Принцип работы выхлопной системы: Выхлопная система: устройство и функции

Выхлопная система: устройство и функции

Оснащенный двигателем внутреннего сгорания автомобиль нуждается в системе, через которую бы осуществлялся выпуск отработанных газов. Такая система, названная выхлопной, появилась одновременно с изобретением двигателя, и наряду с ним на протяжении многих лет совершенствовалась и модернизировалась. Из чего состоит выхлопная система автомобиля, и как работает каждый ее компонент, мы расскажем в этом материале.

Три столпа выхлопной системы

Когда топливовоздушная смесь в цилиндре двигателя сгорает, образуются отработанные газы, которые необходимо вывести, чтобы цилиндр снова наполнился необходимым количеством смеси. Для этих целей автомобильные инженеры изобрели выхлопную систему. Она состоит из трех основных компонентов: выпускного коллектора, каталитического конвертера (нейтрализатора), глушителя. Рассмотрим каждый из компонентов этой системы в отдельности.

Схема выхлопной системы. В данном случае  резонатор — это дополнительный глушитель.

Выпускной коллектор появился практически одновременно с ДВС. Он представляет собой навесное оборудование двигателя и состоит из нескольких труб, которые соединяют камеру сгорания каждого цилиндра двигателя с каталитическим конвертером. Изготавливается выпускной коллектор из металла (чугун, нержавеющая сталь) или керамики.

Выпускной коллектор

Так как коллектор постоянно пребывает под воздействием высоких температур отработанных газов, более «жизнеспособными» являются коллекторы из чугуна и нержавеющей стали. Причем, коллектор из нержавеющей стали предпочтительнее, так как в процессе охлаждения агрегата после остановки автомобиля на нем собирается конденсат. В чугунном коллекторе конденсат может вызвать коррозию, а в коллекторе из нержавейки коррозии не возникает. Преимущество керамического коллектора – в его малом весе, но он не может длительное время выдерживать влияния высоких температур отработанных газов и трескается.

Выпускной коллектор Hamann

Принцип работы выпускного коллектора прост. Отработанные газы через выпускной клапан попадают в выпускной коллектор, а оттуда – в каталитический нейтрализатор. Кроме основной функции отвода выхлопных газов, коллектор помогает камерам сгорания двигателя продуваться и «забирать» новую порцию отработанных газов. Происходит это благодаря разнице давления газов в камере сгорания и коллектора. В коллекторе давление ниже, чем в камере сгорания, поэтому в трубах коллектора образуется волна, которая, отражаясь пламегасителя (резонатора) или каталитического нейтрализатора, идет назад к камере сгорания, и в момент очередного цикла выхлопа способствуют выведению очередной порции газов. Скорость создания этих волн зависит от скорости оборотов двигателя: чем выше обороты, тем быстрее «ходит» в коллекторе волна, и тем скорее камера сгорания цилиндра освобождается от выхлопных газов. Выпускной коллектор – один из наиболее популярных агрегатов для тюнинга.

Из выпускного коллектора отработанные газы попадают в каталитический конвертер или нейтрализатор. Он состоит из керамических сот, на поверхности которых находится слой платиноиридиевого сплава.

Схема каталитического нейтрализатора

Соприкасаясь с этим слоем, из выхлопных газов посредством химической реакции восстановления образуются оксиды азота и кислород, который используется для более эффективного сгорания находящихся в выхлопе остатков топлива. В результате воздействия реагентов катализатора, из него в выхлопную трубу подается смесь из азота и диоксида углерода.

Наконец, третьим основным элементом выхлопной системы автомобиля является глушитель, который представляет собой устройство, предназначенное для снижения уровня шума при выпуске отработанных газов. Он, в свою очередь, состоит из четырех компонентов: трубы, соединяющей резонатор или каталитический конвертер с глушителем, глушитель, выхлопная труба и наконечник выхлопной трубы.

Глушитель

Очищенные от вредных примесей выхлопные газы поступают от катализатора по трубе в собственно глушитель. Корпус глушителя изготовляют из различных видов стали: обычной (срок службы – до 2 лет), алюминизированной (срок службы – 3-6 лет) или нержавеющей (срок службы – 10-15 лет). Он имеет многокамерное строение, при этом каждая камера снабжена отверстием, через которое выхлопные газы поступают в следующую по очереди камеру. За счет такой многократной фильтрации, выхлопные газы глушатся, звуковые волны выхлопа гасятся. Далее газы поступают в выхлопную трубу. В зависимости от мощности установленного на автомобиль двигателя, может варьироваться количество выхлопных труб: от одной до четырех. Последним элементом выступает наконечник выхлопной трубы. Он изготавливается из хромированной стали и выполняет эстетическую функцию. Выхлопная труба и ее наконечники также являются элементами тюнинга автомобиля.

На автомобилях с турбированными двигателями устанавливают глушители меньших размеров, чем на машинах с атмосферными моторами. Дело в том, что турбина использует для работы выхлопные газы, поэтому в выхлопную систему попадает лишь некоторая их часть – вот почему у таких моделей маленькие глушители.

Читайте также о том, как устроен прямоточный глушитель.

Выхлопная система. Устройство выхлопной системы автомобиля

Одной из основных систем автомобиля является выхлопная система, работа которой направлена на выпуск отработавших газов из камеры сгорания мотора. Примечательно, что в исправном состоянии система отвода выхлопных газов оказывает на работу двигателя минимальное воздействие. Система не просто должна выводить выхлопные газы за пределы автомобиля, но и  предварительно снижать уровень их токсичности (экологические нормативы еще никто не отменял).

Современная выхлопная система автомобиля, помимо вышеозвученных функций, также является  элементом тюнинга как для обычных, так и для спортивных автомобилей, влияя не только на их внешние параметры, но и на звуковые качества.

Устройство выхлопной системы авто выглядит следующим образом:

• коллектор, в котором происходит соединение всех отработанных газов в единый поток;
• катализатор, в обязанности которого входит снижение уровня токсичности отработанных газов;
• приемная труба, посредством которой соединяют такие детали, как коллектор и катализатор;
• за шумоподавление отвечает резонатор;
• глушитель, который, по сути, выполняет ту же функцию, что и резонатор, однако изготавливается из материала с более высокими показателями звукопоглощения;
• соединение резонатора и глушителя происходит с помощью средней трубы.

Принцип работы системы удаления выхлопных газов  представлен следующими этапами:

• в цилиндры двигателя происходит впрыск топливной смеси;
• в результате ее работы происходит сгорание смеси;
• результатом сгорания являются токсичные газы;
• токсичные газы под высоким давлением поступают в коллектор;
• в коллекторе происходит соединение всех токсичных газов в единый поток.

Если автомобиль спортивный или тюнингованый, то роль коллектора выполняет так называемый «паук», обязанный своим названием наличию плавных изгибов (за счет этого сопротивление потоку газов будет  наименьшим).  Миновав коллектор или «паук» газы посредством движения через приемную трубу попадают в катализатор, откуда они выходят максимально безвредными.

В этой же части выхлопной системы происходит и процесс шумоподавления, о чем будет свидетельствовать знакомый автолюбителям сравнительно приятный звук. Пройдя следующие этапы обработки в выхлопной системе, газы посредством движения через глушитель  покидают автомобиль.

Примечателен тот факт, что благодаря созданию сопротивления потоку отработанных газов, автомобильные выхлопные системы влияют на работу других узлов и агрегатов автомобиля. Изучив инструкции, прилагаемые к транспортному средству можно уточнить показатели уровня противодавления, которое является оптимальным. Помните, что только исправность работы системы отвода выхлопных газов позволяет эксплуатировать транспортное средство в безопасном режиме. Случаев, когда газы перестают выводиться из авто, постепенно проникая в салон автомобиля, более чем предостаточно, поэтому только исправная выхлопная система авто может гарантировать безопасность эксплуатации ТС.

Несмотря на то, что производством выхлопной системы для разных марок авто занимаются различные специализированные компании, в большинстве случаев в качестве расходного материала используется нержавеющая сталь. Качественная выхлопная система из нержавейки при условии регулярного проведения ТО сможет использоваться максимально продолжительное время.

Когда следует незамедлительно решать вопрос с ремонтом выхлопной системы? Если:

• в процессе эксплуатации авто слышен громкий рев;
• уровень расхода топлива без видимых причин стал увеличиваться;
• работа двигателя перестала отличаться стабильностью;
• с завидной регулярностью отмечается потеря уровня мощности.

В большинстве случаев данные «симптомы» свидетельствуют о том, что выхлопная система вышла из строя. Только профессиональный ремонт с использованием специализированного оборудования может служить гарантом последующей эксплуатации системы и всего автомобиля. Доверив ремонт профессиональным специалистам, Вы можете быть уверены в качестве конечного результата и высококвалифицированном обслуживании.

Установка выхлопа в ЗАО Москвы

Если Вы решили установить новую выхлопную систему, СТО «Ваш глушитель» выполнит работы на высоком техническом уровне, с учетом особенностей автомобиля. Вне зависимости от того, где Вы приобрели оборудование, установка выхлопа в нашем сервисе будет выполнена по привлекательной цене.

Почему нельзя самостоятельно устанавливать выхлопную систему?

• При монтаже применяются специализированные соединительные муфты и прокладки, которые без достаточного опыта легко повредить. Стоимость комплекта прокладок довольно высокая, испортив одну из них, Вы увеличите свои затраты.
• Затяжка крепежных элементов производится в строгой последовательности, и с определенным крутящим моментом. Обломанная шпилька доставит вам много неприятностей. Ее трудно извлечь, при выкручивании можно повредить ответную резьбу, и тогда придется растачивать отверстие и устанавливать переходное кольцо.
• Установка выхлопной системы без расчета параметров мотора чревата как минимум ухудшением характеристик автомобиля. При определенных обстоятельствах это может привести к поломке силовой установки. А увеличенный расход топлива гарантирован в любом случае.
• Форма нового глушителя может не совпадать с конфигурацией днища. При этом возможен контакт с кузовом при движении.
• Неверное размещение температурных щитков отражателей приводят к перегреву остальных элементов под днищем. Это может привести к разрушению шлангов, тросов, и возгоранию автомобиля.
• Неправильно установленный глушитель не соответствует нормам выброса СО. У вас будут проблемы с прохождением процедуры технического осмотра.

Работы, выполненные в нашем сервисе, среди которых и установка прямоточного выхлопа, будут соответствовать техническому регламенту, и не повлекут за собой неприятности в общении с ГАИ.

Технологии, применяемые в нашем сервисе при установке глушителя

Специалистами нашего автосервиса используются:

• Высокоточная полировка фланцев с помощью алмазных шлифовальных машин.
• Сварка любых металлов (включая нержавеющую сталь) в атмосфере нейтральных газов. Это исключает последующую коррозию.
• Подбор характеристик двигателя и выхлопной системы, синхронизация давления на впуске с помощью профессионального оборудования.
• Подбор оптимальных точек подвеса.
• Настройка ЭБУ вашего автомобиля для соответствия экологическим нормам.

На все комплекты, а также на выполненные нашими специалистами работы дается гарантия. Поэтому, если на Вашем автомобиле необходима установка выхлопа — обращайтесь в наш автосервис по ремонту выхлопных систем в ЗАО г. Москвы (пос. Рублёво, р-н Кунцево, м. Крылатское, м. Строгино) и наши высококвалифицированные мастера выполнят установку выхлопной системы в кратчайшие сроки по доступной цене.

принцип работы, схема – Фортуна

Двигатель внутреннего сгорания не будет работать без системы, отводящей продукты сгорания топливной смеси в цилиндрах. Устройство выхлопной системы, возникшей одновременно с изобретением ДВС, постоянно совершенствуется, но основополагающие принципы остаются неизменными.

При сгорании топливовоздушной смеси в системе происходит образование отработанных газов. Их нужно своевременно вывести для заполнения цилиндров очередной порцией топлива. Для этого служит система, состоящая из выпускного коллектора, каталитического конвертера и глушителя.

Выпускной коллектор

Это, по сути, несколько труб, соединяющих камеры сгорания цилиндров мотора с каталитическим конвертером. Для изготовления коллектора используется нержавеющая сталь, чугун или керамика. Коллектор постоянно работает в режиме высокого температурного воздействия. По этой причине чугун и нержавеющая сталь являются наиболее предпочтительными материалами для его изготовления. После остановки двигателя происходит охлаждение системы с образованием конденсата. Это значит, что лучшим материалом для коллектора была и остается нержавеющая сталь. Керамика не способна долгое время выдерживать высокую температуру и трескается.

Каталитический конвертер

Газы из коллектора направляются в нейтрализатор, состоящий из множества керамических сот, покрытых платиноиридиевым сплавом. В конвертере происходит химическая реакция с образованием кислорода и оксидов азота. Кислород участвует в процессе сгорания остатков топлива в выхлопных газах. В конечном счете, на выход направляется смесь, состоящая из диоксида углерода и оксида азота.

Глушитель

Этот оконечный элемент выхлопной системы автомобиля выполняет функцию, соответствующую его названию – снижения шума при прохождении отработанных газов. В нем имеется несколько компонентов:

• труба, соединяющая глушитель с резонатором нейтрализатором;
• собственно глушители;
• выхлопная труба;
• наконечник выхлопной трубы.

Корпус может быть изготовлен из обычной или нержавеющей стали. Обычная сталь прослужит не более шести лет, в то время как нержавейки выходит до пятнадцати лет. Система состоит из нескольких камер, снабженных отверстиями. Многократная фильтрация обеспечивает глушение выхлопных газов за счет гашения звуковой волны. Из глушителя газы следуют в выхлопную трубу, которых, в зависимости от мощности транспортного средства. Может быть до четырех. Наконечник выхлопной трубы, изготовленный из хромированной стали, выполняет только декоративную функцию.

На транспортных средствах с турбонаддувом размеры глушителя меньше, чем на авто в атмосферными двигателями. Причина этого в том, что в турбонаддуве  для работы используется часть выхлопных газов и на выход поступает их незначительная часть.

Все для обслуживания и ремонта авто ищите на страницах интернет-магазина запчастей Фортуна!

Устройство и принцип работы выхлопной системы автомобиля

Каждый автомобиль, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, имеет хотя бы примитивную выхлопную систему. Она устанавливается не только для обеспечения комфорта для водителя и окружающих. Данная конструкция играет важную роль для эффективного отвода отработанных газов.

Рассмотрим устройство выхлопной системы, а также варианты ее модернизации и ремонта.

Что такое выхлопная система автомобиля?

Под выхлопной системой подразумевается совокупность труб разной длины и диаметра, а также объемных емкостей, внутри которых находятся заграждающие элементы. Устанавливается она всегда под автомобилем, а подсоединяется к выпускному коллектору.

Благодаря разной конструкции резервуаров (основной глушитель, резонатор и катализатор) гасится большинство звуков, образующихся в результате работы силового агрегата.

Назначение выпускной системы автомобиля

Как следует из названия системы, она предназначена для удаления выхлопных газов из мотора. Помимо этой функции данная конструкция служит еще для:

• Гашение звука выхлопа. Когда мотор заведен, в рабочих камерах цилиндров происходят микровзрывы воздушно-топливной смеси. Даже в небольшом количестве этот процесс сопровождается сильными хлопками. Энергии, которая при этом высвобождается, достаточно, чтобы приводить в движение поршни внутри цилиндров. Благодаря наличию элементов с разным внутренним строением шум выхлопа гасится о перегородки, расположенные в глушителе.
• Нейтрализация токсичных отходов. Эту функцию выполняет каталитический нейтрализатор. Данный элемент устанавливается максимально близко к блоку цилиндров. Во время сгорания воздушно-топливной смеси образуются ядовитые газы, которые сильно загрязняют окружающую среду. При прохождении выхлопа через катализатор происходит химическая реакция, в результате которой происходит уменьшение выброса вредных газов.
• Отвод газов за пределы автомобиля. Если установить глушитель сразу возле мотора, то когда автомобиль стоит с заведенным мотором (например, на светофоре или в пробке), отработанные газы скапливались бы под машиной. Так как воздух для охлаждения салона берется из подкапотного пространства, то в этом случае в салон попадало бы меньше кислорода.
• Охлаждение выхлопа. При сгорании топлива в цилиндрах температура поднимается до 2000 градусов. После удаления газов через коллектор они охлаждаются, но даже в этом случае они настолько горячие, что могут травмировать человека. По этой причине все детали системы выпуска изготавливаются из металла (материал имеет большую теплоотдачу, то есть, быстро нагревается и остывает). В результате отработанные газы не обжигают тех, кто проходит мимо выхлопной трубы.

Устройство выхлопной системы

В зависимости от модели автомобиля система выхлопа будет иметь свою конструкцию. Однако в основном устройство системы практически одинаково. В конструкцию входят такие элементы:

• Выпускной коллектор. Этот элемент изготавливается из жаростойкого металла, так как он принимает на себя основную термическую нагрузку. По этой же причине крайне важно, чтобы соединение с головкой блока цилиндров и приемной трубой было максимально герметичным. В этом случае система не будет пропускать стремительный поток горячих газов. Из-за этого стык быстрее прогорал бы, и детали нужно было бы часто менять.
• «Штаны» или приемная труба. Данная деталь так называется, потому что выхлоп из всех цилиндров соединяются в ней в одну трубу. В зависимости от типа двигателя количество патрубков будет зависеть от числа цилиндров агрегата.
• Резонатор. Это так называемый «малый» глушитель. В его небольшом резервуаре происходит первая стадия замедления потока выхлопных газов. Он также изготавливается из огнеупорного сплава.
• Каталитический нейтрализатор. Данный элемент устанавливается во всех современных автомобилях (если мотор дизельный, то вместо катализатора стоит сажевый фильтр). Его задача – устранять токсичные вещества из отработанных газов, образующихся после сгорания дизтоплива или бензина. Существует несколько видов устройств, предназначенных для нейтрализации вредных газов. Чаще всего встречаются керамические модификации. В них тело катализатора имеет ячеечную структуру в виде пчелиных сот. В таких катализаторах корпус имеет утеплитель (чтобы стенки не прогорали), а на входе установлена стальная мелкоячеистая сетка. Поверхности сетки и керамики покрыты активным веществом, благодаря которому происходит химическая реакция. Металлический вариант практически идентичен керамическому, только вместо керамики его тело состоит из гофрированного металла, который покрыт тончайшим слоем палладия или платины.
• Лямбда-зонд или датчик кислорода. Он размещается после катализатора. В современных автомобилях эта деталь является составной частью, которая синхронизирует топливную и выхлопную системы. При контакте с выхлопными газами он замеряет количество кислорода и подает соответствующий сигнал на блок управления (подробней о его устройстве и принципе работы рассказано здесь).
• Основной глушитель. Существует множество различных видов глушителей. Каждый из них имеет свои конструктивные особенности. В основном «банка» имеет несколько перегородок, благодаря которым гасится громкий выхлоп. Некоторые модели имеют особенное устройство, которое при помощи особенного звука позволяет подчеркнуть мощность двигателя (примером тому служит выхлопная система Subaru Impreza).

На месте соединения всех деталей должна обеспечиваться максимальная герметичность, в противном случае автомобиль будет издавать шум, а края труб будут быстрее прогорать. Уплотнители изготавливаются из огнеупорных материалов. Для надежной фиксации используются болты, а чтобы вибрации от мотора не передавались на кузов, трубы и глушители подвешиваются к днищу при помощи резиновых серег.

Принцип работы выхлопной системы

Когда на такте выпуска открывается клапан, отработанные газы удаляются в выпускной коллектор. Далее они идут в приемную трубу и соединяются с потоком, идущим из других цилиндров.

Если ДВС оснащен турбиной (например, в дизельных моторах или турбированных бензиновых вариантах), то выхлоп сначала из коллектора подается на крыльчатку компрессора, а только потом идет в приемную трубу.

Следующая точка – катализатор, в котором происходит нейтрализация вредных веществ. Эта деталь всегда устанавливается максимально близко к мотору, так как химическая реакция происходит при высоких температурах (подробней о функционировании каталитического нейтрализатора рассказывается в отдельной статье).

Далее выхлоп проходит через резонатор (название говорит о функции данной детали – резонировать большинство звуков) и попадает в основной глушитель. В полости глушителя имеется несколько перегородок со смещенными относительно друг друга отверстиями. Благодаря этому поток множество раз перенаправляется, шумы гасятся, и из выхлопной трубы идет максимально ровный и тихий выхлоп.

Возможные неисправности, методы их устранения и варианты тюнинга

Самая распространенная неисправность выхлопной системы – прогорание детали. Чаще всего это происходит на месте соединения из-за нарушения герметичности. В зависимости от степени поломки потребуются свои средства. Нередко прогорание происходит внутри глушителя.

В любом случае диагностика выхлопной системы – одна из самых легких задач. Главное – прислушиваться к работе мотора. Когда шум выхлопа начинает усиливаться (сначала приобретает оригинальный «басистый» звук, как у мощного автомобиля), значит, пора заглянуть под автомобиль и посмотреть, в каком месте происходит утечка.

Ремонт глушителей зависит от степени износа. Если деталь относительно недорогая, то лучше было бы заменить ее на новую. Более дорогие модификации можно залатать при помощи газовой ил и электрической сварки. На этот счет существует много разных мнений, поэтому автолюбитель должен сам определить, какой метод устранения неисправности использовать.

Если в выхлопной системе имеется датчик кислорода, то его неисправность внесет серьезные коррективы в работу топливной системы и может испортить катализатор. По этой причине некоторые специалисты рекомендуют всегда иметь в запасе один исправный датчик. Если после замены детали на приборной панели исчезает сигнал об ошибке работы мотора, значит, проблема была в ней.

Тюнинг выхлопной системы

Устройство выхлопной системы имеет непосредственное влияние на мощность мотора. По этой причине некоторые водители модернизируют ее, добавляя или удаляя некоторые элементы. Самый распространенный вариант тюнинга – установка прямоточного глушителя. В этом случае из системы демонтируется резонатор для большего эффекта.

Стоит отметить, что вмешательство в схему системы может серьезно повлиять на эффективность силового агрегата. Каждая модификация глушителя подбирается с учетом мощности двигателя. Для этого делаются сложные инженерные расчеты. По этой причине в отдельных случаях модернизация системы не только неприятна на звук, но и «крадет» драгоценные лошадиные силы мотора.

Если нет достаточных познаний относительно работы двигателя и выхлопной системы, автолюбителю лучше обратиться за помощью к специалистам. Они помогут не только подобрать подходящий элемент, создающий нужный эффект, но и предотвратят поломку мотора из-за неправильной работы системы.

Вопросы и ответы:

Чем отличается выхлопная труба от глушителя? Глушитель в выхлопной системе это полая емкость с несколькими перегородками внутри. Выхлопная труба это металлический патрубок, выходящий из основного глушителя.

Как правильно называется выхлопная труба? Это правильное название данной части выхлопной системы транспортного средства. Некорректно называть ее глушителем, потому что труба просто отводит выхлопные газы от глушителя в сторону.

Как работает система выхлопа? Отработавшие газы покидают цилиндры через выпускные клапаны. Дальше они попадают в выпускной коллектор – в резонатор (в современных авто перед ним еще стоит катализатор) – в основной глушитель и в выхлопную трубу.

Что у автомобиля Выхлопное? Это система, которая обеспечивает очистку, охлаждение, снижение пульсации и шума отработавших газов, покидающих двигатель. В разных моделях авто эта система может отличаться.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

принцип работы, вид в разрезе

Автоликбез30 августа 2017

В процессе езды коленчатый вал двигателя авто совершает от 1,5 до 5–7 тыс. оборотов в минуту. Соответственно, в цилиндрах происходит 25–120 вспышек и микровзрывов топлива ежесекундно. В результате выделяется толкающая поршни энергия, отработанные газы и мощные звуковые волны. Чтобы убрать громкий рокот и шум из выхлопной трубы, доставляющий неудобства водителю и окружающим, было изобретено звукопоглощающее устройство – глушитель. Поскольку он служит не вечно, автолюбителям полезно будет знать, как устроен данный элемент и можно ли его отремонтировать в случае неисправности.

Где находится элемент и как он выглядит?

Главный источник шума – камеры сгорания работающего двигателя. Образующиеся там звуковые волны не могут проникать сквозь сплошные металлические стенки и стремятся выйти наружу по пути наименьшего сопротивления – через трубу выпускного тракта вместе с отработанными газами. Там и установлен глушитель в виде металлического бочонка круглой либо овальной формы.

Схема работы выхлопной системы автомобиля выглядит так:

1. Первой за выпускным коллектором установлена виброизоляционная гофра. Ее задача – сгладить колебания, передающиеся трубе от мотора.
2. Пройдя гофру, дым и звуковые волны попадают в каталитический нейтрализатор. Его задача – дожечь остатки горючих газов, чтобы не выбрасывать в атмосферу. Внутри детали расположены мелкие керамические соты, которые частично поглощают и рассеивают звук.
3. После нейтрализатора выхлоп проходит в бачок резонатора. Это первая ступень подавления шума.
4. Последним в цепочке стоит глушитель, окончательно гасящий звуковые колебания.

По сути, резонатор – это тоже глушитель, его строение и принцип действия вы узнаете из следующего раздела.

Бачок резонатора всегда стоит вдоль оси машины, а глушитель может устанавливаться поперек (в задней части авто). Встречаются варианты, когда оба элемента совмещены в едином корпусе с целью экономии места. На автомобилях с V-образными двигателями большой мощности устанавливается распределенная система выхлопа на 2 трубы. Соответственно, количество всех деталей удваивается.

Конструкция и принцип действия

Существует 4 способа погасить мощные звуковые импульсы, реализуемые на различных транспортных средствах:

• ограничение шума;
• отражение;
• резонансное подавление шумов;
• поглощение.

Ограничивающее устройство – простейший вариант глушителя, применяющийся на некоторых моделях тракторов. Элемент представляет собой сужающуюся трубу, помещенную внутрь металлического бачка. Недостатки изделия очевидны – шум подавляется частично, а мощность двигателя заметно снижается.

Зеркальные элементы ставятся на мотоциклы и скутеры. Принцип работы глушителя следующий: газы из выхлопного колена попадают в отражающую банку, меняют направление движения и выбрасываются наружу. За счет отражения звуковые колебания гасятся и уровень шума снижается. Деталь успешно функционирует с двухтактными моторами, но для автомобиля ее эффективности недостаточно.

Третий способ реализован в автомобильных резонаторах. Внутри стального бачка стоит несколько перегородок, а между ними устроены резонансные камеры, соединенные стальными трубками. Сглаживание шумовых импульсов достигается за счет двух факторов:

1. Газы и звуковые волны несколько раз меняют направление движения, отражаясь от перегородок.
2. Размеры камер и патрубков рассчитаны таким образом, чтобы частота колебаний звука совпадала. Тогда волны гасятся благодаря возникающему резонансу.

Необходимо понимать, что конструкция резонатора не является универсальной для всех машин. Автомобили комплектуются двигателями различной мощности, издающими шумы разной амплитуды и частоты. Звукопоглотитель разрабатывается отдельно под каждую марку и модель автомобиля.

Устройство глушителя автомобиля в разрезе, действующего по принципу поглощения шумов, изображено на схеме.

Как и в резонаторе, здесь устанавливаются перегородки и перемычки в виде трубок. Только в последних выполнено множество отверстий различного диаметра (перфорация), а по бокам уложен негорючий поглощающий материал. Как правило, для данных целей используется базальтовая либо каолиновая вата, спокойно выдерживающая температуру газов 600–700 °С.

Звуковые волны, проходя через соседние патрубки с отверстиями, частично рассеиваются и гасятся за счет наложения друг на друга. Вторая часть колебаний поглощается наполнителем, а третья сглаживается благодаря перегородкам и изменению направления потока.

О прямоточной системе

Любой автомобильный глушитель снижает мощность двигателя, создавая значительное сопротивление на пути потока дымовых газов. Такую цену приходится платить за комфорт и практически беззвучный выхлоп. Но для автомобилистов, занимающихся тюнингом своих «железных коней», существует альтернативный вариант – звукопоглотитель прямоточного типа.

Задача данного элемента – снизить потери мощности, продолжая поглощать звуковые колебания от работы двигателя. Прямоток является компромиссным решением, поскольку в угоду мощности он гасит шум не столь эффективно, как штатные элементы авто. Из чего состоит такой глушитель:

• металлический корпус, оснащенный двумя патрубками;
• внутри находится перфорированная прямая труба, соединяющая входное и выходное отверстие;
• между корпусом и трубой заложен звукопоглощающий материал – каолиновая или базальтовая вата.

Звуки, идущие по прямой трубе с отверстиями, частично поглощаются волокном, но другая часть беспрепятственно проходит наружу, ведь перегородки и резонансные камеры отсутствуют. Поэтому автомобили, оборудованные прямотоком, издают рокочущий звук, особенно при нажатии на педаль акселератора.

Высший уровень тюнинга – комбинированная система выхлопа с заслонкой, управляемой из салона автомобиля. С ее помощью поток газов можно переключать между двумя ветками: на первой стоит обычный эффективный глушитель, а на второй – прямоток. Это позволяет использовать мощь мотора только при необходимости, а в обычных условиях ездить по городу без лишнего «рева» из выхлопной трубы.

Характерные неисправности

Существует одна причина, по которой глушитель автомобиля выходит из строя – длительное воздействие отработанных газов, обладающих высокой температурой. Рано или поздно металлический корпус элемента прогорает, что сопровождается рокотом под днищем автомобиля (оттуда, где расположена неисправная деталь).

Срок службы глушителя сильно зависит от материала, из которого он изготовлен:

• обычный «черный» металл со специальным покрытием;
• нержавеющая сталь.

Более дешевый вариант, сделанный из «черного» металлопроката, способен прогореть через 20–30 тыс. км пробега, в то время как нержавеющий корпус отработает 100 тыс. км и больше. Другое дело, что в течение длительного срока могут выгореть внутренности глушителя и уровень шума заметно повысится.

Неисправности устраняются двумя способами: замена глушителя и ремонт с помощью сварки. В любом случае вам придется посетить автосервис, где после диагностики мастера помогут принять верное решение. Если отверстие свища небольшое, то опытный специалист заварит его прямо на машине. Второй вариант – наложить заплатку из металла, для чего глушитель потребуется снять. Элемент с выгоревшими внутренностями ремонту не подлежит, только замене.

Выхлопная система – принцип работы

На чтение 4 мин. Просмотров 170 Опубликовано 4 января 2016 Обновлено 31 июля 2018

Мы расскажем о строении выхлопной системы двигателя автомобиля.

В данной статье мы расскажем о выхлопной системе автомобиля и о принципах ее работы. Данная информация будет полезна не только владельцам обычных автомобилей, но и тем, кто хочет произвести тюнинг своей машины. Выхлопная система двигателя это одна из основных систем, замена который позволяет увеличить мощность мотора.

Определение выхлопной системы мотора

Выхлопная система или как ещё называют система выпуска отработанных газов, или просто выпускная система – это система двигателя автомобиля, которая позволяет вывести отработанные газы из цилиндров мотора. На английском языке есть одно значение данной системы – exhaust system, которое переводится как система выпуска. К функциям выпускной системы относится не только вывод отработанных газов из внутренней полости двигателя, но и охлаждение этих газов, уменьшение шума работы двигателя, а также улучшение экологических показателей отработанных газов. Известно, что во всем мире борются за то, чтобы автомобили выбрасывали в атмосферу как можно меньше загрязняющих веществ. Современные выхлопные системы оснащены специальными механизмами – катализаторами, которые очищают выхлоп двигателя.

В состав системы выпуска отработанных газов двигателя входят следующие компоненты:

— выпускной коллектор,

— катализатор,

— глушитель.

Выхлопные газы образуются в цилиндре двигателя вследствие сгорания топливовоздушной смеси. После взрывного сгорания образуется достаточно большой объем газов, который сначала толкает поршень двигателя вниз, придавая коленчатому валу мотора крутящий момент. После этого рабочего цикла необходимо удалить отработавшие газы из цилиндра. Для этого используется выхлопная система. При сгорании топливовоздушной смеси, которое протекает взрывообразно, происходит сильный хлопок, имеющий достаточно высокий уровень шума. Выпускная система также отвечает за то, чтобы снизить шум работы мотора. При сгорании топливовоздушной смеси создается очень высокое давление. Как только открываются выпускные клапаны, эти газы стремительно вырываются прямо наружу, производя громкий хлопок. За одну секунду происходит более десятка циклов работы двигателя, из-за чего все хлопки отработавших газов превращаются в постоянный интенсивный шум. Именно с этим шумом и борется выпускная система, а точнее её механизм – глушитель.

Глушитель призван снизить шум от выпуска отработавших газов из цилиндров мотора.

Функция выпускного коллектора

Непосредственно отвод отработанных выхлопных газов обеспечивает выпускной коллектор. Но вместе с отводом он проводит продувка цилиндров мотора. Форма выпускного коллектора очень важна. Она влияет как на крутящий момент, так и на мощность мотора. Дело в том, что форма его труб влияет на характер колебательного процесса сгорания воздушно-топливной смеси. Определённая длина и сечение трубы выпускного коллектора позволяет создать стоячие волны при разных частотах вращения двигателя. В функции выпускного коллектора входит обеспечение согласования колебательного процесса топливо-воздушной смеси с колебательным процессом сгорания в выпускной системе. Благодаря этому согласованию обеспечивается эффективная продувка цилиндров и оптимальная работа мотора при различных его режимах.

Материал, с которого изготавливаются трубы выпускного коллектора, должен быть жаропрочным. Дело в том, что самая высокая температура рабочих газов приходится именно на выпускной коллектор.

Производители выпускных систем в мире

Первопроходцев, основоположников производства выхлопных систем двигателя не так уж и много в мире. Большинство производителей выступает только плагиаторами, которые купили технологии и попытались удешевить свой продукт, чтобы конкурировать с основными производителями выпускных систем в мире.

Европейским первопроходцем по производству выхлопных систем моторов является итальянская компания Superspint. Его продукция на данный момент является одной из самых дорогих в мире. В ассортиментном ряду компании Superspint можно найти выпускные системы для практических всех европейских моделей автомобилей и нескольких десятков японских машин. Производитель выхлопных систем Superspint является поставщиком для таких тюнинг-ателье, как Hamman, Carlsson, Mansory и другие. Несмотря на то, что выпускные системы в этих ателье меняют бренды, они все же являются продуктом компании Superspint.

Больше всего компаний первопроходцев по производству выпускных систем находится в Японии. В этой стране сразу несколько крупных компаний имеют собственные технологии производства выпускных систем моторов. К этим компаниям можно отнести HKS, Blitz, Greddy, Invidia, Tanabe. Эти компании выпускают выхлопные системы практически для всех автомобилей в мире, но больше всего специализируются на японских моделях машин. Данные компании имеют производственные площадки не только внутри своей страны, но и в других странах Азии.

Выпускная система Borla является одной из лучших для тюнинга автомобилей.

В США есть один первопроходец – компания Borla, которая имеет уже 30-летний стаж разработки и производства выпускных систем двигателей внутреннего сгорания. В ассортименте компании Borla выпускные системы более чем к 1000 моделям автомобилей со всего мира.

 

[su_youtube_advanced url=»https://www.youtube.com/watch?v=AZT5CK0dGBM»]

Устройство и принцип работы выхлопной системы автомобиля

Каждая машина, оснащенная двигателем внутреннего сгорания, имеет хотя бы примитивную выхлопную систему. Он устанавливается не только для обеспечения комфорта водителя и окружающих. Эта конструкция играет важную роль для эффективного удаления выхлопных газов.

Рассмотрим устройство выхлопной системы, а также варианты ее модернизации и ремонта.

Что такое выхлопная система автомобиля?

Под выхлопной системой понимается совокупность труб разной длины и диаметра, а также объемные емкости, внутри которых находятся блокирующие элементы.Он всегда устанавливается под автомобилем и подключается к выпускному коллектору.

Из-за разной конструкции баков (основного глушителя, резонатора и катализатора) подавляется большая часть звуков, издаваемых работой силового агрегата.

Назначение выхлопной системы автомобиля

Как называется система, она предназначена для отвода выхлопных газов из двигателя. В дополнение к этой функции эта конструкция также служит для:

• Шумоизоляции. При запуске двигателя в рабочих камерах цилиндров происходят микровзрывы топливовоздушной смеси.Даже в небольших количествах этот процесс сопровождается сильными хлопками. Выделяемой энергии достаточно для приведения в движение поршней внутри цилиндров. За счет наличия элементов с разной внутренней конструкцией шум выхлопа подавляется на перегородках, расположенных в глушителе.
• Обезвреживание токсичных отходов. Эту функцию выполняет каталитический нейтрализатор. Этот элемент устанавливается максимально близко к блоку цилиндров. При сгорании топливовоздушной смеси образуются токсичные газы, загрязняющие окружающую среду.Когда выхлопные газы проходят через катализатор, происходит химическая реакция, в результате которой снижается выброс вредных газов.
• Выхлопные газы снаружи автомобиля. Если установить глушитель непосредственно возле двигателя, то при стоянии автомобиля с работающим двигателем (например, на светофоре или в пробке) выхлопные газы будут скапливаться под автомобилем. Поскольку воздух забирается из моторного отсека для охлаждения салона, в этом случае в салон будет поступать меньше кислорода.
• Охлаждение выхлопных газов. При сжигании топлива в цилиндрах температура повышается до 2000 градусов. После отвода газов через коллектор они охлаждаются, но даже тогда они настолько горячие, что могут поранить человека. По этой причине все детали выхлопной системы выполнены из металла (материал имеет большую теплоотдачу, то есть быстро нагревается и остывает). В результате выхлопные газы не сжигают тех, кто минует выхлопную трубу.

Устройство выхлопной системы

В зависимости от модели автомобиля выхлопная система будет иметь собственную конструкцию.Однако в основном система устройства практически такая же. В конструкцию входят такие элементы:

• Коллектор выпускной. Этот элемент выполнен из жаропрочного металла, так как он принимает на себя основную тепловую нагрузку. По этой же причине обязательно, чтобы соединение с головкой блока цилиндров и впускным патрубком было как можно более плотным. В этом случае система не допустит быстрого протекания горячих газов. Из-за этого стык сгорает быстрее, и детали нужно будет часто менять.
• «Штаны» или труба передняя. Эта деталь называется так потому, что выхлоп от всех цилиндров соединен в ней в одну трубу. В зависимости от типа двигателя количество форсунок будет зависеть от количества цилиндров агрегата.
• Резонатор. Это так называемый «маленький» глушитель. В его небольшом баке происходит первая ступень замедления потока выхлопных газов. Он также изготовлен из тугоплавкого сплава.
• Каталитический нейтрализатор. Этот элемент установлен во всех современных автомобилях (если двигатель дизельный, то вместо катализатора используется сажевый фильтр).Его задача — устранять токсичные вещества из выхлопных газов, образующихся при сгорании дизельного топлива или бензина. Есть несколько типов устройств, предназначенных для нейтрализации вредных газов. Самые распространенные керамические модификации. В них корпус катализатора имеет ячеистую структуру в виде пчелиных сот. В таких катализаторах в корпусе есть утеплитель (чтобы не выгорели стенки), а на входе устанавливается стальная сетка. Поверхности сетки и керамики покрываются активным веществом, благодаря чему происходит химическая реакция.Металлический вариант практически идентичен керамическому, только корпус вместо керамики состоит из гофрированного металла, покрытого тонким слоем палладия или платины.
• Лямбда-зонд или датчик кислорода. Ставится после катализатора. В современных автомобилях эта деталь является составной частью, синхронизирующей топливную и выхлопную системы. При контакте с выхлопными газами измеряет количество кислорода и подает соответствующий сигнал на блок управления (подробнее о его устройстве и принципе работы рассказано здесь).
• Главный глушитель. Есть много разных типов глушителей. Каждый из них имеет свои конструктивные особенности. В основном «банка» имеет несколько перегородок, благодаря которым глушится громкий выхлоп. В некоторых моделях есть специальное устройство, которое с помощью особого звука позволяет подчеркнуть мощность двигателя (пример тому — выхлопная система Subaru Impreza).

На стыке всех деталей нужно обеспечить максимальную герметичность, иначе машина будет шуметь, а края труб быстрее прогорит.Герметики изготавливаются из огнеупорных материалов. Для надежной фиксации используются болты, а чтобы колебания от мотора не передавались на корпус, трубы и глушители подвешиваются снизу на резиновых серьгах.

Принцип выхлопной системы

Когда клапан открывается на такте выпуска, выхлопные газы удаляются в выпускной коллектор. Затем они попадают в переднюю трубу и подключаются к потоку, идущему от других цилиндров.

Если ДВС оборудован турбиной (например, в дизельных двигателях или бензиновых версиях с турбонаддувом), то выхлоп из коллектора сначала подается на крыльчатку компрессора, а уже потом — в выхлопную трубу.

Следующая точка — это катализатор, в котором происходит нейтрализация вредных веществ. Эта деталь всегда устанавливается как можно ближе к мотору, потому что химическая реакция происходит при высоких температурах (подробнее о работе каталитического нейтрализатора в отдельной статье).

Далее выхлоп проходит через резонатор (название указывает на функцию этой детали — резонировать с большинством звуков) и попадает в основной глушитель. В полости глушителя имеется несколько перегородок со смещенными друг относительно друга отверстиями.Благодаря этому поток многократно перенаправляется, шум подавляется, а наиболее плавный и тихий выхлоп идет из выхлопной трубы.

Возможные неисправности, методы их устранения и варианты настройки

Самая частая неисправность выхлопной системы — выгорание. Чаще всего это происходит на стыке из-за протечки. В зависимости от степени ущерба потребуются собственные средства. Часто происходит выгорание внутри глушителя.

В любом случае диагностика выхлопной системы — одна из самых простых задач.Главное прислушиваться к мотору. Когда шум выхлопа начинает усиливаться (сначала он приобретает оригинальный «басовый» звук, как у мощной машины), то пора заглянуть под машину и посмотреть, где происходит утечка.

Ремонт глушителя Зависит от степени износа. Если деталь относительно недорогая, ее лучше заменить на новую. Более дорогие модификации можно залатать газовым шламом и электросваркой. По этому поводу существует множество разных мнений, поэтому автомобилист должен для себя определиться, какой метод устранения неисправности использовать.

Если в выхлопной системе стоит датчик кислорода, то его неисправность внесет серьезные коррективы в топливную систему и может испортить катализатор. По этой причине некоторые специалисты рекомендуют всегда иметь на складе один исправный датчик. Если после замены детали на панели приборов пропадает сигнал ошибки двигателя, значит, проблема была в нем.

Настройка выхлопной системы

Выхлопная система напрямую влияет на мощность двигателя. По этой причине некоторые драйверы обновляют его, добавляя или удаляя некоторые элементы.Самый распространенный вариант тюнинга — установка прямоточного глушителя. В этом случае полость удаляется из системы для большего эффекта.

Стоит отметить, что помехи в схемах системы могут серьезно повлиять на КПД силового агрегата. Каждая модификация глушителя выбирается исходя из мощности двигателя. Для этого производятся сложные инженерные расчеты. По этой причине в некоторых случаях модернизация системы не только неприятна по звуку, но и «крадет» драгоценную мощность мотора.

Если недостаточно знаний относительно работы двигателя и выхлопной системы, автомобилисту лучше обратиться за помощью к специалистам. Они помогут не только выбрать подходящий элемент, создающий желаемый эффект, но и предотвратить поломку двигателя из-за неправильной работы системы.

ПОДОБНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Выхлопная система двигателя: как она работает? Узнать больше

Выхлопная система двигателя:

Выхлопная система двигателя является одной из важных систем автомобиля, поскольку она имеет дело с выхлопными газами автомобиля.Выхлопная система собирает выхлопные газы из цилиндров двигателя. Он направляет их через центральный выхлопной канал и выпускает в атмосферу с минимальными потерями мощности, шумом, вибрациями и передачей тепла кузову автомобиля.

Выхлопная система двигателя

Конструкция:

Он состоит из выпускного коллектора, установленного на блоке или головке цилиндров, каталитического нейтрализатора и выхлопной трубы / глушителя. Выпускной коллектор представляет собой набор труб, по которым выхлопные газы от головки блока цилиндров поступают к глушителю.Как правило, он сделан из чугуна, чтобы выдерживать тепло выхлопных газов. Для более плавного течения выхлопных газов производители используют коллектор типа «два в одном» вместо интегрального типа. В двигателях типа «V» используются двойные выхлопные системы с каждой стороны двигателя. Каждый агрегат имеет выпускной коллектор, глушитель, а также патрубки.

Выхлопная система двигателя

Некоторые двигатели имеют только один выпускной коллектор с одним глушителем и одной выхлопной трубой. Чтобы предотвратить потерю мощности, выхлопная система двигателя должна создавать минимальное сопротивление потоку выхлопных газов.Такое сопротивление создает в выхлопной системе противодавление, которое противодействует рабочему давлению в цилиндрах.

Кроме того, производители проектируют выхлопную систему таким образом, чтобы минимизировать ограничение потока выхлопных газов. Для этого производители предусмотреть дефлекторы с ребрами жесткости или разделители внутри выпускного коллектора. Разделители плавно направлять выхлопные газы к выхлопным патрубкам / выпускному отверстию.

Схема выхлопной системы двигателя:

На практике производители специально проектируют выхлопную систему и коллектор в соответствии с компоновкой двигатель-шасси.Это связано с тем, что передняя подвеска и система рулевого управления ограничивают пространство, доступное для выпускных коллекторов.

Особенно у современных компактных автомобилей мало места в моторном отсеке. Следовательно, производители устанавливают очень крошечные, и в эти автомобили входят компактные выхлопные системы и коллектор. Выпускные коллекторы спроектированы таким образом, чтобы максимально избегать перекрытия тактов выпуска, что сводит противодавление к минимуму.

Производители часто делают это, разделяя коллектор на два или более ответвлений.Это предотвращает одновременный выпуск выхлопных газов любых двух цилиндров в одну ветвь. Увеличение пропускной способности выпускного коллектора и включение в конструкцию изгибов большого радиуса устраняет любые ограничения для потока. Это также снижает противодавление.

Тепло Регулирующий клапан:

Выхлопные системы более раннего поколения предусматривали тепловую трубку для подачи тепла на встроенный автоматический блок воздушной заслонки карбюратора. Центральная часть выпускного коллектора часто соединяется с впускным коллектором через тепловой ловушку и демпферный механизм.Выхлопная система контролирует заслонку термостатически, чтобы отводить горячие выхлопные газы вверх и вокруг впускного коллектора, когда температура двигателя ниже заданного значения.

Рабочие:

Контроль нагрева автоматический. Когда двигатель холодный, все выхлопные газы находятся слева. Когда двигатель полностью прогревается, ни один газ не попадает во впускной коллектор. Клапан регулирования температуры смещен и длиннее с одной стороны, чем с другой. Такая конструкция позволяет давлению выхлопных газов заставлять клапан полностью открываться против давления пружины и противовеса, когда двигатель работает в условиях полной нагрузки.Противовес на валу клапана предотвращает его колебание.

Термостатический Клапан:

Выхлопная система и коллектор современных двигателей часто имеют термостатический клапан подъемника тепла. Этот клапан направляет выхлопные газы через переходной канал впускного коллектора для предварительного нагрева входящего воздуха. Выхлопные газы нагревают поступающую топливно-воздушную смесь снаружи. Выхлопные газы проходят через специально спроектированные каналы во впускном коллекторе и нагревают их.

Кроме того, выхлопная система термостатически регулирует и открывает регулирующий клапан выхлопных газов. Газорегулирующий клапан направляет газы в каналы во время прогрева двигателя. Клапан закрыт, когда двигатель холодный. Таким образом, он блокирует попадание выхлопных газов в выхлопную трубу. Он вынуждает их через каналы впускного коллектора достичь выпускного коллектора и трубы на противоположном берегу.

рабочий

По мере прогрева двигателя больше газов проходит непосредственно в выхлопную трубу и меньше проходит через каналы впускного коллектора.Предварительно нагретый воздух способствует лучшему смешиванию с топливом для полного сгорания топливовоздушной смеси.

Akrapovic, AFE, Hirotec, Borla и Gibson являются одними из мировых производителей выхлопных систем двигателей.

Посмотреть выхлопную систему двигателя в действии:

Читайте дальше: Как работает система охлаждения двигателя? >>

О CarBikeTech

CarBikeTech — это технический блог. Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет.CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Performance Exhaust Основные принципы и конструкция — CarTechBooks

В этой главе описаны компоненты, участвующие в процессах впуска, сгорания и выпуска воздуха и топлива в двигатель. Чтобы лучше понять функцию выхлопной системы, это помогает сначала понять, как воздух и заряд топлива попадают в двигатель и как на них влияет цепочка событий, которая включает всасываемый воздух, карбюратор или корпус дроссельной заслонки, впускной коллектор, топливо. дозирования, головок цилиндров, распредвала, выпускного коллектора или трубчатых коллекторов, а также тактов впуска, сжатия, мощности и выпуска двигателя.

Почти во всех случаях глушители необходимы для соблюдения законов об уровне шума, особенно для любого уличного транспортного средства. Кроме того, каталитические нейтрализаторы требуются для автомобилей, которые изначально были так оборудованы. Здесь я обсуждаю роль, которую играют глушители и преобразователи, и предлагаю советы по улучшению обоих компонентов с точки зрения производительности. Я обсуждаю различные стили глушителей, а также доступные каталитические нейтрализаторы, специально разработанные для высокопроизводительных приложений.

Практическое правило — определить объем впуска двигателя, а затем приблизительно сопоставить этот объем для выхлопных газов. Это начинается с выбора подходящего впускного коллектора и размера карбюратора, а также других переменных, таких как объем впускного отверстия головки блока цилиндров, профиль распределительного вала и степень сжатия. Подобные факторы могут повлиять на ваш выбор диаметра первичной трубы коллектора и диаметра выхлопной трубы. Проще говоря, по мере того, как вы создаете большее давление в цилиндре и мощность, вероятно, потребуется увеличить дополнительный объем выхлопных газов, чтобы обеспечить способность двигателя дышать.

Впускной воздух

Холодный всасываемый воздух плотнее теплого. Более высокая плотность воздуха означает больше молекул кислорода, что обеспечивает больший заряд всасываемого воздуха и большую мощность. Очевидно, что чем больше воздуха вы можете втянуть в двигатель, тем больше мощности он вырабатывает. Под впуском холодного воздуха понимается система впуска воздуха, которая поступает из воздуха, более холодного, чем воздух внутри моторного отсека. Чем дальше от тепла двигателя или чем более изолирован воздух от тепла двигателя, тем холоднее воздух, который может питать двигатель.

Фильтр холодного воздуха соединяется с воздухозаборником двигателя с помощью воздуховода, перемещая фильтрующий элемент дальше от источника тепла двигателя, помещая фильтр ближе к более холодному источнику свежего воздуха. Для конкретных транспортных средств предлагаются системы холодного воздуха с кожухом холодного воздуха, который помогает захватывать больше воздуха непосредственно в фильтр. (Фото любезно предоставлено K&N Engineering)

Система впуска воздуха на двигателе LS7 этого гоночного болида, построенном компанией Hutter Engineering в Шардоне, штат Огайо, одновременно эффективна и великолепна.Воздуховод, по которому воздух поступает к корпусу дроссельной заслонки, изготовлен из углеродного волокна. Холодный воздух направляется от носовой части автомобиля непосредственно к двигателю, при этом горячий воздух из моторного отсека не попадает во всасываемый воздушный поток.

Воздушный фильтр конической или цилиндрической формы может также позволить создать воздухозаборник для универсального применения, например, в отсеках двигателей гоночных автомобилей. Хотя этот фильтр все еще находился в пределах моторного отсека, он был расположен дальше от двигателя.

Элементы воздушного фильтра в идеале должны быть как можно больше (с точки зрения площади поверхности), ограничиваясь, прежде всего, пределами моторного отсека. Дорогие воздушные фильтры иногда создают чрезмерные ограничения. Даже если они обеспечивают приемлемую текучесть, дешевые бумажные элементы могут не обеспечивать большой срок службы. Лучше покупать фильтры высшего качества, когда позволяет бюджет. Некоторые фильтры предназначены для многоразового использования; они требуют мытья и сушки перед повторным вводом в эксплуатацию.(Фото любезно предоставлено K&N Engineering)

Один аспект, о котором часто забывают, — это использование забора холодного воздуха. Это воздушный фильтр с открытым элементом, расположенный близко к земле, но он может создать гидрозатвор в двигателе. Это может произойти, если воздушный фильтр подвергается чрезмерному воздействию воды (например, при движении по водным поверхностям с высоким стояком, когда вода может попадать непосредственно во впускную систему). Если вода попадает в двигатель и попадает в камеры сгорания, вода может накапливаться до точки, в которой она препятствует достижению поршнями верхней мертвой точки (ВМТ), создавая гидравлическую блокировку.Помните, что, хотя вы можете сжимать воздух, вы не можете сжимать жидкость. Если произойдет гидроблокировка, это может серьезно вывести двигатель из строя, включая погнутые шатуны, разрушенные подшипники штока, сломанные поршни и многое другое. Если транспортное средство не предназначено для движения по улице только в сухую погоду или только на скользящей полосе, размещение воздушного фильтра (-ов) низко и близко к земле не является проблемой. Помните об этом, если вы планируете работать во влажных условиях.

Система впуска, включая воздухозаборник и карбюратор (или систему впрыска топлива), оказывает прямое влияние на воздушный поток, проходящий через двигатель, и, следовательно, на пропускную способность выхлопной системы.Всегда помните, что то, что попадает в двигатель, также должно покидать двигатель. Программные средства анализа двигателя, такие как Ricardo и другие, помогают в разработке системы для определения поперечных сечений и объемов от входа воздушного фильтра до выхода выхлопного коллектора.

Карбюраторы

Работа карбюратора заключается в доставке воздушно-топливной смеси, необходимой двигателю для любого заданного состояния работы двигателя. Карбюратор смешивает топливо и воздух в правильном соотношении или пропорции.Чтобы вызвать сгорание, заправку топлива необходимо смешать с воздухом для распыления смеси.

Впускная система карбюратора имеет топливный бак, в котором хранится определенное количество жидкого топлива. Поплавок внутри чаши имеет коническую иглу, которая входит в отверстие седла. Регулировка уровня поплавка вместе с давлением топлива поддерживает правильный уровень топлива в бачке. Когда уровень топлива падает, поплавок опускается; это отодвигает иглу от гнезда, позволяя топливу попасть в емкость.Когда уровень топлива поднимается до установленного значения, поплавок поднимается, перемещая иглу к своему седлу. Эта простая система иглы и седла с поплавковым приводом поддерживает необходимый уровень топлива в барабане, обеспечивая подачу достаточного количества топлива в систему дозирования карбюратора.

Давление на входе топлива, давление, создаваемое топливным насосом, напрямую влияет на уровень поплавка. Если давление топлива слишком велико, поплавок поднимается, что приводит к тому, что двигатель работает слишком богато, а излишки топлива выливаются / выходят во впускное отверстие карбюратора.Если давление топлива слишком низкое, поплавок опускается и понижает уровень топлива в барабане, что приводит к уменьшению подачи топлива к основным жиклерам, что способствует обеднению.

Система с впрыском топлива требует высокого давления топлива, часто в диапазоне от 30 до 40 фунтов на квадратный дюйм, чтобы обеспечить мгновенную подачу топлива при открытии форсунок. С другой стороны, карбюраторная топливная система требует относительно низкого давления топлива, обычно в диапазоне от 4 до 6 фунтов на квадратный дюйм. В карбюраторной системе слишком высокое давление топлива подавляет поплавок, в результате чего поплавок поднимается слишком далеко.При использовании электрического топливного насоса необходимо обращать внимание на его номинальное выходное давление. Если насос рассчитан на производство более 6 фунтов на квадратный дюйм, в топливопроводе должен быть установлен регулятор давления топлива. Лучше всего использовать регулируемый регулятор давления вместе с манометром, чтобы вы могли регулировать и проверять давление топлива.

Из зоны барабана топливо проходит через главные жиклеры, которые регулируют подачу топлива в систему дозирования карбюратора. Размеры основного жиклера зависят от размера трубки Вентури, атмосферного давления и рабочих температур окружающей среды.Вентури образует точку сужения для поступающего воздуха, на которую воздействует движение поршней вниз, создающее сигнал вакуума. Когда воздух проходит через трубку Вентури, он увеличивает скорость, а затем создает перепад давления на выходе из трубки Вентури. Это падение давления продвигает топливо из резервуара в этот вакуум, вытягивая топливо через выпускное сопло в наддувной трубке Вентури. Смесь топлива с воздухом распыляет топливо.

Карбюратор с 4 цилиндрами или вторичным типом карбюратора предлагает больше топлива, чем 2-х цилиндровый карбюратор, когда вторичный карбюратор открыт.Первичная сторона используется для легких требований к дроссельной заслонке, а вторичная сторона обеспечивает максимальную подачу воздуха / топлива для резкого ускорения.

Канал в карбюраторе создает разрежение в силовом клапане, расположенном между резервуаром и дозирующей системой. На холостых оборотах двигателя разрежение самое высокое. На холостом ходу из-за высокого вакуума диафрагма силового клапана остается закрытой. Когда дроссельная заслонка открывается во время повышенного спроса, вакуум падает, что позволяет пружине внутри силового клапана преодолевать вакуум и открывает диафрагму.Это позволяет добавленному топливу течь через клапан, обогащая топливную смесь, чтобы приспособиться к увеличению потребности в воздухе для открытия дроссельной заслонки. Другими словами, когда вы открываете дроссельную заслонку, силовой клапан подает топливо.

Ускорительный насос, расположенный на дне бачка, служит топливной форсункой с механическим приводом, которая подает дополнительную порцию топлива при резком / быстром открытии дроссельной заслонки. Эта добавленная порция топлива снижает или устраняет вероятность споткнуться или запаздывать при внезапном открытии дроссельной заслонки.Ускорительный насос оснащен рычагом, который приводится в действие дроссельной заслонкой.

4-цилиндровый карбюратор или карбюратор вторичного типа расширяет потенциальную выходную мощность за счет увеличения подачи воздуха и топлива, когда двигатель требует большей подачи. Карбюратор вторичного типа — это, по сути, два карбюратора в одном корпусе. И на первичной, и на вторичной стороне предусмотрены собственные системы учета. Первичная сторона используется для легких требований дроссельной заслонки; вторичная сторона предназначена для работы, когда требуется дополнительная или максимальная подача воздуха / топлива.Вторичная сторона активируется либо механически, через дроссельную заслонку карбюратора, либо за счет вакуума, используя диафрагму, которая размыкает дозирующий контур на основе вакуума в двигателе. Карбюратор вторичного типа с вакуумным приводом более щадящий, потому что вторичные редукторы открываются только по мере необходимости в соответствии с вакуумным сигналом двигателя. Следовательно, этот тип карбюратора обеспечивает большую свободу действий, позволяя использовать немного больший номинал CFM в отличие от вторичного механизма с механическим приводом, который управляется рычагом управления дроссельной заслонкой водителя.

Выбор размера карбюратора

Многие испытывают искушение запустить большой карбюратор с точки зрения номинальной мощности двигателя, полагая, что это автоматически приводит к дополнительной мощности. Некоторые даже выбирают карбюратор большего размера, просто чтобы похвастаться. Как и многие другие компоненты двигателя, больше не обязательно лучше. Объем карбюратора должен соответствовать потребностям двигателя. Карбюратор необходимо подобрать в соответствии с требованиями к объему двигателя.

Объемный КПД (VE) означает способность двигателя дышать. VE представляет собой отношение веса поступающего окружающего воздуха к теоретическому объему воздуха, который двигатель может потреблять при ожидаемых оборотах двигателя, при которых он развивает максимальный крутящий момент. VE выражается как отношение этих двух факторов. Стандартный двигатель с низкой производительностью, вероятно, имеет около 80 процентов VE в своем максимальном диапазоне крутящего момента, в то время как модифицированный двигатель с улучшенными характеристиками дыхания может иметь VE в диапазоне от 85 до 90 процентов.Если вы ссылаетесь на размер карбюратора CFM для данного рабочего объема двигателя и максимального крутящего момента RPM, вы можете определить, какой размер карбюратора подходит, на основе теоретического 100-процентного VE. Затем вы умножаете пиковые обороты на VE двигателя, чтобы определить фактический размер карбюратора.

Эта таблица помогает выбрать размер карбюратора для ожидаемого широко открытого дросселя (WOT) при самых низких оборотах двигателя. (Фото любезно предоставлено Holley Performance Products)

Эта таблица помогает при выборе карбюратора в зависимости от частоты вращения двигателя.Например, двигателю 400 куб.см теоретически требуется около 800 кубических футов в минуту при работе со скоростью около 6800 об / мин. Такие факторы, как характеристики головки блока цилиндров, впускного коллектора и кулачка, являются переменными, которые имеют значение. Таблица представляет собой хорошую отправную точку для выбора карбюратора. (Фото любезно предоставлено Holley Performance Products)

Чем выше VE двигателя, тем больший карбюратор он может использовать. VE может быть увеличен за счет увеличения «дыхания» двигателя, что может повлечь за собой использование распределительного вала с большей продолжительностью работы, выбор более эффективного и более свободного впускного коллектора, улучшение потока в выхлопной системе, расположение отверстий в головке блока цилиндров и снижение паразитных потерь двигателя за счет учета всего. зазоры, обеспечение надлежащей отделки поверхностей отверстий цилиндров, улучшенная балансировка вращающегося узла, а также использование специальных антифрикционных покрытий и покрытий для обратного слива масла и т. д.

Проще говоря, чем больше рабочий объем двигателя и чем выше частота вращения двигателя, тем больше воздуха он может потреблять; следовательно, чем больше может быть карбюратор.

Простая формула углеводов

Для приблизительного определения размера карбюратора на основе рабочего объема и максимальной частоты вращения двигателя можно использовать следующую формулу:

Максимальный карбюратор CFM = (CI ÷ 2) x (максимальная частота вращения ÷ 1,728)

Где:

CFM = кубический фут в минуту

CI = кубический дюйм рабочего объема RPM = число оборотов в минуту

(частота вращения двигателя) 1728 = математическая постоянная

Например, двигатель 403 куб.По формуле:

[(403 ÷ 2) x (6,500 ÷ 1,728)]

201,5 x 3,76 = 757,64

Здесь подходит размер карбюратора от 700 до 750 кубических футов в минуту.

Вакуумный вторичный карбюратор несколько снисходителен, позволяя использовать карбюратор немного большего размера. Карбюратор с механическими вторичными частями не так прост. Если вы сомневаетесь при выборе между двумя размерами в требуемом диапазоне, часто лучше выбрать карбюратор меньшего размера. Выбор механического вторичного карбюратора, который имеет конструкцию с двумя насосами, которая слишком велика для применения, может привести к провисанию или заболачиванию при ускорении, если двигатель израсходует дозу насоса до того, как будет подана основная порция топлива.

Двигатели с принудительной индукцией, использующие либо наддув, либо турбонаддув, могут использовать преимущества более крупных карбюраторов, поскольку принудительная индукция обычно может увеличить VE до точки, намного превышающей 100 процентов.

Дроссельная заслонка EFI

EFI — это активная система, которая регулирует подачу топлива в соответствии с условиями работы двигателя, в то время как карбюратор — это пассивная система, контролирующая подачу как воздуха, так и топлива.Блок управления двигателем (ЭБУ) управляет подачей топлива электронной системой впрыска топлива и точно контролирует время и продолжительность подачи топлива через форсунки. Я мог бы назвать корпус дроссельной заслонки воздушным клапаном двигателя. Единственная задача корпуса дроссельной заслонки — пропускать воздух в двигатель. Теоретически, чем больше воздуха доставляется, тем большую мощность может производить двигатель; конечно, при смешивании с соответствующим соотношением топлива. Замена корпуса дроссельной заслонки от производителя оригинального оборудования (OEM) на более крупный корпус дроссельной заслонки для вторичного рынка необходима для подачи большего количества воздуха, но есть точка уменьшения отдачи.Использование самой большой дроссельной заслонки — не обязательно лучший шаг.

Размер корпуса дроссельной заслонки с точки зрения диаметра горловины должен соответствовать объему двигателя. Если корпус дроссельной заслонки слишком мал, скорость воздуха выше, но объема часто бывает недостаточно. Если корпус дроссельной заслонки слишком велик, скорость воздуха обычно слишком мала, но в двигатель втягивается больше воздуха.

Принятая формула для определения размера корпуса дроссельной заслонки в миллиметрах основана на рабочем объеме двигателя, измеренном в кубических дюймах рабочего объема (ci):

Размер корпуса дроссельной заслонки (мм) = √ [(ci x 196.3 x об / мин при макс. л.с.) ÷ 67,547]

Где:

196,3 = математическая константа

67,547 = математическая константа

Например, предположим, что двигатель имеет 408 кубических сантиметров, и ожидается, что этот двигатель достигнет максимальной мощности при 6500 об / мин. По формуле:

(408 х 196,3 х 6 500) ÷ 67 547

7,707,0425 = 87,7897 мм

Для этого примера двигателя без наддува корпус дроссельной заслонки с корпусом дроссельной заслонки от 88 до 90 мм является приблизительно правильным размером.Слегка увеличенный размер обеспечивает небольшую подушку для максимальной мощности. В этом примере размер корпуса дроссельной заслонки около 90 мм не ограничивает воздух, необходимый для этого двигателя при скорости 6500 об / мин. Хотя вы можете использовать дроссельную заслонку еще большего размера, скорость (скорость) воздуха может снизиться и недостаточно быстро заполнить камеры.

Если вы сильно увеличите размер корпуса дроссельной заслонки, вы очень быстро введете много воздуха, который может оказаться слишком большим, чтобы двигатель мог обработать его во время быстрого или резкого срабатывания дроссельной заслонки, что может сделать автомобиль неуправляемым на улице, в то же время время не улучшает мощность.

Дроссельные заслонки для электронных систем впрыска топлива управляют только поступающим воздухом. Переход к корпусу дроссельной заслонки большего объема часто может улучшить производительность, если двигатель может использовать увеличенный объем воздуха. (Фото любезно предоставлено BBK Performance)

Если вы используете систему принудительного впуска, размер корпуса дроссельной заслонки становится несколько менее критичным, поскольку нагнетатель или турбонагнетатель нагнетает воздух в двигатель. Нагнетатель в стиле Рутса всасывает воздух в двигатель через корпус дроссельной заслонки, в то время как турбонагнетатель проталкивает воздух через корпус дроссельной заслонки.Цель здесь не в том, чтобы создать слишком маленькое узкое место для ограничения воздушного потока.

Давление воздуха, а также плотность воздуха в турбонаддуве примерно вдвое выше по сравнению с безнаддувным двигателем, поэтому теоретически вы можете использовать дроссельную заслонку меньшего размера для турбонаддува по сравнению с безнаддувным двигателем.

Датчики массового расхода воздуха

На протяжении многих лет в серийных транспортных средствах использовались различные методы контроля воздушного потока, в том числе устаревшие расходомеры воздуха для фургонов, расходомеры Karman Vortex и системы измерения скорости, которые полагаются на множество датчиков двигателя для определения расхода воздуха.В наиболее распространенных сегодня системах используется датчик массового расхода воздуха (MAF) с горячей проволокой или пленкой с подогревом. Датчик массового расхода воздуха с горячей проволокой или пленкой с подогревом позволяет электронному блоку управления (ЭБУ) напрямую измерять температуру, влажность и плотность воздуха на впуске. Датчик массового расхода воздуха с подогревом имеет тонкий платиновый провод, расположенный в воздушном потоке, который нагревается до запрограммированной температуры с использованием опорного напряжения около 5 В, подаваемого от блока управления двигателем. Когда всасываемый воздух проходит через проволоку, проволока охлаждается, что приводит к изменению сопротивления.При понижении температуры провода изменяется напряжение. ЭБУ видит это падение и управляет сигналом напряжения для рабочих условий. На основании требуемых изменений напряжения ЭБУ может определять качество воздушной массы.

Датчик массового расхода воздуха с горячей пленкой работает аналогичным образом с использованием нагреваемой пленки. Одна сторона пленки поддерживает постоянную эталонную температуру, а другая сторона подвергается воздействию всасываемого воздуха. Разница в температуре позволяет ЭБУ определять качество поступающего воздуха.ЭБУ использует эту информацию в сочетании с другими датчиками для определения подачи топлива.

Этот датчик массового расхода воздуха монтируется на секции воздухозаборника. Датчик массового расхода воздуха с нагревательной проволокой или пленкой позволяет блоку управления двигателем напрямую измерять температуру, влажность и плотность воздуха на впуске. MAF с горячим проводом представляет собой тонкий платиновый провод, расположенный в воздушном потоке, который нагревается до запрограммированной температуры с использованием опорного напряжения около 5 В, подаваемого от блока управления двигателем.Когда всасываемый воздух проходит через проволоку, проволока охлаждается, что приводит к изменению сопротивления. При понижении температуры провода изменяется напряжение. ЭБУ видит это падение и управляет сигналом напряжения для рабочих условий. На основании требуемых изменений напряжения ЭБУ может определять качество воздушной массы.

Датчик массового расхода воздуха расположен между воздухозаборником / фильтром и корпусом дроссельной заслонки и измеряет расход воздуха, поступающего в двигатель.Обратите внимание на платиновый провод в этом датчике массового расхода воздуха. Посторонние предметы легко загрязняют эти хрупкие провода. Никогда не предполагайте, что датчик массового расхода воздуха неисправен. Осмотрите контактные клеммы, чтобы убедиться, что разъем полностью вставлен. Это первое, что вы можете сделать, чтобы убедиться, что он работает правильно.

Грязь, масло, паутина и т. Д. Могут загрязнить провод (или пленку) датчика массового расхода воздуха. Если датчик массового расхода воздуха загрязнен маслом, причиной обычно являются пары масла из системы PCV в виде прорыва масла, которое проходит мимо поршневых колец.

Рекомендуется очищать датчик массового расхода воздуха при каждом обслуживании воздушного фильтра. Датчик массового расхода воздуха расположен в воздуховоде двигателя, между воздушной коробкой и корпусом дроссельной заслонки. Датчик обычно крепится двумя винтами. Отсоедините разъем жгута проводов от датчика и снимите датчик. Не касайтесь платиновой проволоки или пленки пальцами. Это может оставить осадок на поверхности провода датчика. Очистите воздушный канал и провод датчика, используя только спрей для очистки датчика массового расхода воздуха.Не используйте очиститель тормозов или другой растворитель, так как это может повредить или еще больше загрязнить датчик. Когда датчик высохнет, установите его на место. Загрязненный датчик массового расхода воздуха может вызвать резкий холостой ход, колебания или плохую работу при полностью открытой дроссельной заслонке (WOT).

Размер топливной форсунки

Формула, приведенная ниже, может использоваться для оценки мощности топливной форсунки в фунтах в час. Правильное согласование размеров форсунок с двигателем, хотя и не оказывает прямого влияния на конструкцию вашей выхлопной системы, является одним из шагов к оптимизации мощности и эффективности.В системе впрыска информация, полученная от датчиков кислорода и воздуха / топлива в потоке выхлопных газов, используется ЭБУ, чтобы помочь установить требуемую смесь воздух / топливо. Если форсунки не подходят по размеру для двигателя, эффективность и мощность не будут максимальными, независимо от конструкции выхлопной системы. Один из факторов, который вы учитываете, — это удельный расход топлива на тормозах (BSFC).

Это соотношение между потреблением топлива двигателем и выходной мощностью двигателя. На холостом ходу передаточное число высокое из-за закрытой дроссельной заслонки.При максимальном крутящем моменте BSFC является низким в этот момент максимальной топливной эффективности. BSFC увеличивается, когда двигатель выходит за пределы максимального крутящего момента в сторону максимальной мощности. BSFC уменьшается по мере того, как эффективность двигателя увеличивается из-за меньшего трения и меньшего сопротивления, например, когда двигатель имеет поршневые кольца с меньшим натяжением, улучшенную систему удаления масла и / или когда на коленчатый вал и шатуны нанесены покрытия с обратным сливом, использование электрический водяной насос для уменьшения сопротивления коленчатого вала и т. д.

Еще одним фактором для расчета размера инжектора является рабочий цикл инжектора.Чаще всего это около 80 процентов.

Мощность форсунок = (л.с. двигателя x BSFC) ÷ (количество форсунок x рабочий цикл форсунки)

Например, используя формулу для 8-цилиндрового двигателя мощностью 500 л.с. с турбонагнетателем:

500 x 0,5 = 250

8 форсунок x 0,8 = 6,4

250 ÷ 6,4 = 39,06 фунта / час

В этом примере топливные форсунки с номинальной мощностью около 39 фунтов / час должны быть адекватными и обеспечивать хорошую отправную точку. Если BSFC есть.6, предлагаемый размер инжектора составляет около 46 фунтов / час (500 x 0,6 ÷ 6,4 = 46,875).

Впускные коллекторы

Впускной коллектор направляет воздушный поток от карбюратора / корпуса дроссельной заслонки к впускным отверстиям головки блока цилиндров. Выбор типа впускного коллектора и размера направляющих влияет на диапазон мощности и крутящего момента, на который влияют такие факторы, как площадь поперечного сечения и длина рабочего колеса. Вообще говоря, одноплоскостной впускной коллектор лучше всего подходит для более высоких оборотов, в то время как двухплоскостная конструкция лучше всего подходит для более низких оборотов и крутящего момента при более низких оборотах.

С точки зрения расположения камеры статического давления, опять же в общих чертах, более высокие бегуны и более высокие места расположения камеры статического давления лучше всего подходят для работы с более высокими оборотами двигателя и мощностью в более высоких диапазонах.

Вы всегда должны быть в курсе; Поступающий воздух / топливо должны иметь возможность выходить из двигателя, поэтому вы должны выбирать выхлопную систему в соответствии с этими факторами. Более короткие первичные выхлопные трубы сбрасывают импульсы выхлопных газов двигателя быстрее, чтобы лучше адаптироваться к более высоким оборотам, в то время как более длинные первичные трубы могут улучшить продувку выхлопных газов, чтобы получить преимущество в диапазоне мощности на более низких оборотах.Диаметр и длина первичной трубы коллектора влияют на то, как выхлопные газы выводятся из выпускных отверстий головки блока цилиндров, поскольку продувка выхлопных газов может создавать вакуумный эффект, не только вытягивая выхлопные газы, но и способствуя всасыванию дополнительного всасываемого заряда.

Конфигурация бегунов впускного коллектора напрямую влияет на мощность и на то, где возникает максимальный крутящий момент. Не обсуждая конкретное применение двигателя с точки зрения рабочего объема, конструкции головки блока цилиндров и профиля распределительного вала, я обращаюсь к впускным коллекторам в общих чертах.Помимо длины рабочего колеса впускного коллектора, необходимо учитывать объем рабочего колеса, включая длину и площадь поперечного сечения. Большая площадь поперечного сечения и более короткая длина рабочего колеса лучше подходят для диапазонов более высоких оборотов и двигателей большего рабочего объема, в то время как меньшая площадь поперечного сечения и большая длина рабочего колеса лучше подходят для двигателей меньшего рабочего объема и диапазонов более низких оборотов. Большинство впускных коллекторов двигателей представляют собой компромисс по конструкции, баланс между выходной мощностью двигателя и крутящим моментом на низких оборотах для соответствия предполагаемому применению и условиям движения.

Если площадь поперечного сечения слишком велика для применения, может произойти уменьшение пикового крутящего момента, а диапазон оборотов, в котором создается пиковое крутящее момент, может увеличиться. На динамограмме двигателя пиковый крутящий момент обычно указывает, где в диапазоне оборотов VE является наибольшим.

Одноплоскостной впускной коллектор имеет единственную открытую камеру статического давления, которая питает все восемь цилиндров. Рабочие колеса обычно короче, чем двухплоскостной коллектор для более прямого выстрела в каждый цилиндр, что обычно лучше для более высоких оборотов.Одноплоскостные коллекторы также обычно имеют небольшой воздушный зазор между направляющими и блоком, который помогает снизить температуру воздуха / топлива. Одноплоскостной коллектор, вероятно, будет лучшим выбором, поскольку двигатель обычно работает со скоростью выше 2500 об / мин. Если вы планируете эксплуатировать двигатель в основном при 2500 об / мин или меньше, то двухуровневый коллектор может быть лучшим выбором.

Двухплоскостной впускной коллектор имеет раздельную камеру статического давления, обеспечивающую всасывание через каждые 180 градусов вращения коленчатого вала.(Их часто называют коллектором с углом поворота 180 градусов.) Впускные желоба обычно длиннее, чем на одноплоскостном коллекторе. Двухплоскостной двигатель обычно лучше подходит для работы на улицах с низким крутящим моментом и мощностью. Независимо от области применения, обратите внимание на заявленный рабочий диапазон оборотов двигателя как для коллектора, так и для распределительного вала, который вы планируете использовать. Постарайтесь сопоставить коллектор с кулачком на основе этих оценок.

Из-за своей раздельной конструкции двухплоскостной коллектор обычно лучше подходит для работы на более низких оборотах, что повышает общую управляемость.Однако это не означает, что двухплоскостной коллектор не подходит для высокопроизводительного использования. Это зависит от диапазона мощности. В целом, использование более низких оборотов, вероятно, является лучшим выбором для двухплоскостного коллектора, а использование более высоких оборотов лучше подходит для одноплоскостного коллектора.

Высотные туннельные гидроцилиндры лучше всего подходят для длительного использования на высоких оборотах и ​​обеспечивают больший крутящий момент и мощность в более длительном диапазоне (при более высоких оборотах двигателя).Доступны модульные высотные впускные коллекторы (часто называемые туннельными гидроцилиндрами из-за длинных одноплоскостных впускных направляющих), которые вмещают либо один четырехцилиндровый карбюратор, либо два карбюратора. Этот пример впускного коллектора Holley Hi-Ram оснащен верхней камерой статического давления, которая позволяет устанавливать пару карбюраторов сбоку или в линию, в зависимости от размеров карбюратора и желаемой установки дроссельной заслонки.

Некоторые конструкции впускных коллекторов с электронным впрыском топлива имеют центральную переднюю дроссельную заслонку и серию впускных колец одинаковой длины непосредственно к каждому цилиндру.(Фото любезно предоставлено BBK Performance)

Этот вид в разрезе впускного коллектора с карбюратором обеспечивает хороший обзор разделителей камеры статического давления. (Фото любезно предоставлено Holley Performance Products)

Высокоэтажные впускные системы в силу своей конструкции поднимают карбюратор (ы) намного выше двигателя. Проблемы с зазором капота обычно решаются установкой высокого ковша на капоте.

Помимо литых алюминиевых впускных коллекторов EFI, также доступны более легкие коллекторы, изготовленные из усовершенствованного полимерного материала для лучшего отвода тепла. По своей конструкции и конструкции эти коллекторы состоят из двух частей с нижней и верхней секциями. Более холодный всасываемый заряд обеспечивает более плотный заряд воздуха, что, в свою очередь, способствует увеличению мощности. Еще одним преимуществом полимерного коллектора является его способность конструкторам легко создавать более плавный и ламинарный воздушный поток.(Фото любезно предоставлено FAST / Comp Cams)

Карбюрированные впускные коллекторы обычно имеют разделительные стенки в камере статического давления, которые помогают направлять заряд воздуха / топлива в цилиндры. Эти стенки также предназначены для помощи в разрушении или распылении заряда, чтобы предотвратить образование больших капель топлива.

Обратите внимание, что эти обобщения применимы к двигателям без наддува. Когда вы рассматриваете двигатель с принудительной индукцией, будь то турбокомпрессор или супер-нагнетатель, конструкция рабочего колеса впускного коллектора становится менее критичной, поскольку заряд воздуха нагнетается в цилиндры под положительным давлением.Подбор направляющих впускного коллектора к выбранным головкам цилиндров является целью с точки зрения площади поперечного сечения каналов, чтобы максимизировать эффективность с точки зрения воздушного потока.

Согласование портов (где выходные порты впускного коллектора соответствуют размеру и форме впускных отверстий головки блока цилиндров) является важным шагом для максимального увеличения потока воздуха. Цель состоит в том, чтобы точно согласовать расположение, форму и размер выхода воздуха из впускного коллектора и входа в впускное отверстие головки цилиндров. Если порты не совпадают (например, если стенки портов не выровнены или порты впускного коллектора больше впускных отверстий головки блока цилиндров), поступающий воздух ударяется о открытые стенки, создавая нежелательную турбулентность.Установка плохо согласованного впускного коллектора с лучшим комплектом головок цилиндров может легко снизить мощность и предотвратить использование максимального потенциала двигателя. Бегуны впускного коллектора обычно имеют небольшую конусность для увеличения скорости воздушного потока, увеличивая скорость воздушного потока на его пути к головке блока цилиндров.

Многие впускные коллекторы с одним карбюратором имеют впускные направляющие различной длины, поэтому передние и задние направляющие длиннее и уже, чем центральные, которые в сравнении могут быть короче и шире.Теоретически это уравновешивает или уравновешивает объем воздуха, распределяемого по цилиндрам. Кроме того, необходимо учитывать скорость воздушного потока. В результате форма рабочих колес впускного коллектора (сужение рабочего колеса и степень поворотов рабочего колеса) может быть настроена для выравнивания скорости воздушного потока для всех цилиндров.

Впускные коллекторы из листового металла изготовлены по индивидуальному заказу из алюминиевых труб и панелей, сваренных вместе, а стандартные коллекторы изготовлены из литого алюминия с более толстыми стенками. Материал и прочность сварного шва становятся критически важными при работе с установкой с принудительной индукцией из-за повторяющихся циклов подачи сжатого воздуха внутри коллектора.Для этого нужен высокопрочный алюминий, например, заготовка 6061.

Кроме того, при использовании сварного впускного коллектора объем статической камеры становится критическим для безнаддувных систем. Следовательно, объем напорной камеры должен идеально соответствовать объему двигателя, чтобы исключить возможность нехватки топлива для отдельных цилиндров. Например, если рабочий объем двигателя составляет 408 куб. Если объем камеры слишком мал, может пострадать мощность на высоких оборотах. Это становится более важной проблемой для двигателей для соревнований, чем для двигателей с уличным приводом.

Головки цилиндров

Головки цилиндров являются ключевым компонентом общей системы воздушного потока двигателя и должны быть одной из первых сложных частей, которые необходимо учитывать при создании плана сборки нового двигателя. Они отвечают за кондиционирование всасываемого воздуха / топлива в цилиндр, способствуют преобразованию химической и тепловой энергии в механическую энергию и перерабатывают отработанные выхлопные газы в выхлопную систему двигателя. После определения головок цилиндров для сборки двигателя выбор опорных компонентов, таких как впускные коллекторы, поршни, выпускные коллекторы и распределительные валы, становится менее обременительным для выбора правильной комбинации деталей для достижения желаемого результата.Каждый компонент системы воздушного потока двигателя должен работать вместе для достижения эффективного пути потока, минимизируя ограничения потока на основе заданного объема двигателя. Большинство головок цилиндров V-8 имеют конструкцию с верхним расположением клапанов (OHV), где впускные и выпускные клапаны расположены над отверстием цилиндра двигателя для максимальной эффективности впуска и выпуска.

По мере увеличения потока на стороне впуска необходимо также увеличивать поток на стороне выпуска, чтобы избежать ограничения выпуска.По мере того, как вы увеличиваете поток воздуха и подаете больше топлива в двигатель, выхлопная система должна иметь возможность соответственно отводить выхлопные газы. Необходимость в менее жесткой выхлопной системе и способности выхлопной системы вытягивать или очищать выхлопные газы становится все более важной. Именно здесь переход к соответствующей системе трубчатого коллектора дает явное преимущество по сравнению с набором литых выпускных коллекторов OEM.

Выбор правой головки блока цилиндров

На рынке запасных частей с высокими характеристиками имеется избыток вариантов головки блока цилиндров для наиболее популярных двигателей.Потребители могут приобрести полностью новые высокопроизводительные головки блока цилиндров на вторичном рынке или переделать отливки головок блока цилиндров OEM посредством переноса вручную или переноса с помощью высокотехнологичного ЧПУ (компьютерное числовое управление). Какой бы ни была цель двигателя, головки цилиндров должны иметь размер, соответствующий объему двигателя, работать в предполагаемом диапазоне оборотов двигателя, физически вписываться в желаемое пространство шасси и эффективно работать с такими вспомогательными компонентами, как впускные коллекторы, выхлопные системы. коллекторы и распредвалы.

Большинство производителей головок блока цилиндров послепродажного обслуживания оценивают рабочие характеристики головки блока цилиндров в зависимости от объема двигателя, числа оборотов в минуту и ​​области применения (только на дороге, только для гонок или и то, и другое).

Как правило, меньший диапазон объема впускного канала создает крутящий момент при более низких оборотах по сравнению с большим объемом впускного отверстия для того же двигателя. Всегда сверяйтесь с данными производителя головки блока цилиндров о конкретных конструкциях двигателя и вспомогательных компонентах для сравнения объемов впускного канала.

Впускной канал

Форма впускного отверстия головки цилиндров, площадь поперечного сечения и объем могут считаться ограничивающими факторами при обсуждении характеристик двигателя в безнаддувных системах. Вообще говоря, большинство двигателей, которые хорошо работают в безнаддувной форме, работают даже лучше, когда добавляются стратегии принудительной индукции или закись азота.

Форма впускного отверстия определяется габаритами пространства, определяемыми общей конструкцией двигателя, компоновкой клапанного механизма и предполагаемым применением в транспортном средстве.Что касается двигателей типа толкателя, ширина впускного канала не должна быть намного больше, чем расстояние между толкателями, обычно называемое «точкой защемления» впускного канала. Существует несколько стратегий увеличения расстояния между толкателями, включая подъемники со смещением, коромысла со смещением и составные углы клапана.

Длина впускного канала головки блока цилиндров определяется его расположением относительно средней линии отверстия цилиндра и сопрягаемого фланца впускного коллектора. Высота впускного отверстия определяется пространственными ограничениями матирующих компонентов, таких как впускные коллекторы, крышки клапанов и оборудование клапанного механизма.Вообще говоря, впускные каналы с большими угловыми радиусами превосходят конструкции портов с меньшими угловыми радиусами, основываясь на переходе формы поперечного сечения от отверстия впускного отверстия к уплотнительной поверхности седла клапана.

Площадь поперечного сечения впускного канала является одним из наиболее важных параметров при определении требований к потоку воздуха через головку блока цилиндров для конкретного размера двигателя. Уравнения, полученные из науки о гидродинамике, говорят вам, что в данной площади поперечного сечения будет течь только определенное количество жидкости в зависимости от ее скорости, массы, температуры и сжимаемости.Большинство программ компьютерного анализатора двигателя требуют ввода минимальной площади поперечного сечения впускного отверстия для расчета потенциального крутящего момента и оценок мощности двигателя.

Угол клапана отсчитывается относительно 90 градусов от поверхности деки блока. Меньший объем впускного канала обычно создает крутящий момент при более низких оборотах двигателя по сравнению с большим объемом впускного канала того же двигателя.

Выхлопные отверстия имеют меньший объем и площадь поперечного сечения, чем впускные, поскольку выхлопные газы выталкиваются поршнями и выводятся за счет продувки выхлопной системой.

Объем впускного отверстия в основном зависит от длины, ширины и высоты формы впускного отверстия, что соответствует установленным ограничениям по пространству. Маркетинговые тенденции на рынке запчастей могут вводить в заблуждение, потому что головки блока цилиндров в большинстве случаев классифицируются по объему впускного отверстия, а не по минимальной площади поперечного сечения. Технически головка блока цилиндров с объемом впускного канала 180 см3 могла бы превзойти головку блока цилиндров с впускным каналом 195 см3, если площадь поперечного сечения порта 180 см3 больше.

Как упоминалось ранее, всякий раз, когда вы увеличиваете впускной поток двигателя, выхлопной поток необходимо увеличивать, чтобы избежать ограничения потока выхлопных газов. Высокопроизводительные головки блока цилиндров послепродажного обслуживания часто имеют поднятые выпускные отверстия. Повышение положения выпускного отверстия на головке блока цилиндров обычно приводит к увеличению потока выхлопных газов, поскольку это обеспечивает более прямой путь. Производители головок цилиндров с улучшенными характеристиками послепродажного обслуживания тратят немало времени и на испытания, чтобы улучшить мощность.Головки цилиндров с приподнятым отверстием предлагаются для применений, в которых это дало преимущество, основанное на их обширных испытаниях.

Выпускной порт

Выхлопные отверстия в головке цилиндров работают в обратном порядке по сравнению с впускными портами, поскольку поток выхлопных газов входит в выпускное отверстие с лицевой стороны клапана, а не со стороны штока клапана во впускном отверстии. Как правило, выпускные отверстия меньше по объему и площади поперечного сечения по сравнению с впускными отверстиями, в среднем на 15-40 процентов меньше.Это связано с тем, что выхлопные газы выталкиваются из цилиндра поршнем и одновременно вытягиваются системой выпускного коллектора, что называется продувкой выхлопных газов.

Форма выпускного отверстия определяется ограниченным пространством выпускных коллекторов, свечей зажигания и зазором между автомобилем и шасси. Обычно более длинное выпускное отверстие превосходит более короткое выпускное отверстие, поскольку оба имеют одинаковую площадь поперечного сечения. Это потому, что отвод выхлопных газов из головки блока цилиндров в выхлопную систему более эффективен.В большинстве случаев диаметр первичной трубы выпускного коллектора должен быть не меньше диаметра выпускного клапана; в противном случае может возникнуть ограничение потока. Основной объем потока в выпускном отверстии обычно следует за более длинной стороной выпускного отверстия, поэтому существует тенденция к «D-образным» выпускным отверстиям с прямой стороной к дну отверстия.

Камеры сгорания и углы клапанов

Камеры сгорания в головках цилиндров бывают разных форм и размеров в зависимости от области применения двигателя.Основные функции камеры сгорания в головке блока цилиндров заключаются в содействии наполнению впускного цилиндра, сжатии воздушно-топливной смеси, регулировании движения пламени во время зажигания и обработке выхлопных газов в выхлопном отверстии.

Объем и форма камеры сгорания имеет большое влияние на степень статического сжатия в двигателе, величину опережения опережения зажигания, которую можно добавить, и выбросы на выходе через выхлопную систему. В некоторых современных двигателях используются две свечи зажигания на цилиндр для достижения максимальной эффективности при одновременном снижении выбросов выхлопных газов за счет более полного сгорания.

Углы клапана и объем камеры сгорания напрямую связаны друг с другом. Обычно угол клапана измеряется в 90 градусах (перпендикулярно) от деки головки блока цилиндров. В случае головок цилиндров OEM GM LS с центральным расположением отверстий угол клапана составляет 15 градусов. Для сравнения, ранние малоблочные головки блока цилиндров Chevrolet имеют угол наклона клапана 23 градуса.

Камера сгорания способствует наполнению впускного цилиндра, сжатию воздушно-топливной смеси, контролю движения пламени во время зажигания и переработке выхлопных газов в выхлопное отверстие.

Ссылаясь на головки цилиндров GM LS с центральным расположением отверстий, в качестве примера можно указать, что угол клапана составляет 15 градусов, по сравнению с углами клапана 23 градуса, которые использовались в ранних малоблочных головках цилиндров Chevrolet. Численно меньшие углы клапанов позволяют уменьшить глубину камеры сгорания, что приводит к меньшему объему камеры сгорания.

Численно меньшие углы клапана позволяют уменьшить глубину камеры сгорания, что приводит к меньшему объему камеры сгорания.Численно более высокие углы клапана требуют более глубокой камеры, что приводит к большему объему камеры сгорания.

Важно отметить, что углы клапана влияют на величину зазора между клапанами и поршнями. Выбор правильной комбинации распредвала, поршня и головки блока цилиндров имеет решающее значение для надежности конструкции двигателя. Общее практическое правило для зазора между клапаном и поршнем составляет 0,080 дюйма на впуске и 0,120 дюйма на выпуске, измеренное на +/- 15 градусов коленчатого вала от верхней мертвой точки впуска.

Распредвалы

В этой книге я говорю об очистке выхлопных газов. Это относится к системе двигателя, способной выводить выхлопные газы из двигателя. Чем больше выхлопной объем вытягивается и чем быстрее он вытягивается, тем больший объем воздушно-топливной смеси может быть втянут. Эффективное сжигание большего количества воздуха и топлива означает большую мощность.

Положительное давление выхлопных газов проходит от выпускных отверстий до конца выпускной трубы. Волна давления схлопывается на выходе, и создается волна отрицательного давления, которая пытается вернуться к выпускному отверстию головки блока цилиндров.В идеале вы хотите, чтобы волна отрицательного давления выхлопных газов ударяла по выпускному клапану непосредственно перед его закрытием.

Из-за перекрытия клапанов впускной клапан начинает открываться, пока выпускной клапан все еще открыт (выпускной клапан находится в нерабочем положении, прежде чем он закроется). Это помогает снизить давление в цилиндре, обеспечивая более эффективный ход впуска. Когда поршень движется вверх во время такта выпуска, выхлопной газ выталкивается наружу. Когда впускной клапан начинает открываться непосредственно перед тем, как поршень достигает ВМТ, а выпускной клапан все еще открыт, выхлопные газы помогают втягивать воздух и топливо в цилиндр.

В частности, в двигателях без наддува, где принудительный впуск не является фактором, перекрытие этих клапанов помогает как при выталкивании выхлопных газов, так и при поступлении заряда на впуске. Чем выше планируемые обороты двигателя, тем больше необходимо перекрытие впускных и выпускных клапанов.

При выборе распредвала обращайте внимание на угол разделения лепестков (LSA). Более плотный (меньшее число) LSA имеет тенденцию перемещать крутящий момент в более низкий диапазон оборотов, увеличивая при этом максимальный крутящий момент. Более широкое (большее число) LSA имеет тенденцию перемещать крутящий момент в более высокий диапазон оборотов.

Распределительный вал

Когда распредвал выдвинут вперед, впускной клапан открывается раньше, и двигатель развивает более низкий крутящий момент. Смещение распределительного вала также уменьшает зазор между впускным клапаном и поршнем и увеличивает зазор между выпускным клапаном и поршнем.

Задержка распределительного вала позже сохраняет впускной клапан открытым и, таким образом, задерживает закрытие впускного отверстия. Это помогает генерировать мощность при более высоких оборотах двигателя. Задержка распределительного вала также увеличивает зазор между впускным клапаном и поршнем, одновременно уменьшая зазор между выпускным клапаном и поршнем.

Угол разделения лепестков

Угол разделения лепестков (LSA) относится к числу градусов между осевыми линиями впускного лепестка распредвала и выпускного лепестка. Различия в LSA влияют на характеристики двигателя. Например, распределительный вал может иметь LSA под углом 108, 110, 114 или 118 градусов.

Чем жестче LSA, тем меньше номер LSA. Затягивание LSA приводит к понижению крутящего момента двигателя до более низких оборотов и увеличению максимального крутящего момента с более узким диапазоном мощности.Более плотный LSA также создает более высокое давление в цилиндре и увеличивает эффективную компрессию двигателя. Увеличение компрессии также увеличивает вероятность детонации / детонации, что может потребовать использования топлива с более высоким октановым числом. Вакуум в двигателе на холостом ходу уменьшается с ухудшением качества холостого хода, а зазор между клапаном и поршнем увеличивается. Более жесткий LSA перемещает крутящий момент при более низких оборотах двигателя, увеличивает максимальный крутящий момент и обеспечивает более узкий диапазон мощности. Кроме того, он увеличивает давление запуска, снижает вакуум холостого хода, увеличивает перекрытие клапанов и уменьшает зазор между клапаном и поршнем.

Вот сравнение углов разделения лепестков (LSA). Более жесткий LSA (слева) имеет тенденцию создавать больший крутящий момент в более низком диапазоне оборотов. Более широкому LSA (справа) нравится диапазон крутящего момента более высоких оборотов двигателя.

Базовая окружность распределительного вала — это диаметр сердечника кулачка по средней линии сердечника. Подъем лепестка (или высота) представляет собой расстояние от основной окружности до пика лепестка.(Иллюстрация предоставлена ​​Лунати)

Время открытия и закрытия клапана имеет решающее значение для впуска воздуха / топлива и откачки выхлопных газов. (Фото любезно предоставлено Crower Cams and Equipment)

Более широкий LSA обычно обеспечивает более широкий диапазон мощности и улучшает разрежение на холостом ходу и на холостом ходу. Крутящий момент двигателя немного снижен и переведен в более высокий диапазон оборотов. Давление в цилиндре и эффективное сжатие уменьшаются, а вероятность детонации снижается, что делает более широкий распредвал LSA немного более приспособленным для современных видов топлива.Более широкий LSA перемещает диапазон крутящего момента в более высокий диапазон оборотов двигателя, снижает давление запуска, увеличивает вакуум холостого хода, создает более широкий диапазон мощности, уменьшает перекрытие клапанов и увеличивает зазор между клапаном и поршнем.

Перекрытие

Целью установки фаз газораспределения является максимальное заполнение цилиндра за счет более раннего открытия впускного клапана во время такта впуска в сочетании с более поздним открытием выпускного клапана, чтобы максимизировать выгоду от процесса сгорания.По мере увеличения оборотов двигателя этот эффект продувки усиливается.

Перекрытие клапанов измеряется в градусах от события открытия впускного клапана до события закрытия выпускного клапана (в конце такта выпуска и начале такта впуска). Другими словами, это период, когда оба клапана открыты одновременно. Это событие помогает скорости выхлопных газов втягивать больше всасываемого воздуха / топлива в цилиндры. Большинство высокопроизводительных уличных двигателей выигрывают от перекрытия клапанов в диапазоне от 50 до 75 градусов, в то время как двигатель для дрэг-рейсинга с высокой выходной мощностью может использовать перекрытие в диапазоне 100 градусов.В общих чертах, чем выше выходная мощность двигателя, тем больше требуется увеличения перекрытия клапанов. Вы можете думать о перекрытии как об эффекте очистки, который помогает выхлопным газам втягивать больший заряд в цилиндр.

Ссылаясь на технические характеристики распределительного вала в каталоге производителя или на карту распределительного вала, вы можете рассчитать перекрытие клапанов, добавив событие открытия впуска-открытия в градусах до верхней мертвой точки (BTDC) к закрытию выпускного клапана в градусах после верхней мертвой точки (ATDC). ).Например, если впускной клапан открывается при 27 градусах ВМТ, а выпускной клапан закрывается при 25 градусах ВМТ, перекрытие клапанов составляет 52 градуса (27 + 25). Всегда обращайтесь к объявленным временным значениям продолжительности распредвала, а не при длине 0,050 дюйма.

Перекрытие зависит от подъемной силы, продолжительности и LSA. Увеличение подъемной силы или продолжительности увеличивает перекрытие. Если LSA уменьшается, перекрытие увеличивается. Увеличение перекрытия клапанов ведет к увеличению максимальной мощности, но может снизить мощность на низких оборотах и ​​ухудшить качество холостого хода.

Лифт выпускного клапана

Подъем — это максимальная величина подъема открытого клапана, которая возникает, когда вершина лепестка касается подъемника. На карточке с техническими характеристиками распредвала указаны подъем кулачка и подъем клапана. Подъем кулачка относится к расстоянию между основной окружностью распредвала и вершиной кулачка. Фактический подъем клапана увеличивается на соотношение коромысел. Вот формула для определения общего подъема клапана:

Высота подъема клапана = подъем кулачка распредвала x передаточное число коромысла

Например, если кулачок распредвала составляет.367 дюймов, а соотношение коромысла 1,7: 1, формула соответствует подъему 0,6239 дюйма (0,367 x 1,7).

Если вы перейдете на соотношение коромысел 1,8: 1, тот же распределительный вал достигнет общего подъема клапана 0,6606 дюйма (0,367 x1,8).

Подъем выпускного клапана распределительного вала должен соответствовать планируемой выпускной системе. По мере увеличения подъема клапана выхлопным газам остается больше места для выхода из двигателя. Это, в свою очередь, означает, что у вас есть больше места для заполнения через впускную систему и за впускным клапаном.Первоначально вы можете предположить, что чем больше воздуха вы двигаете, тем больше мощности вы производите. Однако, если подъем клапана чрезмерный (слишком большой), выпускные клапаны открываются во время процесса сгорания, что снижает мощность.

При обсуждении подъема выпускного клапана учитывайте диаметр головки выпускного клапана. Любой, кто смотрел на головку блока цилиндров в сборе, заметил, что диаметр выпускного клапана меньше диаметра впускного клапана. Поскольку двигателю легче выталкивать воздух из двигателя, чем втягивать воздух в двигатель, площадь выпускного клапана не обязательно должна быть такой же большой, как впускной.Обычно диаметр выпускного клапана составляет около 57 процентов диаметра впускного клапана.

Продолжительность

Продолжительность распредвала показывает, как долго клапаны остаются открытыми в зависимости от градусов вращения коленчатого вала. Распредвалы с увеличенным сроком службы позволяют двигателю лучше дышать на более высоких оборотах. Меньшая продолжительность, наряду с более коротким подъемом клапана, ускоряет впускной и выпускной поток. С головкой блока цилиндров, которая имеет несколько ограниченную сторону выпуска, это обычно требует большей продолжительности выпуска, чтобы помочь втягивать всасываемый заряд в камеру сгорания и цилиндр.

Это основная теория изменения фаз газораспределения, поскольку система изменения фаз газораспределения максимизирует события впускных и выпускных клапанов. Продолжительность не меняется, но меняется время событий перекрытия клапана.

Это помогает объяснить, почему более высокий подъем в сочетании с клапанами большего диаметра и большей продолжительностью выбирается для двигателей, которые должны развивать максимальную мощность при более высоких оборотах.

Продолжительность записывается двумя способами: объявленная продолжительность и продолжительность.050 дюймов. Рекламируемая продолжительность представляет собой угол поворота коленчатого вала относительно положения коленчатого вала, но разные производители могут использовать разные точки отсчета. По этой причине лучше всего сравнивать продолжительность профиля распредвала на основе подъема подъемника 0,050 дюйма.

За счет увеличения срока службы распределительного вала клапан остается открытым в течение более длительного периода, что способствует достижению максимальной мощности в более высоком диапазоне оборотов двигателя. Впускной клапан начинает открываться в точке BTDC и закрывается в точке после нижней мертвой точки (ABDC).Выпускной клапан начинает открываться в точке перед нижней мертвой точкой (BBDC) и закрывается в точке ATDC. Помните, что расстояние или количество градусов между ВМТ и НМТ составляет 180 градусов. Вот формула для определения общей продолжительности:

Продолжительность = продолжительность открытия в BTDC + продолжительность закрытия в ATDC + 180

На конкретном распределительном валу в качестве примера предположим, что кулачок заставляет впускной клапан начать открываться при 17,5 градусах до ВМТ и закрывает впускной клапан при 58,5 градусах ВМТ.Используя формулу, вы получаете продолжительность приема 256 градусов (17,5 + 58,5 + 180).

Если тот же распределительный вал начинает открывать выпускной клапан при 69,5 градусах ВМТ и закрывает выпускной клапан при 14,5 градусах ВМТ, продолжительность выпуска составляет 264 градуса (69,5 + 14,5 + 180).

Следовательно, в этом примере кулачковый вал имеет продолжительность 256 градусов впуска и 264 градусов выпуска. Такой распредвал с разделенной продолжительностью (где продолжительность впуска и выпуска различаются) обычно лучше всего использовать с головкой блока цилиндров, которая имеет более ограниченную сторону выпуска.

С головкой блока цилиндров, которая имеет более узкую сторону выпуска, вы можете увеличить продолжительность выпуска через распределительный вал и увеличить диаметр первичной выпускной трубы, чтобы эффективно увеличить поток через выпускной канал в головке блока цилиндров. Проще говоря, добавление немного большей продолжительности помогает справиться с неидеальной конструкцией головки блока цилиндров.

Средняя линия распредвала

Осевая линия распределительного вала относится к точке на полпути между осевыми линиями впускного и выпускного клапана.Осевая линия впуска относится к положению пика впускного лепестка в градусах ВМТ коленчатого вала. Осевая линия выхлопных газов относится к пику выступа выхлопных газов в градусах коленчатого вала до ВМТ.

Распределительный вал для приложений с принудительной индукцией

Как упоминалось ранее, перекрытие распределительных валов используется для помощи волне отрицательного давления выхлопных газов, чтобы способствовать втягиванию заряда воздуха / топлива в цилиндр. При установке с принудительной индукцией турбонагнетатель или нагнетатель создает наддув воздуха / топлива.С нагнетателем слишком большое перекрытие может быть вредным, чрезмерно вытесняя выхлопные газы, что снижает или устраняет эффект продувки.

Для системы с турбонаддувом предпочтительнее использовать распределительный вал меньшего размера по сравнению с кулачком, разработанным для двигателя без наддува. Турбокомпрессор уже упакован в воздушный заряд с более высокой плотностью, поэтому требуется меньшая продолжительность. Выхлоп приводит в движение турбонаддув, чтобы набрать больше всасываемого заряда, поэтому выхлопная сила не нужна, чтобы помочь втягивать всасываемый заряд.Однако при добавлении закиси азота в некоторых случаях может потребоваться более длительная продолжительность выхлопа с более широким LSA для отвода большего количества тепла выхлопных газов.

Распредвал вперед / назад

Опережение или замедление синхронизации распредвала перемещает полосу крутящего момента в сторону более низких или более высоких оборотов двигателя. Сдвиг распределительного вала увеличивает мощность на низких частотах, в то время как замедление распредвала увеличивает мощность на высоких оборотах и ​​жертвует крутящим моментом на низких частотах. Перемещение распределительного вала вперед или назад перемещает события клапана вперед или назад по ходу поршня.В обычном двигателе, вращающемся по часовой стрелке, перемещение распределительного вала дальше по часовой стрелке приводит к сдвигу клапанных событий, в то время как перемещение распределительного вала против часовой стрелки замедляет события клапана.

Опережение фаз газораспределения приводит к более раннему открытию впуска, уменьшая зазор между впускным клапаном и поршнем и увеличивая зазор между выпускным клапаном и поршнем.

Замедление распределительного вала приводит к тому, что впускной клапан открывается позже, одновременно увеличивая зазор между впускным клапаном и поршнем и уменьшая зазор между выпускным клапаном и поршнем.

Если вы планируете продвинуть вперед или назад распределительный вал, вам необходимо проверить зазор между клапаном и поршнем с распредвалом в измененном положении. Поэтому, если вы выдвигаете распредвал, обратите внимание на зазор впускных клапанов. Если вы задерживаете распредвал, обратите внимание на зазор выпускного клапана.

Распредвалы особого порядка зажигания

По сравнению с заводским порядком зажигания распредвала, специальные распредвалы (SFO) иногда используются в гоночных автомобилях.Этот другой порядок зажигания также присутствует на некоторых OEM-двигателях поздних моделей, таких как серия LS от GM.

Причина, по которой иногда используется другой порядок зажигания, состоит в том, чтобы получить более плавную работу двигателя и улучшить распределение топлива между цилиндрами. GM приняла специальный порядок зажигания в своих сериях двигателей Gen III и Gen IV LS, которые имеют замену 4/7 и 2/3 по тем же причинам: чтобы сгладить гармоники в стремлении к большей долговечности двигателя и потенциально генерировать больше власть.Подобное изменение порядка зажигания также может дать преимущество уменьшения гармонических эффектов и сил отклонения на коленчатом валу и коренных подшипниках. Еще одно потенциальное преимущество заключается в уменьшении количества изолированных горячих точек на соседних стенках цилиндра.

В качестве примера рассмотрим обычные двигатели Chevy с малым и большим блоком, которые имеют порядок срабатывания 1-8-4-3-6-5-7-2. Во время каждой работы двигателя у каждого цилиндра есть «спутник» в порядке зажигания. Оба вспомогательных цилиндра достигают ВМТ одновременно, причем один цилиндр находится на рабочем такте, а другой — на выпускном.Эти цилиндры (попарно 1/6, 2/3, 4/7 и 5/8) можно менять местами или местами в порядке зажигания без необходимости модификации коленчатого вала.

Распределительные валы со специальным порядком зажигания (SFO) изменяют традиционный порядок зажигания, чтобы сгладить импульсы двигателя и уменьшить гармоники клапанного механизма. Стратегическая смена порядка включения распредвала помогает добиться более плавной работы двигателя, что снижает гармонические эффекты на коленчатом валу и коренных подшипниках.Это также снижает нагрев за счет исключения последовательного срабатывания двух соседних цилиндров. Это приносит пользу двигателям, которые длительное время работают на пиковых оборотах или близких к ним. В двигателе V-8 замена 4/7 и, возможно, 2/3 (в зависимости от двигателя) является наиболее распространенным подходом к конструкции SFO.

Обычная практика среди производителей гоночных двигателей, которые следуют этой теории, состоит в том, чтобы поменять местами цилиндры 4 и 7, создав новый порядок зажигания 1-8-7-3-6-5-4-2. В то время как некоторые строители, опробовавшие этот процесс, не сообщают об увеличении производительности, другие утверждают, что при этом набрали целых 10 л.с.

Чтобы максимизировать эффект продувки выхлопных газов, длина первичной трубы коллектора зависит от порядка запуска двигателя (на основе теории волновой настройки). Эксперименты на динамометрическом стенде двигателя или шасси полезны при определении длины первичной трубы коллектора при использовании специального распределительного вала порядка зажигания.

Создатели гоночных двигателей часто экспериментируют с разной длиной первичной трубы; это помогает определить наилучшую настройку для размещения распределительного вала SFO. Некоторые строители, экспериментирующие с кулачками SFO, сообщают о существенных улучшениях, в то время как другие добились минимальных улучшений.

Выпускные коллекторы

Выхлопные коллекторы обычно изготавливаются из чугуна, хотя некоторые из них существуют в виде небольших партий трубчатых стальных труб, которые сливаются в общий выход. Чугунные выпускные коллекторы широко используются автопроизводителями на протяжении десятилетий по двум основным причинам: они менее дороги в производстве, состоят из цельной отливки, а не из трубчатого коллектора, который требует сборки и сварки; а из-за их компактных размеров их легче установить на производственной линии.

Сегодня единственными причинами, по которым любитель, уличный гонщик или коллекционер автомобилей выбирает чугунный выпускной коллектор, а не набор трубчатых выпускных коллекторов, являются оригинальность, простота установки и / или бюджет. Если транспортное средство восстанавливается с точки зрения исторической точности, предпочтительнее любой тип выхлопной системы, изначально использовавшейся на автомобиле, включая выпускные коллекторы из чугуна или литой нержавеющей стали, где это применимо. Единственная причина для перехода с тяжелых чугунных коллекторов на трубчатые коллекторы — это увеличение мощности.

Различный выбор диаметра и длины первичной трубы коллектора обеспечивает определенную степень настройки с точки зрения выбора различных конструкций коллектора, тогда как стандартный чугунный выпускной коллектор практически не дает возможности настройки двигателя. Если ваша цель — получить дополнительную мощность и крутящий момент, трубчатые коллекторы предлагают варианты, позволяющие настроить выхлопную систему двигателя, тогда как литые выпускные коллекторы OEM имеют ограничения по размеру и конструкции. Варианты, доступные с трубчатыми коллекторами, обеспечивают возможности настройки, которые просто невозможны с литыми коллекторами.С другой стороны, выпускные коллекторы из чугуна более компактны, поэтому их легче устанавливать и, как правило, требуется меньше места под капотом. Кроме того, из-за более толстого материала они имеют тенденцию немного лучше улавливать тепло и имеют тенденцию к снижению шума выхлопа из-за более изолирующих свойств толстой и тяжелой чугунной конструкции. С другой стороны, они тяжелые, поэтому, если вес важен, переход на трубчатые коллекторы является плюсом.

По мере того как чугун стареет и подвергается тепловым циклам с течением времени, он становится более хрупким и склонен к растрескиванию под напряжением.Возможность растрескивания под напряжением преувеличена, если выхлопной трубопровод и глушители не поддерживаются должным образом, поскольку рычаги и вибрация, возникающие при перемещении остальной части выхлопной системы, создают повышенную нагрузку на чугун. С точки зрения производительности, как правило, чугунные выпускные коллекторы могут выступать в качестве узких мест, поскольку резкие углы выпускного канала ограничивают поток.

Если вы хотите использовать чугунные выпускные коллекторы, но не в восторге от дизайна и / или внешнего вида стандартного коллектора, для ограниченного числа популярных применений доступны специальные коллекторы для вторичного рынка.Коллекторы для вторичного рынка обычно предназначены для обеспечения превосходного потока выхлопных газов и значительно улучшенного внешнего вида.

Трубчатые выпускные коллекторы обеспечивают выделенную магистраль первичного газа для каждого цилиндра, со временем сливаясь в общий коллектор. Трубчатые коллекторы, доступные как из низкоуглеродистой, так и из нержавеющей стали, также обеспечивают значительную экономию веса по сравнению с чугунными коллекторами.

По сути, цельный чугунный выпускной коллектор предназначен для выхода отработанных выхлопных газов без учета характеристик двигателя.В двигателе с высокими эксплуатационными характеристиками, который имеет распределительный вал с большим перекрытием, важно разделить основные выпускные тракты, что является еще одной причиной выбора отдельных труб для выпускных коллекторов.

По сути, цельный чугунный выпускной коллектор предназначен для выхода отработанных выхлопных газов без учета характеристик двигателя. В двигателе с высокими эксплуатационными характеристиками, который имеет распределительный вал с большим перекрытием, важно разделить основные выпускные тракты, что является еще одной причиной выбора отдельных труб для выпускных коллекторов.

При этом чугунные выпускные коллекторы по-прежнему имеют свое место. Как уже было сказано, для желающих оригинального внешнего вида использование выпускных коллекторов оригинального образца обязательно. Если ваша цель — добиться функциональности и оригинального внешнего вида, а не максимизировать производительность двигателя, использование чугунных выпускных коллекторов допустимо.

Если вы пытаетесь восстановить комплект оригинальных чугунных выпускных коллекторов с трещинами или проколами, имейте в виду, что сварка чугуна может быть сложной задачей.Трещины можно устранить штифтом или сваркой. Закрепление включает просверливание небольших отверстий на каждом конце трещины, чтобы обеспечить точки остановки и предотвратить увеличение длины трещины. После этого просверливают серию дополнительных отверстий вдоль трещины, при этом каждое отверстие оснащается ввинчивающимся штифтом, предназначенным для того, чтобы снова собрать трещину. В зависимости от расположения трещины закрепление может оказаться очень успешным. Отличным источником материалов для ремонта трещин является Lock N ’Stitch.

Другой метод ремонта — это настоящая сварка чугуна. Это включает в себя осторожное шлифование трещины (трещин), предварительный нагрев коллектора до заданной высокой температуры, а затем распыление специального чугунного порошка в трещину, позволяющего материалу сплавиться. Отличный источник для этого — Cast Welding Technologies.

Обычно есть исключение из любого общего правила, и что касается чугунных выпускных коллекторов, это касается установки турбонагнетателя.Использование чугунных выпускных коллекторов часто предпочтительнее в турбоустановках, потому что турбокомпрессор часто устанавливается непосредственно на чугунный коллектор. Также необходимо учитывать размер этих коллекторов. В ограниченном пространстве компактный чугунный коллектор лучше подходит для турбокомпрессора, поскольку он занимает гораздо меньше места, чем трубчатый коллектор. Кроме того, поддерживающая сила чугунного коллектора может лучше соответствовать весу турбокомпрессора. Более того, более толстый и тяжелый чугун лучше улавливает тепло выхлопных газов.

Снижение насосных потерь

Насосные потери в бензиновом двигателе внутреннего сгорания по существу относятся ко всему, что препятствует вращению коленчатого вала. Насосные потери относятся к работе или энергии, необходимой для перемещения воздуха в цилиндры и из них. Это потери, отличные от обычных факторов трения, такие как сопротивление поршневого кольца, сопротивление цепи привода ГРМ и усилие, необходимое для сжатия пружин клапана. Сюда также входят приводные аксессуары, такие как водяной насос, генератор, шкивы насоса рулевого управления с гидроусилителем и т. Д.Насосные потери также можно рассматривать как эффекты «отрицательного крутящего момента», которые пытаются препятствовать вращению коленчатого вала.

В двигателе возникают насосные потери, когда поступление воздуха ограничено при открытом впускном клапане. Это происходит во время впускного цикла, когда поршень движется по расточке цилиндра. Все, что находится на пути входящего заряда воздуха, может ограничивать воздушный поток, например, воздуховоды, воздушный фильтр, направляющие впускного коллектора и впускные отверстия головки блока цилиндров. Основным ограничением может быть дроссельная заслонка и сборка.Когда дроссельная заслонка, будь то карбюратор или корпус дроссельной заслонки для впрыска топлива, частично открывается или закрывается, это создает ограничение потока, против которого поршень пытается втянуть воздух. Вот почему двигатель на холостом ходу производит больше вакуума, чем при открытом дросселе.

Такие откачки неизбежны, но выбор карбюратора соответствующего размера или корпуса дроссельной заслонки может минимизировать их. Поскольку карбюратор должен иметь размер как для прохождения воздуха, так и для подачи топлива, выбор размера должен основываться на рабочем объеме и требованиях конкретного двигателя.В системе EFI с компьютерным управлением переход на более крупный корпус дроссельной заслонки снижает это ограничение расхода воздуха, поскольку ЭБУ подает только количество топлива, необходимое для поддержания правильного соотношения воздух / топливо, независимо от размера корпуса дроссельной заслонки. Другими словами, вы можете обойтись дроссельной заслонкой большего размера без перелива.

Чтобы улучшить вакуум в двигателе при использовании кулачка длительного действия с высоким подъемом, часто используется внешний вакуумный насос с ременным приводом. Это может снизить избыточное давление в картере, что снижает прорыв поршневых колец и кривошипа.

Вот пример событий четырехтактного двигателя. На такте впуска поршень движется вниз, впускной клапан открывается, а выпускной клапан закрывается. Во время такта сжатия поршень движется вверх при закрытых впускных и выпускных клапанах. Во время рабочего такта зажигается свеча зажигания, поршень движется вниз, и оба клапана закрываются. Во время такта выпуска поршень движется вверх, впускной клапан закрыт, а выпускной клапан открыт.

Насосные потери в системе впуска могут быть значительно уменьшены или полностью устранены с помощью принудительной индукции, поскольку воздух подается под положительным давлением, когда дроссельная заслонка полностью открыта. Это дополнительное давление в цилиндре обеспечивает дополнительную силу, помогающую поршню двигаться вниз. Конечно, поскольку распределительный вал расходует энергию на привод нагнетателя, в определенной степени возникают паразитные потери. Хотя турбокомпрессор использует выхлопные газы для создания принудительного воздушного заряда и не требует энергии коленчатого вала, сам турбонагнетатель создает насосные потери, ограничивающие выхлоп.Невозможно полностью устранить насосные потери, но вы можете уменьшить эту потерянную энергию путем тщательного выбора системы впуска, конструкции головки блока цилиндров, профиля распределительного вала, вентиляции картера и потока выхлопных газов.

Очевидно, что поршень создает давление в цилиндре, когда оно повышается во время такта сгорания, выталкивая и уплотняя воздух вверх. Менее очевидно давление, которое нижняя часть поршня создает в картере, когда он движется вниз, действуя как чашка, выталкивая воздух в картер.Клапан принудительной вентиляции картера (PCV) позволяет разрежению на впуске помогать вытягивать это давление из картера. Внешний вакуумный насос обеспечивает почти такой же эффект, сбрасывая давление из картера, уменьшая паразитные потери энергии.

Цикл четырехтактного двигателя

Каждый такт цикла двигателя по-разному влияет на выхлопную систему. Чтобы лучше понять события впуска и выпуска в двигателе, вам необходимо понять четырехтактное событие, которое включает такт впуска, такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска.

Ход всасывания

Такт впуска начинается в конце предыдущего такта выпуска. Прежде чем поршень достигнет ВМТ впуска, выпускной клапан все еще открыт, в то время как впускной клапан начинает открываться. Это называется перекрытием клапана.

Во время перекрытия оба клапана открыты, позволяя втягивать небольшое количество всасываемого заряда в камеру сгорания при закрытии выпускного клапана. Это называется эффектом поглощения всасывания.

Кроме того, когда поршень движется вниз, он втягивает основную часть заряда воздуха / топлива. Насосные потери возникают из-за любых ограничений на пути забора воздуха, в том числе из-за положения дроссельной заслонки. Поршень пытается втягивать воздух, «натягивая» все препятствия на своем пути, что увеличивает вакуум в коллекторе.

По мере увеличения разрежения в коллекторе, насосные потери увеличиваются, поскольку коленчатый вал работает, чтобы преодолеть это отрицательное давление. Этот эффект наиболее заметен при низких оборотах двигателя и на высоких оборотах двигателя даже при полностью открытой дроссельной заслонке, когда объем воздухозаборника ограничивает количество воздуха, который может быть втянут в цилиндр.

Ход сжатия

Поршень движется вверх и сжимает топливно-воздушную смесь. Заряд воздух / топливо воспламеняется до того, как поршень достигает ВМТ на такте сжатия, при этом пиковое давление в цилиндре происходит сразу после ВМТ на рабочем такте. Насосные потери являются наибольшими при WOT во время такта сжатия, которые увеличиваются с более высокой степенью сжатия и с более плотным зарядом воздуха.

Для уплотнения воздушного заряда требуется большее усилие, поэтому возникают большие насосные потери.Однако насосные потери, возникающие во время такта сжатия, сводятся на нет во время рабочего такта, поэтому насосные потери, возникающие во время такта сжатия, действительно не являются проблемой.

Рабочий ход

После воспламенения поршень толкается вниз, прикладывая усилие для вращения коленчатого вала. По мере того как поршень движется вниз во время рабочего хода, давление в цилиндре существенно и постепенно падает по мере того, как поршень движется дальше вниз в своем отверстии.Рабочий ход не приводит к потере накачки.

Ход выхлопа

Поршень движется вверх, когда выпускной клапан открыт, выталкивая выхлоп из головки блока цилиндров. Переменные насосных потерь, которые возникают во время такта выпуска, зависят от ограничений во всей выпускной системе. Если двигатель оснащен системой впрыска закиси азота, добавленные кислород и топливо создают повышение давления выхлопных газов. Поскольку поршень борется с этим дополнительным давлением во время такта выпуска, насосные потери возрастают.Для более эффективного отвода выхлопных газов может помочь распределительный вал с большей продолжительностью выпуска и более раннее открытие выпускного клапана.

Насосные потери нормальные и не могут быть устранены. Лучший способ уменьшить потери энергии из-за насосных потерь — это позволить двигателю дышать за счет использования воздухозаборников с низким ограничением, сброса давления в картере, фаз газораспределения, которые позволяют выхлопным газам выходить и втягивать воздух в цилиндры, а также выхлопные газы. системы, которые уменьшают ограничение и удаляют выхлопные импульсы из двигателя.

Датчик кислорода

Все серийные автомобили для рынка США, произведенные в 1996 году и позже, оснащены диагностикой OBD-II и требуют двух кислородных датчиков: один перед каталитическим нейтрализатором и один после преобразователя. Контроллер ЭСУД использует кислородный датчик, расположенный перед преобразователем, для регулировки соотношения воздух / топливо. Датчик кислорода, расположенный после нейтрализатора, в основном используется для контроля и мониторинга эффективности каталитического нейтрализатора.

Когда вы видите кислородные датчики в каталоге или руководстве по ремонту, вы можете заметить термины S1 и S2.S1 указывает, что датчик кислорода расположен перед каталитическим нейтрализатором, а S2 указывает, что датчик кислорода расположен после нейтрализатора. На двигателе V-образного типа расположение датчика (-ов) в группе обозначается буквами B1 или B2 (группа 1 или группа 2). Например, датчик кислорода, обозначенный как B1 S1, указывает местоположение как банк 1 перед преобразователем. Банк 1 обычно относится к левому (со стороны водителя) ряду цилиндров, а Банк 2 — к правому (со стороны пассажира) ряду цилиндров.

Контроллер ЭСУД использует информацию, предоставляемую сигналом датчика кислорода, для управления соотношением воздух / топливо.Используя этот сигнал, программа управления подачей топлива контроллера ЭСУД регулирует количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр. Двумя наиболее распространенными типами кислородных датчиков являются кислородный датчик с узким диапазоном действия и датчик кислорода с широким диапазоном, который также называется датчиком воздуха / топлива (или A / F).

Хотя датчик кислорода работает иначе, чем датчик воздуха / топлива, цель в основном та же: контролировать количество кислорода в потоке выхлопных газов, чтобы электронный модуль управления (ECM) мог регулировать соотношение воздух / топливо в двигателе. путем обогащения или обеднения смеси.

Пробка может быть легко установлена ​​на коллекторе коллектора для датчика кислорода или установки датчика воздуха / топлива либо для размещения электронной системы управления подачей топлива, либо просто для контроля соотношения воздух / топливо в двигателе для точной настройки.

Датчик A / F похож на датчик кислорода, но имеет другую конструкцию с другими рабочими характеристиками. Датчик A / F упоминается как датчик широкого диапазона из-за его способности определять соотношение воздух / топливо в широком диапазоне, так что ECM может более точно измерять топливо в попытке снизить выбросы.В то время как кислородные датчики работают при температуре около 750 градусов по Фаренгейту, датчик A / F работает при температуре около 1200 градусов по Фаренгейту. Датчик A / F также изменяет выходной ток в амперах в зависимости от количества кислорода в выхлопной системе, обеспечивая ECM более точными данными. информация о соотношении воздух / топливо.

Датчик A / F откалиброван по стехиометрии, теоретически идеальному соотношению воздух / топливо 14,7: 1. Контроллер ЭСУД использует любое отклонение от этого идеала для регулировки топливной смеси и времени / продолжительности впрыска топлива. Когда в автомобиле установлен трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, температура главного подогреваемого кислородного датчика регулируется контроллером ЭСУД.Когда объем воздухозаборника мал и температура выхлопных газов низкая, ток течет к нагревателю, чтобы нагреть датчик для точного определения содержания кислорода.

Написано Майком Мавригианом и опубликовано с разрешения CarTechBooks

ПОЛУЧИТЕ СКИДКУ НА ЭТУ КНИГУ!

Если вам понравилась эта статья, вам понравится вся книга. Нажмите кнопку ниже, и мы отправим вам эксклюзивное предложение на эту книгу.

Как работает выхлопная система？ — Qingdao Greatwall Industry Co., ООО

Обеспокоенность влиянием наших автомобилей на окружающую среду уже вызвала бурную дискуссию в обществе. Перед лицом этого производители автомобилей и поставщики запчастей должны идти в ногу с этими изменениями, и аналогичным образом выхлопная система автомобиля должна значительно развиваться. Выхлопная система автомобиля, как и система удаления мусора для «газа», помогает повысить комфорт вождения за счет снижения уровня шума, защищая нас от токсичных паров. Путь выхлопных газов от двигателя автомобиля к выхлопной трубе в задней части автомобиля проходит пять этапов в зависимости от основного принципа работы.Производители послепродажного обслуживания, осознающие острую потребность клиентов в приятной поездке, стремятся творить чудеса с автомобилями.

Принцип работы выхлопной системы

Пять ступеней, на которых работает выхлопная система

Производительность выхлопной системы

Принцип работы выхлопной системы

Выхлоп, собираемый из головки блока цилиндров, выходит из двигателя и попадает в систему через выпускной коллектор похож на воронку. Оттуда он затем движется вниз по системе по сложным трубам разных размеров и форм, пока не выходит через выхлопную трубу рядом с задним бампером.Сами трубы на самом деле помогают охлаждать выхлоп, и выхлоп в основном направляется в каталитический нейтрализатор для очистки, удаляя вредные элементы, включая монооксид углерода и монооксид водорода, которые превращаются в инертные газы и глушитель или резонатор для глушителя или успокаивающих газов. После этого выхлоп проходит через оставшиеся трубы, пока не выйдет из автомобиля.

Пять этапов, на которых работает выхлопная система

В этой части статьи мы разделили путь на 5 этапов, в которых рассказывается, откуда оно взялось, что мы с этим делаем и как от него избавиться.

1. Происхождение выхлопных газов. Когда мы заводим машину, двигатель сжигает бензин для выработки энергии. В этом процессе образуются выхлопные газы как побочный продукт, от которого мы хотим избавиться, так как они представляют собой токсичный дым, опасный для пассажиров автомобилей и окружающей среды. Здесь вступает в действие выхлопная система.

2. Сбор выхлопных газов: при входе в выхлопной коллектор выхлопные газы направляются и собираются из всех цилиндров двигателя и сходятся в одно отверстие, известное как передняя труба.Затем выхлопные газы проходят через каталитический нейтрализатор.

3. Очистка выхлопных газов: как фильтр, каталитический нейтрализатор очищает газы, содержащие азот, водяной пар, двуокись углерода, окись углерода, оксиды азота и некоторые твердые частицы, некоторые нетоксичные, а некоторые чрезвычайно токсичные.

4. Заглушка выхлопных газов: работа глушителя заключается в уменьшении шума, производимого в случае неприятностей. Не вдаваясь в технические подробности, глушитель действует как глушитель резонанса, заставляя звуковые волны хаотично подпрыгивать, пока они не нейтрализуют друг друга.

5. Удаление выхлопных газов: выхлопная труба представляет собой длинную металлическую трубу, которая направляет выбросы двигателя через выхлопную систему и, в конечном итоге, из автомобиля.

Производительная выхлопная система

Выхлопная система автомобиля часто выполняет четыре основные функции: снижение шума, отвод газов, улучшение характеристик двигателя и снижение расхода топлива. Существует растущая тенденция производителей послепродажного обслуживания, которые предлагают индивидуальную оптимизацию автомобилей. Хорошая выхлопная система послепродажного обслуживания может улучшить реакцию дроссельной заслонки и увеличить мощность.Некоторые выхлопные системы могут даже улучшить экономию топлива.

Однако настоящая выхлопная система не может обеспечить невероятных преимуществ при незначительных инвестициях. Дешевые продукты, такие как «производительные» компоненты выхлопной системы на защелках или навинчивающихся деталях, или яркие насадки для выхлопных труб, которые, как утверждается, создают вид полнофункциональной системы, обычно идут отстой. Они не улучшат управляемость автомобиля и даже могут помешать ему, добавив лишнего веса и сопротивления ветру.

Поскольку это жизненно важная часть вашего автомобиля, важно понимать основы науки, лежащие в основе всех частей, и то, как их изменение может повлиять на вашу производительность, и какие правила регулируют это.

Qingdao Greatwall Automotive Parts Co., Ltd., основанная в 2010 году, является специализированной компанией по импорту и экспорту автозапчастей с клиентами из Европы, Америки, Африки, Ближнего Востока, Южной Азии, Юго-Восточной Азии и многих других стран и регионы. Имея хорошие перспективы и импульс, мы — увлеченная, стойкая молодая команда, работающая в духе преданности делу и солидарности. Мы готовы ответить на ваши звонки и предложить вам высококачественные товары, которые сделают ваше вождение незабываемым.

LCE Exhaust Flow Tech

Введение

Двигатель похож на воздушный насос; чем больше воздуха проходит через него, тем больше мощности вы получаете от него. Другими словами, если у вас в среднестатистическом автомобиле есть система впуска и выпуска воздуха со свободным потоком, вы получите больше мощности благодаря эффективному потоку воздуха в двигатель и из него. Топливо требует воздуха для сжигания и, следовательно, для производства энергии. Чем больше воздуха доступно для сгорания, тем выше эффективность, также известная как расход топлива.

1. Основная теория взаимосвязи между производительностью и расходом воздуха.
2. Анализ выхлопной системы среднего автомобиля.
3. Методы повышения эффективности и мощности.
4. Будущие технологические тенденции и пик в «Электронных глушителях».

Надеюсь, после обзора этого проекта читатель лучше поймет, как работает выхлопная система в транспортном средстве и как можно повысить мощность и эффективность с помощью некоторых модификаций.

---

Связь между производительностью и расходом воздуха

Компоненты, влияющие на поток воздуха в двигатель :

1. воздушный фильтр
2. трубопровод всасываемого воздуха
3. Датчик массового расхода воздуха (при наличии)
4. корпус дроссельной заслонки или карбюратор
5. впускной коллектор
6. распредвал
7. впускной канал и клапан головок блока цилиндров
Компрессия турбины
8. , секция и нагнетатель (если применимо)

Компоненты, влияющие на воздушный поток из двигателя:

1. Клапан выпускной и выпускные отверстия головок блока цилиндров
2. распредвалы
3. Коллектор выпускной
4. турбина турбины (если есть)
5. выхлопная труба
6. катализаторы
7. глушитель

Когда эти компоненты модифицируются для увеличения потока из двигателя, насосные потери снижаются.Насосные потери относятся к количеству лошадиных сил (л.с.), используемых для выталкивания выхлопных газов из цилиндров на такте выпуска двигателя. Поскольку для вывода выхлопных газов из двигателя используется меньше лошадиных сил, на маховике доступно больше лошадиных сил. Дополнительным преимуществом снижения насосных потерь является увеличение расхода топлива.

Независимо от того, сколько дополнительного воздуха нагнетается в двигатель, никаких дополнительных лошадиных сил не будет, если также не будет добавлено дополнительное топливо. Энергия, которая создает HP в двигателе, поступает от сгорания топлива, а не только воздуха.Как правило, на каждые два произведенных л.с. требуется один фунт топлива в час. Когда выполняются модификации, которые увеличивают поток воздуха в двигатель, для сгорания топлива доступно больше воздуха. Сгорание дополнительного топлива — это то, что приводит к дополнительному HP.

На расход воздуха влияет не только размер (площадь) путей, которые он входит в двигатель и выходит из него. На это также влияет скорость, с которой он движется.

Удельный расход порта (кубический метр / с) = Скорость потока (м / с) x Средняя площадь пути (м ² )

Каждый раз, когда модификация двигателя увеличивает среднюю площадь путей воздушного потока в двигатель и из двигателя, есть вероятность, что скорость потока уменьшится.В большинстве случаев коэффициент уменьшения скорости очень мал по сравнению с увеличенной площадью, поэтому поток обычно увеличивается. Если изменения будут приняты слишком далеко, скорость уменьшится больше, чем увеличивается площадь, что отрицательно скажется на потоке (пример — четырехдюймовая выхлопная система на 1,6-литровом двигателе).

В следующем разделе мы проанализируем компоненты выхлопной системы автомобиля и то, как воздух течет от двигателя во внешнюю среду.

---

Анализ выхлопной системы среднего автомобиля

Выше представлена ​​схема основных компонентов выхлопной системы автомобиля.Компоненты выхлопной системы предназначены для конкретного двигателя. Диаметр трубы, длина компонентов, размер каталитического нейтрализатора, размер глушителя и конструкция выпускного коллектора разработаны для обеспечения надлежащего потока выхлопных газов, глушителя и уровней выбросов на конкретном двигателе. В этом разделе я рассмотрю функции и особенности каждого компонента.

---

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор — это труба, по которой выхлопные газы из камер сгорания попадают в выхлопную трубу.Многие выпускные коллекторы изготовлены из чугуна или чугуна с шаровидным графитом. Некоторые из них сделаны из нержавеющей или толстолистовой стали. Выпускной коллектор содержит выпускное отверстие для каждого выпускного отверстия в головке блока цилиндров, и плоская обработанная поверхность на этом коллекторе сопоставляется с совпадающей поверхностью в области выпускного отверстия в головке цилиндра.

Некоторые выпускные коллекторы имеют прокладку между коллектором и головкой блока цилиндров, как показано на схеме ниже:

Выпускной коллектор и прокладка на рядном двигателе

Прокладки предназначены для предотвращения утечки воздуха / газов между коллектором и головками цилиндров.Прокладки обычно изготавливаются из меди, материала типа асбеста или бумаги. В других случаях обработанная поверхность прилегает непосредственно к соответствующей поверхности на головке блока цилиндров. Выхлопные каналы из каждого порта в коллекторе соединяются в общий единый канал до того, как достигают фланца коллектора. К фланцу выпускного коллектора подсоединена выхлопная труба. На V-образном двигателе выпускной коллектор прикреплен болтами к каждой головке блока цилиндров.

---

Выхлопная труба (рядная) / Y-образная труба (V-образная)

Выхлопная труба соединяет выпускной коллектор с каталитическим нейтрализатором.На рядных двигателях выхлопная труба представляет собой единую трубу, но на двигателях V-образного типа выхлопная труба соединена с каждым фланцем коллектора, и эти две трубы соединены в единую трубу под задней частью двигателя. Эта единственная Y-образная труба затем присоединяется к каталитическому нейтрализатору. Выхлопные трубы могут быть изготовлены из нержавеющей или оцинкованной стали, а некоторые выхлопные трубы имеют двойные стенки. В некоторых выхлопных системах промежуточная труба соединена между выхлопной трубой и каталитическим нейтрализатором.Некоторые из них имеют толстую коническую уплотнительную шайбу из стали или стального состава, расположенную между фланцем выхлопной трубы и фланцем выпускного коллектора. Другие выхлопные трубы имеют конический конец, который прилегает к шаровидной поверхности фланца выпускного коллектора. Болты или шпильки и гайки удерживают выхлопную трубу на выпускном коллекторе, как показано на схеме ниже.

Некоторые двигатели V-типа имеют двойные выхлопные системы с отдельными выхлопными трубами и выхлопными системами, подключенными к каждому выпускному коллектору.

---

Каталитический нейтрализатор

Три основных автомобильных загрязнителя — это окись углерода (CO), несгоревшие углеводороды (HC) и оксиды азота (NOx). Когда воздух и бензин смешиваются и сжигаются в камерах сгорания, побочными продуктами сгорания являются углерод, диоксид углерода (CO2), CO и водяной пар. Бензин — это углеводородное топливо, содержащее водород и углерод. Поскольку процесс сгорания в цилиндрах никогда не завершается на 100%, некоторое количество несгоревших углеводородов остается в выхлопе.Некоторые выбросы углеводородов происходят из источников испарения, таких как бензиновые баки и карбюраторы.

Оксиды азота (NOx) возникают из-за высокой температуры цилиндра. В воздухе присутствуют азот и кислород. Если температура в камере сгорания выше 1371 градуса по Цельсию, часть кислорода и азота объединяются с образованием NOx. В присутствии солнечного света HC и NOx объединяются, образуя смог.

Каталитические нейтрализаторы могут быть гранулированными или монолитными. Преобразователь гранулированного типа содержит слой, сделанный из сотен маленьких шариков, и отработанный газ проходит через этот слой (см. Рис. 1).В преобразователе монолитного типа выхлопные газы проходят через сотовый керамический блок (рис. 2). Бусины преобразователя или керамический блок покрыты тонким слоем платины, палладия или родия и помещены в контейнер из нержавеющей стали. Катализатор окисления изменяет HC и CO на CO ₂ и водяной пар (H ₂ 0). Катализатор окисления можно назвать двухкомпонентным каталитическим нейтрализатором (рис. 3).

Рис. 1: Пеллетный катализатор

Рис. 2: Каталитический нейтрализатор монолитного типа

Рис. 3: Катализатор окисления заменен HC и CO на CO ₂

Рис. 4: Работа трехкомпонентного каталитического нейтрализатора

В трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе преобразователь расположен перед катализатором окисления.Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор снижает выбросы NOx, а также CO и HC. Трехкомпонентный катализатор восстанавливает NOx до азота и кислорода (рис. 4).

Некоторые каталитические нейтрализаторы содержат термодатчик, который загорается на приборной панели, если преобразователь начинает перегреваться. Неэтилированный бензин необходимо использовать в двигателях с каталитическими нейтрализаторами. Если используется этилированный бензин, свинец в бензине покрывает катализатор и делает его неэффективным. В этом случае выбросы из выхлопной трубы становятся очень высокими.Неправильно настроенный двигатель также может вызвать серьезный перегрев каталитического нейтрализатора. Примерами неправильной настройки может быть богатая топливовоздушная смесь или пропуски зажигания в цилиндре.

Многие каталитические нейтрализаторы имеют воздушный шланг, соединяющий воздушный насос с ременным приводом и катализатор окисления. Этот конвертер должен иметь запас кислорода для эффективной работы. На некоторых двигателях мини-катализатор встроен в выпускной коллектор или прикручен к фланцу коллектора болтами.

---

Резонатор, глушитель и выхлопная труба

Во-первых, основная функция глушителя — снизить до минимального уровня шум выходящих из двигателя выхлопных газов через выхлопные трубы.Поскольку глушитель сам по себе не может снизить шум двигателя, некоторые выхлопные системы также имеют резонатор между каталитическим нейтрализатором и глушителем. Резонаторы — это, по сути, второй глушитель, обычно «проходного» типа.

Глушитель подавляет шум выхлопных газов, «заглушая» звуковые волны, создаваемые открытием и закрытием выпускных клапанов. Когда выпускной клапан открывается, он выпускает сгоревшие газы под высоким давлением в выхлопную трубу, которая находится под низким давлением.Этот тип действия создает звуковые волны, которые проходят через текущий газ, движущиеся намного быстрее, чем сам газ (до 1400 миль в час = 625,8 м / с), которые резонатор и глушитель должны заглушить. Обычно это достигается путем преобразования энергии звуковой волны в тепло путем прохождения выхлопного газа и сопровождающего его волнового рисунка через перфорированные трубы и камеры настройки. Прохождение через отверстия и отражатели внутри камеры заставляет звуковые волны рассеивать свою энергию.

Описанная и изображенная выше конструкция глушителя является наиболее распространенным типом конструкции с обратным потоком, который изменяет направление потока выхлопных газов внутри глушителя.Выхлопные газы направляются в третью камеру, выталкиваются вперед в первую камеру, откуда они проходят по длине глушителя и выбрасываются в выхлопную трубу.

Некоторые глушители имеют сквозную конструкцию, в которой выхлоп проходит через одиночную перфорированную трубу во внешнюю камеру, заполненную металлом, стекловолокном, уплотненным стеклом или другим звукопоглощающим (или изолирующим) материалом. Когда выхлопные газы расширяются из перфорированной внутренней трубы во внешнюю камеру, они входят в контакт с изолятором и уходят в атмосферу под постоянным давлением.Из-за этого расширяющаяся камера имеет тенденцию выравнивать или распространять пики давления в выхлопных газах каждого отдельного цилиндра двигателя. Таким образом, глушитель этого типа имеет более свободный поток и предназначен для уменьшения противодавления и, следовательно, издает немного больше шума.

Выхлопная труба в основном переносит поток выхлопных газов из глушителя в заднюю часть автомобиля. Некоторые автомобили имеют встроенный резонатор в выхлопной трубе. Как и упомянутый ранее резонатор, этот резонатор похож на небольшой глушитель и обеспечивает дополнительную глушитель выхлопных газов.В некоторых выхлопных системах резонатор зажат в выхлопной трубе. Хвостовые трубы имеют множество различных изгибов, чтобы подходить к компонентам шасси и трансмиссии. Как правило, все компоненты выхлопной системы должны располагаться подальше от шасси и трансмиссии, чтобы предотвратить дребезжание. Выхлопная труба обычно проходит под задним бампером, и конец этой трубы срезан под углом, чтобы отводить выхлоп вниз.

---

Методы повышения эффективности и мощности

После вышеупомянутого обсуждения компонентов автомобильной выхлопной системы становится очевидным, что принцип двигателя как насоса используется не в полной мере.Воздух не может течь слишком свободно из-за ограничений в виде каталитического нейтрализатора, резонатора и глушителя. Однако эти компоненты необходимы по правилам для обеспечения безопасных выбросов выхлопных газов и минимального уровня шума (шумоподавление). Кроме того, отчасти требуется время и деньги, чтобы разработать превосходно работающую и свободную выхлопную систему; то, на что производители автомобилей просто не могут позволить себе тратить ресурсы. Именно здесь компании послепродажного обслуживания создают рентабельные варианты для владельцев автомобилей, ориентированных на производительность.Конечно, можно ожидать, что свободно протекающий выхлоп будет производить больше шума, чем нормальный. Но хорошо изготовленная система имеет глубокий хриплый звук, дает прирост мощности в лошадиных силах, а также проходит испытания на выбросы загрязняющих веществ. Теперь мы рассмотрим некоторые модификации выхлопной системы, которые позволят «высвободить» некоторую мощность и эффективность, оставаясь при этом разрешенными для использования на улице.

Замена выпускного коллектора с настроенным коллектором

Коллектор — это другой тип коллектора; он состоит из отдельных цилиндрических трубок одинаковой длины с плавными изгибами для улучшения потока выхлопных газов.

Каждый раз, когда происходит рабочий ход и открывается выпускной клапан, в выпускном коллекторе возникает положительное давление. В выхлопных коллекторах между импульсами положительного давления возникает отрицательное давление, особенно при более низких оборотах двигателя. Некоторые выпускные коллекторы настроены таким образом, что импульсы выхлопных газов попадают в выпускной коллектор между импульсами выхлопных газов из других цилиндров, предотвращая интерференцию между импульсами выхлопных газов. Если импульсы давления выхлопных газов мешают друг другу, поток выхлопных газов замедляется, вызывая снижение объемного КПД (и, следовательно, уменьшение мощности).Правильная настройка выпускного коллектора / коллектора фактически создает вакуум, который помогает вытягивать выхлоп из цилиндров и улучшать объемный КПД, что приводит к увеличению мощности.

Двойные выхлопные системы

Для двигателей с V-образной конфигурацией было бы более эффективно использовать двойную выхлопную систему, чем Y-образную трубу. Другими словами, две трубы (вместо одной) соединяют выпускной коллектор / коллектор с двумя каталитическими нейтрализаторами, двумя резонаторами и двумя глушителями.Таким образом, каждый коллектор будет иметь свои собственные резонаторы, каталитические нейтрализаторы, выхлопные трубы, глушители и выхлопные трубы. Преимущество двойной выхлопной системы состоит в том, что двигатель более свободно выпускает воздух и газы, тем самым снижая противодавление, присущее выхлопной системе. С двойной выхлопной системой может быть получено значительное увеличение мощности двигателя, потому что «дышащая» способность двигателя улучшается, оставляя меньше выхлопных газов в двигателе в конце каждого такта выхлопа.Это, в свою очередь, оставляет больше места для дополнительного впуска топливовоздушной смеси. Недостатком двойной выхлопной системы является то, что она будет дорогостоящей из-за дополнительных компонентов. Несомненно, добавление еще одной выхлопной системы увеличивает вес автомобиля, но увеличение мощности достаточно существенно, чтобы перевесить потери мощности из-за дополнительного веса.

Удаление резонатора

Резонатор не работает также как устройство контроля выбросов, поэтому его снятие и установка прямой трубы, соединяющей каталитический нейтрализатор и выхлопную трубу, не приведет к тому, что автомобиль не пройдет проверку на выбросы.Вместо этого можно реализовать некоторую мощность, не говоря уже о громкости выхлопа. Однако с настроенным глушителем звук можно смягчить до глубокого хриплого звука, который не вызывает раздражения.

Обновление до труб большего диаметра

Заводские выхлопные трубы имеют диаметр от 1,5 до 2 дюймов (около 2,25 дюйма для более новых автомобилей с большим двигателем). Увеличение диаметра трубопровода также увеличивает средний путь / площадь поперечного сечения, которую может пройти воздух, с небольшим уменьшением. по скорости.Как упоминалось ранее, если диаметр (и, следовательно, площадь поперечного сечения) трубы увеличится слишком сильно, скорость воздушного потока уменьшится больше, чем площадь увеличивается, так что это отрицательно скажется на потоке и будет потеряна мощность.

Итак, в зависимости от размера двигателя оптимальный размер трубы для модернизации варьируется от 2 дюймов до 2,5 дюймов. В среднем, 2,5-литровому двигателю без наддува будет достаточно 2,25-дюймового выхлопного трубопровода от каталитического нейтрализатора до входа в глушитель.

Трубопровод, изогнутый на оправке или изогнутый под давлением

Другой способ модернизации выхлопного трубопровода от каталитического нейтрализатора обратно к глушителю состоит в том, чтобы изгибать оправку выхлопного трубопровода (нагревать) вместо обычного изгиба под давлением. Как следует из названия, изгиб оправки достигается за счет нагрева трубопровода перед изгибом, тогда как изгиб с раздавливанием буквально означает, что трубопровод полностью изгибается под действием силы. Однако основное различие между трубами, изогнутыми на оправке, и трубами, изогнутыми при раздавливании, заключается в простоте потока.Трубопровод с оправкой поддерживает постоянную площадь поперечного сечения трубы на всем изгибе, что облегчает отвод выхлопных газов. С другой стороны, изгиб с раздавливанием деформирует трубу на изгибе (ах), что может ограничивать поток выхлопных газов. Недостаток гибки на оправке состоит в том, что она относительно дорога из-за затрат, связанных с эксплуатацией тепловой машины для гибки оправки. Популярной альтернативой является получение труб большего диаметра, а затем их изгиб с деформацией. Таким образом, это как бы сглаживает различия в легкости воздушного потока, особенно если эта конкретная конфигурация выхлопной трубы имеет много изгибов и изгибов на 90 градусов.

Глушители прямого или обратного потока

Наличие оптимально свободного потока выхлопа на всем пути от коллектора не принесет много пользы, если по-прежнему используется ограничительный глушитель. Входной и выходной диаметры трубы в глушителе также должны быть как можно большими, чтобы обеспечить свободный поток выхлопных газов. Глушитель с прямым проходом будет предпочтительнее глушителя с обратным потоком в основном потому, что процесс изменения направления воздуха в глушителе с обратным потоком слишком ограничен.Прямоточная конструкция глушителя позволит отводить выхлопные газы с максимальной эффективностью, хотя глушители не будут такими же эффективными, как у конструкции с обратным потоком. Следовательно, выхлоп неизбежно будет звучать громче, чем раньше, но, как уже упоминалось несколько раз, в глушителях для вторичного рынка используется шумоподавляющий материал, который приглушает звук до уровня глубокого, хриплого и не раздражающего. Однако, как будет обсуждаться в следующем разделе, новое поколение глушителей может решить эту проблему.

---

Будущее

В наши дни вы не можете думать о выхлопной системе как о грубой водопроводной системе, которая была прикреплена на второй план, чтобы отводить воздух, тепло и снижать эти децибелы. Он стал неотъемлемой частью трансмиссии и архитектуры автомобиля, критически важной для производительности, топливной экономичности и сокращения выбросов. На недавних автосалонах крупные производители автомобилей, такие как Honda (автомобили, работающие на природном газе) и Ford (электромобили), уже разрабатывали автомобили с низким или нулевым уровнем выбросов.Грядущая разработка, которую мы быстро обсудим, — это электронный глушитель.

Как руководитель компании Walker, одного из крупнейших производителей глушителей, участвовавших в разработке концепции, сказал: «После появления каталитического нейтрализатора в 1975 году это, вероятно, самая революционная технология, которая случилась с выхлопными системами за всю историю автомобиль «.

Идея удивительна, но основной принцип понять нетрудно. От микрофона и датчика частоты вращения / положения коленчатого вала компьютер получает информацию о форме волн давления (в конце концов, это и есть звук), которые двигатель излучает в выхлопной трубе.Эти данные обрабатываются с использованием запатентованных алгоритмов, которые создают импульсы зеркального отображения, которые отправляются на динамики, установленные рядом с выпускным отверстием, создавая встречные волны, которые нейтрализуют шум. Другими словами, датчики улавливают сигнатуру формы волны двигателя, а динамики генерируют противошумовые волны, сдвинутые на 180 градусов по фазе с газовыми волнами. Эта идея деструктивного вмешательства похожа на борьбу с огнем с помощью огня. Звуковые волны сталкиваются, стирая друг друга. Он не просто маскирует шум, он фактически удаляет звуковую энергию из окружающей среды, а в соответствии с законом сохранения энергии, когда энергия должна где-то проявляться, все, что остается, — это низкоуровневое тепло.

Хотя электронные глушители в настоящее время широко не используются (если вообще используются), они могут быть установлены на транспортных средствах в ближайшем будущем. В 1989 году была начата совместная программа разработки электронных систем глушителя, и исследование Delphi Мичиганского университета предсказывает, что к концу века 20% автомобилей, производимых в Северной Америке, будут иметь электронные глушители.

Что ж, если электронные глушители действительно так эффективны, как они утверждают, и они были доступны сейчас, мы могли бы построить идеальную выхлопную систему, используя схему, описанную ранее, с добавлением электронного глушителя, тогда проблема громкого выхлопа не исчезла бы. существовать.Но опять же, к тому времени, когда электронный глушитель выйдет на рынок, технология может иметь другие улучшения выхлопной системы, и мы снова попытаемся подобрать компоненты, чтобы производить больше лошадиных сил и достичь лучшего расхода топлива (эффективности).

---

В заключение вернемся к основной аналогии двигателя как насоса; чем больше воздуха может течь свободно, тем больше мощности может быть оптимально достигнуто от двигателя. Это исследование касалось только того, как ВЫПУСКАТЬ воздух из двигателя.Важно отметить, что ПОТОК воздуха также влияет на выходную мощность двигателя. Фактически, нам нужен приток воздуха до того, как начнется процесс оттока. Короче говоря, приток воздуха можно изменить, сняв впускной резонатор или даже весь воздушный короб и установив трубу с коническим фильтром на конце.

Также важно отметить, что «лошадиные силы» — это единица измерения энергии во времени. Таким образом, чем больше энергии требуется для того, чтобы что-то сделать, тем меньше энергии вы получите от этого.Другими словами, потому что мотоциклы легче автомобилей, они могут достигать аналогичной, если не большей мощности. Вот почему гоночные автомобили лишены интерьера, кондиционирования и любого другого лишнего веса. Таким образом, будет меньше веса для перемещения, а это означает, что требуется меньше энергии и, следовательно, больше производимой мощности. Вот почему автомобильные инженеры стараются использовать материалы более легкого веса, такие как пластик и углеродное волокно.

Анимация Принцип работы выхлопной системы

Рекламодатели

Выхлопная система используется для отвода реактивных выхлопных газов от регулируемого сгорания внутри двигателя или печи.Вся система отводит отработавшие газы от двигателя и включает в себя одну или несколько выхлопных труб.

источник / изображение (PrtSc): Automotive Basics

Выхлопная система состоит из нескольких компонентов, которые работают вместе, чтобы уменьшить шум выхлопа и обеспечить канал для выхлопных газов, выходящих из двигателя. Выхлопные газы собираются из головки блока цилиндров в двигателе через выпускной коллектор. Выпускной коллектор действует как воронка, отводящая выхлопные газы от всех цилиндров двигателя, а затем выпускает их через единственное отверстие, часто называемое передней трубой.

Эти выхлопные газы затем проходят через каталитический нейтрализатор, который удаляет вредные элементы, включая оксид углерода и оксид водорода, которые превращаются в инертные газы. Затем газы проходят через глушитель или глушитель. Выхлопная труба должна быть тщательно спроектирована так, чтобы пропускать токсичные и / или токсичные газы. ядовитые газы вдали от пользователей машины.

Объявление

Внутренние генераторы и печи могут быстро заполнить замкнутое пространство ядовитыми выхлопными газами, такими как углеводороды, монооксид углерода и оксиды азота, если они должным образом не выведены наружу.Для двигателя внутреннего сгорания важно, чтобы выхлопная система была «настроена» (см. Настроенный выхлоп) для достижения оптимальной эффективности. / Википедия

Объявление

Предыдущая статья Принцип работы электрических плит с 3D-анимациейСледующая статьяАмортизаторы в автомобильной подвеске Принципы Выхлопные системы

(двигатель) — обзор

22.1 Введение

Коррозия выхлопных компонентов двигателя была проблемой с момента разработки поршневого двигателя.Коррозия выхлопной системы может происходить через внутреннюю коррозию (результат химического состава выхлопных газов и температуры внутри выхлопного трубопровода) или через внешнюю коррозию, в результате чего коррозия материалов днища кузова, таких как внешние поверхности, вызывается каменной солью и хлором. Хотя оба они важны, мы рассмотрим только тему внутренней коррозии. В первые годы разработки двигателя скорость коррозии компонентов выхлопной системы, вероятно, была не выше, чем у других компонентов двигателя, таких как блок, цилиндры и т. Д., поскольку общий срок службы двигателей был относительно небольшим. Однако по мере того, как двигатели стали более совершенными и надежными, особое внимание было уделено двигателю и, в частности, движущимся компонентам. Поскольку компоненты выхлопной системы не являются необходимыми для поддержания работы двигателя (и, следовательно, транспортного средства), им не уделялось равного внимания материальным улучшениям. Однако по мере развития технологий двигателей и повышения прочности компонентов трансмиссии коррозия выхлопной системы стала более заметной.С появлением глушителей, а затем и трехкомпонентных катализаторов, долговечность выхлопных систем стала серьезной проблемой.

В процессе развития автомобилестроения в первую очередь отмечалось два заслуживающих внимания аспекта коррозии, связанных с выхлопными системами двигателя, и оба они были связаны с химическим составом топлива. Для бензиновых двигателей до 1986 года коррозия была серьезной проблемой. Фактически, замена выхлопной трубы и компонентов глушителя была довольно распространенным явлением, и были созданы целые отрасли, обслуживающие периодическую замену корродированных выхлопных газов (особенно.глушитель и выхлопная труба) компоненты. Причина высокой скорости коррозии выхлопных систем связана с добавкой свинца, используемой для повышения октанового числа бензина. Чтобы предотвратить накопление свинца на стенках цилиндров и седлах клапанов, свинец вводился в топливо в основном в виде галогенидов свинца, содержащих хлор или бром. Анионы хлора и брома служат для поглощения атомов свинца, чтобы предотвратить чрезмерное накопление на поверхности. Однако во время сгорания образовывались соляная и бромистоводородная кислоты, которые впоследствии разъедали свечи зажигания, гильзы цилиндров и детали выхлопной системы. ¹ После появления на рынке автомобильного топлива неэтилированного топлива в 1986 году скорость коррозии компонентов выхлопной системы из низкоуглеродистой стали резко снизилась.

Поскольку замена корродированных компонентов выхлопной системы двигателя относительно недорога, производители двигателей исторически уделяли мало внимания коррозии выхлопных газов или вообще не уделяли им внимания. В отличие от этого, выхлопные трубы угольных и масляных горелок чрезвычайно дороги, и, соответственно, был проведен высокий уровень исследований, чтобы понять коррозионное поведение этих систем. ²⁻⁴

Однако в последнее время коррозия выхлопных систем дизельных двигателей стала серьезной проблемой. ^5-7 Эта проблема вызвана внедрением системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) как средства снижения выбросов NOx (или оксидов азота, NO и NO ₂ ) в соответствии с требованиями Агентства по охране окружающей среды США (USEPA) обязательные лимиты. Однако было показано, что EGR ускоряет коррозию и износ во впускном коллекторе, а также загрязняет охладитель EGR.Во время EGR часть выхлопных газов рециркулирует обратно в цилиндр, где выхлопные газы действуют как разбавитель для снижения температуры сгорания, тем самым уменьшая образование NOx. ^8-10 Считается, что во впускном коллекторе условия окружающей среды (например, температура и влажность) и условия охлаждающей жидкости играют решающую роль в образовании высококоррозионных кислотных соединений, особенно серной кислоты и, возможно, в меньшей степени азотной и уксусной кислоты. EGR широко используется в двигателях легковых автомобилей (дизельных и бензиновых) с 1980-х годов.Однако этим системам требуется лишь небольшое количество рециркулирующих выхлопных газов (и без охлаждения) для достижения целевых показателей по выбросам. В сверхмощных дизельных двигателях система рециркуляции отработавших газов была широко внедрена в 2002 году в Северной Америке, чтобы соответствовать стандарту Tier 3 по выбросам NOx на шоссе 2,0 г / л.с.-ч (2,7 г / кВт-ч). ¹¹

Чтобы соответствовать более строгим стандартам выбросов NOx 2008 и 2010 годов, рассматриваются очень высокие уровни EGR. Было показано, что очень высокие уровни рециркуляции отработавших газов (более 40%) подталкивают горение к режимам низкотемпературного горения, при которых уровни выбросов как NOx, так и твердых частиц (ТЧ) являются низкими.Поскольку образование NOx напрямую связано с температурой сгорания, охладитель EGR обычно используется для понижения температуры выхлопных газов, тем самым снижая выбросы NOx еще на 10%. Охлажденная система рециркуляции отработавших газов в настоящее время является областью интенсивных исследований, и ожидается, что стратегии с высоким уровнем рециркуляции отработавших газов будут использоваться в дизельных двигателях, чтобы помочь в достижении еще более строгих целей по выбросам NOx и PM, начиная с 2010 года. ¹¹ Однако внедрение системы рециркуляции отработавших газов не обошлось недостатки. Было показано, что несгоревшие углеводороды и твердые частицы из рециркулирующих выхлопных газов накапливаются на охлаждаемых поверхностях (особенно внутри воздухозаборника и охладителя), вызывая проблемы с воздушным потоком.Это загрязнение также может вызвать преждевременный износ двигателя и проблемы с долговечностью. Другой проблемой является усиление коррозии в результате образования и конденсации серной кислоты, которая является основным мотивом для оценки коррозионной активности компонентов выхлопных газов системы рециркуляции отработавших газов. Недавние исследования показали, что относительная коррозионная активность (то есть концентрация серной кислоты), образующаяся в конденсате выхлопных газов дизельного двигателя, является прямым следствием концентрации серы в топливе и последующей конденсации в условиях эксплуатации при низких температурах. ^{6 , 7} Этот эффект был смягчен использованием дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы (<15 частей на миллион). Что неизвестно, так это влияние катализаторов на увеличение концентраций азотной и карбоновых кислот. Еще одна потенциальная проблема, связанная с высоким сгоранием EGR, заключается в том, что выбросы альдегидов в четыре-пять раз выше, чем при обычном сгорании. Это приводит к высоким концентрациям карбоновых кислот (муравьиной, уксусной и бензойной) в выхлопных газах.Их концентрации в выхлопном конденсате еще не измерялись и не моделировались. Хотя эти типы кислот считаются слабыми, со временем они могут способствовать возникновению серьезных проблем с коррозией.

Еще одна область, вызывающая интерес, — гальваническая коррозия новых корпусов турбокомпрессоров. И снова эта проблема связана с наличием конденсата, когда два металла с разным электрическим потенциалом подвергаются гальванической коррозии, когда образуется конденсат и они контактируют с этими двумя металлами.