Сначала — немного теории. Для чего предназначена и как работает система выпуска? Вопрос этот кажется элементарным только на первый взгляд. Начнем с того, что система выпуска отработанных газов выполняет несколько задач одновременно.
Даже в нынешнее, весьма «недешевое» время многие стремятся индивидуализировать свой автомобиль, сделать его мощнее и темпераментнее. Любителям быстрой езды вечно не хватает мощности стандартного мотора. Когда резервы настроек и регулировок исчерпываются, наступает пора форсировки — процесса творческого, а потому дорогостоящего.
Вы не раз слышали о так называемых спортивных выхлопных системах. Давайте разберемся, что к чему, в этом вопросе.
Выхлопная система стандартного автомобиля служит для собственно отвода отработавших газов из камеры сгорания мотора. Попутно решается задача глушения звука выхлопа.
Движение отработавших газов в выпускной трубе представляет собой колебательный процесс, который может быть согласован экспериментально с колебательным процессом движения горючей смеси во всасывающем тракте с таким расчетом, чтобы улучшить очистку цилиндра от отработавших газов и его наполнение свежей смесью. Давление в выпускной трубе подвержено резким колебаниям в течение всего периода выпуска. В первый момент после открытия выпускного клапана продукты сгорания устремляются в выпускную трубу с весьма высокой скоростью, превышающей скорость распространения звука. Быстрое удаление 50% продуктов сгорания влечет за собой образование в цилиндре разряжения, которое может доходить до 0.5 кгс/см2. Точно так же и в выпускной трубе образуются периоды пониженного давления.
Эксперименты с выпускными трубами доказали, что длина трубы не влияет на эффективность очистки цилиндра в первой стадии процесса выпуска, но зато с увеличением длины трубы в известных пределах увеличивается длительность периода, в течение которого поддерживается разряжение.
С изменением частоты вращения период пониженного давления в выпускной системе не только изменяется по длительности и величине разряжения, но и смещается по углу поворота коленчатого вала. Поэтому каждому режиму работы двигателя соответствует определенная оптимальная длина выпускной трубы.
В выпускной системе ДВС присутствуют два процесса. Первый — сдемпфированное в той или иной степени истечение газа по трубам. Второй — распространение ударных волн (звука) в газовой среде.
Оба процесса оказывают влияние на коэффициент наполнения цилиндров. С первым всё просто и понятно. Большое сопротивление потоку газов (заткните выхлопную трубу!) вызовет снижение качества продувки и потерю мощности. Совершенно понятно, что чем короче и большего диаметра труба, тем меньше её сопротивление потоку. В реальной жизни для полуторалитрового мотора, работающего на оборотах не выше 8000 достаточно диаметра 45 — 50 мм при длине 3 — 3,5 метра. Дальнейшее увеличение диаметра не вызывает существенного уменьшения динамического сопротивления.
Далее понятно, что если в выпускной системе построить на некотором расстоянии от клапана отражатель, который называют резонатором, то на определённых оборотах улучшится продувка цилиндров, что поднимет вращающий момент двигателя. Это явление называется «настроенный выхлоп» и используется для корректировки моментной кривой. Если задача стоит повысить мощность, как для спортивного мотора, то резонатор настраивают на падающий после максимума участок. Таким образом, продлевают момент на большие обороты. Мощность, как известно, произведение угловой скорости на вращающий момент. Если мы хотим получить более «тяговитый» мотор на низах, то настраиваем на растущий участок до максимума.
Что касается шума, то этим занимается глушитель, расположенный как можно дальше, для того, чтобы снизить его влияние на резонансные свойства. Задача глушителя — только погасить звук многократным отражением в лабиринте или направить его в звукопоглощающий материал (стекловату, например), оказав как можно меньшее сопротивление потоку газов.
Если обратиться к зарубежной практике, то выясняется, что специалисты в области выхлопных систем могут получить прибавку в мощности более 12 -15 лошадиных сил. Эта солидная прибавка мощности получается заменой всех частей выхлопной системы («штаны», катализатор, резонатор, оконечная часть).
Спортсмены получают большую прибавку, но за счет того, что у них не связаны руки громкостью выхлопа — спортбайк имеет звуковое давление около 120 децибел (официально разрешенный предел 100 ДБ).
Глушитель по группе А может дать прибавку и в 30 сил, но ездить по городу будет невозможно. Кстати, любое серьезное вмешательство в выпускную систему требует корректировки системы питания. Исходя из этого — тюнинг 16 клапанного мотора через систему выпуска отработавших газов одно из самых не последних дел в его усовершенствовании.
В частном варианте, можно ограничиться оконечной банкой, резонатором и более продвинутыми «штанами». Замена труб на трубы большего диаметра даст прибавку, она не трудноосуществима на дорожных машинах.
Замена такой схемы на цельный выпускной коллектор с равными длинами от выпускных каналов головки до места соединения с приемной трубой даст прибавку до 5-7 лошадиных сил.
А как же звук? Да, сделать звучание машины более породистым можно и даже нужно.
Варианты — универсальные, вроде Powerful , Remus или Custom выхлоп. Powerful, Remus а также Supersprint выпускают универсальные глушители — их оконечный бачок с минимальными переделками устанавливается вместо стандартного. Отдача — конечно же, производитель обещает «more powerful engine», стадо лишних кобыл и т.п., но что-что, а звук породистый вы получите. Опять же сзади под бампером будет висеть здоровенный «самец», а не узкая фитюлька стандартного выхлопа.
Первая и самая простая — отвод выхлопных газов за пределы кузова автомобиля.
Вторая задача выпуска — обеспечение наилучшего наполнения цилиндров топливовоздушной смесью. В современных моторах фазы впуска и выпуска заметно перекрываются и в момент, когда открыты оба клапана, важно создать за выпускным клапаном разрежение, благодаря которому отработанные газы будут активнее покидать цилиндр, освобождая место для свежей порции смеси. Чтобы этого добиться, используют инерцию и неравномерность истечения выхлопных газов из двигателя. Дело в том, что после закрытия выпускного клапана, в коллекторе образуется зона понижено го давления, двигающаяся по трубе со скоростью звука. Если создать на пути этой волны препятствие, она отразится и, при п
Замер шума в ближнем поле: микрофон установлен на расстоянии 25 см от среза выхлопной трубыравильном расчете соотношения между оборотами двигателя и расстоянием до этого препятствия, окажется у выпускного клапана в момент, когда он будет снова открыт. Для автомобильного двигателя это расстояние оказывается очень большим, поэтому фронт разрежения от одного цилиндра возвращают к двигателю в момент открытия клапана другого. Этот процесс организуется с помощью выпускного коллектора с трубами равной длины, а препятствием для волны служит соединение этих труб в одну.
ОТКУДА РЕВ?
В штатной системе выпуска низкочастотную составляющую шума в основном глушит резонатор, но и на долю глушителя, главная задача которого — пригасить высокочастотный сигнал, “низов” тоже хватает. А в прямоточном глушителе набивка из минеральной ваты способна эффективно тушить только высокочастотные составляющие звука, поэтому низкочастотный шум попросту “пролетает” по прямой трубе практически без помех. Именно из-за этого голос “прямотоков” получается низким. Недаром говорят, что спортивный глушитель “басит”, “бубнит” или “рычит”. Особенно явно это чувствуется в салоне, куда высокочастотные составляющие проникают хуже низкочастотных.
И все бы ничего, если бы не одно но... У салона, как замкнутого объема, да и у панелей кузова неизбежно имеются собственные резонансные частоты. Звук выхлопа имеет в своем спектре ярковыра-женные максимумы, их еще называют гармониками, частота которых кратна оборотам двигателя. Как только частота гармоники становится близкой к собственной частоте кузова, шум резко усиливается, а в его спектральной характеристике появляется ярковыра-женный максимум. Как оказалось, у ВАЗ-2112 в “проблемной” для прямоточного глушителя области оказались две мощные гармоники, из-за которых шум в салоне резко увеличивается в районе 2500—2800 об/мин и 4200—4500 об/мин. Если провести на этих режимах спектральный анализ, легко увидеть в диапазоне 60—400 Гц пару пиковых частот, которые оказываются кратны этим оборотам. Очевидно, при разработке стандартного глушителя на “десятку” инженеры ВАЗа смогли максимально “задавить” эти гармоники за счет отражений звуковых волн внутри глушителя, а тюнинговые “прямотоки” пропускают их без особых помех.
Наконец, третьей задачей выпускной системы является собственно глушение шума. Ни простая труба, ни настроенный выпускной коллектор справиться с ней не в состоянии — требуется глушитель. Правда, на гоночных автомобилях встречаются системы, по сути, без глушителей, но, как правило, только на турбированных моторах, где турбина, “перемалывая” поток выхлопных газов, сама снижает его энергию и сглаживает колебания.
Итак, чтобы снизить шум, требуется глушитель. Они бывают нескольких типов. Первый тип — резонатор, состоящий обычно из перфорированной трубы и окружающей ее камеры. За счет резонанса, возникающего в камере, такой глушитель эффективно гасит звук определенной частоты. Как правило, современные резонаторы имеют несколько камер различного размера и при скромных габаритных размерах неплохо гасят низкочастотные шумы.
Стандартный оконечный глушитель обычно представляет собой лабиринт из перегородок, при отражении от которых часть энергии газа переходит в тепло, а звук затихает. Кроме того, за счет установки внутри глушителя перфорированных труб, в нем также как в резонаторе применяется эффект подавления звука определенных частот.
Прямоточный глушитель во многом похож по конструкции на резонатор. Отличие лишь в том, что между корпусом и трубой с отверстиями у него проложен звукопоглощающий материал. Как правило, это базальтовая вата, состоящая из длинных
Среди владельцев вазовских машин распространено мнение, что стандартная система выпуска сильно “душит” мотор. Особенно 16-клапанный, ведь выпуск на нем такой же, как и на менее мощном “восьмиклапаннике”. Поэтому, установка прямоточного глушителя с заметно меньшим сопротивлением выходу отработанных газов — сильный козырь в светофорных гонках.минеральных волокон. Чтобы волокна не выдувались потоком газа наружу, между трубой и ватой размещают заградительный барьер из очень мелкой сетки или специальной проволоки. И все равно, ресурс прямоточного глушителя определяется не коррозией металлического корпуса, а сроком удержания волокон, по истечении которого глушитель начинает звенеть, как пустое ведро. Звучание прямоточного глушителя задается его размерами, количеством и материалом набивки, а также диаметром и числом отверстий в трубе. Но как не настраивай “прямоток”, общая тенденция остается. Вата хорошо поглощает высокие частоты, а с низкими справляется плохо. Зато прямоточный глушитель оказывает наименьшее сопротивление выхлопным газам.
Есть и прямо противоположное Уровень и спектр шума регистрировался спектроанализатором Larson Davis 2900B в режиме реального времени. Хорошо видны резонансные гармоники сигнала
мнение: на стандартном моторе прямоточный глушитель прибавки мощности не дает. Единственная его задача — пустить пыль в глаза, а точнее — рев в уши. “Прямоток” — самый простой способ заставить поверить окружающих, что у машины мощный мотор и соответствующая динамика. К сожалению владельца машины, чтобы развеять эту иллюзию, часто хватает одного параллельного старта...
POWERFUL
Диаметр входной трубы — 48 мм
Диаметр оконечной насадки — 102 мм
Максимальный уровень внутреннего шума — 81,8 дБ
Максимальный уровень внешнего шума— 108,9 дБ
Это, пожалуй, самый популярный прямоточный глушитель на московском рынке. Секрет успеха, скорее всего, кроется в привлеки-тельной цене и эффектном внешнем виде. Чего стоят одни буквы Power-Ful, “пробитые” в торце хромированного жерла, выглядывающего из-под бампера. Неожиданностью стало то, что диаметр входной трубы оказался на три миллиметра больше, чем у стандартного глушителя. Да и изогнута труба по другому, более резко, зато без уменьшения площади поперечного сечения.
Испытания показали, что Powerful — самый тихий из нашей шестерки. Из всех “прямотоков” он наиболее близок к штатному глушителю по звуковому спектру, хотя снаружи Powerful все равно ревет намного громче “стандарта”. А максимальный уровень внутреннего шума с зтим глушителем оказался даже чуть ниже, чем со штатным! Похоже, что упор при создании глушителя был сделан именно на приемлемый уровень звукового давления. Мощности PowerFul почти не прибавляет, а на низких оборотах даже оказывается чуть хуже штатного глушителя.
Последнее мнение разделяют профессионалы: в любой серьезной тюнинговой фирме вам предложат программу доработок двигателя, в которой установка прямоточного глушителя будет стоять далеко не на первом месте. Другое дело — серьезно “заряженный” мотор. Если двигатель имеет увеличенный рабочий объем или форсирован по оборотам, стандартная система выпуска уже может не справляться с более мощным потоком газов, создавая ему слишком высокое сопротивление при высоких оборотах двигателя. Но и в этом случае один прямоточный глушитель не способен решить проблему — необходима замена всей системы выпуска на спортивную, чтобы дыхание мотора ничто не стесняло. Для этого устанавливают другой выпускной коллектор, прозванный в народе за свой внешний вид “пауком”, применяют трубы большего диаметра, убирают катализатор.
И все же, очень часто приходится видеть спортивные глушители на совершенно стандартных машинах. Дают ли они хоть что-то кроме громкого звука? И, кстати, насколько громок этот звук? Чтобы разобраться во всем этом, мы отправились на Дмитровский автополигон, в лабораторию виброакустики. Там, в специальной безэховой камере, можно не только определить уровень и спектр производимого машиной шума, но и с помощью мощностного стенда Schenck (Германия) измерить крутящий момент на заданных оборотах двигателя, а следовательно рассчитать развиваемую автомобилем мощность.
В качестве базы мы взяли совершенно стандартный ВАЗ-2112 с 16-клапанным мотором и решили испытать на нем четыре наиболее распространенных на московском рынке прямоточных глушителя. Это продукция известных итальянских марок PowerFul и ASSO, российский прямоточный глушитель SVR и, конечно, немецкий Remus. Кроме того, чтобы понять, какое влияние оказывает на работу мотора остальная часть выпускной системы, мы включили в программу испытаний две полные системы. Это система SVR с диаметром трубы, увеличенным до 54 мм против стандартных 45, а также итальянский комплект Supersprint, диаметр труб у которого еще больше — 60 мм.
Мощность измерялась на трех режимах работы
ASSO
Диаметр входной трубы — 42 мм Диаметр оконечной насадки — 102 мм
Максимальный уровень внутреннего шума — 83,4 дБ
Максимальный уровень внешнего шума— 111 дБ
Итальянская марка ASSO пока не так известна на отечественном рынке, как Powerful, хотя производственная линейка фирмы не менее разнообразна. Есть в ней и глушитель для ВАЗ-2112. Как и Powerful, ASSO щеголяет оконечной насадкой большого диаметра, но сам глушитель более скромного размера, а его входная труба оказалась по диаметру даже меньше, чем у штатного. По характеристикам ASSO является полной противоположностью предыдущему образцу. Во-первых, прибавка от его установки, пусть и небольшая, есть во всем диапазоне оборотов, а не только “вверху”. Во-вторых, ASSO — наиболее громкий из испытанных нами оконечных глушителей. И, если по уровню внешнего шума с ним еще могут поспорить системы с трубами большого диаметра, то в салоне ASSO перекрикивает всех. При этом его спектр наиболее “горбатый”, из-за чего звук выпуска кажется более “злым”. Этим же, скорее всего, и объясняется высокий общий уровень шума.
Чтобы установить глушитель Remus, пришлось сверлить кузов автомобиля и мастерить систему креплений
двигателя: 1500 об/мин (на этих оборотах обычно происходит трогание), 3700 об/мин (обороты максимального крутящего момента по паспортным данным) и 5400 об/мин (90 процентов от максимальных оборотов двигателя). Одновременно с помощью профессионального измерителя-анализатора шума Lar-son Davis 2900B фиксировался уровень и спектр производимого автомобилем шума. По правилам ЕЭК-ООН №51 внешний шум измерялся при работе автомобиля на третьей передаче в диапазоне оборотов двигателя 1500—5400 об/мин. Верхняя планка оборотов по этим правилам определяется как 90 процентов от оборотов максимальной мощности, а передача выбирается из расчета развиваемой автомобилем на дороге скорости. Впрочем, наши измерения нельзя считать сертификационными, поскольку эти правила предполагают замеры шума на дороге с определенным
крытием. Однако для сравнения разных систем выпуска такая методика вполне пригодна. Замеры производились в двух точках позади автомобиля. Первый микрофон устанавливался под углом 60 градусов к продольной оси автомобиля на расстоянии 25 см от среза выхлопной трубы. Второй микрофон фиксировал шум точно по оси машины на расстоянии четырех метров позади нее и на высоте 1м 20 см. Условно говоря, первый микрофон измеряет шум самого глушителя (так называемый замер в ближнем поле), а второй — шум всего автомобиля в целом (замер в дальнем поле).
REMUS
Диаметр входной трубы — 45/54* мм
Диаметр оконечной насадки — 89 мм
Максимальный уровень внутреннего шума — 84,0 дБ
Максимальный уровень внешнего шума — 109,8 дБ
* диаметр входной трубы/диаметр патрубка на входе в корпус
Глушители фирмы Remus уже несколько лет продаются на российском рынке, однако “банки”, адаптированной для “двенадцатой”, среди них до сих пор нет. Можно взять экземпляр для “десятки”, но тогда нужно будет укорачивать хромированную насадку. Второй вариант — универсальный глушитель — по сути, корпус с оконечной насадкой и коротким входным патрубком. Чтобы установить его, нужно либо потратить еще около 1000 рублей на трубу, либо использовать куски старого глушителя, а кроме того, необходимо придумать собственную схему крепления “банки”. Мы выбрали последний вариант итоге потратив на установку Ремуса полдня. Как оказа лось, наши титанические усилия не окупились. Если на высоких оборотах прибавка мощности еще заметна, то на низких она близка к нулевой. В салоне Remus рычит почти также громко, как ASSO, при этом моторные гармоники выделяются из общего спектра еще сильнее, а высокочастотные составляющие немного приглушены. Последнее, по-видимому, и придает звуку выхлопа породистость, из-за которой так ценится Remus.
SVR
Диаметр входной трубы — 43 мм
Диаметр оконечной насадки — 54 мм
Максимальный уровень внутреннего шума —
84,0 дБ
Максимальный уровень внешнего шума —
100,2дБ
Глушитель, изготовленный московской фирмой SVR Conversions, внешне малопривлекателен: маленький корпус из нержавеющей стали оканчивается обычной стальной трубой. Впрочем, изготовители готовы по желанию клиента приварить в конец трубы любую насадку: хоть фирменную, хоть дешевую турецкую.
Но при этом “гадкий утенок” оказался самым эффективным среди оконечных глушителей! SVR дает наибольшую прибавку мощности на всех режимах, при этом по уровню создаваемого звукового давления он сравним с наиболее тихим глушителем Powerful! Да и монтировать глушитель небольшого размера с маленькой выходной трубой проще, чем импортные аналоги. Единственным недостатком с точки зрения звука можно считать резкий пик звукового давления на месте водителя в диапазоне от 4100 до 4600 об/мин.
SVR (полная система)
Диаметр трубы — 52 мм
Диаметр оконечной насадки — 54 мм
Максимальный уровень внутреннего шума — 84,4 дБ Максимальный уровень внешнего шума — 115,9 дБ
Полная система выпуска SVR с выпускным коллектором, выполненным по схеме 4-2-1, и трубами большего диаметра предлагается производителем только с установкой. Мы понадеялись на собственные силы, за что и поплатились. После сборки выпуск стал “сечь” в шаровом соединении коллектора с резонатором. Пришлось ставить более мощные стягивающие пружины и использовать герметик. Кстати, “шар” расположен дальше, чем у стандартной системы, и его иное расположение по отношению к опорам силового агрегата, по признанию создателей, чаще приводит к обрыву резинок, на которых выпуск подвешивается к кузову. Кроме того, неудобно расположено отверстие под кислородный датчик и, чтобы подключить лямбда-зонд, пришлось расплести жгут проводки. Оконечный глушитель в этой системе симпатичнее предыдущего благодаря корпусу и выходной трубе из полированной нержавейки. Испытания на стенде показали, что полная система SVR добавляет больше мощности, чем один прямоточный глушитель. Особенно это заметно на высоких оборотах, где прибавка достигла максимального в нашем тесте показателя — 6,4 процента. Однако “большая” труба производит и большой шум. Сростом оборотов полная система перекрывает по шуму все оконечные глушители. В частности, на максимальных оборотах система SVR оказывается на пять децибел громче глушителя той же фирмы. При этом внутренний шум сохраняется на уровне остальных “прямотоков”. Это закономерно, ведь звук попросту “улетает” через большую трубу назад...
Полная система SVR включает в себя “паук” с длинными трубами
SUPERSPRINT
Диаметр входной трубы — 60 мм
Диаметр оконечной насадки — 95x80 мм
Максимальный уровень внутреннего шума —
82,2 дБ
Максимальный уровень внешнего шума — 115,8 дБ
Комплект Supersprint, взятый нами на тест, является, по сути, опытным экземпляром. Поэтому он, уже прокаленный выхлопными газами, потерял часть своего блеска, а трубы имеют лишние сварные швы после сборки “по месту”. Впрочем, первая партия серийных систем поступит в Россию уже в апреле, да и цена системы известна. Supersprint существенно дороже, чем SVR не только из-за своего итальянского происхождения. Во-первых, этот комплект полностью сделан из нержавеющей стали, включая коллектор и все трубы. Во-вторых, диаметр основной трубы еще больше — 60 мм. Эта система изначально создавалась в расчете на максимально заряженные моторы, в том числе большого объема.
Даром, что опытный образец Supersprint устанавливается на “двенадцатую” за полчаса и без каких-либо проблем. В отличие от системы SVR, итальянский “паук” сделан по схеме 4-1, трубы коллектора заметно короче. В теории такая схема должна дать прибавку мощности на более высоких, чем у SVR, оборотах, скорее всего, уже за границей рабочего диапазона стандартного мотора. Измерения показали, что по мощности автомобиль с итальянской системой остался на уровне предыдущего варианта, разница лишь в нюансах. Так что 60 миллиметров стандартному мотору без надобности. При этом, если по внутреннему шуму паритет
У системы Supersprint короткий “паук” настроен на очень высокие обороты мотора. Оконечная насадка по размеру идеально подходит к выемке на заднем бампере
между полными системами также сохраняется, то снаружи, за счет большего диаметра трубы, Supersprint no громкости оказывается лидером.
Внутренний шум измерялся на тех же режимах работы двигателя тоже в двух точках — в районе головы водителя и в области голов задних пассажиров. Естественно, все измерения проводились с закрытыми дверями и окнами.
Результаты испытаний не стали сюрпризом. Сказать, что прямоточный глушитель по сравнению со штатным совсем не прибавляет мотору мощности, нельзя. Все оконечные глушители дают несколько процентов прибавки на средних и высоких оборотах двигателя. “Внизу” эта прибавка либо меньше, либо вовсе никакая.
Полные системы с “пауком” вместо штатного коллектора, большими трубами и без катализатора прибавляют больше мощности. Наиболее заметно это на высоких оборотах, где мотору особенно необходимо свободное дыхание. Однако прирост все равно не поражает воображение. Максимум — около семи процентов прироста мощности на высоких оборотах. Причем использование 60-миллиметровой трубы не дает преимущества по сравнению с 54-миллиметровой. Полуторалитровому моторчику со стандартными настройками и распредвалами столько просто не надо...
Итак, мощность увеличивается незначительно — в лучшем случае на 3—5 л.с. Зато как растет шум! Если по уровню внутреннего шума некоторые глушители еще могут сравниться со штатным, то снаружи все протестированные образцы голосят безбожно. На первый взгляд может показаться, что прибавка в шесть-десять децибел (относительно звука стандартного глушителя) невелика — те же несколько процентов, что и в случае с мощностью. Но не надо забывать, что звуковое давление измеряется не по линейной, а по логарифмической шкале. И при пересчете получаются уже не проценты, а разы! Попросту говоря, на некоторых режимах автомобиль с прямоточной системой шумит как десять стандартных “двенадцатых”! О том, почему так происходит — в отдельной заметке на этих страницах.
Так стоит ли тратиться на прямоточный глушитель? Очевидно, что ответ на этот вопрос лежит в области личных предпочтений. Вы отдаете приоритет скорости и динамике автомобиля? Тогда лучше потратить эти средства на другие компоненты тюнинга, например, на хорошие тормозные колодки. Если же для вас основная цель — произвести на светофоре впечатление на окружающих или подзадорить самого себя, то “прямоток” для этого подходит прекрасно. Главное, чтобы после старта вам удалось продемонстрировать соперникам хромированное дуло своего оружия...
