Принцип работы выхлопной системы: Выхлопная система. Устройство выхлопной системы автомобиля

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.

Выхлопная система автомобиля: схема устройства, возможные неисправности и методы диагностики

Многие автолюбители даже не представляют, насколько важна выхлопная система автомобиля в безаварийной работе силового агрегата, и не уделяют её обслуживанию должного внимания, в результате чего, может произойти выход из строя двигателя. Именно по этой причине, стоит внимательно ознакомиться с принципом работы выхлопной системы, её конструктивными особенностями, и знать, из чего состоит выхлопная система.

В работе двигателя внутреннего сгорания важная роль отводится своевременному выводу наружу отработавших газов, начинающих скапливаться в камере сгорания головки блока цилиндров сразу после воспламенения топливной смеси. Данную задачу призваны выполнять выхлопные системы, или как говорят автолюбители, глушители, которыми оснащаются все современные машины. Должная работа выхлопной системы, направленная на отвод из мотора остатков отработанной топливной смеси, целиком зависит от исправности всех её составных элементов, имеющих некоторые конструктивные отличия в зависимости от типа двигателя.

Принцип работы выхлопной системы

Современная автомобильная выхлопная система состоит из нескольких частей, в отличие от первых устройств, имеющих вид механического клапана, который принудительно открывался водителем автомобиля вручную. Все элементы выхлопной системы, которые соединяются между собой с помощью крепёжных болтов через расположенные на их концах фланцы, предназначены для:

• отвода из камеры сгорания двигателя выхлопных газов и прочих не сгоревших остатков топливной смеси;
• уменьшения выделяемого мотором во время работы шума;
• уменьшения количества токсичных веществ находящихся в выхлопе автомобиля;
• предотвращения попадания в салон транспортного средства токсичных газов.

Устройство выхлопной системы автомобиля обладает довольно простым принципом работы, которая подразумевает отвод отработанных газов из камеры сгорания, проводя их через трубы к задней части транспортного средства, понижая при этом, за счёт герметичности всей конструкции и соединений через фланцы с термоустойчивыми уплотнителями, выделяемый мотором шум.

Уменьшение количества токсичных веществ в выхлопных газах достигается за счёт применения в конструкции выхлопной системы каталитических нейтрализаторов (катализаторов), работоспособность которых контролирует специальный датчик, называемый лямбда-зонд. В современных дизельных автомобилях, для повышения показателя экологичности выхлопа, производители используют сажевый фильтр, которым также оснащается выхлопная система дизеля.

В конструкции дизельного мотора, а также современного бензинового агрегата, довольно часто используется турбонагнетатель, который использует для подачи в камеру сгорания воздушную смесь из кислорода и отработавших газов, забираемых из выпускного коллектора. Количество попадающих в турбину выхлопных газов, регулирует датчик, расположенный на корпусе выпускного коллектора.

Устройство конструкции и назначение её составных частей

Детали, составляющие данную конструкцию, имеют различную функциональную нагрузку и собственные обозначения, отражающие этапность их работы. Сама схема выхлопной системы и наименования её частей, выглядят следующим образом:

1. коллектор выпускной;
2. приёмная труба выхлопных газов;
3. катализатор или по-другому каталитический нейтрализатор;
4. резонатор или пламегаситель;
5. глушитель.

Коллектор выпускной, представляет собой навесной тип оборудования силового агрегата, и предназначен для поступления в него отработавших частиц и газов топливной смеси с камер сгорания каждого из цилиндров, и изготавливается в основном из керамики, сплавов чугуна или нержавеющей стали, обладающих повышенной термоустойчивостью.

Конструкция выхлопной системы

Приёмная труба, именуемая автолюбителями как «штаны», из-за схожего внешнего вида, предназначена для объединения нескольких потоков выхлопных газов в один, и для дальнейшего их продвижения к каталитическому нейтрализатору (катализатору). Труба зачастую оснащается так называемой гофрой, с помощью которой происходит гашение вибрации, передаваемой на всю конструкцию выхлопной системы работающим мотором.

Катализатор, представляет собой керамические соты, поверхность которых покрыта слоем сплава из платины и иридия, что позволяет вступить в химическую реакцию с ними выхлопным газам, в результате чего происходит их разделение на кислород и оксид азота. Выделенный кислород в катализаторе помогает более эффективно сгорать остаткам топливной смеси, в результате чего к глушителю подаётся исключительно азотно-диаксидноуглеродная смесь. Работу каталитического нейтрализатора контролирует специальный датчик лямбда зонд, передавая сигнал на блок управления силового агрегата автомобиля. Аналогичный датчик, устанавливается и на выпускной коллектор, для анализа показателей токсичности поступающих в катализатор отработанных газов.

Резонатор или пламегаситель, предназначен для понижения высокой температуры отработанных выхлопных газов, что достигается с помощью его ячеистого внутреннего строения. Последней деталью в конструкции, является глушитель, задача которого заключена в понижении шума работающего двигателя за счёт перфорированной трубы внутри его корпуса.

Все составные части выхлопной системы соединены друг с другом через фланцы с помощью крепёжных болтов и термостойких уплотнителей, отвечающих за герметичность данной конструкции, без которой невозможна полноценная работа двигателя современного автомобиля.

Схема выхлопной системы

Возможные неисправности, методы их устранения и варианты тюнинга

Конструкция выхлопной системы является идеальным вариантом для проведения тюнинга легкового автотранспортного средства, благодаря простате монтажа её составных частей и наличием большого ассортимента различных деталей. Самым частым вариантом тюнинга глушителя является установка так называемого прямоточного выхлопа, когда из системы убирается резонатор.

Наиболее частые неисправности выхлопной системы связаны с потерей герметичности деталей или их соединений, уплотнители в которых могут сильно износиться. Для замены уплотнительных элементов, необходимо приобрести ремонтный комплект выхлопной системы, и открутив крепёжные болты, поменять их на новые.

Сделанные из различных сплавов металла детали выхлопной системы, подвергаются значительному нагреву, резкому перепаду температур, и работают в условиях повышенных нагрузок, в результате чего подвержены сильному износу и прогаранию внутренних частей. Определить данные поломки позволит громкий шум работающего мотора и визуальная диагностика выхлопной системы, после проведения которой, повреждённую деталь конструкции необходимо либо заменить на новую, в случае внутренних неисправностей, либо отремонтировать её корпус с помощью электро/газосварки.

В современных автомобилях работа силового агрегата контролируется блоком управления, который получает определённые сигналы от многочисленных датчиков, расположенных на всех его конструктивных узлах. В конструкции выхлопной системы расположен датчик, именуемый лямбда-зондом, замеряющий количество токсичных веществ в отработанных газах. Его неисправность или некорректную работу способен выявить только диагностический стенд, после чего датчик необходимо заменить.

Эксплуатировать автомобиль с неисправной выхлопной системой нельзя, это может привести, как к поломке силового агрегата, на клапанах образуется закоксование рабочей поверхности, приводящее к потере мощности мотора, так и к возможному нанесению вреда здоровья водителя и всех пассажиров, из-за попадания в салон токсичных выхлопов.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Выхлопная система или как понять принцип ее работы? + Видео » АвтоНоватор

Каждый более-менее опытный автомобилист прекрасно знает, что выхлопная система является неотъемлемой частью автомобиля, без которой правильное функционирование машины просто невозможно. Предлагаем поговорить о том, из чего же она состоит, а также с какими неисправностями можно столкнуться в процессе эксплуатации автомобиля.

Выхлопная система – основные узлы и элементы

Один из главных элементов системы выхлопа – коллектор. С помощью данного узла система может выводить отработанные газы из камеры сгорания. Эти отходы поступают в специальные трубки, служащие промежуточными звеньями в процессе отвода газов наружу. Именно коллектор подвергается тюнингу специалистами для того, чтобы обеспечить большим количеством топлива цилиндры, тем самым увеличив мощность двигателя.

После коллектора идет каталитический нейтрализатор. Этот узел способствует тому, чтобы выхлопные газы имели меньший уровень токсичности. Если рассмотреть структуру катализатора в разрезе, то вы увидите внешнюю оболочку из керамики, которая состоит из тонких каналов. Внутри эти каналы покрыты мизерным слоем платины. Вместо платины вполне могут применяться более редкие металлы. Например, палладий или родий.

Внимание! Ввиду того, что при изготовлении катализатора используются дорогие материалы, его стоимость также является недешевой.

После катализатора идет резонатор. Его главная задача – резкое расширение отработанных газов. Благодаря такому процессу, снижается противодавление выхлопного канала, и смягчается ударная волна. Последним узлом, который имеет выхлопная система автомобиля, является глушитель. Именно эта часть ответственна за издаваемый машиной звук. На сегодняшний день используется три вида этого узла:

• Отражатель;
• Ограничитель;
• Поглотитель.

Теперь, когда вы имеете представление о том, каково устройство выхлопной системы автомобиля, можно рассмотреть, по какой схеме система работает.

Принцип работы системы

Разобраться с принципом работы выхлопной системы будет по силу каждому. Выясним, как газы из камеры сгорания попадают наружу. Когда выпускной клапан открывается, масса отработанных газов поступает в выпускной коллектор. Если речь идет о бензиновых двигателях, то после коллектора газы сразу перемещаются в приемную трубу, откуда идут далее по схеме. Если же двигатель дизельный, то отработанные газы сперва активизируют крыльчатку турбокомпрессора, а только затем попадают в трубу.

Как бы то ни было, схема выхлопной системы предполагает, что после приемной трубы газы идут сначала в катализатор, где проходят очистку при повышенных температурах, примерно 250 градусов. Стоит отметить, что температура полностью контролируется лямбда-зондом. В зависимости от того, какие показатели температуры выдает специальный датчик, в цилиндры поступает то или иное количество воздуха и топлива.

Далее отработка проходит процесс гашения в резонаторе и выходит через глушитель наружу.

Неисправности системы и методы их устранения

Большинство автомобилистов уже прекрасно знают, как должна вести себя их машина и какой звук при этом она должна издавать. Таким образом, на слух можно выявить некоторые неисправности системы выхлопа газов. Самой распространенной проблемой считается высокий уровень шума выхлопной системы. Это значит, что повреждена основная или дополнительная части глушителя. Также это могут быть неполадки с потерей плотности соединительных элементов или же износ, или повреждение прокладок.

Совет! Устранение проблемы с повышенным уровнем шума происходит с помощью замены прокладок или же сварки соединений системы вывода выхлопных газов.

Еще одной нередкой проблемой является повышенный уровень окиси углерода или же потеря мощности двигателем. Это первый признак поломки каталитического нейтрализатора. К сожалению, проблема устраняется только полной заменой данного узла системы.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Как работает выхлопная система автомобиля?

Выхлопная система автомобиля – это структурная группа запчастей, работа которых начинается от коллектора, проходит через каталитический нейтрализатор и заканчивается глушителем. Основной задачей этой системы является вывести из двигателя выхлопные газы, а также звуковые волны,  которые образуются в результате процесса сгорания.  

Подробнее о функциях выхлопной системы

Как мы уже говорили выше, выхлопная система начинается со структурного коллектора. Он крепится непосредственно на выходе из двигателя. В этом месте преобладают особенно высокие температуры и давление газа. Находящаяся в этом месте уплотнительная прокладка подвержена наибольшей нагрузке. Поэтому в большинстве случаев она производится из негорючего графитного состава, и  частично обрамлена медными кольцами, что позволяет плотно прилегать к выходному отверстию двигателя. Как правило, в этом коллекторе собираются выхлопные газы от каждого цилиндра. Для этого используется Y-шланг. Тут же расположен и лямбда зонд, который отвечает за распределение катализатора. К Y-шлангу, или непосредственно к коллектору, присоединен каталитический нейтрализатор. Для того, чтобы смягчить колебания от работы двигателя, соединение осуществляется по средствам гибкого металлического шланга или пружинящего болтового соединения. Каталитический нейтрализатор является самым главным компонентом выхлопной системы. Непосредственно в нем, с помощью пористого керамического блока, покрытого драгоценными металлами, очищаются выхлопные газы. В случае с дизельными двигателями, вместо каталитического нейтрализатора используется сажевый фильтр.

Как работает глушитель, и зачем ставят два глушителя вместо одного?

Завершением выхлопной системы является глушитель. Он разделен на несколько камер, которые изолированы друг от друга. Техника отдельных камер делит выхлопные газы на несколько частичных потоков, тем самым сокращая звуковые волны каждого из потоков. Этот принцип работы называется эффект интерференции. В результате этого в глушителе образуется обратное давление, которое имеет непосредственное влияние на работу двигателя. Поэтому не рекомендуется открытие или снятие изоляционных материалов.

Сам глушитель заполнен звукоизоляционной базальтовой ватой или металлической стружкой. Раньше в качестве наполнителя использовали также асбестовую вату, но сегодня этот материал уже не используется.

Сегодня, в больших выхлопных системах, используется дополнительный глушитель. Делается это якобы потому, что для мощных автомобилей одного глушителя для поглощения его «рычания», не достаточно. Это не совсем так. Использование дополнительного глушителя не обязательно, так как каталитические нейтрализаторы в  современных автомобилях также поглощают звук, но дань моде заставляет автомобильные компании ставить второй глушитель, с которым автомобиль смориться более «драйвово».

Отдельные компоненты выхлопной системы связаны между собой трубами. Большое количество точек соединение привело к тому, что теперь выхлопная система производиться одним блоком. Негативным моментом такого подхода является тот факт, что при выходе из строя одного из компонентов, необходимо менять всю систему, но благодаря современным высококачественным износостойким  материалам, выхлопные системы чрезвычайно долговечны, и чтобы там что-то поломать следует хорошо постараться.

Выхлопная система автомобиля

Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 269

На первый взгляд, это одна из самых незаметных и не доставляющая особых хлопот система автомобиля. Для понимания ее роли и значения, лучше всего вспомнить кадры кинохроники, показывающие первые автомобили – грохочущие, испускающие клубы дыма, медленно передвигающиеся устройства. И сравнить их с современными, тихими, динамичными и экологически безопасными машинами. Часть, и немалую, такого преобразования обеспечила выхлопная система.

Назначение и общее описание выхлопной системы

Суть явлений, происходящих внутри ДВС, можно кратко охарактеризовать одним словом – взрыв. Все это сопровождается сопутствующими эффектами – звуковой волной и продуктами сгорания. Вот для минимизации подобных вторичных явлений работы ДВС и служит выхлопная система автомобиля. По сути дела, она решает следующие задачи:

• вывод продуктов горения из цилиндров двигателя;
• снижение шума от работы мотора;
• снижение в отработанных газах токсичных веществ;
• вывод за пределы автомобиля и исключение попадания в салон токсичных газов.

При всей своей внешней простоте система отвода выхлопных газов, установленная на автомобиле, является достаточно сложным устройством, а не просто набором труб и каких-то непонятного назначения цилиндров. Исторически получилось так, что первоначальной задачей выхлопной системы был отвод отработанных газов и снижение шума работы ДВС. Это оказалось реализовано введением в конструкцию автомашины нового специализированного устройства – глушителя.
По мере развития ДВС и самого автомобиля, ужесточения требований к автотранспорту (снижения уровня шума и загрязнения) на смену глушителю пришла целая система отвода выхлопных газов, в которую для успешного решения появляющихся задач вводились новые элементы.

Конструкция выхлопной системы

В общем виде устройство выхлопной системы, соответствующей, если можно сказать, среднему автомобилю, показано ниже на рисунке. Она названа так по одной причине – устройство выхлопной системы для различных автомашин может сильно различаться. Если для старых машин хватало обыкновенного глушителя, то в конструкции современного автомобиля появляется несколько новых, довольно специфических элементов.

Работа выхлопной системы производится таким образом: у ДВС в четвертом такте открывается выпускной клапан, и остатки продуктов горения, а также несгоревшие частицы топлива выводятся из цилиндра. Если двигатель многоцилиндровый, то используется специальное устройство – выпускной коллектор, объединяющие потоки газов из всех цилиндров в один. Приемная труба соединяет выпускной коллектор и катализатор.

Назначение последнего – преобразовать токсичные газы, поступающие из цилиндров ДВС, в относительно безвредные. У следующего элемента выхлопной системы – резонатора, назначение совсем другое. Он служит для уменьшения шумов и температуры выхлопных газов. Последним элементом, которым оснащена система отвода выхлопных газов, и наличие которого является обязательным, будет глушитель.

Вот так упрощенно выглядит схема удаления отработанных газов для обычного автомобиля. Однако в зависимости от марки машины, фирмы-производителя, возраста транспортного средства, конкретная конструкция может иметь отличия. Так, в состав системы могут входить два катализатора или может присутствовать такой элемент, как лямбда-зонд. Поэтому имеет смысл более подробно рассмотреть отдельные узлы системы и немного коснуться отдельных ее узлов.

Устройство катализатора

Это специальное устройство, служащее для снижения токсичных веществ в составе отработанных газов. Внутри катализатора, представляющего собой металлический корпус, находится керамический блок, внутри которого расположено множество тонких каналов, покрытых слоем платины с добавкой редких металлов – родия, иридия и палладия. Другая разновидность катализатора – ленточный металлический. Такая конструкция используется, чтобы площадь контакта металла и выхлопных газов была больше.

Внутри катализатора происходят следующие процессы – несгоревшие частицы (NO, CH, CO) при попадании на поверхность металлов, окисляются кислородом (дожигаются), который присутствует в составе выхлопных газов. В результате таких процессов, проходящих внутри катализатора, содержание в составе выбросов ДВС токсичных веществ приводится в соответствие с утвержденными нормами токсичности.
Стоимость катализатора благодаря использованию редких металлов достаточно высока, к тому же он при использовании некачественного бензина быстро забивается, что приводит к падению мощности мотора.

Устройство пламегасителя

Во многих случаях, когда не предъявляются такие высокие требования к составу отработанных газов, например, у нас в стране, практикуют использование пламегасителя вместо катализатора, что оказывается значительно дешевле. По сути дела, это своеобразная конструкция резонатора, назначение пламегасителя – первичная разбивка потока газов из цилиндров, а также уменьшение их энергии и температуры. Надо отдавать себе отчет, что он не сможет выполнить окисление несгоревшего топлива и не снизит в отработанных газах содержание токсичных веществ. Однако при этом он значительно дешевле катализатора и обеспечивает нормальную работу мотора.

Устройство пламегасителя само по себе достаточно простое – двойной корпус, выполненный из нержавеющей стали, выдерживающей воздействие очень высоких температур, и внутри отдельные камеры. Некоторые модели пламегасителя имеют в своем составе диффузорные рассекатели, которые повышают эффективность работы системы в целом.
Применение пламегасителя с наполнителем существенно облегчает работу резонатора. Одним из лучших вариантов может считаться установка пламегасителя с наполнителем из керамо-волокна. Он способен выдерживать температуры до тысячи трехсот градусов и обеспечивает продолжительный срок работы пламегасителя.

Глушитель

Существует два типа глушителя:

1. активные;
2. реактивные.

Независимо от вида глушителя его основное значение – уменьшение уровня шума. В активных шум снижается использованием звукопоглощающего материала. Недостатком подобного глушителя является закоксование внутренней начинки.

У реактивного глушителя используются специальные камеры, резонансные и расширительные. Они образуются благодаря системе перегородок внутри корпуса глушителя и изменяют направление движения отработанных газов, что обеспечивает снижение шума.
Однако не стоит забывать, что для глушителя характерно оказывать влияние на мощность двигателя, он ее уменьшает.
Для современных автомобилей обязательной является такая схема построения нейтрализации и отвода отработанных газов автомобиля, которая позволяет снизить их токсичность и обеспечить требуемый срок службы.
Мне нравится2Не нравится

Что еще стоит почитать

Устройство выхлопной системы автомобиля, виды неисправностей

Автор Master OffRoad На чтение 13 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано 19.01.2021

Назначение

Как известно, в двигателе при работе происходит воспламенение смеси. Это возгорание сопровождается характерным звуком. При взрыве образуется колоссальная толкательная энергия. Она настолько велика, что способна поднять поршень в верхнюю мёртвую точку. В последнем такте работы происходит выпуск газов. Они под давлением выходят в атмосферу. Но для чего же нужна система выхлопа? Она служит для гашения звуковых колебаний. Ведь без нее работа даже самого технологичного мотора была бы громкой и невыносимой. Таким образом, система выхлопа выполняет следующие функции: Вывод из цилиндров двигателя продуктов горения. Снижение уровня токсичности газов. Исключение попадания продуктов горения в салон автомобиля.

Конструкция системы выпуска

Система выпуска

Основной задачей системы выпуска является эффективный отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, снижение их токсичности и уровня шума. Зная, из чего состоит выхлопная система в автомобиле, вы сможете лучше понимать принципы ее работы и причины возможных неполадок. Устройство стандартной выхлопной системы зависит от вида используемого топлива, а также от применяемых экологических стандартов. Выхлопная система может состоять из следующих элементов:

• Выпускной коллектор — выполняет функцию отвода газов и охлаждения (продувки) цилиндров двигателя. Он выполняется из термостойких материалов, поскольку температура выхлопных газов в среднем варьируется от 700°С до 1000°С.
• Приемная труба — представляет собой трубу сложной формы с фланцами для крепления к коллектору или турбонагнетателю.
• Каталитический нейтрализатор (устанавливается в бензиновых двигателях экологического стандарта Евро-2 и выше) — устраняет из отработавших газов наиболее вредные компоненты CH, NOx, СО, преобразуя их в водяной пар, углекислый газ и азот.
• Пламегаситель — устанавливается в системах выпуска отработавших газов автомобилей вместо катализатора или сажевого фильтра (в качестве бюджетной замены). Он предназначен для снижения энергии и температуры потока газов, выходящих из выпускного коллектора. В отличие от катализатора, не снижает количество токсичных компонентов в отработавших газах, а лишь снижает нагрузку на глушители.
• Лямбда-зонд — служит для контроля уровня кислорода в составе отработавших газов. В системе может быть один или два кислородных датчика. На современных двигателях (рядных) с катализатором устанавливается 2 датчика.
• Сажевый фильтр (обязательная часть системы выхлопа дизельного двигателя) — удаляет сажу из выхлопных газов. Может совмещать в себе функции катализатора.
• Резонатор (предварительный глушитель) и основной глушитель — снижают уровень шума выхлопных газов.
• Трубопроводы — соединяют отдельные элементы выхлопной автомобильной системы в единую систему.

Состав выхлопных газов

Состав выхлопных газов автомобилей зависит от качества используемого топлива и типа двигателя. Но отличия будут только в процентном составе тех или иных веществ. Выхлопы автомобилей состоят как из вполне безвредных веществ, так и из достаточно токсичных.

Состав выхлопных газов

В большей части они состоят из таких газов, как азот, кислород, диоксид углерода и водяные пары. Эти вещества входят в состав атмосферного воздуха и не представляют никакой опасности для людей и окружающей среды. Объем каждой из вредных примесей в составе не превышает 1-2%, реже 5-10%. К опасным для здоровья можно отнести следующие компоненты:

• Оксид углерода.
• Альдегиды.
• Углеводороды.
• Диоксид серы.
• Сажа
• Бензапирен.

Компонент	Объемная доля в бензиновом двигателе, %	Объемная доля в дизельном двигателе, %	Токсичность
Азот	74–77	76–78	нетоксичен
Кислород	0,3–8	2–18	нетоксичен
Водяной пар	3–5,5	0,5–4	нетоксичен
Диоксид углерода	5–12	1–10	нетоксичен
Оксид углерода	0,1–10	0,01–5	токсичен
Углеводороды	0,2–3	0,009–0,5	токсичны
Альдегиды	0–2	0,001–0,009	токсичны
Диоксид серы	0–0,002	0–0,03	токсичен
Сажа, г/м3	0–0,04	0,1–1,1	токсична
Бензапирен, г/м3	0,01–0,02	0–0,01	токсичен

Принцип работы выхлопной системы

Современная автомобильная выхлопная система состоит из нескольких частей, в отличие от первых устройств, имеющих вид механического клапана, который принудительно открывался водителем автомобиля вручную. Все элементы выхлопной системы, которые соединяются между собой с помощью крепёжных болтов через расположенные на их концах фланцы, предназначены для:

• отвода из камеры сгорания двигателя выхлопных газов и прочих не сгоревших остатков топливной смеси;
• уменьшения выделяемого мотором во время работы шума;
• уменьшения количества токсичных веществ находящихся в выхлопе автомобиля;
• предотвращения попадания в салон транспортного средства токсичных газов.

Устройство выхлопной системы автомобиля обладает довольно простым принципом работы, которая подразумевает отвод отработанных газов из камеры сгорания, проводя их через трубы к задней части транспортного средства, понижая при этом, за счёт герметичности всей конструкции и соединений через фланцы с термоустойчивыми уплотнителями, выделяемый мотором шум.

Уменьшение количества токсичных веществ в выхлопных газах достигается за счёт применения в конструкции выхлопной системы каталитических нейтрализаторов (катализаторов), работоспособность которых контролирует специальный датчик, называемый лямбда-зонд. В современных дизельных автомобилях, для повышения показателя экологичности выхлопа, производители используют сажевый фильтр, которым также оснащается выхлопная система дизеля.

В конструкции дизельного мотора, а также современного бензинового агрегата, довольно часто используется турбонагнетатель, который использует для подачи в камеру сгорания воздушную смесь из кислорода и отработавших газов, забираемых из выпускного коллектора. Количество попадающих в турбину выхлопных газов, регулирует датчик, расположенный на корпусе выпускного коллектора.

Коллектор

Приемная труба является промежуточным звеном между двигателем машины и нейтрализатором (катализатором). Коллектор отвечает за вывод газов. Так как в этом случае идет очень сильная механическая и температурная нагрузка, которая может доходить до 1000 градусов, то к этой части глушителя предъявляются довольно строгие требования. Поэтому при изготовлении приемной трубы используют только самые лучшие сплавы чугуна и стали.

Также на этой детали иногда устанавливают вибро-компенсатор (гофру), благодаря которому вибрация двигателя гасится и не переходит дальше по выхлопной системе.

Устройство катализатора

Это специальное устройство, служащее для снижения токсичных веществ в составе отработанных газов. Внутри катализатора, представляющего собой металлический корпус, находится керамический блок, внутри которого расположено множество тонких каналов, покрытых слоем платины с добавкой редких металлов – родия, иридия и палладия. Другая разновидность катализатора – ленточный металлический. Такая конструкция используется, чтобы площадь контакта металла и выхлопных газов была больше.

Внутри катализатора происходят следующие процессы – несгоревшие частицы (NO, CH, CO) при попадании на поверхность металлов, окисляются кислородом (дожигаются), который присутствует в составе выхлопных газов. В результате таких процессов, проходящих внутри катализатора, содержание в составе выбросов ДВС токсичных веществ приводится в соответствие с утвержденными нормами токсичности.
Стоимость катализатора благодаря использованию редких металлов достаточно высока, к тому же он при использовании некачественного бензина быстро забивается, что приводит к падению мощности мотора.

Устройство пламегасителя

Во многих случаях, когда не предъявляются такие высокие требования к составу отработанных газов, например, у нас в стране, практикуют использование пламегасителя вместо катализатора, что оказывается значительно дешевле. По сути дела, это своеобразная конструкция резонатора, назначение пламегасителя – первичная разбивка потока газов из цилиндров, а также уменьшение их энергии и температуры. Надо отдавать себе отчет, что он не сможет выполнить окисление несгоревшего топлива и не снизит в отработанных газах содержание токсичных веществ. Однако при этом он значительно дешевле катализатора и обеспечивает нормальную работу мотора.

Устройство пламегасителя само по себе достаточно простое – двойной корпус, выполненный из нержавеющей стали, выдерживающей воздействие очень высоких температур, и внутри отдельные камеры. Некоторые модели пламегасителя имеют в своем составе диффузорные рассекатели, которые повышают эффективность работы системы в целом.
Применение пламегасителя с наполнителем существенно облегчает работу резонатора. Одним из лучших вариантов может считаться установка пламегасителя с наполнителем из керамо-волокна. Он способен выдерживать температуры до тысячи трехсот градусов и обеспечивает продолжительный срок работы пламегасителя.

Сажевый фильтр

Если рассматривать устройство выхлопной системы дизельного двигателя, стоит отметить и этот элемент. Он является дополнением к каталитическому нейтрализатору. В основе фильтра лежит матрица, изготовленная из карбида кремния. Она имеет ячеистую структуру и обладает каналами малого сечения. Последние попеременно закрыты с одной и другой стороны. Боковая часть элемента играет роль фильтра и обладает пористой структурой.

До недавнего времени ячейки матрицы имели квадратную форму. Сейчас производители используют 8-угольные ячейки. Так производится лучший захват сажи и оседание ее на стенках фильтра.

Как работает данный элемент? Сажевый фильтр действует в несколько этапов. На первом происходит фильтрация сажи. Газы попадают в элемент, и вредные вещества оседают на стенках. Второй этап – это регенерация. Она может быть:

• Пассивной.
• Активной.

В первом случае вредные газы очищаются, проходя через керамический элемент. Во втором добавляется специальная жидкость – AdBlue. Обычно такая система используется на грузовиках. Она позволяет снизить токсичность выхлопов на 90 процентов. В машине имеется отдельный бак для этой жидкости, и система после поступления соответствующего сигнала впрыскивает часть AdBlue в катализатор. Так, из трубы выходит практически чистый выхлоп, содержащий безвредный для атмосферы водород.

Глушитель

Существует два типа глушителя:

1. активные;
2. реактивные.

Независимо от вида глушителя его основное значение – уменьшение уровня шума. В активных шум снижается использованием звукопоглощающего материала. Недостатком подобного глушителя является закоксование внутренней начинки.

У реактивного глушителя используются специальные камеры, резонансные и расширительные. Они образуются благодаря системе перегородок внутри корпуса глушителя и изменяют направление движения отработанных газов, что обеспечивает снижение шума.
Однако не стоит забывать, что для глушителя характерно оказывать влияние на мощность двигателя, он ее уменьшает.
Для современных автомобилей обязательной является такая схема построения нейтрализации и отвода отработанных газов автомобиля, которая позволяет снизить их токсичность и обеспечить требуемый срок службы.

О гофре

Система выхлопа (прямоточная в том числе) может иметь в составе и гофру. Она является дополнительным демпфирующим элементом. Благодаря ей снижается нагрузка на остальные детали системы выхлопа. Звук выхода газов становится тише. Но стоит отметить, что гофра в системе выхлопа – самый низкорасположенный элемент. Ввиду этого, владельцы часто повреждают его.

Ремонту гофра не подлежит. Ее меняют либо вваривают кусок новой трубы на ее место. Как показывает практика, уровень шума практически не увеличивается после такого ремонта. Главное – достичь максимальной герметичности в уплотнительных элементах. Ведь прогоревшая прокладка может стать серьезной причиной ухудшения ходовых характеристик автомобиля.

Система выпуска отработавших газов и уход за ней

Признаки неисправной выхлопной системы:

1. если во время движения авто его сопровождает громкий рев;
2. увеличивается резко расход топлива автомобиля;
3. проявляется нестабильная работа автомобиля;
4. происходит постоянная потеря мощности;
5. на всех деталях образуется копоть;
6. система охлаждения авто перестает из-за увеличенной температуры сгорания топлива справляться с охлаждением.

Все перечисленные признаки подтверждают, что система выпуска отработавших газов неисправна. В результате чего происходит процесс превышения предельных показаний величины противодавления. Поэтому вашей машине необходим ремонт выхлопной системы.

Наиболее часто эти последствия являются причиной механического повреждения составных частей. На стабильную работу авто может сказать нарушение или несоответствие диаметра выхлопной трубы рекомендованному изготовителем.

Противодавление выхлопной системы авто может быть результатом того, что газопровод выполнен с множеством резких перегибов, или же он был сварен из отдельных сегментов (каждый сварной шов дает больше сопротивления).

Автовладельцам не стоит забывать так и о том, что ржавчина негативно влияет на металлические детали авто.

Чтобы избежать коррозии необходимо знать устройство выхлопной системы своего авто. Из какого металла она состоит, ржавеющего или нержавеющего. Не стоит допускать, чтобы в систему отводящих газов попадала вода, особенно в резонатор и глушитель. Иначе здесь начнет скапливаться конденсат и различные химические активные соединения, реагенты и соли. Следует избегать резких перепадов температур, особенно опасно, когда эти перепады возникают часто.

Своевременная профилактика и ремонт выхлопной системы помогут сэкономить ваши нервы и финансы. При малейших подозрениях на неисправность системы незамедлительно обращайтесь на СТО.

А вот видео, в котором демонстрируется как при помощи тюнинга выхлопной системы можно добиться увеличения мощности двигателя автомобиля из Германии Porsche на 15%:

Ремонт глушителя автомобиля

Как правило ремонт глушителя автомобиля хендай санта фе или любого другого авто сводится к заварке прогнивших дыр в основном глушителе, переваривать внутренние части как правило берутся только лютые энтузиасты. Да и смысла переварки внутренностей на старом глушителе как такового и нет. Потому как метал уже от звука и температур устал и стал так сказать сыпучим и трухлявым, потому проще купить новый глушитель. Но, а там каждый смотрит, конечно, по своим финансовым возможностям и настроению души.

Вот еще одно фото схема глушителя автомобиля так сказать для полноты понимания, тут хорошо видны два типа глушителя обычный глушитель и прямоточный глушитель, как вы понимаете в прямоточном из за его устройства звук будет намного громче, так как в нем отсутствуют гасительные камеры для звука

Что будет, если снять глушитель с машины

Некоторые владельцы транспорта считают, что преобразователь звука снижает мощность работы двигателя. Мнение основано на том, что гоночные машины не оборудованы шумопоглощающими фильтрами.

Строение глушителя автомобиля – это сложная система, где все детали тщательно подобраны. Если исключить из схемы одно звено, это неизбежно отразится на характеристиках агрегата. Сверхскоростные модели для автоспорта проходят тщательный контроль. Система вывода газов обладает повышенной герметичностью и разработана согласно стандартам безопасности.

Самостоятельный демонтаж глушителя приведет к повышенной нагрузке на двигатель. В итоге появится вибрация кузова, возрастет уровень шума, а в салоне может ощущаться неприятный запах. Существует риск отравления выхлопными газами. И не факт, что автомобиль без фильтра поедет быстрее.

Если глушитель автомобиля работает с перебоями, систему необходимо ремонтировать. Для замены оборудования лучше обратиться в сервис по обслуживанию транспорта. От исправности каждой детали зависит безопасность окружающих.

Как еще можно снизить уровень шума глушителя

Также для снижения шума можно установить зеркальный глушитель. Такие модели работают по такому же принципу, как и акустические зеркала. Чаще всего зеркальные глушители можно встретить в выхлопных системах двухтактных моторов мотоциклов и скутеров. Устройство глушителя в этом случае представляет собой выпускное колено и резонаторную банку, в которой отработанные газы «утихомириваются». При этом уровень сопротивления будет значительно ниже, а на мощность двигателя не будет расходоваться. Однако стоит учитывать, что из-за зеркального эффекта температура выхлопной трубы будет повышаться.

Подобный принцип используется в системах автомобилей Нива и многих других.

Помимо этого существуют поглотительные и ограничительные глушители, которые также понижают шум.

Заключение

Итак, мы рассмотрели устройство системы выхлопа и основные ее неисправности. Напоследок дадим небольшой совет. При удалении сажевого фильтра либо каталитического нейтрализатора стоит озаботиться удалением кислородного датчика. Если этого не сделать, мотор будет «переливать» — возрастет расход топлива и загорится ошибка на панели приборов. После удаления катализатора (его меняют на пламегаситель) заливают новую прошивку в ЭБУ. А на место датчика устанавливают заглушку.

Источники

• https://seite1.ru/zapchasti/vyxlopnaya-sistema-opisaniefotonaznachenietyuning/.html
• https://bezotxodov.ru/jekologija/vyhlopnye-gazy
• https://SwapMotor.ru/vyhlopnaya-sistema/ustroystvo-i-princip-raboty.html
• https://avto-moto-shtuchki.ru/avtotekhnika/130-ustrojstvo-glushitelja-avtomobilja-v-razreze.html
• https://ZnanieAvto.ru/gazy/vyxlopnaya-sistema-avtomobilya.html
• https://FB.ru/article/322813/sistema-vyihlopa-avtomobilya-ustroystvo-printsip-rabotyi-remont
• https://avto-all.com/avtolyubitelyam-na-zametku/vyihlopnaya-sistema-avtomobilya-pozvolyaet-izbavitsya-ot-vyihlopnyih-gazov
• https://AvtoKart.ru/diagnostika-i-remont/sistema-glushitelya.html
• https://avtoshark.com/article/repairs/engine-repairs/glushitel-avtomobilya-ustrojstvo-printsip-raboty-vidy/

Прямоточная выхлопная система — изучаем все преимущества и недостатки

Выхлопная система – это система, основное предназначение которой заключается в выпуске отработанных газов. В свою конструкцию включает каталитический конвертер, выпускной коллектор, а также глушитель.Вообще, если разобраться, то весь принцип по которому работает выхлопная система является очень простым. Даже новичок сможет разобраться в овладении знаниями об этой системе. Самое главное, как в общем-то и всегда – это смысл и сущность выбранного устройства. В данном случае конечной целью данного устройства является очищение камеры сгорания от газов.

При открытии выпускного клапана во впускной коллектор начинает понемногу поступать масса все тех же отработанных газов. Если же двигатель транспортного средства является дизельным, то все части, которые уже были отработаны сначала активизируют крыльчатку турбокомпрессора, а уже после этого направляются непосредственно в саму трубу. Если же двигатель – бензинный, то после прохождения коллектора газы сразу же перемещаются в трубу приема, после чего следуют далее по своей схеме строения на выходные позиции.

1. Что такое прямоточная выхлопная система?

После того как в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания было воспламенено топливо, непосредственно в камере его сгорания остаются отработанные газы. Именно выхлопная система и призвана удалить эти газы. Данная процедура делается для того, чтобы освободить место под очередную новую порцию горючего. Производится этот процесс посредством того, что газы выдавливаются с помощью двигающегося поршня, через специальный клапан, который располагается на окончании цилиндра. Тем не менее не является позитивным моментом то, что с другой стороны может располагаться разреженная среда. Именно для избегания данной проблемы существует установочная прямоточная выхлопная система.

И все же, для чего необходима эта разреженность? Ответ на данный вопрос является простым и кратким: именно с помощью данного фактора все оставшиеся газы намного быстрее покидают цилиндр посредством вытягивания из него. Вследствие этого процесса вся камера очищается значительно лучше, а также происходит подготовка для следующего приема топлива.

Теперь может возникнуть другой вопрос: откуда же берется эта разреженная среда? В данном случае действует закон инерции газовых веществ. После того как в трубе (выхлопе) было повышено давление возникает определенный разреженный фронт.

Таким образом, если в самой выхлопной трубе находятся определенные изгибы или другие ненужные элементы, которые способствуют препятствию для свободного выхода газов, последние намного хуже могут покидать цилиндр, вследствие чего падает коэффициент его наполнения. Это означает, что общая мощность двигателя также уменьшается. В трубе прямоточной существует полное отсутствие преград, которые могли бы запечатывать выходящий газ. Помимо этого, общий диаметр всей системы довольно часто увеличивается автолюбителями. Делается это для того, чтобы повысить уровень прохождения газов. К стандартизированной конструкции входят такие элементы: коллектор, который может заменяться приемная трубой, которая, в свою очередь, может быть разветвлённой по отношению к числу цилиндров.

Также, на многих моделях устанавливается катализатор, в котором, собственно, и происходит тотальная очистка выхлопа. После него следует резонатор, который способствует уменьшению скорости выхлопа. Также, в данном устройстве происходит первичное уменьшение звука. Затем через определенный промежуток трубы вся выхлопная система заканчивается глушителем. Именно данный агрегат может усовершенствоваться с помощью датчика. Помимо этого, довольно часто встречается в такого рода системе сажевый фильтр.

2. Зачем нужна спортивная выхлопная система?

В обычной стоковой заводской конструкции существует множество элементов, которые препятствуют естественному и свободному выплеску отобранных газов. Именно в результате данной проблемы могут возникать различного рода затруднения в компрессии цилиндров. Важно знать, что в прямоточной конструкции напрочь отсутствует бумажный сажевый фильтр, а сам резонатор зачастую установлен с уменьшенным сопротивлением. Тем не менее, проблему можно исправить. Если же такого рода стандартная система имеется в арсенале автолюбителя, то первоначальной замене подлежит выпускной коллектор.

Вся схема данного устройства напрямую зависит от длинны. Соответственно, у короткого устройства схема будет двухъярусной, а у длинного – трехъярусной. Первая спортивная выхлопная система лучше всего подходила для форсированных автомобилей. Это все потому, что она способствует добавлению мощности для двигателей, обороты в минуту которых выше чем 6000. Вторая выхлопная система предназначена для автомобилей городского типа. Важно учесть, что любое даже мизерное изменение в конструкции всей выхлопной трубы приводит к потребности в регулировании всей системы питания двигателя.

Теперь, касательно резонатора. Для того, чтобы выжать максимум производительности из своих цилиндров установку резонатора необходимо производить там, где после своего апогея давления выхлопа скоро падает. В этом месте отражатель может продлевать скорость выхлопа, таким образом увеличивая продувку камер сгорания, после чего значительно увеличатся обороты всего двигателя. При этом глушитель нужно устанавливать на максимально дальней дистанции от резонатора. Это нужно для того, чтобы избежать влияние на разреженность среды в самой системе выхлопа.

Если разобраться, то «банка» оконечной части в стоковой конструкции нужна лишь для того, чтобы снизить звук от выходящих газов до пониженных 100 децибел. Тем не менее, если же произвести замену глушителя, который способствует увеличению лошадиных сил двигателя, то шум также значительно увеличится и будет превышать 100 децибел, что в городской езде не всегда дозволено.

3. Герметик для выхлопной системы как способ продлить ее службу.

Автомобиль не вечен. Именно поэтому большинство деталей данного транспортного средства рано или поздно прекращают свою работу. Дольше всех служат самые надежные части: кузов, подвески, которые время от времени и подвергаются воздействиям и ударам от агрессивных сред. Но, продолжительность их жизни гарантирована при должном техобслуживании. Другие детали автомобиля значительно чаще выходят из строя: тормозные колодки, которые изнашиваются от трения, шестерни коробки передач, которые не выдерживают необходимых для водителя нагрузок. Так от чего же может выйти из строя система выхлопа автомобиля?

Вне всякого сомнения мысль о том, что выхлопная система подвергается ударам и разным негативным воздействиям. Так, удары могут происходить из-за камней, которые вылетают из-под колес, а воздействие происходит из-за химической коррозии, которая возникает в газовой среде вследствие очень высоких температур. Важно знать, что коллектор нагревается аж до 1300 градусов. Именно поэтому данное устройство делается из очень жаростойкого чугуна. Сама труба, которая присоединяется к коллектору, часто выдерживает температуры до 1100 градусов, а сам катализатор может нагреваться до 1050 градусов.

В этом отношении состояние резонатора немного легче, так как он поддается воздействию температур в диапазоне от 650 до 950 градусов. Условия, в которых происходит работа глушителя являются еще менее критичными – 350 градусов. Но, необходимо запомнить, что все данные процедуры происходят внутри. Снаружи уже сами температуры на порядок ниже, хотя и на небольшой порядок. Впрочем, если добавить ко всем температурам запредельным еще и непосредственное воздействие на плюминизированную и нержавеющую сталь хлоридов и щелочей, при помощи которых в современном мире ведется война с гололедами, срок службы такого устройства можно довольно сильно сократить, даже до непозволительного минимума. Зачастую это 4-5 лет. Тем не менее есть такие детали, которые служат и не больше года.

При всем этом максимальные уровни нагрузки припадают на места соединений. Особенно это выражается тогда, когда части совмещения сделаны из разных материалов. Для того, чтобы избежать разных утечек и протечек газов выхлопа в такого рода местах, нужно использовать особый герметик для системы выхлопа, который способен выдерживать до 1100 градусов. При нагревании он отвердевает, а состав вследствие этого обладает газонепроницаемостью и становится устойчивым к различным химическим воздействиям. Для того, чтобы произвести такого рода ремонт можно использовать пасты и бандажи, которые имеют разный уровень термостойкости. Если разобраться, то такой ремонт можно проделать за двадцать минут, тем не менее это не будет означать, что надежность определенного узла или трубы останется прежней.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Выхлопные системы: назначение, расположение, принцип работы

Всем известно, что основная цель выхлопной системы — выводить загрязненные газы из вашего автомобиля. Но хотя это звучит очень просто, сам процесс намного сложнее. Так что, если вам интересно, что именно делает выхлопная система и как она это делает, продолжайте читать! Вы можете узнать все, что нужно знать о выхлопных системах, в режиме онлайн, а благодаря развитию и быстрому росту продаж в Интернете вы можете пойти дальше и купить выхлопные системы в Интернете .

Система выхлопных газов предназначена для снижения токсичных выбросов, производимых вашим автомобилем. Он отводит все вредные газы от водителя и пассажиров и снижает выбросы, которые ваш автомобиль выбрасывает в окружающую среду, помогая поддерживать чистоту воздуха. Дополнительным преимуществом выхлопной системы является то, что она значительно снижает уровень шума, производимого вашим автомобилем. Выхлоп, который содержится в хорошем рабочем состоянии, поможет вам уменьшить количество вредных газов и сохранить приятный звук вашего автомобиля во время движения.

Часть выхлопной системы, которую вы видите, — это выхлопная труба под задней частью вашего автомобиля. Однако вся выхлопная система намного больше и сложнее, чем просто она — она ​​проходит от двигателя вдоль днища вашего автомобиля до выхлопной трубы.

Выхлоп работает так: когда ваш автомобиль начинает выделять дым, коллекторы (которые являются частью системы, подключенной к двигателю) собирают газы в систему. Тогда каталитический нейтрализатор вашего автомобиля (также известный как кот) берет на себя ответственность.Он забирает газы в системе, анализирует их и превращает в менее вредные или вообще не вредные. Поскольку все эти процессы довольно шумные, глушитель помогает их снизить. То, что осталось от выхлопных газов, выходит из вашего автомобиля через выхлопную трубу.

Первое, что люди замечают при неисправности своей выхлопной системы, — это уровень шума, производимого их автомобилем. Звуки, которые ваша машина издает, когда выхлопная система не в рабочем состоянии, неприятны. Еще один признак — широкое использование газа, что делает ваш двигатель очень неэффективным.Как только вы заметите одну из этих проблем, обязательно загляните в ремонтную мастерскую. Если вы откладываете устранение этих проблем, они могут привести к еще большему повреждению вашего автомобиля, что, в свою очередь, приведет к более дорогостоящему ремонту.

Performance Конструкция и теория выхлопной системы

Высокопроизводительная выхлопная система является отличительным элементом любого транспортного средства внутреннего сгорания. Определение акустического профиля и влияние на диапазон мощности — конструкция выхлопа — это более динамичная наука, чем соединение нескольких труб и установка глушителей.Выхлопная система автомобиля — одна из наиболее часто изменяемых областей, когда редуктор управляет их поездкой.

Мы все ищем тот правильный звук, который заявляет о себе как о боевой песне для наших предпочтительных автомобильных демографических групп, а тем, кто стремится к максимальной производительности, требуется настроенная длина и форма для достижения желаемой мощности.

Существует множество неправильных представлений о том, как настраиваются выхлопные системы и что на самом деле означают такие термины, как противодавление и продувка, для производительности.Надеюсь, с этим справочником вы сможете лучше понять, что нужно вашей конкретной выхлопной системе и как добраться до этой цели.

Давайте разберемся

Выхлопная система стоит больше, чем сумма ее частей, и каждый компонент должен быть адаптирован для работы со следующей деталью и т. Д. Начиная с головки блока цилиндров — мы обычно не думаем о фактическом выпускном отверстии в головке как о части выхлопной системы — но, тем не менее, именно здесь все начинается.Небольшое понимание конструкции впускных отверстий ГБЦ и выпускных направляющих поможет визуализировать, что происходит после того, как сгоревшие газы покидают двигатель.

Бегуны

предназначены для обеспечения неограниченного потока при одновременной поддержке высоких скоростей. Это причина, по которой перенос должен выполняться с осторожностью, чтобы не нарушить динамику инженерной гидродинамики головки. Когда выпускной клапан открывается, расширяющиеся горячие газы устремляются из выпускного отверстия за счет хода поршня вверх. В OEM-приложениях это обычно означает сбрасывание группы цилиндров в выпускной коллектор.

Коллекторы

OEM не оптимизированы для расхода.

Выпускные коллекторы обычно являются первой линией разочарования, когда дело доходит до направления выпуска. Поскольку литая конструкция была разработана для упрощения производства, они обычно тяжелые и не обеспечивают желательного смешивания импульсов выхлопа. Хотя некоторые производители улучшили коллекторы разной длины, от них часто отказываются в пользу решений для вторичного рынка.

Самым распространенным из них является «коллектор» — термин «коллекторы» на самом деле относится к первым трубчатым выпускным коллекторам, которые позволяют отводить выхлопные газы из двигателя.Эти трубы известны в выхлопной промышленности как первичные, потому что за ними обычно следуют последующие трубы различного размера.

Типовой ряд длинных трубок с коллекторами, сформированными из четырех в один.

Первичные элементы имеют разную длину и разную конфигурацию для достижения различных желаемых эффектов, что в конечном итоге приводит к вторичным трубам, которые представляют собой трубки с увеличенным внутренним диаметром, так что они образуют скользящее соединение по внешнему диаметру первичного элемента. В ступенчатых коллекторах могут использоваться трубки разных размеров — до четырех или пяти между первичной частью и коллектором.Теория этой конструкции заключается в создании прогрессивной скорости выхлопа для оптимизации продувки вблизи цилиндра, предотвращая при этом ограничение на выходе. После того, как отдельные отрезки трубы проходят свой путь через моторный отсек, они часто соединяются вместе — это сборное соединение, известное как коллектор.

После коллекторов используется идеально прямой отрезок НКТ для обеспечения некоторой стабилизации вновь смешанных вихревых газов перед тем, как они попадут в глушитель. Гамбит типов глушителей, теорий и итераций продолжается до тех пор, пока вы не доберетесь до дома после неудачного теста на шумовое загрязнение на треке.Мы рассмотрим основные конкурирующие разработки и рассмотрим достоинства и недостатки каждого.

Размер имеет значение

Одна из первых проблем при создании или покупке высокопроизводительного выхлопа — это размер. Длина и диаметр трубы напрямую влияют на то, как конечная система влияет на двигатель и выхлоп, так как во всех гоночных приложениях форма должна следовать за функцией — и получать информацию от нее. Мы проконсультировались с Винсом Романом из Burns Stainless, властями по компонентам выхлопной системы для высококачественных приложений.Они дали нам некоторое представление о том, как размер и дизайн выхлопных газов могут повлиять на производительность.

Настройка выхлопной системы для конкретного применения — это индивидуальная задача. Рабочий объем, размер выпускного клапана, система впуска, профиль кулачка, конструкция выпускного отверстия и диапазон оборотов — все это факторы, влияющие на принятие решения о том, какую форму должна принимать выпускная система. Общие эмпирические правила легко усвоить, но при их правильном применении все становится непросто.

Трубка меньшего диаметра будет способствовать высокой скорости и высокой продувке, что приводит к хорошему отклику дроссельной заслонки и мощности от низких до средних.По мере увеличения диаметра трубы скорость может упасть в зависимости от конфигурации двигателя, но поток при работе на высоких оборотах улучшится, что означает высокое значение пиковой мощности. Площадь поперечного сечения трубки играет важную роль в продувке.

«Когда у вас есть выхлопной коллектор, у которого нет коллектора, эта волна продувки ударяется о конец трубы и возвращается, и это важное соотношение вступает в силу. Чем больше соотношение площадей, тем сильнее вакуумная волна. Когда у вас одна труба, соотношение площадей на конце трубы бесконечно, потому что вы открываете ее в атмосферу », — проиллюстрировал Роман.

Онлайн-калькуляторы для настройки выхлопа могут предложить приблизительный размер, но могут не учитывать конкретное приложение. Любезно предоставлено Speed-Wiz.

«Когда вы стреляете той же самой трубкой в ​​коллектор, отношение площадей становится конечным числом, и мы уменьшаем силу этой волны. Это звучит нелогично, но при настроенной длине эта волна будет достаточно сильной, но когда вы выходите из строя, мы ослабляем эту волну так, чтобы это не повлияло на производительность », — продолжил он.

Длина первичных трубок может иметь такое же значение, как и диаметр трубок.Подумайте о тромбоне и о том, как изменяется высота ноты при увеличении или приближении слайда. Более длинная основная трубка будет иметь характеристики, аналогичные характеристикам малого диаметра, а короткая трубка будет похожа на трубку большого диаметра. .

«Когда выпускной клапан открывается, возникает волна давления, которая начинает двигаться вниз по трубе, когда она достигает конца трубы, она обращается вспять как волна вакуума, возвращается и ударяет по цилиндру. Вы хотите, чтобы эта волна ударила точно по закрытию выпускного отверстия. Это помогает нам вывести остатки из цилиндра, и впускное отверстие начнет заполняться », — пояснил Роман.

Обычно размер первой длины первичной обмотки должен быть настолько близок к диаметру выпускного клапана, насколько это возможно. Таким образом, не происходит резкого падения скорости из-за увеличения объема от отверстия головки к выхлопной трубе — после длины, по крайней мере, одного фута, обычно начинают увеличивать диаметр. В случае применения с несколькими клапанами необходимо создать золотую середину, чтобы приспособиться к потоку.

Сначала немного теории: противодавление и продувка

Колебания давления от положительного до отрицательного легко заметны на протяжении всего цикла двигателя.График любезно предоставлен Grumpyvette.

Термин «противодавление» — это, несомненно, наиболее часто употребляемая фраза, чтобы проиллюстрировать важность уборки мусора. Очистка — это эффект, создаваемый использованием инерционной энергии импульса высокоскоростного выхлопного газа. Принцип Бернулли был первым, кто идентифицировал это явление, и он применялся ко всему — от мячей для гольфа до самолетов.

Высокоскоростной импульс выхлопных газов уносит с собой энергию; по мере того, как импульс движется в пространстве, он вытесняет за собой следующий объем.Это создает зону низкого давления, подобную слабому вакууму. Представьте себе, когда вы катитесь по автостраде, гигантский полуприцеп проезжает мимо вас намного быстрее — по мере того, как грузовик приближается сзади, вас выталкивает за пределы полосы движения носовая волна сжатого воздуха, которую создает грузовик. грузовик, наконец, проезжает, наблюдается противоположный эффект — ваш автомобиль втягивается в зону низкого давления, тянущуюся за буровой. Тот же принцип используется во многих видах автоспорта.

Струя воздушно-топливной смеси устремляется в цилиндр, как только впускной клапан начинает открываться, в то время как выхлопные газы все еще выходят наружу. Фото любезно предоставлено Muscle Car DIY.

Эффект продувки достигается за счет использования выхлопной системы и коллектора подходящего размера. При правильном выполнении в освободившемся цилиндре остается зона низкого давления, готовая к поступающей заправке. Когда впускной клапан открывается, воздушно-топливная смесь может втиснуться, даже до того, как поршень начнет двигаться к нижней мертвой точке (НМТ) — это создает очень мягкий эффект принудительной индукции и, в конечном итоге, увеличивает мощность и крутящий момент.

Для создания наиболее агрессивного эффекта продувки требуется тонкий баланс, который в значительной степени обусловлен разделением кулачков распределительного вала (обычно более узкий означает больше, потому что увеличенное перекрытие клапанов оставляет выпускной клапан слегка открытым, создавая этот вакуум, в то время как впускной клапан одновременно открыт), и выпуск калибровка.

Цель состоит в том, чтобы генерировать максимально возможные скорости выхлопных газов при сохранении максимально возможного потока — эти два приоритета противоположны друг другу, когда дело доходит до размера труб, поэтому нахождение точки соприкосновения — это вопрос изучения приоритетов.

Карта кулачка показывает нам, где происходит перекрытие клапанов, и облегчается продувка. График любезно предоставлен Grumpyvette.

Противодавление — это термин, который вводит многих в заблуждение, заставляя думать, что это полезная характеристика, что их двигатель каким-то образом нуждается в противодавлении для правильной работы. Недоразумение вступает в игру, поскольку мы стремимся увеличить скорость выхлопных газов за счет ограничения диаметра трубок — ограничение, т.е. противодавление может быть побочным продуктом или симптомом, но не является целью. Ограниченная выхлопная система — не что иное, как препятствие.В конце концов, двигатель — это всего лишь воздушный насос, чем больше воздуха и топлива мы сможем протолкнуть через него, тем больше мощности он будет производить.

Типы и характеристики коллекторов

Коллекторы

представляют собой смесительные камеры выхлопной системы, эта общая камера статического давления позволяет производителю двигателя извлечь выгоду из деликатного выбора распределительного вала, тактичного переноса головки и других параметров, предусмотренных для сборки. Коллекционеры проявляют себя во множестве вариаций и технологий изготовления. Два основных типа образуются и сливаются.

Формованные коллекторы проще и дешевле производить.

Формованные коллекторы чаще встречаются в бюджетных системах и состоят из куска гидроформованного листового металла, предназначенного для размещения концевых концов первичных элементов. Коллекторы слияния изготавливаются из колен труб, фрезерованных под двумя углами для создания шва, по которому они могут быть соединены в две, три, четыре, пять, шесть или восемь вариантов трубок.

Идея коллектора состоит в том, чтобы позволить одному цилиндру использовать скорость выхлопных газов соседнего цилиндра.В отличие от зум-моделей, где каждая выхлопная труба независима, собранный выхлоп имеет явные преимущества и различия в звуке. В правильно спроектированной выхлопной системе первичные трубы синхронизируются в коллекторе, чтобы ориентировать порядок зажигания по круговой схеме. Последовательность импульсов создает эффект завихрения, который дополнительно улучшает очистку.

Коллекторы слияния трудоемки в изготовлении.

Наиболее распространенные схемы расположения коллекторов обычно обозначаются как четыре в один и три-Y.Эти компоновки, которые чаще всего используются в четырех- и восьмицилиндровых двигателях, обладают совершенно разными характеристиками. Вы можете услышать, как мощность двигателя описывается как пиковая, экспоненциальная или линейная и плоская — на эти характеристики влияет выбор коллектора. Чтобы визуализировать разницу, запомните концепцию вакуумного сигнала.

«Угол слияния коллекторов — это нечто особенное, наш стандартный коллектор составляет 15 градусов — мы обнаружили в ходе наших исследований и испытаний, что любой угол слияния от 7 до 15 градусов дает примерно такую ​​же производительность.Менее семи градусов, коллекторы становятся слишком длинными, вы получаете потери сопротивления, круче 15 градусов, и вы начинаете слишком сильно поворачивать поток », — заключил Роман.

Выхлопные первичные обмотки расположены в последовательном порядке включения вокруг коллектора, так что один импульс усиливается предыдущим и так далее. Эта подача мощности может быть сродни двухтактному, когда двигатель нужно держать «на трубе» или в узком диапазоне мощности для эффективного управления.

Заголовки Tri-Y на драгстере.

В схеме тройного коллектора используются три простых коллектора типа «два в один», соединенных в пару к одному выходу. Поскольку эти коллекторы спарены, весь блок цилиндров не видит импульсные сигналы от других цилиндров одновременно — вместо этого импульсы очистки слабее, но отправляются чаще. Это обеспечивает более плоскую подачу мощности и, как правило, более низкую пиковую мощность, но более удобную подачу.

Выбор того, какое расположение коллектора лучше всего подходит для вашей комбинации двигателей, может сбить с толку и стать подвижной целью, когда дело доходит до настройки.

«Имея дело с 4-цилиндровыми двигателями V8 с плоским кривошипом, мы обнаружили, что, поскольку импульсы в коллекторе относительно далеки друг от друга, четыре-в-один и три-у примерно одинаковы, мы можем оптимизировать и то, и другое. Когда мы говорим о кривошипно-шатунных двигателях с поперечным расположением плоскости, у которых два последовательных цилиндра работают с одной стороны, мы обнаруживаем, что теоретически тройной привод может привести к лучшей производительности, потому что мы можем отделить эти импульсы на первом коллекторе », — вспомнил Роман.

Существует бесчисленное множество вариаций на эти темы, от 180-х колонок, ставших знаменитыми благодаря GT40, до коллекторов «шесть в один», которые генерируют воющие звуки выхлопных газов от грубых отечественных силовых установок.

Типы глушителей

Глушители — неизбежное зло в глазах большинства фанатов скорости, но они не должны мешать работе. Глушители OEM-типа обычно снижают шум, заставляя выхлопные газы перемещаться по лабиринту камер, перфорированных труб и крутых поворотов, полагаясь в основном на замедление выхлопных газов для достижения своей цели.

Рынок послепродажного обслуживания глушителей стал бурным из-за последнего поколения энтузиастов, которые, как никто из предыдущих потребителей, требуют выбора и выбора.Самый простой способ классифицировать конструкции глушителей — это использовать метод подавления звука. Наиболее часто встречающиеся школы мысли — это уплотненные глушители, глушители с камерами, технология отражающего звука и настраиваемый диск.

Во времена расцвета хот-роддинга был только один вариант между стандартным выхлопом и широко открытым — стеклопакет. Глушители с набивкой, как правило, имеют прямую конструкцию — внутренняя перфорированная или решетчатая трубка обернута синтетическим материалом, например, матовым стекловолокном, а затем заключена в кожух.Эти глушители полагаются на изоляционные качества набивки, чтобы уменьшить шум, но, как известно, со временем ухудшаются.

Камерные глушители редко бывают прямоточными и обычно направляют выхлопные газы вокруг перегородок или пластин, приваренных к корпусу глушителя изнутри. Звук классических маслкаров 70-х годов характеризуется наличием глушителя с камерами, и они доступны во множестве размеров и уровней выходной мощности.

Глушители с технологией отражающего звука — одни из новейших на рынке.Заимствуя технологию шумоподавления, как в ваших наушниках, эти глушители настроены для конкретного двигателя и противопоставляют определенную длину и амплитуду нежелательных звуковых волн друг другу. Этот эффект гашения означает, что внутренние части глушителя создают наименьшее ограничение для потока выхлопных газов, фактически это прямая труба с небольшим количеством отверстий.

Последний дизайн глушителя — один из самых простых и уникальных, редко выходящий за пределы гоночных кругов. Настраиваемый глушитель дискового типа был впервые разработан одной компанией — Supertrapp.Эти системы являются модульными и используют стопку или стальные диски, сформированные так, чтобы вставлять друг в друга, но позволяют газам выходить между ними. Диски можно добавлять или вычитать из стопки, чтобы изменять уровень шума и влиять на смесь.

Чаще всего встречаются в приложениях, где требуется некоторое шумоподавление, но не установлен максимальный уровень децибел, эти искрогасители дискового типа распространены во всем внедорожном сообществе и даже среди ведущих гоночных команд, таких как Flying Lizard, как показано на их Audi R8.

Источник фото: Люк Маннел

Выводы

Из этого краткого поверхностного введения в гидродинамику и выхлопную систему можно извлечь одну вещь: все дело в уравновешивании скорости и потока. Максимизация обоих поможет вашему тщательно отобранному пакету работать с максимальной эффективностью. Соберите систему, которая соответствует вашим потребностям и подходит для вашей силовой установки. Трубки огромного диаметра могут выглядеть круто, но любой, кто разбирается в тонкостях выхлопной системы, порекомендует вам выбор.

Краткое изложение теории выхлопа — основы выхлопной системы

Выхлопная система бензинового четырехтактного двигателя грузового автомобиля, работающего на бензине, является, пожалуй, самой неправильно понимаемой комбинацией характеристик на болтовом креплении на рынке. Основная концепция менее ограничительного потока довольно хорошо понятна, и это то, что обещает большинство систем: меньшее противодавление и меньшее ограничение воздушного потока, чтобы получить больше мощности от вашего двигателя. Конечно, есть некоторые проблемы с тем, как системы управления двигателем каждой марки реагируют на увеличенный воздушный поток, но в целом эти части вырабатывают предсказуемую мощность за счет увеличенного массового воздушного потока, проходящего через двигатель.

Обсуждая выхлопную систему, мы должны сначала ответить на основной вопрос, что именно делает выхлопная система.

Две вещи: во-первых, он направляет нагретый газ, образующийся во время такта сжатия, когда топливо и воздух сгорают в цилиндре, подальше от пассажирского салона, что хорошо, поскольку некоторые из его химических компонентов, в частности, оксид углерода, токсичны. ; во-вторых, при правильной конструкции он может увеличить выходную мощность двигателя.

Как выхлопная система увеличивает выходную мощность двигателя ?: Проще говоря, она увеличивает массовый расход воздуха через двигатель за счет повышения объемного КПД (VE) двигателя и снижения насосных потерь на выхлопе. боковая сторона.

Объемный КПД определяется как фактический объем воздуха, который двигатель захватывает в свои цилиндры, деленный на физический размер рабочего объема цилиндра и камеры сгорания. Другими словами, если рабочий объем цилиндра составляет 37,5 кубических сантиметров, и он тянет только 18,75 кубических дюймов, мы говорим, что его объемный КПД составляет 50 процентов; для 100% VE потребуется 37,5 Ки.

Насосные потери относятся к мощности, используемой для нагнетания массы внутрь и от двигателя. Часть мощности двигателя используется для создания перепада давления в цилиндре на такте впуска, который заполняется до степени объемного КПД цилиндра более высоким атмосферным давлением (около 14.7 фунтов на кв. Дюйм на уровне моря для стандартных условий). Часть мощности двигателя также используется для вытеснения газа, оставшегося от процесса сгорания, из камеры сгорания, через выхлопное отверстие, в выхлопную систему и, наконец, в атмосферу.

Как выхлопная система улучшает объемный КПД каждого цилиндра и снижает насосные потери ?: Большая часть улучшений в VE происходит за счет использования энергии импульса выхлопа, чтобы помочь эвакуировать цилиндр и начать процесс заполнения его во время перекрытия ( когда выпускной клапан открывается непосредственно перед закрытием впускного клапана), тюнеры технологического двигателя называют эффект продувки.Эффект продувки возникает, когда за выходящим газом создается импульс отрицательного давления, помогающий всасывать оставшийся отработанный газ из баллона.

Кулачки современной конструкции открывают выпускной канал до того, как поршень достигает нижней мертвой точки. Это делает две вещи. Во-первых, поскольку выхлопной газ более горячий и, следовательно, оказывает большее давление в цилиндре, чем это было бы позже во время рабочего такта, когда выпускной клапан открывается, более высокое давление используется для ускорения массы выхлопного газа, что само по себе помогает эвакуировать или продуть цилиндр.Во-вторых, открывая выпускной клапан при открытом впуске, волна отрицательного давления за выходящим импульсом выпуска помогает втягивать всасываемый заряд в цилиндр. Правильно спроектированная выхлопная система усилит этот процесс.

Конструкторы коллектора и выхлопной системы используют диаметр и длину направляющих жатки и выхлопа для настройки системы на комбинацию двигателей. Исторически сложилось так, что двигатели наиболее чувствительны к изменениям диаметра первичного рабочего колеса; это выхлопная труба, которая крепится к головке двигателя в выхлопном отверстии.Первичный диаметр, по-видимому, определяет пик мощности, в то время как длина первичной трубки имеет тенденцию управлять диапазоном оборотов, в котором происходит пик крутящего момента. Как правило, более длинная первичная обмотка сдвигает пик мощности на более низкие обороты и наоборот. Конечно, это соотношение не всегда верно для каждого движка и приложения.

Задача разработчика жатки — настроить ход импульса отрицательного давления одного цилиндра таким образом, чтобы он попадал в порт следующего события выхлопа другого цилиндра.От того, насколько хорошо это будет выполнено, во многом зависит кривая мощности вашего двигателя.

Создание хорошего выхлопного коллектора и системы — довольно хитрое применение науки. Все дело в синхронизации звуковой волны и быстрого охлаждения и, следовательно, сжатия и замедления импульса выхлопного газа, проходящего по трубе с другим цилиндром, и его событий синхронизации клапанов. Имейте в виду, что когда выпускной клапан открывается, из выпускного отверстия выходит звуковая волна со скоростью примерно 18 500 дюймов в секунду, за которой следует пробка выхлопных газов со скоростью примерно 3600 дюймов в секунду.Если конструкция верна, когда часть звуковой волны высокого давления проходит через коллектор, создается состояние низкого давления, которое возвращается через другие трубки и «вытягивает» следующий импульс выхлопа из цилиндра, или по крайней мере, оказывает меньшее сопротивление выходящим газам, чем в противном случае.

Какой дизайн заголовка обеспечивает наибольшую мощность ?: Заголовок 4-в-1 с точно настроенным коллектором имеет тенденцию создавать максимальную пиковую мощность из всех дизайнов заголовка. Чтобы эта конструкция работала, вы должны ввести первичные трубки в сборный коллектор: две сверху, две снизу.Не получится, если вы соберете трубки рядом; это вызывает проблемы с дорожным просветом и маршрутизацией для некоторых автомобилей. Следующим лучшим решением является конструкция 4-2-1, которая дает больший дорожный просвет, а также требует меньше места для проезда через узкие моторные отсеки. Обратной стороной является небольшая потеря мощности. При подборе трубок правильного размера и длины для вашей комбинации, вы, как правило, в пределах от 3 до 5 л.с., в зависимости от объема двигателя, по сравнению с аналогичной системой 4-в-1.

Будь то жатка 4-2-1 или 4-в-1, основная теория настройки длинных труб малого диаметра для крутящего момента и коротких труб большего диаметра для высоких оборотов в лошадиных силах обычно верна. Однако всегда есть исключения, особенно с заголовками 4-2-1, потому что у вас есть вторичные лампы, с которыми можно поиграть, а также основные цвета.

Короткие жатки обычно лучше стандартных, но будьте очень осторожны при выборе такой конструкции для современного двигателя. Заводы разрабатывают очень эффективные двигатели с такими же эффективными выхлопными системами.

В конечном итоге выхлопной коллектор можно настроить так, чтобы он был действительно эффективным только в довольно узком диапазоне оборотов, скажем, около 1000 оборотов в минуту. Поэтому вам нужно выбрать дизайн заголовка, который подходит для вашей комбинации. Например, не используйте коллекторы, настроенные на мощность 3000 об / мин, если у вашего двигателя ужасный кулачок мегапродолжительности, высокого подъема и высоких оборотов с отверстием для головки.

Посмотреть все 6 фотографий Вот установка испытательного щупа, используемого для настройки выхлопной системы. Датчики давления измеряют импульсы давления в коллекторе коллектора, в Y-образной трубе перед катализатором и в выхлопной системе после катализатора.

После коллектора: После коллектора и катализатора цель состоит в том, чтобы уменьшить сопротивление выхлопной системе выходящим газам. Сопротивление в выхлопной системе происходит из нескольких источников: например, сопротивление поверхности внутри выхлопной системы, а также все скрученные повороты в выхлопной системе. Каждый раз, когда выхлопная система заставляет массу в выхлопе вращаться, ей требуется энергия. Проектирование выхлопного контура с наименьшим возможным количеством поворотов с учетом ограничений, связанных с обходом конструкций вашего грузовика, снижает сопротивление потоку, вызванное инерционными потерями.Вы можете уменьшить сопротивление, вызванное площадью поверхности, за счет уменьшения длины системы. Открытый заголовок или «зуммирование» на драгстере являются примерами систем, в которых используются обе тактики, как и использование изгибов с более широким радиусом в выхлопных системах вторичного рынка. Конечно, у вас есть ограничения на то, насколько вы можете укоротить выхлопную систему на уличном транспортном средстве, но если вам нужны последние силы, это место, куда нужно поискать.

Еще один совет для улучшения характеристик выхлопной системы — это искать зону низкого давления, в которой будет происходить сброс выхлопных газов.Это один из «секретов» Смоки Юника, знаменитого пионера механики NASCAR. На уличных транспортных средствах большинство людей просто выбирают наиболее безопасное и эстетически приятное место для установки насадок на выхлопные трубы. Но опять же, если вы ищете производительность, вот еще одно место, где ее можно найти.

Подробнее: Мы представили только основы производительности выхлопа. Это еще не все и есть чему поучиться. Например, мы не упомянули заголовки ступеней или модель твердотельного импульса с перегревом, которую используют некоторые модели программного обеспечения для проектирования двигателей.Но это должно дать вам хотя бы подсказку, и вы всегда можете связаться с источниками выхлопной системы, которые поддерживают этот журнал. Они постоянно работают с этим материалом и имеют самую свежую информацию о том, что работает, а что нет.

Разделяй и властвуй
Тестирование конструкции коллектора с разделенными заголовками Дуга Чтобы показать вам, насколько странным является проектирование выхлопных систем и неожиданные способы получения энергии, здесь показан процесс. Компания Doug’s Headers занималась разработкой жатки и двойной выхлопной системы для пикапов Hemi Ram 1500 последней модели.Компания работала вместе с ребятами из Kenne Bell, которые предоставили Dynojet время, а также установили датчики давления в ключевых точках выхлопной системы, пока они тестировали и разрабатывали этот пакет.

Это тонкое искусство проектирования компонентов выхлопной системы, о чем свидетельствует заявленное преимущество конструкции разделенного коллектора коллектора. Вот как изменились цифры на DynoJet в серии передач второй передачи:

Заголовки Дуга; Выхлоп Дуга:

Заводская отделка:	263 л.с.
Заголовки Дуга, стандартный выхлоп:	275 л.с.
283 л.с.
Удалить Cat	287 л.с.
Добавить делитель импульсов в коллекторе:	290 л.с. ):	293 л.с.

Показать все

Результаты и кривые давления ниже показывают влияние гармоник и изменений резонансной частоты, когда двигатель движется через свой диапазон оборотов.Двигатели внутреннего сгорания — это устройства с импульсным потоком, поэтому в действительности у вас нет плавного потока на впуске или выпуске. В выхлопе есть компонент акустической энергии, который можно настраивать. Разделитель, кажется, неплохо работает с открытым заголовком.

Просмотреть все 6 фото

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 в выхлопные трубы / выпускное отверстие.

Компоновка 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 избежать перекрытия тактов выпуска, что сводит противодавление к минимуму.

Производители часто делают это, разделяя коллектор на два или более ответвлений. Это предотвращает выпуск выхлопных газов любых двух цилиндров в одну ветвь одновременно.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 регулирует заслонку термостатически, чтобы отводить горячие выхлопные газы вверх и вокруг впускного коллектора, когда температура двигателя ниже заданного значения.

Рабочий:

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.Газовый регулирующий 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.

рабочая

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.

Наблюдать за выхлопной системой 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

Наука и внедрение высокопроизводительных выхлопных систем

Звук и ярость

ПРИМЕЧАНИЕ: Все наши продукты, конструкции и услуги ЯВЛЯЮТСЯ ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗ ГЛЮТЕНА, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не нарушат чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА

ЭТО МОДИФИЦИРОВАННАЯ ВЕРСИЯ СТАТЬИ

Джека Кейна, ПРЕДСТАВЛЕННАЯ В ВЫПУСКЕ 036 ЖУРНАЛА
RACE ENGINE TECHNOLOGY MAGAZINE

Слишком часто производители двигателей и шасси не задумываются о выхлопе двигателя, однако его конструкция и конструкция существенно влияют на характеристики автомобиля.Выхлопная система может быть жизненно важным инструментом для оптимизации производительности двигателя, поскольку ее конструкция управляет волнами давления, которые могут в решающей степени способствовать наполнению цилиндров и продувке. С другой стороны, выхлопная система создает множество проблем. Это основной путь потерь тепловой энергии; и это может быть кошмар для упаковки автомобилей.

Окружающая среда, в которой должна выдержать выхлопная система соревнований, и особенно коллектор двигателя, может быть описана только как резкое сочетание температур, напряжений, коррозии и вибрации.Современная выхлопная технология может помочь уменьшить проблемы и помочь максимизировать потенциальные выгоды от системы.

Рисунок 1
Двигатель BMW Formula-One на полной мощности

Интересно, что после разговоров с несколькими высокопоставленными и хорошо известными экспертами в этой области, хотя существует общее согласие относительно того, какие функции вызывают улучшения, существуют разные мнения о причинах, по которым эти улучшения происходят.

Основы

Вычисление того, что на самом деле происходит во время цикла выпуска, представляет собой очень сложную задачу в потоке сжимаемой жидкости, детали которой подробно объясняются в нескольких текстах, мой любимый — «Проектирование и моделирование четырехтактных двигателей» профессора Гордона Блэра.Для целей этой статьи нижеследующее чрезмерно упрощенное объяснение будет служить для иллюстрации принципов.

Событие выхлопа состоит из двух отдельных компонентов. Первый — это удаление выхлопных газов из цилиндра, которое происходит в виде импульса горячего газа, выходящего из цилиндра и стекающего по первичной трубе коллектора. Второй — это (намного более быстрое) распространение волны давления в порту, вызванное скачком давления, который происходит при открытии выпускного клапана, и различными отражениями этой волны.Правильное использование этих волн давления (компонент два) может значительно улучшить очистку цилиндра (компонент один) и может сильно способствовать притоку свежего заряда.

Что касается компонента 1, когда выпускной клапан впервые открывается в 4-тактном поршневом двигателе, давление в цилиндре все еще значительно выше атмосферного. В двигателе с искровым зажиганием без наддува, работающем на бензине и работающем с высоким BMEP, давление может составлять 7 бар или более, а давление в выпускном отверстии клапана составляет около 1 бара (атмосферное).Когда клапан открывается, перепад давления в быстро меняющемся отверстии клапана (степень сжатия примерно 7) запускает поток выхлопных газов через отверстие, и выброс заставляет давление в отверстии (за клапаном) быстро увеличиваться, или » шип».

Мгновенная скорость потока выхлопных газов в любой точке определяется градиентом давления и площадью поперечного сечения в этой точке. В коллекторе меньший диаметр трубы увеличит скорость при заданном числе оборотов в минуту, что может улучшить настройку волны давления (второй компонент) и может быть полезным в отношении эффектов инерции.Однако, если диаметр слишком мал, возникнут потери потока и, как следствие, увеличение градиента давления, которое может компенсировать любой выигрыш в настройке. Таким образом, выбор правильного диаметра трубок является важной частью дизайна.

В начале цикла выпуска разность давлений на клапане высока, поэтому мгновенная скорость частиц газа через небольшое отверстие выпускного клапана очень высока. Когда-то после середины такта выпуска большая часть выхлопных газов покинула цилиндр.В это время площадь отверстия клапана довольно велика, а давление в цилиндре приближается к атмосферному, что приводит к тому, что мгновенная скорость частиц через клапан намного ниже. Именно на той фазе цикла выпуска отработавших газов второй компонент становится важным.

Чтобы помочь с объяснением второго компонента, Рисунок 2 показывает следы давления в цилиндре (черный), давления в канале впускного клапана (голубой) и давления в канале выпускного клапана (красный), взятые из имитация двигателя с высоким BMEP, работающего вблизи оптимальной точки настройки как для впуска, так и для выпуска.

Рисунок 2
Давление на впускном и выпускном отверстиях и в цилиндрах с эффективной настройкой

Вторая составляющая — результат «скачка» давления, который происходит в EVO, показанный пиком в красной линии на , рис. 2, , сразу после EVO. Этот скачок давления, или волна давления, движется по трубе в сумме локальной скорости звука плюс скорость частицы в потоке газа. Когда волна давления встречает изменение площади поперечного сечения трубы, возникает отраженная волна давления, которая распространяется в противоположном направлении.Если изменение площади увеличивается (ступенька, коллектор, атмосфера), смысл отраженной волны давления (сжатие или расширение) инвертируется. Если изменение площади уменьшается (например, конец другого порта с закрытым клапаном или сопло турбонагнетателя), ощущение отраженной волны не меняется. Амплитуда отраженной волны в первую очередь определяется пропорциональным изменением площади поперечного сечения (отношения площадей), но в любом случае амплитуда уменьшается.В целях приближения скоростью частицы можно пренебречь, поскольку ее эффект самокомпенсируется во время прохождения волны туда и обратно. Однако это необходимо учитывать при высокоточном моделировании. Эти волны иногда называют волнами конечных разностей из-за методов численного моделирования конечных разностей, используемых для расчета их характеристик распространения.

В случае первичного коллектора с текущим потоком, инициированная EVO волна положительного давления (сжатия) отражается обратно в виде волны отрицательного давления (расширения).Если возвращение отраженной волны отрицательного давления обратно к выпускному клапану может происходить во время последней части цикла выпуска, результирующее более низкое давление в канале усилит отвод выхлопных газов из цилиндра и уменьшит давление в цилиндре, так что, когда впускной клапан открывается, низкое давление в цилиндре начинает перемещать свежий заряд в цилиндр, в то время как поршень замедляется до остановки в ВМТ.

Примечание в Рисунок 2 , как давление в цилиндре (черный) и давление в выпускном отверстии (красный) становятся сильно отрицательными примерно от середины такта выпуска до ВМТ).Также обратите внимание, как отраженная волна положительного давления второго порядка во впускном тракте (светло-голубая) достигает задней части впускного клапана непосредственно перед IVO и работает вместе с правильно рассчитанными отрицательными давлениями выхлопных газов, чтобы начать перемещение свежего заряда в цилиндр.

Если, с другой стороны, волна отрицательного давления выхлопных газов прибывает в неоптимальное время, ее эффекты могут быть вредными для очистки цилиндра и приема свежего заряда. Отраженная положительная волна во время перекрытия (например, от сопла турбокомпрессора) может толкать большое количество выхлопных газов обратно в цилиндр и во впускную систему.

Рисунок 3 показывает те же три кривой давления, когда двигатель работает значительно выше точек настройки впуска и выпуска. Помимо снижения эффективности дыхания, обратите внимание на дополнительные насосные потери из-за более высокого давления в цилиндре в последней части цикла выпуска, частично вызванные поздним приходом отраженного отрицательного импульса выпуска.

Рисунок 3
Впускное отверстие, выпускное отверстие и давление в цилиндрах с плохой настройкой

Время прихода отрицательной волны на заднюю (левую) сторону выпускного клапана определяется частотой вращения двигателя, скоростью звука в трубе и расстоянием от клапана до соответствующего изменения площади.Эти три фактора заставят настройку выхлопа входить и выходить из строя в диапазоне рабочих скоростей двигателя. Сложные конструкции позволяют создавать системы, имеющие более одной точки настройки. Наиболее показательный пример настройки импульса выхлопа наглядно демонстрируется работой двухтактных двигателей с продувкой картера и поршневыми портами.

На соответствующем расстоянии настройки от выпускных клапанов первичные трубы от двух или более цилиндров часто объединяются в большую коллекторную трубу, которая обеспечивает увеличение площади для генерации отраженных волн, описанных выше.

Используя систему 4-в-1 в качестве примера, четыре первичные трубки в идеале будут иметь одинаковую длину центральной линии и будут резко переходить в область, площадь которой примерно в три-четыре раза больше площади первичной. Чем больше поперечное сечение Площадь коллекторной трубки плюс площадь всех других трубок в том же соединении по сравнению с площадью активной первичной трубки (отношение площадей), тем больше будет амплитуда отраженной волны. Однако коллектор имеет оптимальный размер: слишком большая площадь и волновая настройка коллектора будет уменьшена.Оптимальная длина связана с количеством подаваемых в нее цилиндров.

Эффект прямого коллектора — это, как правило, очень резкая настройка, при которой длина основных компонентов может изменяться для создания эффекта «раскачивания» кривой крутящего момента вокруг ее пика. Удлинение трубок поднимает часть кривой ниже пика и уменьшает часть выше пикового крутящего момента; их сокращение имеет обратный эффект. Были разработаны различные стратегии для распространения эффекта настройки выхлопа на более широкий диапазон оборотов.Эти стратегии обычно включают генерацию дополнительных волн меньшей амплитуды (например, дополнительные, меньшие шаги) или попытки увеличить ширину (длительность) импульса за счет амплитуды импульса за счет использования сужающейся части для увеличения изменения площади на более длительное время. промежуток времени.

На рисунке 4 показано одно из этих устройств, известное в Штатах как «коллектор слияния». Первичные компоненты сходятся в область сопла, которая больше первичной площади, но меньше конечного размера коллектора.Это поддерживает скорость газа немного дольше, помогая очистить соседние трубы, а меньшее соотношение площадей снижает амплитуду отраженной волны. Сечение за соплом сужается до конечного диаметра коллектора, позволяя потоку замедляться с лучшим восстановлением давления, чем при резком переходе, и увеличивает ширину отраженной волны. Характеристики отраженной волны можно настраивать с помощью различных площадей сопла, различного конечного диаметра и длины коллектора, а также длины сужающейся части.Чистый эффект обычно направлен на усиление определенной части кривой крутящего момента и на расширение диапазона оборотов, в котором это усиление эффективно.

Рисунок 4
A «Коллектор слияния»

Иногда утверждают, что скорость звука является функцией давления, плотности, температуры и / или фазы Луны. Фактически, скорость звука в идеальном газе (который имитирует воздух) является функцией жесткости газа, деленной на плотность. При выполнении арифметических действий, необходимых для создания уравнения, в котором используются известные параметры, члены жесткости и плотности заменяются эквивалентами закона идеального газа, в результате получается уравнение: Va (скорость звука в метрах в секунду) = квадратный корень (S x R x T), где S — отношение удельных теплоемкостей (приблизительно 1.4 для воздуха при 25 ° C, 1,35 для выхлопных газов при 500 ° K), R — газовая постоянная (приблизительно 287 Дж / кг-° K для воздуха, 291 для выхлопных газов), а T — абсолютная температура (° K, что составляет ° C + 273).

Это сводится к тому, что если у человека есть значения удельной теплоты и газовой постоянной для данного газа (или смеси газов), скорость звука изменяется только в зависимости от температуры. Чтобы добавить немного сложности, мгновенная температура выхлопного газа изменяется вдоль выхлопного тракта, возможно, до 150 ° C в первичной трубе.

Следующее интересное основание состоит в том, что по мере увеличения степени давления в плавно уменьшающемся сопле скорость частиц на наименьшей площади поперечного сечения увеличивается с увеличением степени сжатия, пока не достигает локальной скорости звука. Как только он достигнет скорости звука, независимо от того, насколько больше становится отношение давлений, скорость частиц газа остается звуковой («подавленной»). Увеличение давления на входе приведет к увеличению массового расхода из-за увеличения плотности до сопла, но скорость частиц через сопло остается звуковой.

Для воздуха, протекающего в плавно уменьшающемся сопле, степень давления, которая вызывает только звуковой поток («критическое отношение давлений»), немного меньше 2,0. Для негладких и нерегулярных форсунок (например, выпускного клапана) критическое отношение давлений выше, но эффект тот же. Это означает, что в течение некоторого периода времени после EVO скорость потока частиц газа через выпускной клапан имеет локальную скорость звука, которая, как показано ниже, довольно высока при температурах выхлопных газов.

Опять же, следует отметить, что эти объяснения сильно упрощены. Существует несколько высокотехнологичных пакетов программного обеспечения для моделирования двигателей, которые, как утверждается, достаточно точно моделируют характеристики двигателя, включая явления выхлопной системы. Эти модели настолько сложны, что могут учитывать такую ​​эзотерику, как локальные градиенты температуры вдоль первичной, вторичной и коллекторной трубок. Для обеспечения точности эти модели полагаются на точные данные двигателя, включая коэффициенты расхода клапана при различных подъемах.Очевидно, трудно определить точные данные о коэффициенте расхода для клапанов, особенно при высоких соотношениях давлений, что сильно влияет на пределы точности вычислений.

При этом несколько дизайнеров сказали мне, что моделирование имеет тенденцию быть менее точным в прогнозировании различных эффектов коллектора с точки зрения реальных эффектов геометрии, углов трубы и тому подобного. Один из подходов к этой проблеме заключался в использовании CFD-моделирования (трехмерного анализа) для коллекторов и объединении этих результатов с одномерным моделированием труб.

Выхлопные материалы

Обычно системы коллекторов изготавливаются из сварных наборов разрезов из предварительно сформированных U-образных изгибов и прямых сегментов труб из выбранного материала. Для этого есть несколько причин, но наиболее убедительной является тот факт, что для достижения проектной конфигурации обычно не существует достаточного пространства для захвата между изгибами для формирования труб из цельного куска трубы. В некоторых случаях, когда изгибы расположены не слишком близко друг к другу, трубы могут быть изогнуты за одно целое с использованием оправки для гибки, которая будет сохранять круглое поперечное сечение трубы на протяжении всего изгиба и перехода.Типичный трубогиб для выхлопных труб, обычно используемый в автомобильных выхлопных цехах, не подходит для этой работы, поскольку эти гибочные устройства сильно искажают поперечное сечение изгибов и уменьшают площадь поперечного сечения.

Радиусы изгиба НКТ (радиус центральной линии изгиба на виде сверху) выражаются в единицах, кратных диаметру НКТ. Например, «изгиб 1,5-D» в трубке диаметром 2 дюйма будет иметь радиус изгиба 3 дюйма. Один производитель описал специальное оборудование, которое он изобрел для изготовления высококачественных выхлопных труб из листа.Первая машина раскатывает листы в прямые отрезки труб необходимого диаметра. Вторая машина завершает прямую часть трубы непрерывным сварным швом, используя полуавтоматический процесс в среде защиты инертного газа. Третья машина делает то, что считалось невозможным: изгибает трубы из инконеля со стенкой 0,50 мм на секции с радиусом менее 1 D, сохраняя при этом точную геометрию поперечного сечения.

В гоночных коллекторах и выхлопных системах обычно используются несколько материалов, в зависимости от требований и рабочих температур.

Для наиболее требовательных применений обычно используются трубки из инконеля. Хотя название «Inconel» является зарегистрированным товарным знаком Special Metals Corp., этот термин стал чем-то вроде общего обозначения семейства аустенитных суперсплавов на никель-хромовой основе, которые обладают хорошей прочностью при экстремальных температурах и устойчивы к окислению и коррозии. . Благодаря превосходным высокотемпературным свойствам, Inconel может предложить повышенную надежность в коллекторах, а в некоторых случаях это единственный материал, который подойдет.Высокотемпературные прочностные свойства могут способствовать уменьшению веса конструкции, поскольку при заданных требованиях к надежности Inconel позволяет использовать трубы с гораздо более тонкими стенками, чем можно было бы использовать с другими материалами. Загвоздка, как обычно, в том, что трубки из инконеля довольно дороги.

Некоторые сплавы Inconel сохраняют очень высокую прочность при повышенных температурах. Одним из фаворитов для применения в коллекторах является Inconel-625, сплав твердого раствора, содержащий 58% никеля, 22% хрома, 9% молибдена, 5% железа, 3.5% ниобия, 1% кобальта. Он обладает хорошей свариваемостью с использованием дуговой сварки в среде защитного инертного газа и хорошей формуемостью в отожженном состоянии, а также имеет более низкую степень теплового расширения, чем нержавеющие сплавы, обычно используемые в выхлопных системах. Свариваемость и формуемость важны из-за несколько ограниченного количества размеров трубок Inconel, что часто приводит к необходимости формовать секции труб из листа. Предел текучести этого сплава при 650 ° C (1200 ° F) составляет 345 МПа (50 тыс. Фунтов на квадратный дюйм), а при 870 ° C (1600 ° F) — впечатляющие 276 МПа (40 тыс. Фунтов на квадратный дюйм).Как и в случае со многими металлами, жаропрочность снижается по мере увеличения количества времени, в течение которого детали подвергаются воздействию экстремальных температур.

Трубки из инконеля

практически необходимы в высокопроизводительных системах с турбонаддувом, и несколько опытных игроков сказали мне, что все машины Формулы-1 и несколько команд Кубка используют инконель для своих коллекторов как для надежности, так и для экономии веса.

Один строитель сказал мне, что некоторые команды обычно используют заголовки из 0,50 мм (0.020 дюймов) стенка трубки из инконеля. Он также сказал мне, что, учитывая огромную тепловую нагрузку, создаваемую выхлопными газами современных двигателей Формулы-1, он серьезно сомневался в том, что комплект коллекторов из нержавеющей стали, даже со стенкой 1,6 мм (0,065 дюйма), выживет. Рисунок 1 Модель , двигатель BMW F-1 на полной мощности, наглядно иллюстрирует эту сложную среду.

Существует несколько аустенитных нержавеющих сплавов, которые обычно используются в выхлопных системах. В порядке снижения температурных возможностей это 347, 321, 316 и 304.Кроме того, доступны специальные вариации химического состава основных сплавов (углерод, никель, титан и ниобий) для повышения жаропрочности этих сплавов.

Что касается использования нержавеющей стали, мне осведомленный источник сообщил, что в гонках на кубок NASCAR нержавеющие сплавы 304 и 321 использовались чаще, чем Inconel, в зависимости от предпочтений различных команд. Менеджер одной известной команды сказал мне, что ввиду того факта, что тонкостенные коллекторы Inconel (а) очень хрупкие и легко повреждаются в результате непреднамеренного неправильного обращения, (б) «гротескно» дороги, и Автомобиль весом 3600 фунтов, по его мнению, использование заголовков Inconel не является разумным распоряжением его ресурсами.Один производитель сообщил, что для оценки стоимости одного изгиба одной U-образной формы трубка из инконеля диаметром 2 дюйма и толщиной стенки 0,032 дюйма будет стоить около 200 долларов, в то время как такой же изгиб будет стоить около 200 долларов. 321-нержавеющая сталь будет в диапазоне 65 долларов.

Несмотря на то, что титан достаточно хорошо работает в выпускных клапанах, практические пределы температуры для титановых сплавов, подходящих для труб, указаны на уровне около 300 ° C (575 ° F), что делает этот материал подходящим для легких выхлопных труб в различных областях и в некоторых приложениях для мотоциклов.Мой любимый поставщик титана сообщает, что коммерчески чистый (CP) титан 1 и 2 классов уже несколько десятилетий используется в выхлопных системах двухтактных мотоциклов для соревнований. Для облегчения многие из этих систем были изготовлены из трубок со стенкой 0,50 мм и рассматривались как расходные материалы, заменяемые после каждой встречи.

Можно задаться вопросом, почему те же материалы, что и титановые выпускные клапаны, не используются для выхлопных труб. По-видимому, причина проста в соотношении затрат и выгод, поскольку ориентировочная стоимость тонких листов Ti-6242 оценивалась в более чем 150 долларов за фунт при закупках большого количества.Добавьте к этому тот факт, что этому материалу не хватает пластичности, чтобы его можно было легко формовать в трубы, плюс тот факт, что возникнут проблемы со сваркой швов прокатанной трубы, и еще больше проблем с формированием сварных прямых труб в изгибы, и станет очевидным что есть более подходящие материалы для использования выхлопных труб.

Формула-1

Недавно у меня была возможность держать в своих усталых, измученных руках трубу первичного коллектора, которая, как утверждается, предназначалась для почти современного F-1.Изображения упомянутого оборудования не разрешены, но воспроизведение из памяти, показанное на рис. 5 , иллюстрирует очень интересную особенность, наличие ступеньки большого диаметра в первичной обмотке, довольно близко к фланцу.

Рисунок 5
Трубка первичного коллектора Formula-One

На рисунке показана одна 10-миллиметровая ступенька на расстоянии примерно 125 мм от фланца. Однако эксперты говорят, что в 2008 году чаще наблюдались две ступеньки меньшего размера (по 5 мм каждая) в первичной обмотке, в зависимости от исследований и убеждений разработчиков.Первый шаг обычно находится на расстоянии от 100 до 200 мм от фланца. Если есть вторая ступенька, она обычно на 100–150 мм больше первой ступени, и, как правило, размеры трубок находятся в диапазоне примерно от 50 до 65 мм. (1,97–2,56 дюйма), хотя конкретные конструкции, кажется, сильно различаются от команды к команде.

Мое первое впечатление, которое разделяли многие эксперты, с которыми я разговаривал, заключалось в том, что, поскольку эти двигатели работают со скоростью до 19000 об / мин, основная длина, необходимая для достижения импульса отрицательного давления во время перекрытия, была настолько короткой, что из-за из-за ограничений упаковки коллектор будет слишком далеко от клапанов, чтобы инициировать своевременное отражение.Однако немного больше размышлений и быстрых расчетов выявили совершенно иную теорию.

В целях приближения предположим, что средняя температура выхлопных газов в первичном контуре рядом с головкой составляет 1500 ° F (815 ° C). Уравнение скорости звука в воздухе (по словам профессора Блэра, достаточно близкое для приближений) дает скорость звука 661 м / с (2168 футов в секунду). При 18000 об / мин (300 об / с) одно вращение коленчатого вала занимает 3,33 миллисекунды (мс) или 3333 микросекунды (мкс).Следовательно, один градус поворота кривошипа занимает 9,26 мкс (3333 ÷ 360). Если первая ступенька в первичном контуре находится на расстоянии 200 мм от задней части выпускных клапанов, то с использованием расчетной скорости звука в качестве приближения скорости распространения конечной волны давления расстояние 400 мм туда и обратно от клапана до ступеньки и назад требуется около 600 микросекунд, или 65 градусов хода коленчатого вала.

Предположим, что в двигателе со скоростью 18 000 об / мин открытие выпускного клапана, достаточного для обеспечения значимого потока, будет происходить в районе 100 ° после ВМТ.Таким образом, ясно, что это первое отражение рассчитано на то, чтобы вернуться к клапанам еще до того, как поршень достигнет НМТ. С какой целью? Вспоминая, что во время продувки в цилиндре имеется достаточный перепад давлений для создания дроссельного (звукового) потока через отверстие выпускного клапана, тогда, безусловно, было бы выгодно поддерживать эту скорость газа как можно дольше.

Известный инженер в мире Формулы-1 подтвердил, что это как раз причина одной или нескольких больших ступеней в первичной обмотке: создать отрицательное давление в задней части выпускного клапана, рассчитанное так, чтобы увеличивать продолжительность критического перепада давлений.

Кубок NASCAR

Требуемая конфигурация двигателя Cup (90 ° V8 с двухплоскостным коленчатым валом) представляет интересную задачу для разработчиков выхлопной системы. Из-за порядка включения этой конфигурации двигателя импульсы выхлопа на каждом блоке двигателя неравномерно распределены. По словам технического директора одной известной команды: «Конструкция выхлопной системы в Cup — это интересный компромисс между минимизацией потерь потока и в то же время попыткой оптимизировать любую настройку, которую вы можете сделать с неравномерно разнесенной системой, что не так уж и много.»

С системой нумерации цилиндров GM (1-3-5-7 слева) и порядком зажигания {18436572; замена 4-7 не допускается в чашке}), интервал выхлопных импульсов с левой стороны (выраженный в градусах вращения коленчатого вала) составляет 270 ° -180 ° -90 ° -180 °, в то время как интервал с правой стороны составляет 90 ° -180 ° -270 ° -180 °. Этот неравномерный интервал между импульсами серьезно препятствует достижению хорошо настроенной выхлопной системы, чего можно добиться с помощью равномерно распределенных импульсов и коллектора 4-в-1.

Эта сложность настройки привела (более десяти лет назад) к повторному введению конфигурации 4-в-2-в-1 (так называемый «Tri-Y»), которая существует по крайней мере с 1960-х годов.В «Tri-Y» цилиндры на каждой группе спарены, чтобы обеспечить максимальное разделение между импульсами. Используя вышеприведенную схему нумерации, первичные цилиндры цилиндров 1 и 5, 3 и 7 будут объединены в вторичные трубы немного большего размера, которые после соответствующей длины будут объединены в больший коллектор. С правой стороны расположены пары смежных основных цветов (2 и 4, 6 и 8). Это обеспечивает разделение между импульсами в каждой вторичной обмотке на 450–270 °. Пример этой конфигурации показан на рис. , рис. 6, .

Рисунок 6
Пример системы заголовков 4-2-1

Настройка этого типа системы не очень интуитивно понятна. Несколько опытных экспертов в Cup сказали мне, что их команды потратили много времени на моделирование, используя очень сложное (и дорогое) программное обеспечение для моделирования, чтобы прибыть «в парк мячей», а затем выполнить точную настройку проектов на динамометрическом стенде. И, как и следовало ожидать, существуют разные конструкции заголовков для длинных, коротких и ограничительных дорожек.

Один эксперт упомянул, что, хотя относительно несложно точно смоделировать поведение основных компонентов, очень сложно точно смоделировать вторичные компоненты и коллекторы, потому что теоретические отражения существенно изменяются особенностями геометрии (радиусы изгиба, углы пересечения, углы сопла и диффузора и т. д.), которые вызывают деструктивные помехи и затухание импульсов. При этом несколько экспертов согласились с тем, что по-прежнему действуют практические правила: для лучшего низкого уровня нужны лампы меньшего размера и более длинные; Лучшему высокому классу нужны трубки побольше и короче.

Конструкция и настройка заголовка чашки сопряжены с дополнительными проблемами. Бригады шасси часто накладывают большой набор ограничений на основную длину и местоположение изгиба, чтобы не мешать критическим элементам, таким как места поворота верхнего рычага подвески. Преобладает мнение, что с точки зрения времени прохождения круга улучшение поворачиваемости автомобиля является разумным компромиссом против небольшого увеличения мощности. Простой заголовок, показанный на рис. 6 просто для иллюстрации концепции, представляет собой динамический заголовок, созданный почти без учета каких-либо ограничений упаковки.Подумайте, насколько сложно реализовать эту концепцию в очень тесном моторном отсеке автомобиля Cup, ограниченном выступающими трубами рамы, точками крепления подвески, внешним масляным насосом длиной 230 мм и т. Д.

Учитывая существующие ограничения упаковки, действительно удачно то, что длина первичной обмотки в системе 4-2-1 не так критична, как длина вторичных обмоток. Несколько экспертов сказали мне, что двигатели очень чувствительны к изменениям длины вторичных секций, и что большая часть усилий по разработке сосредоточена на вторичном объединении, длине, диаметре и шагах.

Если вернуться назад, то свод правил Кубка NASCAR дает некоторые интересные сведения о дополнительных проблемах с выхлопной системой. Правила включают требования, согласно которым выхлопная система для каждого ряда двигателя V8 должна быть полностью отдельной и не может подключаться в каком-либо месте, кроме одной трубы «X» или «H» в жестко ограниченной области выхлопных труб, и должен заканчиваться двумя выхлопными трубами, которые выходят под рельсы рамы в плотно ограниченной зоне с правой стороны автомобиля.Кроме того, трубы от коллектора до выхода должны быть из магнитной стали с внутренним диаметром не более 101,6 мм (4,0 дюйма) и иметь длину окружности не более 336,5 мм (13,25 дюйма).

Ограничение по окружности представляет собой сложную проблему. Чтобы поместиться под рамой COT и при этом обеспечить дорожный просвет, выхлопные трубы большого диаметра изменяют форму поперечного сечения с двумя длинными параллельными стенками (не ближе 51 мм друг к другу) и полным радиусом на каждом конце, например как показано на Рисунок 7 .

Рисунок 7
Выход выхлопной трубы под рамой NASCAR

Поскольку круглое сечение обеспечивает наибольшую площадь поперечного сечения для данной окружности, из-за необходимого овального выхода трубы на конце выхлопной трубы образуется отверстие. Если минимальная высота выходного сечения составляет 51 мм, то ограниченная окружность (при условии, что длина стенки трубы 1,6 мм) дает площадь поперечного сечения, которая составляет всего 77% от круглой выхлопной трубы диаметром 101,6 мм. Эта уменьшенная площадь может быть ограничением потока при высоких оборотах.

Топливо и забавный автомобиль

На высших уровнях дрэг-рейсинга, в частности Top Fuel и Funny-Car, выхлопные системы могут показаться очень простыми. Системы коллектора, известные как «зумби», состоят из одной трубы на каждом цилиндре, сбрасываемой прямо в атмосферу, причем каждая труба изогнута так, что она обращена вверх, назад и часто наружу. Внешний угол изгиба в Funny Cars обычно больше, чем у автомобиля Top Fuel без кузова, чтобы исключить повреждение кузова как от температуры, так и от сотрясения выхлопных газов.

Помимо шума, примечательной особенностью этих выхлопных систем является большой объем открытого беловатого пламени, стоящего сразу за концами этих труб, как показано на рис. 8 . Этот фронт пламени является побочным продуктом двух пересекающихся параметров.

Рисунок 8
Вторичное сгорание

Во-первых, эти двигатели с высоким наддувом и нитрометановым питанием имеют заявленный расход топлива в диапазоне от 80 до 90 галлонов в минуту. При таком количестве подаваемого топлива очевидно, что за впускным клапаном будет скопление определенного количества топлива.Когда впускное отверстие открывается, часть собранного топлива будет либо в жидкой форме, либо в смеси, которая слишком богата для горения (недостаточно молекул кислорода). Кроме того, в этих двигателях явно используется большое перекрытие для улучшения охлаждения. Комбинация излишка топлива и длительного перекрытия гарантирует, что нетривиальное количество сырого топлива и топливной смеси закорачивается непосредственно в выхлопной трубе и нагревается во время движения. Когда он выходит из первичной обмотки, он обнаруживает изобилие кислорода и инициирует энергичное вторичное сгорание.Комбинация большого изменения импульса массового потока, проходящего через двигатель, плюс это вторичное сгорание было рассчитано по крайней мере одним аэрокосмическим инженером для создания нормальных сил реакции, превышающих 2500 фунтов (1130 кг).

Учитывая, что трубы расположены под углом как в поперечной, так и в продольной плоскостях, эта сила реакции выхлопных газов может существенно повлиять на устойчивость автомобиля. Вертикальный компонент, очевидно, обеспечивает прижимную силу шасси. Задний компонент добавит движущей силы.Если все в балансе, боковые компоненты, генерируемые левым и правым наборами труб, должны уравновешиваться и сводиться к нулю. Однако мне сказали, что потеря одного цилиндра на Веселой машине может вызвать у водителя серьезные трудности с управлением автомобилем. Это связано с тем, что потеря одного цилиндра приводит к дисбалансу боковой тяги и добавляет момент рыскания от теперь асимметричной тяги назад. Тот же самый (весьма заслуживающий доверия) источник сообщил мне, что потеря двух цилиндров на одном берегу почти наверняка сделает автомобиль неуправляемым.

Как и следовало ожидать, длина основных цветов играет решающую роль в настройке двигателя. Ведущий инженер известной команды Funny-Car сказал мне, что потребовалось немало усилий при разработке, чтобы просто убрать газ из-под кузова Funny-Car.

Этот источник также сообщил, что когда они попробовали коллекторные системы, в результате двигатели работали «ужасно». Теория состоит в том, что поток выхлопных газов в относительно ограниченное пространство поднял давление в коллекторе настолько, чтобы создать разрушительную блокировку в трубе коллектора.

Что касается самих труб, то хорошо известно, что «слишком крутой изгиб» в первичной обмотке или «слишком большая длина» резко снижает производительность двигателя. По-видимому, в нитрометановых двигателях с наддувом любая настройка на стороне выпуска (кулачок, порты, коллекторы) требует существенного изменения кривых подачи топлива. После экспериментов с различными изменениями выхлопной системы, а затем работы по приведению топливной системы в соответствие с изменениями двигателя, чистое изменение характеристик обычно считалось не стоящим времени и усилий.После определения рабочей комбинации опыт показал, что усилия по развитию в других областях, помимо выхлопной системы, будут более продуктивными.

Мне сказали, что в настоящее время разработка выхлопной системы Funny Car не ведется большого объема из-за нескольких практических и экономических факторов. Трудно представить себе уровень сложности разработки двигателя в системе, которая не подходит для динамометрической ячейки и, следовательно, должна быть протестирована на треке в течение 5-секундных тестовых сессий.Без учета заработной платы, логистики, транспорта, питания, проживания и других «накладных» расходов, наличные расходы на «еще один тестовый запуск» неудобно близки к десяти тысячам долларов.

Мото-ГП

Нил Сполдинг, штатный эксперт Race Engine Technology по мотоциклам, предоставил мне галерею подробных фотографий, показывающих различные стратегии, используемые в Moto-GP (F-1 в гонках на мотоциклах) для формирования кривых мощности двигателя с помощью тонкой настройки выхлопа. , наряду с огромным количеством информации об этих машинах, включая тот факт, что использование трубок Inconel довольно распространено.

В нескольких статьях RET Нил обсуждал сложность получения доступной мощности на землю в Moto-GP, а также усилия, которые производители предприняли для улучшения доступного сцепления, включая выполнение неравномерных приказов зажигания, чтобы повлиять на шину. пятно контакта выгодным способом. Неравномерный интервал между импульсами выхлопа требует нестандартного мышления, чтобы получить выгоду от настройки выхлопа. Для линеаризации кривой мощности двигателя (сглаживания кривой крутящего момента) широко используется конструкция 4-2-1, описанная выше в разделе «Чашка».

В этих системах используются различные методы, характерные для конкретного двигателя, в том числе расходящиеся конусы в первичных трубах сразу за фланцем, ступеньки в первичных трубах, сходящиеся-расходящиеся коллекторы, прямые коллекторы, расходящиеся конические коллекторы и многое другое.

На рисунке 9 показана сложная система 4-2-1, разработанная для рядного 4-цилиндрового двигателя Yamaha 990 куб. См 2005 г. с нерегулярным пламенем. На рисунке показан расходящийся конус в первичной обмотке сразу за фланцами. Нил сказал мне, что текущая система для 800-кубового двигателя имеет существенно более короткие первичные и вторичные валы из-за того, что двигатели 800 куб. См вращаются до 18 000 об / мин, тогда как 990-е были в диапазоне 16 000 об / мин.

Рисунок 9
2005 Yamaha 990

На рисунке 10 показаны отдельные блоки, используемые на экспериментальном двигателе Kawasaki объемом 990 куб. См, который, как сообщается, имел плоский коленчатый вал, но приводил в действие пары цилиндров вместе. Обратите внимание на очень длинные конические расширительные трубы и уменьшенные выходные диаметры, которые помогут уменьшить чрезмерную пиковость кривой мощности, которая возникает, когда первичный контур открывается прямо в атмосферу (что составляет очевидную бесконечную площадь расширения).Также обратите внимание на то, что нижняя труба имеет более длинную осевую линию и более длинный конический конец. Это тоже поможет распространить потенциально очень пиковый звук этих трубок на более широкий диапазон оборотов.

Рисунок 10
Экспериментальная модель Kawasaki 990, 2005 г.

Приложения с турбонаддувом

По словам инженеров турбокомпрессоров, наиболее важным аспектом проектирования хорошей системы коллектора для приложений с турбонаддувом является максимальное использование энергии импульса выхлопных газов. Эта рекуперация энергии состоит как минимум из двух компонентов.

Первый — подавать на турбину равномерно распределенные импульсы выхлопа. Для этого полезно сначала поработать с двигателем (или блоком двигателей), у которого интервалы между запусками равномерно распределены. В приложении, в котором цилиндры, питающие данную турбину или секцию турбины, имеют одинаковый интервал, длины первичных труб должны быть как можно ближе к равной длине.

Второй компонент — максимальное восстановление энергии скорости импульса. Для этой цели корпуса турбины доступны в раздельном корпусе или конфигурациях «двойной спирали», в которых имеется разделительная стенка в центре корпуса сопла турбины для разделения входящего потока на два отдельных потока.Это позволяет достичь почти идеального разделения импульсов в 240 градусов коленчатого вала на рядном 6-цилиндровом двигателе, сгруппировав передние 3 цилиндра с одной стороны корпуса и задние три цилиндра с другой стороны. Тот же эффект может быть достигнут на двигателе V6, если сгруппировать каждую группу отдельно.

Хотя конструкция раздельного корпуса увеличивает смачиваемую область (следовательно, сопротивление пограничного слоя) потоку газа, преимущества более чем компенсируют это увеличение сопротивления. В случаях, когда была оптимизирована рекуперация энергии импульса, часто можно, основываясь на расчетах с использованием потерь давления и температуры в турбине, наблюдать очень высокий КПД турбины, который, по мнению некоторых экспертов, превышает 100%.

Равномерно распределенные, но слишком близкие друг к другу импульсы снизят эффективность рекуперации энергии этого импульса. По-видимому, это явление наблюдается в рядных 4-цилиндровых двигателях с ровным расположением цилиндров, а также на отдельных группах двигателей V8 с плоским кривошипом, где разделение импульсов составляет 180 °. Мне сказали, что идеальное разделение импульсов составляет около 240 градусов коленчатого вала, и что на ровном (одноплоскостном) рядном 4-м (в отличие от двухплоскостных коленчатых валов, используемых в некоторых мотоциклах Moto-GP) двигатели) лучше разделить концевые цилиндры на одну сторону, а два центральных — на другой стороне турбины, чем объединить все четыре вместе в цельный спиральный корпус.Те же рассуждения применимы к каждому ряду V8 с одноплоскостным коленчатым валом.

Что касается неравномерного интервала между импульсами каждого ряда двухплоскостного кривошипа V8, существует согласие, что очень трудно организовать интервал между импульсами полезным способом. Было продемонстрировано, что там, где на каждом ряду используется небольшой турбонагнетатель, использование системы 4 в 2 с короткой трубкой (та же идея, что и описанная выше 4-2-1), питающая турбину с двойной спиралью, может дать некоторые преимущества. в результате получается разделение 450 — 270 с точки зрения рекуперации энергии импульса.Если один большой турбонагнетатель может быть расположен таким образом, что длины трубок от каждого ряда могут быть практически одинаковыми, то разделение первичных труб для достижения разделения на 180 ° будет преимуществом.

По возможности снижение потерь тепла (энергии) до того, как выхлопные газы достигнут турбины, позволяет турбине быть более эффективной. Это было сделано с помощью труб с двойными стенками, световозвращающих покрытий и оберток. Однако изоляция труб для уменьшения теплопотерь, конечно, повысит рабочую температуру самих труб, что может потребовать особо прочных материалов, тогда как более доступных материалов будет достаточно в неизолированной форме.

Другой важный аспект выхлопной системы, чтобы обеспечить наиболее эффективную работу перепускной заслонки при управлении наддувом, заключается в том, чтобы расположить впускное отверстие перепускной заслонки так, чтобы на него воздействовало общее давление выхлопного потока, а не в сторону, где он видит статическое давление.

Как работают выхлопные системы автомобильных двигателей

Как это работает?

Автомобильные выхлопные системы предназначены для отвода горячих газов от двигателя к заднюю часть автомобиля и в поток воздуха.Эти газы / загрязнители включают: Твердые частицы (PM), двуокись серы (SO2), окись углерода (CO), азот оксидов (NOx) и углеводородов (HC), а при вдыхании их пассажиров может вызвать удушье. После того, как двигатель В процессе сгорания выпускной клапан открывается в головке блока цилиндров, позволяя горячие газы поступают в выхлопную систему, где выпускной коллектор состоит из чугун или трубчатая нержавеющая сталь крепится болтами к головке блока цилиндров, которая прикручивается к головной трубе.Это где первичный или позиция 1 датчик кислорода часто проживать.

Что не так?

Из-за постоянного холода и жара выхлопная система расширяется и контракты, которые могут привести к разрыву сварных швов и утечке прокладок. В заснеженных районах используется соль, которая вызывает ускоренную ржавчину системы. К счастью, легко определить, есть ли в системе проблема, потому что вы слышу под нагрузкой. Постарайтесь прислушаться к источнику шума, который может сказать вам в какой части системы возникла проблема.Проблемы могут быть обнаружены простой осмотр любую утечку выхлопных газов следует немедленно устранять, чтобы избежать удушье.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Компоненты выхлопной системы

• Коллектор выпускной
• Головка трубы
• Прокладка фланца
• Каталитический нейтрализатор
• Датчики кислорода
• Трубка первичной передачи
• Переключатель давления
• Вторичная выхлопная труба
• Глушитель
• Резонатор
• Труба выхлопная
• Теплозащитные экраны
• Системные подвесы (резиновые)

Очистка выхода выхлопных газов

В большинстве легковых и грузовых автомобилей есть так называемый каталитический нейтрализатор, который отвечает за перегрев газов для сжигания лишнего топлива, оставшегося от двигатель.На дизельных двигателях используется сажевый фильтр (DFP) для улавливания сажи, побочный продукт сгорания дизельного топлива. Эти фильтры сгорают процесс, при котором фильтр нагревается до перегрева, сжигая сетку фильтра чистый. Каталитический нейтрализатор не подлежит очистке.

Запах выхлопных газов

Многие запахи могут быть связаны с выхлопной системой из-за естественного тепла и запах израсходованного топлива, но определенная неисправность может вызвать дополнительные запахи, указывающие на проблему.Пот или резкий запах могут указывать на взорванный воздух. прокладка головки, а запах тухлого яйца связан с переработкой каталитического нейтрализатора. преобразователь, который может быть нормальным из-за экстремального использования или неисправности, допускающей также нужно сжечь много топлива.

Производительный выхлоп

Существует бесконечное количество конфигураций выхлопных систем от очень громких (бесплатно плавный, с низким ограничением) до едва слышимого в зависимости от приложения и предпочтение производителя. Как правило, чем громче выхлоп, тем больше расход (мощность) система будет иметь.В то время как стандартные выхлопы разработан, чтобы быть рентабельным система обычно изготавливается из материалов более высокого качества, предназначенных для получения большего Лошадиные силы. Системы могут быть свободными глушитель с полным пакетом характеристик, включая заголовки, которые заменяют более ограничительные выпускные коллекторы (перед модификацией транспортных средств проконсультируйтесь с государственными и федеральными законами о выбросах вытяжная система).

Пожарная опасность

При парковке помните, что система очень горячая и может запустить огонь, если вы припаркуете машину на засохшей траве, например, на траве.Если вы должны припаркуйте машину в сомнительной ситуации, дайте ей сначала остыть. Никогда не применять холодная вода в горячую выхлопную систему, потому что это может привести к разрушению катализатора отдельно внутри каталитического нейтрализатора.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Посмотрим!

Следующие изображения поясняют выхлопную систему спереди и сзади. сзади с описанием его компонентов и их работы.

Выпускной коллектор и теплозащитный экран: эта деталь прикреплена к головке блока цилиндров болтами. первым получает выхлоп двигателя.Тепловой экран предназначен для защиты от ожоги и повреждение других компонентов внутри моторного отсека.

После сбора газов коллектор направляет их во фланец коллектора.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Болты крепления патрубка головки к фланцу выпускного коллектора.

Выхлопные газы попадают в каталитический нейтрализатор, в котором может находиться кислород датчик. Преобразователь также защищен от корпуса тепловым экраном.

После того, как газы обработаны каталитическим нейтрализатором и считываются кислородным датчиком, они попадают в первичные транспортные трубопроводы.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Коллектор баланса противодавления используется для выравнивания давления, что повышает производительность при ограничении шум двигателя. (Примечание: в это устройство не входят четырехцилиндровые двигатели.)

После обработки выхлопных газов через уравновешивающий коллектор они проходят по трубкам вторичного переноса которые проходят через дифференциал или ось.

Глушитель помогает двигателю шум. Иногда используется вторичный глушитель, называемый резонатором, который увеличивает эффект глушителя.

Резиновые подвески используются для подвешивания системы, изолируя вибрацию двигателя от транспортного средства.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Выхлопные газы выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу, соединенную с глушителем. Обычно это выхлопная труба защищена экраном, который помогает обезвредить выхлоп.

Вопросы?

Наши механики ждут, чтобы бесплатно ответить на ваши вопросы.

Статья опубликована 29.11.2020

Теория выхлопного коллектора и правильная настройка выхлопа — Burns Stainless

Чтобы объяснить влияние настройки выхлопа на производительность, давайте кратко рассмотрим цикл 4-тактного двигателя. Первым шагом в 4-тактном процессе является такт впуска. При открытом впускном клапане поршень движется вниз по цилиндру, втягивая свежий воздух и топливную смесь в цилиндр (такт впуска).Когда поршень приближается к нижней мертвой точке, впускной клапан закрывается, и цилиндр перемещается вверх по цилиндру, сжимая заряд воздуха / топлива (такт сжатия). Когда поршень находится в верхней части хода, свеча зажигания воспламеняется и воспламеняет сжатую смесь, вызывая по существу закрытый взрыв. Давление воспламененного топлива толкает поршень вниз по цилиндру, передавая мощность на поршень, шток и, наконец, на коленчатый вал (рабочий ход). После достижения нижней мертвой точки выпускной клапан открывается, и поршень выталкивается вверх по цилиндру, вытесняя выхлопные газы из выпускного отверстия и коллектора (такт выпуска).

Когда выпускной клапан открывается, относительно высокое давление в цилиндре (70–90 фунтов на кв. Дюйм) вызывает выброс выхлопных газов, и большая волна давления распространяется по выпускной трубе. Когда клапан продолжает открываться, выхлопные газы начинают проходить через седло клапана. Выхлопные газы текут со средней скоростью более 350 футов / сек, в то время как волна давления распространяется со скоростью звука около 1700 футов / сек.

Как можно видеть, существует два основных явления, происходящих в выхлопе: поток частиц газа и распространение волны давления.Целью выпуска является удаление как можно большего количества частиц газа во время такта выпуска. Правильное обращение с волнами давления в выхлопе может помочь нам в этом и даже помочь нам «перезарядить» двигатель.

Когда волна давления выхлопных газов достигает конца выхлопной трубы, часть волны отражается обратно в цилиндр в виде волны отрицательного давления (или вакуума). Эта отрицательная волна, если она правильно рассчитана для достижения цилиндра во время периода перекрытия, может помочь удалить остаточные выхлопные газы в цилиндре, а также может инициировать поток всасываемого заряда в цилиндр.Поскольку волны давления распространяются со скоростью, близкой к скорости звука, синхронизацию отрицательной волны можно контролировать с помощью длины первичной трубы для конкретных оборотов в минуту.

Сила отражения волны основана на изменении площади по сравнению с площадью исходной трубы. Большое изменение площади, такое как конец трубы, приведет к сильному отражению, тогда как меньшее изменение площади, как это происходит в коллекторе, приведет к менее сильной волне. Коллектор 2-1 будет иметь меньшее изменение площади, чем коллектор 4-1, создающий более слабую волну давления.Кроме того, коллектор слияния будет иметь меньшее изменение площади, чем коллектор стандартной формы, производящий более слабую волну.

Итак, хитрость для правильной настройки выхлопа заключается в том, чтобы настроить выхлопную систему, чтобы создать отрицательную волну надлежащей силы, приуроченную к перекрытию цилиндров. Различные конструкции выхлопных газов развивались на протяжении многих лет на основе теории, но большинство из них все еще строятся на основе экспериментов «пробуй и пробуй». Только недавно компьютерные программы, такие как Burns X-design или высокопроизводительные программы моделирования двигателей, смогли помочь в этом процессе.Практичные инструменты, такие как регулируемые коллекторы регулируемой длины и регулируемые коллекторы B-TEC и DynoSYS , позволяют быстрее вносить изменения в конструкцию на стенде или в автомобиле. При рассмотрении конструкции жатки необходимо учитывать следующие моменты:

1) Диаметр первичной трубы коллектора (также будь то трубы постоянного размера или ступенчатые трубы).
2) Общая длина первичной трубы.
3) Коллекторная упаковка, включая количество труб на коллектор и размер выпускного отверстия.
4) Пакет мегафон / выхлопная труба.

.