Расчет выхлопной системы 6 цилиндрового двигателя
Посвящается летию специальности, Войти анонимно Не добавлять меня в список активных пользователей. Выбираем диаметр выхлопной трубы на авто Владельцу автомобиля приходится подбирать диаметр выхлопной трубы, чаще всего, в целях модификации их «железного друга». Значительно лучшая конструкция, однако так как в недрах корпуса мы заставим также газовый поток менять направление, то все равно создадим некоторое сопротивление выхлопным газам. Special Issue International Conference Mechanics
Их конструкцию, влияние на сопротивление потоку, на уровень и тембр шума мы уже обсудили. Чем ниже избыточное давление они обеспечат, тем лучше. Итак, мы уже рассмотрели два варианта построения настроенной на определенные обороты выпускной системы, которая за счет дозарядки цилиндров на оборотах резонанса увеличивает вращающий момент.
Это четыре отдельные для каждого цилиндра трубы и так называемый "паук" "четыре в один". Следует также упомянуть о варианте "два в один - два в один" или "два Y", который наиболее часто встречается в тюнинговых автомобилях, так как легко компонуется в стандартные кузова и не слишком сильно отличается по размерам и форме от стандартного выпуска. Устроен он достаточно просто.
Сначала трубы соединяются попарно от первого и четвертого цилиндров в одну и второго и третьего в одну как цилиндров, равноотстоящих друг от друга на градусов по коленчатому валу. Две образовавшиеся трубы также соединяются в одну на расстоянии, соответствующем частоте резонанса.
Расстояние измеряется от клапана по средней линии трубы. Попарно соединяющиеся первичные трубы должны соединяться на расстоянии, составляющем треть общей длины. Один из часто встречающихся вопросов, на которые приходится отвечать, это какой "паук" предпочесть. Сразу скажу, что ответить на этот вопрос однозначно нельзя. В некоторых случаях стандартный выпускной коллектор со стандартной приемной трубой работает абсолютно так же. Однако сравнить упомянутые три конструкции, несомненно, можно.
Тут надо обратиться к такому понятию, как добротность. Постольку, поскольку настроенный выпуск суть есть колебательная система, резонансные свойства которой мы используем, то понятно, что ее количественная характеристика - добротность - вполне может быть разной. Она действительно разная.
Добротность показывает, во сколько раз амплитуда колебаний на частоте настройки больше, чем вдали от нее. Чем она выше, тем больший перепад давления мы можем использовать, тем лучше наполним цилиндры и, соответственно, получим прибавку момента.
Так как добротность - энергетическая характеристика, то она неразрывно связана с шириной резонансной зоны. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что если мы получим большой 74;ыигрыш по моменту, то только в узком диапазоне оборотов для высокодобротной системы. И наоборот, если диапазон оборотов, в котором достигается улучшение, велик, то по величине выигрыш незначительный, это низкодобротная система.
На рисунке по вертикальной оси отложено давление - разрежение, получаемое в районе выпускного клапана, а по горизонтальной оси - обороты двигателя. Кривая 1 характерна для высокодобротной системы. Так как вращающий момент пропорционален перепаду давления, то наибольший прирост даст высокодобротная система номер один.
Однако в узком диапазоне оборотов. Настроенный двигатель с такой системой будет иметь ярко выраженный "подхват" в зоне резонанса. И совершенно никакой на других оборотах. Так называемый однорежимный или "самолетный" мотор. Такой двигатель, скорее всего, потребует многоступенчатую трансмиссию. Реально такие системы в автомобилях не применяются. Система второго типа имеет более "сглаженный" характер, используется в основном для кольцевых гонок.
Рабочий диапазон оборотов гораздо шире, провалы меньше. Но и прирост момента меньше. Таким образом настроенный двигатель тоже не подарок, об эластичности и мечтать не приходится. Однако если главное - высокая скорость при движении, то под такой режим будет подстроена и трансмиссия, и пилот освоит способы управления.
Система третьего типа еще ровнее. Диапазон рабочих оборотов достаточно широкий. Плата за такую покладистость еще меньшая добавка момента, которую можно получить при правильной настройке.
Такие системы используются для ралли, в тюнинге для дорожных автомобилей. То есть для тех автомобилей, которые ездят с частой сменой режимов движения. Для которых важен ровный вращающий момент в широком диапазоне оборотов. Как всегда, бесплатных пряников не бывает. На вдвое меньших от резонансной частоты оборотах фаза отраженной волны повернется на градусов, и вместо скачка разрежения в фазе перекрытия к выпускному клапану будет приходить волна давления, которая будет препятствовать продувке, то есть сделает желаемую работу наоборот.
В результате на вдвое меньших оборотах будет провал момента, причем чем большую добавку мы получим вверху, тем больше потеряем внизу. И никакими настройками системы управления двигателем невозможно скомпенсировать эту потерю. Останется только мириться с этим фактом и эксплуатировать мотор в том диапазоне, который можно признать "рабочим". Однако человечество придумало несколько способов борьбы с этим явлением. Один из них - электронно-управляемые заслонки около выходных отверстий в головке.
Суть их работы состоит в том, что на низкой кратной частоте заслонка перегораживает частично выхлопной канал, препятствуя распространению ударных волн и тем самым разрушая ставший вредоносным резонанс. Выражаясь более точно, во много раз уменьшая добротность.
Уменьшение сечения из-за прикрытых заслонок на низких оборотах не столь важно, так как генерируется небольшое количество выхлопных газов. Второй способ - применение так называемых коллекторов "A. Их работа состоит в том, что они оказывают небольшое сопротивление потоку, когда давление в коллекторе меньше, чем у клапана, и увеличивают сопротивление, когда ситуация обратная. Третий способ - несовпадение отверстий в головке и коллекторе. Отверстие в коллекторе большего размера, чем в головке, совпадающее по верхней кромке с отверстием в головке и не совпадающее примерно на 1 - 2 мм по нижней.
Суть та же, что и в случае с "A. Из головки в трубу - "по шерсти", обратно - "против шерсти". Два последних варианта нельзя считать исчерпывающими ввиду того, что "по шерсти" все-таки несколько хуже, чем гладкие трубы.
В качестве лирического отступления могу сказать, что несовпадение отверстий - стандартное простое решение для многих серийных моторов, которое почему-то многие "тюнингаторы" считают дефектом поточного производства. Следствие второго. Немаловажный аспект при рассмотрении работы настроенного выпуска - это требования к его конструкции с точки зрения акустических свойств.
Первое и самое важное - 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. Радиусы изгиба должны быть настолько большими, насколько позволяет компоновка мотора в автомобиле. Все расстояния по средней линии трубы от клапана до места соединения должны быть по возможности одинаковыми. Второе важное обстоятельство состоит в том, что ударная волна несет в себе энергию. Чем выше энергия, тем большую полезную работу мы можем от нее получить.
Мерой энергии газа является температура. Поэтому все трубы до места их соединения лучше теплоизолировать. Обычно трубы обматывают теплостойким, как правило, асбестовым материалом и закрепляют его на трубе с помощью бандажей или стальной проволоки. Раз уж сейчас говорим о конструкции выпускной системы, нужно упомянуть о таком элементе конструкции, как гибкие соединения.
Дело в том, что для переднеприводных автомобилей с поперечно расположенным силовым агрегатом существует проблема компенсации перемещений мотора относительно кузова.
Так как опоры двигателя при такой компоновке принимают на себя весь реактивный момент от приводных валов ведущих колес, крены силового агрегата относительно кузова в продольном направлении могут иметь значительную величину. Конечно, величина отклонения сильно зависит от жесткости опор, однако нередко перемещения головки блока достигают величины 20 - 50 мм при переходе от торможения двигателем к разгону на низших передачах.
В случае, если мы не позволим выпускной системе свободно изгибаться и сделаем ее абсолютно жесткой, конец глушителя должен будет совершать колебания вверх-вниз с амплитудой - мм, что определенно превышает разумную величину дорожного просвета значительной части автомобилей.
Если мы попытаемся в таком случае закрепить трубу за кузов, то подвеска глушителя начнет играть роль дополнительной опоры силового агрегата и принимать на себя реактивный момент ведущих колес.
В результате или непрерывно будут рваться подвесные элементы выпускной системы, или ломаться трубы. Для того что 73;ы избавиться от такого нежелательного явления, применяют гибкие соединения между трубами выпускной системы, позволяя приемной трубе перемещаться вместе с мотором, а всей остальной системе оставаться параллельной кузову. Есть несколько конструкций, позволяющих решить эту задачу. Две самые распространенные - гофрированная гибкая труба или шаровое соединение в виде полусферической шайбы с поджатой пружинами к ней ответной части.
Гибкое соединение располагают как можно ближе к оси поворота силового агрегата на опорах, чтобы уменьшить перемещение труб относительно кузова. Для настроенных выпускных систем шаровое соединение предпочтительно. Внутренняя поверхность гофрированной вставки искажает форму трубы, что приводит к появлению паразитных частот резонанса.
В качестве лирического отступления следует упомянуть, что для автомобилей такой компоновки при увеличении мощности в результате доработок двигателя и как следствие увеличения момента на передней ведущей оси, стандартные опоры силового агрегата окажутся перегруженными и позволят "прыгать" двигателю в подкапотном пространстве с размахом, вполне вероятно превышающим разумные пределы. Теперь, после того как стали ясны процессы, происходящие в выпускной системе, вполне можно перейти к практическим рекомендациям по настройке выпускных систем.
Сразу скажу, что в такой работе нельзя полагаться на свои ощущения и необходимо "вооружиться" измерительной системой.
Измерять она должна прямым или косвенным методом обязательно как минимум два параметра - вращающий момент и обороты двигателя.
Совершенно понятно, что лучший прибор - динамометрический стенд для двигателя. Обычно поступают следующим образом. Для подготовленного к испытаниям двигателя изготавливают экспериментальную выпускную систему. Так как мотор на стенде и нет ограничений в конфигурации труб из-за отсутствующего кузова, самые простые формы вполне применимы.
Экспериментальная система должна быть удобной и максимально гибкой для изменения ее состава и длин труб. Хороший и быстрый результат дают различного рода телескопические вставки, позволяющие менять длины элементов в разумных пределах. Если вы хотите добиться от вашей силовой установки максимальных параметров, вы должны быть готовы выполнить значительное количество экспериментов.
Математический расчет и "попадание в яблочко" с первого раза исключите из рассмотрения, как событие чрезвычайно маловероятное. Его можно использовать как "приземление в заданном районе".
Некоторую уверенность в том, что вы недалеко от истины, дают опыт и предыдущие эксперименты с аналогичными по характеристикам моторами, у которых были получены хорошие результаты. Тут, вероятно, надо остановиться и ответить на вопрос, а на какую частоту надо настраивать выпускную систему. Для этого надо определить цель. Постольку, поскольку в самом начале статьи мы решили, что будем добиваться максимальной мощности, то лучший в этом смысле вариант, если мы получим прирост момента на том участке моментной кривой, где коэффициент наполнения, а следовательно, и момент начинают существенно падать из-за высокой скорости вращения, то есть мощность перестанет расти.
Тогда небольшое приращение момента даст существенный выигрыш в мощности. Для того чтобы узнать эту частоту, необходимо как минимум иметь моментную кривую двигателя с ненастроенным выхлопом, т. Конечно, такие эксперименты весьма шумные и, извините за грубое слово, вонючие, однако необходимые.
Некоторые меры по защите органов слуха и хорошая вентиляция позволят получить необходимые данные. Теперь можно начинать экспериментировать с различными приемными трубами.
Цель - подобрать такую приемную трубу или "паук", а точнее ее длину, чтобы получить прирост момента на нужной частоте. При попадании в нужную точку динамометр сразу отзовется увеличением измеряемой силы. Быстрее всего результат будет получен, если использовать телескопические трубы и менять длину на работающем и нагруженном двигателе.
Меры безопасности будут нелишними, так как присутствует вероятность ожога, да и работающий с полной нагрузкой двигатель опасен в смысле разрушения. Соответственно, двигатель не сможет вырабатывать прежний вращающий момент. Весьма важно понимать, что размеры трубы и конструкция глушителей шума в серийном автомобиле достаточно хорошо соответствуют количеству отработанных газов, вырабатываемых двигателем в единицу времени.
Как только серийный двигатель подвергся изменениям с целью увеличения мощности будь то увеличение рабочего объема или увеличение момента на высоких оборотах , сразу увеличивается расход газа через выпускную трубу и следует ответить на вопрос, а не создает ли теперь в новых условиях избыточное сопротивление серийная выпускная система.
Так что из рассмотрения первого процесса, обозначенного нами, следует сделать вывод о достаточности размеров труб. Совершенно понятно, что после некоторого разумного размера увеличивать сечение труб для конкретного двигателя бессмысленно, улучшения не будет.
А отвечая на вопрос, где же мощность, можно сказать, что тут главное не потерять, прибрести же ничего невозможно. Из практики могу сказать, что для двигателя объемом куб. Без особых разъяснений понятно, что при постоянной фазе с увеличением скорости вращения время уменьшается. Из этого автоматически следует, что при настройке выпускной системы на определённые обороты одним из варьируемых параметров будет ширина фазы перекрытия.
Чем выше обороты настройки, тем шире нужна фаза. Это необходимость вернуть к выпускному клапану ударную волну. Причём, в многоцилиндровых двигателях вовсе необязательно возвращать её в тот ци-линдр, который её сгенерировал. Более того, выгодно возвращать её, а точнее использовать, в следующем по порядку работы.
Дело в том, что скорость распространения ударных волн в вы-пускных трубах — есть скорость звука. Путь, который пройдёт ударная волна за время двух оборотов коленчатого вала при этой частоте составляет 6,6 метра. Это путь до от-ражателя и обратно.
Отражателем может служить, например, резкое многократное увеличение площади трубы. Лучший вариант - срез трубы в атмосферу. Или наоборот, уменьшение сечения в виде конуса, сопла Лаваля или, совсем грубо, в виде шайбы.
Однако, мы договорились, что различные элементы, уменьшающие сечение нам неинтересны. У такой конструкции есть целый ряд существенных недостатков. Во-первых, маловероятно, что под кузовом, например, Гольфа дли-ной 4 метра или даже Ауди А6 длиной 4,8 метра возможно разместить такую систему.
Опять же, глушитель всё-таки нужен. Тогда мы должны концы четырёх труб ввести в банку достаточ-но большого объёма, с близкими к открытой атмосфере акустическими характеристиками. Из этой банки надо вывести газоотводную трубу, которую необходимо оснастить глушителем.
Ко-роче, такого типа система для автомобиля не подходит. Хотя, справедливости ради надо ска-зать, что на двухтактных четырёхцилиндровых мотоциклетных моторах для кольцевых гонок она применяется. Вернёмся к нашим автомобильным двигателям. Фаза выпуска в нём наступит для трёх-цилиндрового мотора через градусов поворота коленчатого вала, для четырёхцилиндрового через градусов, для шестицилиндрового через , и для восьмицилиндрового через Соответственно, интервал времени, а, следовательно, и длина отводящей от выпускного окна трубы пропорционально уменьшается и для, например, четырёхцилиндрового двигателя сократится в четыре раза, что составит 0,82 метра.
Стандартное в таком случае решение — всем известный и желанный «паук». Чем больше диаметр трубы глушителя, тем приятнее звук выхлопа! Некоторые автолюбители ставят на свои авто не соразмерно большие глушители, либо глушители от более мощных авто, с целью получения аналогичного звука.
Это не менее популярное заблуждение. Обычно выхлопная система основывается на количестве воздуха, которое двигателю необходимо перерабатывать. Количество этого воздуха сильно варьируется в серьезно доработанных агрегатах и турбодвигателях. В качестве приблизительного подсчета можно отталкиваться от следующих показателей.
Речь пойдет про "атмосферные" двигатели: Для автомобилей с объемом двигателей 1. Соответственно чем меньше объем - тем уже труба. Для двигателей большего объема подойдут трубы от 64 мм.
Так же для двигателей, чей объем превышает 2. Этот диаметр понимается как минимальный диаметр на всем протяжении выхлопной системы, включая глушитель и выхлопную трубу.
Глушитель и выхлопная труба могут быть немного шире, но это не даст вам прибавку мощности, а лишь сделает звук ниже. Газы лучше протекают из большей трубы в меньшую при условии, что соединение будет конусообразным. Пороги вызовут турбулентность, которая будет служить препятствием для протока газов и повлияет на характеристики машины.
Большие в диаметре выхлопные системы, как бы ни было это удивительно, замедлят проток газов. Существуют трубы оптимального размера, которые способны обеспечивать наилучший уровень протока и в то же время не создавать эффект обратного давления, при котором выхлопные газы вынуждены сжиматься.
Если вы можете засунуть в выхлопную трубу свой кулак — то она слишком велика! Наилучшие значения остается вычислять экспертам — большинство производителей достигают в этой области приемлемого результата, но модифицированные выхлопные коллекторы, бесспорно, обладают лучшими характеристиками. Однако вы м. У меня стояла свистулька тоже. На двигатель это не как не повлияло. Но в конечном итоге я её снялтак как стал раздрожать свист при разгоне.
Добрый вечер,а на Т4 2.
