Пристрій вихлопної системи
Текст: Артем 'S1LvER' Терехов
Бурчання V-божники, надсадний виття спортивного японського рядник, неквапливе тарахтенье рядної британської двійки ... Ось які асоціації виникають у звичайної людини при словах "вихлопна система". Конструктори і інженери бачать все трохи по-іншому, з суворою технічного боку. Ми не будемо забиратися в глибокі нетрі, а просто складемо уявлення, як працює "видих" наших мотоциклів, причому постараємося зробити це максимально цікаво.
Основні завдання, які ставляться перед системою випуску - відводити виходять з камери згоряння гази, охолоджувати їх і знижувати рівень шуму. Уявіть, що було б, якби гарячий вихлоп вилітав з циліндра прямо в атмосферу! Само собою, передня шина на пару з крилом розплавилася б, а рівень видаваного двигуном шуму став би просто нестерпний (заради інтересу, спробуйте зняти випускну систему і завести мотор. Подивимося, скільки протримається ваш ніжний слух). Крім того, якщо в вихлопі залишилося трохи незгорілого палива, то воно б ефектно згорали при контакті з киснем повітря. Тому випускна система відводить відпрацьовані гази в "хвостову" частину мотоцикла, охолоджуючи їх і усуваючи небажані тенденції до згорання в атмосфері.
Ще одна завдання системи випуску - використання пульсацій тиску, що утворюються на кожному робочому такті. Це робиться для поліпшення очищення і наповнення камери згоряння.
Зазвичай заводська випускна система виготовляється зі сталі. Залежно від вимог стилю сталь хромують або фарбують жаростійкої фарбою. Іноді, хоч це і дорожче, використовується нержавіюча сталь.
У байка теж є пульс
Під час кожного такту згорання при русі газу в випускній трубі утворюються хвилі високого тиску. Логічно припустити, що за хвилею високого тиску слід хвиля низького тиску. В деякій точці системи випуску, яка визначається конструкторами, частина хвиль високого тиску соударяются з системою, в той час, як решта хвиля високого тиску залишає трубу, хвиля низького тиску, наступна за нею, відбивається назад. Хвиля низького тиску сприяє наповненню камери згоряння свіжою паливо-повітряної сумішшю. Потім відбита хвиля високого тиску запобігає витікання свіжої суміші через випускний канал. Наступна за нею хвиля низького тиску видаляє відпрацьовані гази з камери згоряння. Процес повторюється, мотоцикл дихає рівно й добре.
Довжина кожної труби випускної системи ретельно розраховується, щоб пульсації тиску виявилися в необхідної точки в заданий момент часу. Правильно виконаний випуск грає вирішальну роль у високій продуктивності двигуна. Тому не варто купувати "кінці" маловідомих підвальних фірм. Якщо вже купуєте тюнінговий випуск, не пошкодуйте грошей на якісний товар від іменитого виробника.
Випускна система сконструйована таким чином, що найкращі характеристики її роботи забезпечуються в вузькому діапазоні частот обертання двигуна. Тому для поліпшення віддачі двигуна у всьому діапазоні оборотів застосовують різні системи, про які ми далі і поговоримо.
Клапани всюди! Навіть у вихлопних системах
За межами певних частот обертання двигун працює щодо неефективно. Першими вирішити проблему взялися фахівці Yamaha, розробивши систему EXUP (Exhaust Ultimate Power Valve, що в перекладі на російську означає монструозне "Абсолютний мощностной клапан системи випуску"). Дана конструкція стала першим механізмом зміни внутрішнього перетину випускної системи, таким чином, домігшись отримання максимальної потужності у всьому діапазоні роботи двигуна. EXUP розташовується між випускними трубами і глушником. Мощностной клапан закритий до середніх оборотів, тим самим зменшуючи перетин труби, і відкритий при високих оборотах, збільшуючи перетин. Управління ним бере на себе електроніка і сервомотор. Цікаво, що замислювався даний механізм як додатковий засіб зменшення токсичності вихлопу, і встановлювався на FZR1000 в версії для Каліфорнії, відомої своїми жорсткими еко-нормами. Однак інженери з подивом виявили, що клапан ще і вирівнює мощностную характеристику, і навіть злегка піднімає кінське поголів'я в моторі! Після цього, природно, EXUP стали встановлювати на багато інших байки компанії, в числі яких R1, MT-01 і FZ1.
Пізніше з'явилися рішення від Suzuki під назвою SET (Suzuki Exhaust Tuning), і від Honda - H-VIX (Honda Variable Intake \ Exhaust). Нічим принципово не відрізняються від EXUP, тільки в хондовськой варіанті використовуються окремі клапана в випускних трубах.
H-VIX на Honda Fireblade 954
Випускні системи двухтактників
Вплив випуску на характеристики двигуна тут набагато істотніше, ніж на четирехтактніков (якщо незрозуміло чому, ознайомтеся з нашою статтею на цю тему). На кожен циліндр завжди встановлюється окремий комплект з випускної труби і глушника, а також резонатора.
На фото добре видно випускну систему з резонатором. Honda RS250R
Останній необов'язковий, але дозволяє реалізувати істотний приріст потужності за рахунок природних схильностей пульсацій вихлопу резонувати всередині випускної системи. Система сконструйована так, що випускна труба поступово переходить в прямий конус глушника, в кінці якого розташовується зворотний конус, який закінчується невеликий вихлопною трубою. Правильно налаштований резонатор забезпечує найкраще наповнення циліндра робочою сумішшю, а значить - високі показники потужності. Подібний ефект недосяжний ніяким іншим способом.
При відкритті випускного вікна гази витісняються в випускну систему, чому сприяє надходить свіжий заряд, що йде з вікон продувочного каналу. Відпрацьовані гази у вигляді хвиль просуваються по резонатору, поступово розширюючи і втрачаючи швидкість. Коли хвиля досягає зворотного конуса, вона стискається і частково відбивається назад, у вигляді зворотної хвилі. Камера згоряння до цього моменту переповнена, і надлишкова суміш починає заповнювати верхню частину випускної труби. У міру того, як поршень закриває вікна продувочного каналу, зворотна хвиля досягає випускного вікна, повертаючи надлишкову суміш в камеру згоряння, де вона утримується за рахунок перекриття поршнем випускних вікон. Таким чином, досягається легкий ефект "наддуву", і потужність двигуна зростає в порівнянні зі звичайними умовами (тобто якби резонатора не було).
М. Кумбс, "Мотоцикли. Пристрій і принцип дії".
Оптимальне для створення цього ефекту час проходження зворотної хвилі до випускних вікон досягається при певній частоті обертання двигуна, вище і нижче якої двигун працює як звичайно. Щоб найбільш повно скористатися цим ефектом, необхідна ретельна настройка системи - тільки так можна реалізувати додаткову потужність і знаменитий двотактний "підхоплення". Двотактні мотоцикли завжди будуть мати своїм власним характером - вони живуть короткою (в плані робочих оборотів), але яскравим життям. На двотактники теж використовують потужності клапани (знову-таки, про це в нашій статті), але долею 2Т-байків залишаються швидкісні пройняти десь у червоної зони.
У незапам'ятні часи, коли мотори не обмежували в можливостях, а вихлопні системи були простими і гучними, екологи вирішили, що надто вже багато дозволяють собі виробники. "Їх мерзенні мотоцикли забруднюють нашу блакитну планету, шумлять і фиркають. Треба прищучити їх!" - вирішили вони і зажадали тотального зменшення рівнів викидів шкідливих речовин і значного зниження гучності мотоциклів. В результаті, на світ з'явилися паразитні конструкції, які прописалися в випускних системах наших байків. І називаються вони каталітичними нейтралізаторами (мені чомусь від цих модерних слів згадуються "Зоряні війни").
З хімії ми знаємо, що каталізатор - це речовина, яка ініціює хімічну реакцію між іншими елементами, але саме в реакції не бере. Такий собі підбурювала. Тобто каталізатор не витрачається, а його властивості не змінюються. Сам по собі КН не обслуговуються, але він дуже крихкий і може бути пошкоджений при несправності випускної системи, або при використанні етилованого бензину або неправильної паливо-повітряної суміші. Етиловий бензин заб'є КН відкладеннями, які ніякої "Доместос» не відмиє.
КН - це пориста структура, яка встановлюється в випускний системі. У ролі каталізаторів виступають платина, паладій і родій, які використовуються окремо або в з'єднаннях. Вони сидять там для того, щоб, в буквальному сенсі, "знешкодити" шкідливі викиди в відпрацьованих газах, в результаті хімічних реакцій перетворюючи CH, CO і NOX в простій водяна пара, двоокис вуглецю і кисень. Пористим КН зроблений для того, щоб не створювати опір потоку і збільшити поверхню для забезпечення реагування всіх шкідливих викидів з відповідними каталізаторами. А розташований він саме там, де розташований, тому, що реакція буде проходити тільки в певному температурному інтервалі. Крім пористого елемента, присутня камера, в яку подається повітря, і в якій відбуваються реакції перетворення шкідливих речовин в нешкідливі.
Каталізатор, камера для здійснення реакцій, хитромудрий глушник - злий ZX-10R дуже любить природу!
Це справжня радість еколога, проте прості райдери тут явно ущемлені. Адже каталізатор ускладнює систему на пару кілограм, і краде у мотора якусь частину продуктивності (хоч КН і пористий, але все-таки це набагато гірше, ніж якби його там просто не було). Здавалося б - просто візьми і викинь його, всього-то делов! Але немає, виробник ставить електронні перешкоди. Наприклад, у останніх GSX-R1000 є датчик, який стежить, чи не видер чи спраглий адреналіну власник КН "з м'ясом" з випускної системи. Якщо каталізатора немає - двигун просто не запуститься, тільки на приборке буде зловтішно горіти лампочка. Висновок: якщо хочете збільшення числа горезвісних ел ес, краще викинути всю стічну систему, встановивши натомість aftermarket-комплект, і не забувши забрати прикрий "глюк" в електроніці. Тюнинговий випуск заощадить вага і при грамотній настройці додасть потужності. Про змінився звук я скромно промовчу ...
Закінчується випускна система серійного байка глушником. Його завдання полягає в тому, щоб забезпечити максимально вільне проходження газів з одночасним відведенням надлишкової енергії, якою шум і є.
Зазвичай це досягається за рахунок поглинання. Що вириваються гази сповільнюються завдяки їх розширенню в корпусі глушника. Далі імпульси дробляться при проході через металеву сітку і набивання з мінеральної вати або подібного матеріалу. Коли вони нарешті дадуть собі раду, то більш-менш вщухнуть - мета досягнута.
Ще можна розділити корпус глушника на безліч невеликих "тунелів", за якими гази рухаються в різних напрямках по досить звивистому шляху. До того як покинути вихлопну трубу, звукові хвилі неодноразово відображаються, втрачаючи тим самим енергію.
Як правило, обидва підходи доповнюють один одного і знаходять місце на борту одного мотоцикла.
Такі ось "мінливості шляху" очікують гучні вихлопні гази в глушнику літрової Ніндзі.
Знизу видно мощностной клапан, в даному випадку розташований перед самим глушником.
Банки глушників від сторонніх виробників, які покликані "поліпшити звук і дати плюс тисячу кінських сил", по суті, являють собою порожнисті ємності з титану, нержавіючої сталі або карбону. Ніяких глушать елементів там немає і в помині, так само як і надбавок до потужності. Все, що Ви отримуєте - це змінений звук, причому не завжди в кращу сторону. Варто заздалегідь дізнатися, як "співає" банку, на яку Ви поклали око.
Отже, з випускною системою ми розібралися. Проте, в мотоциклі ще багато цікавих систем, які тільки і чекають, коли ми їх з пристрастю розглянемо. Залишайтеся з нами!
Не хочу чіплятися, але мені здається що тема про банку розкрита не повністю.
Просто відчуваю якусь слабкість до цього "елементу"
Детальніше про банку нам напишуть в спец. главах цього розділу, коли закінчать короткий опис основних життєвих систем