По воле волн

НАСТРОЕННЫЙ ВЫПУСК: ЧТО МОЖНО, ЧЕГО НЕЛЬЗЯ

Однако не все так просто - чтобы переделки пошли на пользу, а не во вред, без точных расчетов и консультаций специалистов не обойтись.

СИЛА В "ШТАНАХ"

Желание поэкспериментировать с выпускной системой просыпается у многих еще в безмоторном велосипедном детстве: листок бумаги, закрепленный бельевой прищепкой возле спиц колеса, трещит почти по-мотоциклетному. Заполучив настоящий мотоцикл, кое-кто вовсе удаляет глушитель - к громкому неудовольствию соседей и дворовых собак. На первый взгляд, кажется, что мощность, а с ней и максимальная скорость при этом возрастут - сопротивление отработавшим газам снизилось. Нередко же все происходит наоборот: "максималка" ощутимо падает. Значит, двигатель вместе с системой выпуска утратил и часть мощности. Почему?

Вспомним посадку в переполненный автобус: оставшиеся на улице дружно наваливаются, "уплотняя" тех, кто внутри, и если водитель успел закрыть двери, прежде чем людская волна качнулась обратно, в салоне оказывается максимальное число пассажиров. То же происходит и в цилиндре двухтактника: при продувке часть свежей смеси увлекается в систему выпуска, а затем отраженной волной сжатия заталкивается в цилиндр. Если нет системы выпуска - такая "дозарядка" невозможна.

В четырехтактном двигателе картина иная: в выпускной коллектор свежая смесь не попадает, зато в надпоршневом пространстве в конце такта выпуска - отработавшие газы. Удалить их поможет подошедшая в нужный момент волна разрежения.

Как сделать, чтобы отраженная волна оказалась у клапана точно в нужный момент? Менять скорость звука не в наших силах: она зависит от вида газа и его температуры. Остается "играть" расстоянием: длиной участка выпускного тракта до ближайшего "акустического зеркала". Роль последнего может играть срез трубы, выходящий в атмосферу или в резервуар большого объема, или же задняя стенка резонатора.

Чтобы отраженная волна вовремя вернулась к "своему" цилиндру (например, при 6000 об/мин - через 0,02 с), она должна пройти путь около 8 м, учитывая увеличение скорости звука в горячих газах. Трубу пришлось бы сделать длиной около 4 м да еще снабдить глушителем. Разместить такую конструкцию негде. Но для многоцилиндрового двигателя есть простое решение: отраженная волна должна попасть в следующий по порядку работы цилиндр - тогда можно обойтись более короткими трубами, соединенными в "паук". Так, для четырехцилиндрового мотора рассчитанную длину надо поделить на четыре.

Положительный эффект настроенного выпуска проявляется только на определенных оборотах двигателя, при других он может стать отрицательным: волна в противофазе вместо подхвата вызовет провал. В более высокочастотной системе (настроенной на большие обороты двигателя) подхват выражен сильнее, но ощутим в узком диапазоне оборотов. На "низах" такой двигатель окажется даже хуже серийного. Поэтому в паре с обычной трансмиссией эксплуатировать его бессмысленно. Без сближения передаточных чисел (и увеличения числа передач) поддерживать оптимальные обороты при всем желании не удастся. Если же настраивали "на низы", то и рабочий диапазон системы будет шире, но эффект слабее. Подобным образом рассчитывают системы выпуска некоторых серийных двигателей.

ПРЯМЫМ ПУТЕМ

Увеличивая коэффициент наполнения цилиндра волновой настройкой системы выпуска, конструкторы стремятся еще и снизить ее сопротивление потоку газов - из-за этого двигатель теряет несколько процентов мощности. Прямая гладкая труба постоянного сечения создает минимальное сопротивление, но без глушителей нельзя: даже длинная и извилистая, она прекрасно звучит - вспомним духовые инструменты.

Простейшее решение, которым многие домохозяйки пользуются, усмиряя брызжущий водопроводный кран, - резинка с вставленным отрезком шланга меньшего сечения. Подобный глушитель ("резонатор Гельмгольца") изображен на рис. 1. Для эффективной работы приходится сильно увеличивать его объем (что неприемлемо по компоновочным соображениям) или сильно сужать сечение (а это дополнительные потери). Поэтому его обычно используют в малофорсированных агрегатах - скутерах и газонокосилках.

Другая система напоминает лабиринт (рис. 2). Звуковые волны многократно отражаются от стенок камер, накладываются друг на друга и гасятся. Но поскольку в камерах идет вихрение потока, сопротивление такого глушителя хоть и меньше, чем у предыдущего, все равно значительно. Его используют как последний (основной) глушитель. Таков, например, "жигулевский" трехкамерный. А в качестве предварительных применяют "прямоточные" резонаторные системы (рис. 3). В них основной поток газов не меняет направления, да и сечение трубы постоянно - они эффективно гасят низкочастотные колебания при небольшом собственном объеме.

Наконец, есть основные глушители с наполнителем (рис. 4), где колебания широкого спектра частот поглощаются огнестойким пористым материалом. Многие производители систем выпуска используют "базальтовую вату" - природный волокнистый материал, но передовые (например, "Теш") перешли на стекловолокно. Оно дороже, зато обладает ценными преимуществами: не впитывает воду, эффективно поглощает шум, менее вредно в производстве и, наконец, имеет постоянную плотность. А это позволяет простым взвешиванием точно отмерить нужное количество - чтобы и объем заполнить, и лишнего сопротивления не создавать.

СТАВЯТ ГОЛОС

Действующие сегодня нормы для систем выпуска регламентируют два параметра: сопротивление выпускного тракта и уровень шума. Но вспомним хрюкающий глушитель "Волги" - шум-то в норме, но до чего противный! Желание как-то нормировать качество звука реализовано в новом стандарте ISO 532В. При разработке новых моделей специалисты оценивают звучание, прослушивая запись, сделанную в разных точках внутри и вне автомобиля. Пока еще не предложены формализованные критерии оценки, приходится полагаться на музыкальный слух экспертов.

Прямоточная система выпуска не обязательно означает тракторный рев на целый квартал. Специалисты могут "поставить голос" по желанию клиента, подбирая параметры как первого резонатора, так и последнего глушителя, в котором можно менять число камер, перфорацию, вид наполнителя и его количество. Иногда часть камер намеренно оставляют пустыми. Полностью рассчитать такую систему не под силу и специалистам в этой области: окончательная доводка без натурных испытаний невозможна. Отсюда и немалые цены на фирменную продукцию. Впрочем, любители "прищепки на колесе" останутся довольны и блестящей насадкой на дырявый глушитель.