Изготовление и обработка коллекторов

Изготовление и обработка коллекторов

Когда дело доходит до конструирования и изготовления коллектора, я часто замечаю много ошибок, и самые распространенные я намерен привести в данной книге. Многие любители тратят часы на полировку впускного канала до зеркального блеска и после этого оставляют необработанными все сварные швы на выпускном коллекторе. Несколько минут использования шлифовального диска или напильника с круглым сечением – и выпускной коллектор будет избавлен от подобных несовершенств поверхности, что обеспечит отличную пропускную способность.

Другим фактором, который многие упускают из виду, является то, что на самом деле выпускной коллектор является продолжением выпускного канала, поэтому следует избегать любого резкого изменения направления потока выхлопных газов. В этом отношении конструкция большого количества коллекторов оставляет желать лучшего. Очень часто трубопроводы сгибаются под углом 90° на фланце, а в худшем случае я видел, как трубопроводы обрезались под углом 50°, а затем приваривались непосредственно к фланцу, чтобы не тратить время и средства на гибку трубопровода (рис. 16.13).

Рис. 16.13. Выпускной коллектор является продолжением выпускного канала.

Чтобы компенсировать недостатки производства и облегчить установку, часто используют фланцевые отверстия больших размеров, позволяя выпускному коллектору перекрывать выпускной канал и препятствовать таким образом нормальному прохождению потока выхлопных газов. Этот недостаток можно устранить посредством установки втулок в отверстия слишком большого размера, затем надо проверить перекрытие при помощи прокладки коллектора в качестве образца. Стоит отметить, что в коллекторах турбированных двигателей подобный способ иногда не будет эффективным. В данном случае необходимо учитывать значительное расширение и сокращение коллектора, поэтому, если он будет устанавливаться на шпильки с высокой точностью, скорее всего, очень скоро это станет причиной его повреждения.

Другая проблема возникла из-за того, что приспособления для гибки на оправке стали более доступными для использования в мастерских общего назначения. Результат – несоответствующий подбор расположения и слишком крутые изгибы выхлопных труб. Много лет назад, когда специалисты по гибке трубопроводов значительно сократили диаметр труб на изгибах, были предприняты попытки уменьшить количество изгибов и их угол. С первого взгляда на систему выпуска отработанных газов вы могли понять, в каком именно участке на пути потока выхлопных газов будут возникать препятствия. Однако при появлении устройств для гибки на оправке получившиеся изгибы выглядели настолько хорошо, что многие забыли, что изгибы в любом случае будут негативно влиять на интенсивность потока. Также учтите, что даже устройства для гибки на оправке, которые создают идеальный изгиб того же диаметра, на самом деле будут сокращать размер труб примерно на 1 мм.

В некоторых турбированных двигателях рекомендуется использовать небольшие трубчатые коллекторы, однако затем мы сталкиваемся спроблемой, если выпускной канал больше, чем внутренний диаметр коллектора. Конечно же, кромка, которая возникнет при соединении выпускного канала диаметром 41 мм с выпускным коллектором диаметром 35мм, станет значительным препятствием на пути потока выхлопных газов, но именно такая ситуация наблюдается в некоторых небольших выпускных коллекторах. Некоторые пытаются отшлифовать фланец, чтобы избавиться от этой кромки, но данный метод будет не слишком действенным. В подобной ситуации я предпочитаю слегка расширять трубопроводы на участке длиной как минимум 25,4 мм (желательно 38 мм). Однако, если трубы должны сгибаться очень близко к выпускному каналу, этот метод будет непрактичным, поэтому, возможно, придется использовать выпускные каналы большего диаметра, а затем трубопроводы меньшего диаметра. Но при этом придется расширить трубу меньшего диаметра, чтобы устранить кромки.

Последнее, о чем стоит сказать в этом разделе, – это метод подсоединения коллектора к следующему участку выхлопной трубы, который не будет препятствовать нормальному прохождению потока выхлопных газов (рис. 16.14). Многие заводские коллекторы в этом отношении не могут служить примером для подражания. Я встречал немало случаев, когда при проверке сварных швов в системе выпуска отработанных газов выхлопная труба выступала примерно на 13,5мм за контур отверстия коллектора. В худшем случае коллектор должен соединяться струбопроводом встык. Однако, чтобы обеспечить прочность и избежать ограничения интенсивности потока выхлопных газов, лучше расширять выхлопную трубу и накладывать ее внахлест на выпускное отверстие коллектора. Конечно, противоположное утверждение будет верным для впускного отверстия коллектора.

Рис. 16.14. Методы соединения коллектора не должны создавать препятствий прохождению потока выхлопных газов.

Размеры и изготовление задней выхлопной трубы

После выпускного коллектора обычно идет задняя выхлопная труба в случае с гоночными автомобилями или идут остальные компоненты системы выпуска отработанных газов в автомобилях, которые должны соответствовать нормам по вредным выбросам. В простых системах выпуска отработанных газов длина задней выхлопной трубы обычно будет слегка короче общей длины трубопроводов коллектора, если необходимо получить максимальный крутящий момент при средней частоте вращения двигателя. Учтите, что длина задней выхлопной трубы включает длину всего выпускного тракта, также сюда входит длина трубопроводов выпускного коллектора. Если длина будет меньше, крутящий момент при низкой частоте вращения уменьшится, однако мы можем получить некоторое увеличение максимальной мощности или позволить двигателю работать при повышенной частоте вращения после достижения частоты вращения, при которой мощность будет максимальной. Поэтому некоторые двигатели, работающие при высокой частоте вращения, будут оснащены выхлопной трубой, которая будет заканчиваться на краю коллектора.

Диаметр выхлопной трубы и системы выпуска отработанных газов лучше всего определять при помощи испытаний на динамометрическом стенде. Но начать вы можете и с таблицы 16.6. Если необходимо использовать каталитический нейтрализатор, указанные значения диаметра можно увеличить. Это относится в особенности к легковым автомобилям, использующимся в условиях городского движения, в которых каталитический нейтрализатор необходимо устанавливать в исходное положение. Причина состоит в том, что при эффективной работе каталитический нейтрализатор будет значительно увеличивать температуру выхлопных газов, поэтому и приходится использовать трубы большего диаметра.

Таблица 16.6. Размеры выхлопных труб и трубопроводов системы выпуска отработанных газов для двигателей с нагнетателями и системами впрыска закиси азота

Примечание:
В случае с двигателями с двумя выпускными коллекторами разделите мощность двигателя на два.

Естественно, в системе все изгибы должны быть плавными, а диаметр каналов должен быть достаточным, чтобы не препятствовать прохождению потока выхлопных газов. К сожалению, в легковых автомобилях, предназначенных для использования в условиях городского движения, может не оказаться достаточно свободного пространства, при этом не нужно забывать о дорожном просвете. Запомните: если у вас возникли подобные проблемы, вполне допустимо сделать трубы овальными практически по всей длине. Вы даже можете сделать их более плоскими еще на 6мм на длине 152мм при необходимости, чтобы установить их ближе к поперечным балкам кузова. Также, так как выхлопные газы остывают иуменьшаются в объеме ближе к задней части кузова автомобиля, можно уменьшить диаметр трубы после заднего моста. Это не слишком скажется на мощности, но может помочь уменьшить шум, таким образом позволяя использовать глушитель меньшего сопротивления.

Обычные устройства для гибки труб приводят к их деформации (на рис. – труба снизу). При использовании устройства для гибки на оправке это будет не настолько очевидно (на рис. – труба сверху), но, как оказалось, труба все равно подвергается деформации по внутреннему радиусу, а также уменьшается по длине.

Конструкция и выбор глушителя

Тип и количество устанавливаемых глушителей будет зависеть от местного законодательства или правил гонок, а также от того, насколько «тихим» должен стать ваш автомобиль. Я предпочитаю тихий мягкий звук, который не вызывает головную боль. Если вы установите глушитель как можно дальше от передней части кузова автомобиля, мощность сократится не более чем на 3–5%. Если вы установите глушитель ближе кдвигателю, где выхлопные газы очень горячие, это может ограничить поток и привести к значительному снижению мощности.

Существует большое количество различных типов конструкций, но для автомобилей с высокими техническими характеристиками я рекомендую использовать прямоточные и реактивные глушители. Прямоточные глушители не обязательно будут шумными. На самом деле существует большое количество высококачественных тихих глушителей подобного типа. Я предпочитаю использовать глушители этого типа, однако на автомобилях с атмосферными двигателями могут понадобиться два глушителя или глушитель с резонатором, чтобы избежать обратной вспышки во время движения. Наиболее «тихие» глушители оснащены камерой резонатора по этой причине.

Реактивные глушители во многом отличаются и в основном не содержат шумопоглощающих материалов. Это значительно снижает их вес, но, ксожалению, плохо сконструированные блоки будут слишком шумными, а шумные глушители часто негативно влияют на мощность. Основным преимуществом реактивных глушителей является то, что они менее склонны к возникновению обратной вспышки, когда вы резко открываете дроссельную заслонку при движении на крейсерской скорости. Следовательно, на автомобилях, не оснащенных турбокомпрессорами, будет устанавливаться только один глушитель или глушить и резонатор. И этого будет достаточно, чтобы понизить уровень шума до приемлемого значения.

Проблемы и модификация каталитического нейтрализатора

Если со стороны впуска внутренняя часть каталитического нейтрализатора выглядит примерно так, значит, нейтрализатор исправен. Существует более надежный метод проверки состояния каталитического нейтрализатора на предмет засорения. Необходимо просто измерить обратное давление перед катализатором, когда он совершенно новый, а затем регулярно повторять проверки. Выполняйте проверку при полностью открытой дроссельной заслонке, включив третью передачу и удерживая автомобиль на тормозе при частоте вращения 5000 об/мин.

Когда дело доходит до каталитического нейтрализатора, стоит сначала определиться с вашими возможностями. Изучите правила и местное законодательство, чтобы узнать точное расположение каталитического нейтрализатора, а если точное расположение не указано, попытайтесь перемещать его во время тестирования на динамометрическом стенде. Учтите, что в условиях гонок технические характеристики каталитического нейтрализатора придется регулярно проверять, потому что многие блоки не выдерживают длительных периодов работы при полностью открытой дроссельной заслонке. Поврежденный каталитический нейтрализатор может легко сократить мощность на 20 л.с. при номинальной мощности двигателя 300л.с.

Однако снижение интенсивности потока выхлопных газов может быть вызвано не только внутренними керамическими компонентами каталитического нейтрализатора. Даже если они в отличном состоянии, несоответствующая конструкция каталитического нейтрализатора будет препятствовать прохождению потока выхлопных газов из-за наличия турбулентности, вызванной тем, что выхлопные газы попадают во внутренние керамические компоненты каталитического нейтрализатора под углом от 35° до 60°, а затем входят в выхлопную трубу под таким же большим углом. Чтобы устранить эту проблему, необходимо расширить и сузить впускное и выпускное отверстия каталитического нейтрализатора. Расширение на впуске под углом 10–12° позволяет потоку выхлопных газов постепенно расширяться до размера керамических компонентов, при этом турбулентность будет минимальной. Также сужение на выходе под углом 12–15° позволяет направить поток газов ввыхлопную трубу, не препятствуя основному потоку выхлопных газов. При выполнении подобных модификаций пропускная способность заводских каталитических нейтрализаторов может увеличиться в два раза (рис.16.15).

Рис.16.15. Модификации каталитического нейтрализатора с целью оптимизации пропускной способности.