанных газов, однако согласно требованиям различных серий гонок поток газов после перепускного клапана должен попадать в основной трубопровод до каталитического нейтрализатора. Втаком случае необходимо расположить точку соединения двух трубопроводов как можно дальше от турбокомпрессора. При соединении двух потоков возникнет турбулентность, а мы не хотим, чтобы эта турбулентность в отводящем трубопроводе помешала выходу потока из турбокомпрессора. Поэтому трубопровод перепускного клапана необходимо подсоединять к основному трубопроводу под тупым углом и желательно непосредственно к каталитическому нейтрализатору, если это не противоречит правилам относительно модификации каталитических нейтрализаторов (рис.16.3).

Рис. 16.3. Соединения трубопровода перепускного клапана с основным трубопроводом системы выпуска отработанных газов, которые призваны снизить вероятность возникновения турбулентности.

В некоторых регионах местное законодательство запрещает перемещать каталитический нейтрализатор из оригинального положения. В таком случае приходится подчиниться, даже если это означает, что трубопровод перепускного клапана увеличит турбулентность на выходе из турбокомпрессора. Однако, если подобных ограничений нет, необходимо переместить каталитический нейтрализатор подальше от турбокомпрессора. Это позволит соединить трубопровод перепускного клапан с основным трубопроводом, не снижая интенсивность потока выхлопных газов из турбокомпрессора. В действительности даже в конструкциях, где перепускной клапан не используется, необходимо по возможности перемещать каталитический нейтрализатор как можно дальше от турбокомпрессора. Возможно, при этом эффективность каталитического нейтрализатора снизится, но потери мощности сократятся, так как выхлопные газы будут успевать охлаждаться. Также вероятность расплавления и повреждения внутренних керамических компонентов значительно снизится.

Отводящий трубопровод внутреннего перепускного клапана

Если в турбокомпрессоре установлен внутренний перепускной клапан, снизить турбулентность на выходе из турбокомпрессора будет намного сложнее. В главе7 мы говорили о том, что можно сделать с турбокомпрессором, чтобы устранить эту проблему. Теперь мы научимся модифицировать отводящий трубопровод, чтобы по возможности избежать ситуации, при которой поток выхлопных газов из внутреннего перепускного клапана будет препятствовать потоку на выходе из выходного направляющего отверстия. В некоторых случаях из-за особенностей конструкции перепускного клапана и корпуса турбины мы мало что сможем сделать. Однако, если выход из канала перепускного клапана проходит параллельно с выходным направляющим отверстием турбокомпрессора, мы можем добиться многого, используя достаточно простую конструкцию отводящего трубопровода.

На рис. 16.4 показана довольно распространенная проблема в заводских конструкциях. Как вы видите, на выходе из перепускного клапана выхлопные газы должны сделать два резких поворота, чтобы попасть в отводящий трубопровод. Это значительно снижает пропускную способность перепускного клапана. А это свою очередь увеличивает давление обратного потока выхлопных газов, сокращая интенсивность потока выхлопных газов из цилиндров. Но самое главное, что поток выхлопных газов из перепускного клапана препятствует потоку выхлопных газов из турбокомпрессора. В результате мы получаем турбулентность, которая затрудняет поток на выходе из турбокомпрессора, снижая его способность быстро увеличивать скорость. При этом придется использовать меньший корпус турбинного колеса, чтобы достичь необходимой быстроты реакции дроссельной заслонки. Меньший корпус турбинного колеса и препятствия на пути потока выхлопных газов в свою очередь увеличивают обратное давление, поэтому из цилиндров не будут удаляться все выхлопные газы.

Рис. 16.4. На пути потока выхлопных газов из перепускного клапана и турбокомпрессора возникает препятствие, вызванное несоответствующей конструкцией отводящего трубопровода.

Существует несколько способов решить эту проблему. У многих механиков есть свои секреты, которые помогают устранить ее в различных конструкциях. Лично я считаю, что тут нужно отталкиваться от конкретной ситуации. Необходимо принять решение, которое будет оптимальным для выбранной конструкции. Конечно же, в зависимости от вашего выбора мощность может варьироваться, однако изменения не будут столь значимыми. Конструкция с двумя трубопроводами, показанная на рис. 16.5, обычно обеспечивает оптимальную форму кривой мощности, однако данная конструкция достаточно сложная и дорогая, поэтому ее лучше всего использовать в гоночных автомобилях или тех, которые используются для гоночных заездов по выходным. Компромиссом может стать конструкция «труба в трубе». Ее достаточно просто изготовить, однако ее вес будет достаточно большим, так как внутренний трубопровод должен иметь длину около 305мм, чтобы конструкция была более эффективной, чем третий вариант. Последняя конструкция содержит что-то вроде язычка внутри отводящего трубопровода, чтобы разделить потоки по крайней мере на 152мм. Чем больше будет раздел, тем лучше, однако кроме разделения потоков важно обеспечить утоньшение главного отводящего канала турбокомпрессора к стенке отводящего трубопровода. Позволяя выхлопным газам выходить через направляющее отверстие, постепенно расширяясь, мы снижаем турбулентность в выпускном отверстии турбокомпрессора. Чтобы обеспечить как можно более плавное соединение потока выхлопных газов из перепускного клапана с основным потоком, в язычке просверливают несколько отверстий диаметром 6мм около сварного шва, соединяющего язычок и отводящий трубопровод. Я пытался оставить зазор между язычком и отводящим трубопроводом в качестве канала, но в некоторых конструкциях язычок начинал растрескиваться, возможно, из-за пульсации выхлопных газов.

Рис. 16.5. На иллюстрации показаны четыре метода, которые помогают оптимизировать интенсивность потока и технические характеристики турбокомпрессоров с внутренним перепускным клапаном.

В конструкции четвертого типа ситуация по сравнению с заводской конструкцией несколько улучшится, однако это сложно сравнить с тремя предыдущими конструкциями. Основной проблемой является отсутствие язычка-разделителя, а также расширения трубопровода, что приводит кувеличению турбулентности потока. Некоторые, вместо того чтобы вырезать отрезок трубы и приварить его, как показано на иллюстрации, просто добавляют отводящий трубопровод большого диаметра, чтобы поток выхлопных газов от перепускного клапана проходил мимо турбокомпрессора. Это не помогает устранить проблемы с турбулентностью, но подобная конструкция будет прочнее, чем с приваренной вставкой конической формы, так как в этом случае отводящий трубопровод будет ослаблен и в будущем может растрескаться.

Определение размеров выхлопной трубы

Насколько большим должен быть диаметр выхлопной трубы? Об этом можно спорить бесконечно. Некоторые механики утверждают, что достигли отличных результатов, используя трубопроводы того же размера или на 15% больше диаметра выходного направляющего отверстия турбокомпрессора. Другие никогда не будут использовать трубы диаметром более 3 дюймов для двигателей объемом до 2 л и более 4 дюймов для двигателей объемом до 3 л. Если говорить о двигателях большего объема, рекомендуется использовать системы с двумя трубами диаметром 3–4 дюйма. На самом деле я не думаю, что эти вещи можно рассматривать отдельно. Например, в гоночных автомобилях, где дорожный просвет не играет важной роли, вы можете использовать выхлопные трубы такого размера, который будет обеспечивать оптимальную мощность и реакцию дроссельной заслонки. В других случаях придется быть более прагматичным. И дело не только в том, что необходимо учитывать дорожный просвет. Стоит также обратить внимание на то, что выхлопные трубы и особенно глушители большого диаметра весят достаточно много, поэтому улучшение технических характеристик может быть омрачено увеличением веса. Также не забывайте, что дополнительный вес увеличивает расход топлива, поэтому, если автомобиль регулярно используется для поездок на большие расстояния, это станет немаловажным фактором.

Учитывая все это, используйте таблицу 16.3 для подбора подходящего размера выхлопных труб для автомобилей с турбированными двигателями, использующихся в условиях городского движения. По возможности я стараюсь использовать выхлопные трубы размера, указанного на заднем мосту, а если возникают проблемы с зазорами, размер задней выхлопной трубы можно уменьшить на 1/4 дюйма без ущерба мощности. На самом деле во многих случаях мощность на низкой частоте вращения может даже возрасти, а шум может уменьшиться даже при использовании глушителя меньшего размера.

Таблица 16.3. Размер выхлопных труб в турбированном двигателе

Примечание:
Указанные выше размеры относятся к двигателям автомобилей, использующихся в условиях городского движения, обладающих мощностью 120–150 л.с. на литр. В гоночных автомобилях сдвигателями, обладающими мощностью 200–250 л.с. на литр, размеры выхлопных труб будут больше на 0,5–1,0 дюйм.

Отводящий трубопровод, подсоединенный к этому большому внешнему перепускному клапану, несоединяется с системой выпуска отработанных газов.

Гоночные автомобили с турбированными двигателями обычно обладают мощностью 200–250 л.с. на литр. Обычно (но не всегда) они будут демонстрировать улучшение технических характеристик при использовании выхлопных труб большего диаметра. Конечно, ничто не заменит практические испытания. Я однажды столкнулся с довольно обычным автомобилем для кольцевых гонок, оснащенным обычным двухлитровым двигателем, технические характеристики которого резко падали при использовании выхлопных труб диаметром менее 4 дюймов. С другой стороны, я видел некоторые двигатели гоночных автомобилей, обладающие высокой мощностью при использовании выхлопных труб диаметром 3 дюйма, а при увеличении диаметра до 3 1/2 дюйма технические характеристики снижались (но в некоторых случаях при использовании выхлопных труб диаметром 4дюйма мощность опять возрастала).

Запомните: когда вы имеете дело с системой выпуска отработанных газов в турбированном двигателе, самым серьезным препятствием на пути выхлопных газов является турбинное колесо и корпус, поэтому, если вы можете установить корпус больших размеров, при этом не увеличивая вероятность возникновения турбоям, эти модификации будут намного эффективнее, чем любые другие изменения в выпускном канале. Следующим серьезным препятствием будет коллектор между головкой блока цилиндров и турбокомпрессором, поэтому модификации на данном участке также позволят оптимизировать технические характеристики. Я ни в коем случае не хочу сказать, что любые модификации после турбокомпрессора будут малоэффективны. Просто вы должны знать, что многие утверждения относительно эффективности подобных модификаций сильно преувеличены.

Неожиданные проблемы

Имейте в виду, что модификация системы выпуска отработанных газов может вызвать другие вопросы, связанные с настройками, которые придется решать. Наиболее распространенной проблемой является то, что вы больше не сможете контролировать давление наддува на необходимом уровне. В данном случае мы столкнемся с тем, что вентилируемость двигателя настолько возрастет, что заводской внутренний перепускной клапан несможет отводить достаточное количество выхлопных газов, чтобы поддерживать необходимое давление наддува. Например, турбированный двигатель автомобиля Nissan Skyline GT-R работает с давлением наддува примерно 0,8 бар при использовании заводской системы впуска и выпуска. Однако, когда заводские компоненты заменяются, часто давление наддува возрастает до 1,1–1,2 бар. Это в свою очередь становится поводом для заявлений, что новые компоненты системы впуска и выпуска увеличили мощность двигателя на 70–80 л.с. На самом деле это верно лишь наполовину, так как по большей части Определение размеров выхлопной трубы двигателя стоит связывать с увеличением давления наддува. Так в чем же проблема? Дело в том, что теперь необходимо будет использовать более дорогое топливо с высоким октановым числом, чтобы избежать появления детонации, а его в некоторых регионах достать довольно сложно. К счастью, данный автомобиль оснащен достаточно эффективным промежуточным охладителем, который способен сохранять необходимую температуру воздуха даже в жарких климатических условиях. А некоторые другие автомобили не настолько хорошо «укомплектованы», например Subaru WRX. Поэтому, чтобы избежать повреждения двигателя летом, придется выбирать: использовать топливо с высоким октановым числом, установить впереди промежуточный охладитель больших размеров или не использовать двигатель на максимальной мощности.

Принципы подбора выхлопных труб для двигателей с нагнетателями и системами впрыска закиси азота

Двигатели, оснащенные нагнетателями и системами впрыска закиси азота, во многом отличаются от турбированных двигателей. Они имеют больше общего с атмосферными двигателями, и в отличие от турбированных двигателей давление в выпускном канале будет значительно ниже, менее 0,07 бар. Следовательно, система выпуска отработанных газов будет гораздо лучше реагировать на стандартные модификации сиспользованием звуковых настроек и принципов прямоточности. В данном случае, вместо того чтобы полагаться на движение поршня вверх на такте выпуска, чтобы удалить выхлопные газы из цилиндра, мы хотим (по возможности) использовать движение волны через выхлопные трубы, чтобы создать разрежение, которое будет на самом деле вытягивать выхлопные газы из цилиндров. Эта модификация имеет много преимуществ, что позволяет сделать двигатель более мощным и эффективным.

Прежде всего это разрежение оптимизирует интенсивность потока выхлопных газов, выходящих из цилиндров. Следовательно, даже двигатель снесоответствующей конструкцией клапанов и выхлопных труб сможет более эффективно «избавляться» от выхлопных газов за короткий промежуток времени при высокой частоте вращения. Это означает, что во впускной заряд будет попадать меньше выхлопных газов. К тому же чем больше выхлопных газов будет удалено из цилиндров, тем больше топливовоздушной смеси попадет в камеру сгорания. Также, как уже говорилось ранее, меньшее количество выхлопных газов в цилиндрах обеспечивает более низкую температуру впускного заряда, поэтому и его плотность будет выше, прежде чем впускной клапан закроется на такте сжатия. Более низкая температура впускного заряда значительно снижает вероятность раннего зажигания и детонации, а процесс горения будет более равномерным на ранней стадии такта рабочего хода. Давление на коленвал увеличивается, при этом на динамометрическом стенде это будет отображаться в виде увеличения мощности, а водитель в салоне почувствует, как его прижимает к креслу при нажатии педали акселератора.

Если в двигателе конструкция каналов системы выпуска отработанных газов очень удачная, а фазы кулачков подобраны верно, соответствующие настройки системы выпуска отработанных газов обеспечивают оптимизацию технических характеристик во время периода перекрытия (то есть когда впускной и выпускной клапаны открыты). Если, когда впускной клапан начинает открываться, в выхлопной трубе будет разрежение, впускной заряд начнет втягиваться в канал, даже если поршень до сих пор поднимается на завершении такта выпуска. На самом деле это увеличивает время, в течение которого цилиндр будет заполняться топливовоздушной смесью, что приведет к увеличению мощности. Следовательно, мы можем достичь необходимого уровня мощности, не увеличивая фазы кулачков, при этом кривая диапазона мощности увеличится.

Сокращение потерь при прокачивании

Говоря о системе выпуска отработанных газов, не стоит обходить вниманием вопрос потери при прокачивании. Большая часть людей понимает, что для приведения в действие нагнетателя, который будет подавать воздух в цилиндр, потребуется энергия, но они, скорее всего, не осознают, что, для того чтобы удалить выхлопные газы из цилиндров, также потребуется энергия. Конечно же, как только выпускной клапан открывается, выхлопные газы попадают в систему выпуска отработанных газов под воздействием давления в цилиндре, которое будет значительно выше, чем давление в выпускном канале. Однако не забывайте, что мы открыли выпускной клапан рано, затрачивая энергию, которая могла бы использоваться с целью увеличения давления на коленвал, частично для того, чтобы увеличить время на удаление выхлопных газов из цилиндров. Основной причиной этого является снижение потерь при прокачивании.

Мы должны помнить, что, как только коленвал проходит через нижнюю мертвую точку и поршень начинает подниматься вверх на такте выпуска, он должен буквально вытолкнуть выхлопные газы из цилиндров через выпускной клапан в систему выпуска отработанных газов. На выполнение этого действия расходуется энергия, которая появляется в другом цилиндре на такте рабочего хода, следовательно, энергии на ускорение автомобиля будет меньше.

Существует два возможных варианта сокращения потерь при прокачивании. Метод «для ленивых» предусматривает раннее открытие выпускного клапана, что обеспечивает больше времени для продувки давления по мере движения поршня к нижней мертвой точке, следовательно, при следующем такте поршню придется выталкивать меньшее количество выхлопных газов. Даже если при слишком раннем открытии выпускного клапана мы потеряем мощность, а расход топлива слегка возрастет при движении на крейсерской скорости, на самом деле при высокой частоте вращения и полностью открытой дроссельной заслонке потери энергии, необходимой для того, чтобы поршень вытолкнул оставшиеся выхлопные газы, будут намного значительнее. Поэтому подобные модификации обеспечивают Определение размеров выхлопной трубы в верхней части диапазона частоты вращения.

Другой метод мы рассмотрим более подробно. Он состоит в устранении всех возможных препятствий на пути потока выхлопных газов, а также установке компонентов, которые на самом деле будут увеличивать интенсивность потока. Как уже говорилось в главе14, все начинается ссоответствующих модификаций камеры сгорания, выпускного клапана и седла, а также выпускного канала. С этого момента мы сосредоточимся на выпускных каналах и остальных компонентах системы выпуска отработанных газов, включая глушитель и каталитический нейтрализатор, чтобы сократить потери при прокачивании. При соответствующем выполнении Определение размеров выхлопной трубы будет весьма ощутимым. Также в случае слегковыми автомобилями, использующимися в условиях городского движения, мы можем сократить расход топлива при движении на крейсерской скорости посредством снижения потерь при прокачивании, а также правильного воспламенения обедненной топливовоздушной смеси. Выхлопные газы рассоединяют молекулы топлива и воздуха, поэтому, чтобы обеспечить соответствующее горение, придется увеличить количество впрыскиваемого топлива. Также можно слегка сократить фазы кулачков. Поэтому при открытии выпускного клапана немного позже мы увеличим такт рабочего хода и потратим меньше энергии при незначительной степени открытия дроссельной заслонки.