Випускні системи двотактних двигунів, Контент-платформа
ВИПУСКНІ СИСТЕМИ ДВОХТАКТНИХ ДВИГУНІВ
Нерідко доводиться чути розмови в середовищі мотоциклістів про роль глушника: одні кажуть, що якщо його прибрати, мотор попрє «як звір», інші стверджують протилежне. Але найчастіше сперечальники не уточнюють, про який тип двигуна вони говорять — про двотактний або чотиритактний. А різниця важлива. Адже якщо він чотиритактний, то наявність або відсутність глушника сильно на потужність не вплине, на двотактнику ж навпаки - робота двигуна може настільки сильно змінюватися від наявності або відсутності глушника, що дивуєшся.
Системи випуску двотактних двигунів дуже різноманітні, і перш ніж почати давати будь-які практичні рекомендації, спробуємо провести їх класифікацію. Можна нарахувати принаймні шість загальновідомих варіантів. Почнемо з найпростішого.
На мотоциклах можна бачити і випускні системи з однією лише частиною, що глушить, що йде після вихлопної труби. Саме так були підготовлені килимським заводом чотири «Сови» для «Алтайської кругосвітки». Забігаючи вперед, можна сказати, що у них була досить велика витрата палива, погана динаміка, зате чудова тяга на низьких і середніх оборотах.
Нерідко можна зустріти мотоцикли з лише вихлопною трубою, без будь-яких змін перерізу всередині. Найчастіше так роблять або неосвічені власники, або охочі підвищити прохідність за будь-яку ціну.
Але найбільш досконалою на сьогоднішній день є випускна система, що складається з потужності заслінки, що регулює висоту випускних вікон в залежності від оборотів або навантаження двигуна, і резонатора і глушника, що йдуть за нею.
Тепер про все по порядку.
Численні дослідження роботи двотактних двигунів внутрішнього згоряння показують, що з неналаштованою випускною системою або зовсім без неї у двигуна відбувається втрата значної частини паливо-повітряної суміші через випускні вікна, з яких, власне, випускна система і починається. Від їх форми та розмірів багато в чому залежить потужність та швидкохідність мотора.
Кутова ширина випускного вікна обмежується небезпекою пошкодження поршневих кілець, і за даними досліджень фірми «Ямаха» не повинна перевищувати 65° для серійних двигунів та 70° для спортивних. Якщо ж їх потрібно збільшити, роблять два або три вікна, розділені перемичками. Висота випускних вікон істотно впливає на потужність двигуна. Збільшення висоти веде до швидкого очищення циліндра відгазів, що відпрацювали, що сприяє підвищенню оборотів, але в той же час зростає частка втраченого ходу, тому що після відкриття випускних вікон гази вже не чинять тиску на поршень. Це призводить до зниження крутного моменту в області низьких та середніх частот обертання. Позбутися таких небажаних явищ і допомагають потужні заслінки, які обмежують висоту випускних вікон на низьких і середніх обертах і повністю відкривають їх на високих. До речі, потужнісні заслінки зараз стали майже обов'язковою приналежністю пристойного двотактного двигуна.
На жаль, виготовити в наші умови таке ефективне пристрій вкрай складно, тому ми не будемо на ньому довго зупинятися, а продовжимо далі знайомство з випускною системою. Після випускних вікон, як правило, встановлюється резонатор, або потужна частина, говорячи по-науковому. Основне його завдання – перешкоджати викиду свіжої суміші. Вибір оптимальних параметрів резонатора є досить складним, але я спробую внести ясність у це питання.
Для сприятливого протікання процесу газообміну необхідно, щоб у випускного вікна в першій половині фази продування створювалося невисоке розрідження, що сприяє очищенню циліндра від газів, що відпрацювали. До моменту підходу продувної суміші до випускного вікна тиск у випускній системі (у вікна) повинен зрости та підтримуватися в такому стані до його закриття. Ця хвиля тиску створює зворотний рух у циліндр частини продувної суміші, що потрапила в систему випуску під час продування.
При несприятливій зміні тиску може статися «закупорювання» випускної системи, що погіршує очищення та наповнення циліндра. Значне розрідження в системі випуску в кінці продування сприяє безперешкодному викиду горючої суміші черезВипускне вікно.
Налаштування випускної системи зазвичай здійснюється на один режим роботи. Вона зводиться до вибору геометричних розмірів резонатора, показаного малюнку 2.
Гази, що відпрацювали, вириваючись із випускних вікон із надзвуковою швидкістю, спрямовуються в резонатор, який спочатку розширюється, утворюючи так званий прямий конус, а потім звужується, утворюючи зворотний конус. При цьому тиск газів спочатку знижується, а потім зростає. Виникає відбита хвиля, що прямує назад до циліндра. Для кожної конкретної випускної системи ця хвиля має певну швидкість, В результаті налаштування випускної системи полягає в підборі довжин і діаметрів резонатора таким чином, щоб відбита хвиля підходила до випускних вікон у потрібний момент. система, яка на інших частотах, на жаль, не може забезпечити оптимальних умов випуску газів, що відпрацювали. Доводиться йти на компроміс, вибираючи найкращу частоту, на якій буде йти відсмоктування відпрацьованих газів і дозарядка циліндра.
Найчастіше ці оптимальні обороти перебувають у діапазоні між середніми і високими. На мотоциклах з добре налаштованою випускною системою нерідко помічається різке підхоплення при досягненні певних оборотів. Найчастіше він супроводжується таким прискоренням, що невдалому експериментатору, не звиклим до подібних сюрпризів, може трапитися нагода бачити мотоцикл, що віддаляється від нього на задньому колесі, наздогнати який вже неможливо.
Де: F1 = (1,3 ... 1,75) F0.вип;
F0.вип - площа перерізу випускних вікон;
F1 – площа перерізу випускної труби.
При збільшенні L1 крива зміни моменту, що крутить, зсувається в бік малих частот обертання, а при зменшенні L1 - в область високих частот. Оптимальна довжина L1 = (5 ... 6) D1
Кутαрозкриття першого конуса приймається з умови забезпечення безвідривного проходження потоку газуα=6. 10 °.
Довжина конічної частини L2 визначається кутомαі діаметром D2, який приймається із співвідношення D2=√4F2/π,
Змінюючи довжину L3 циліндричної частини та положення зворотного конуса, можна зміщувати характеристику двигуна в необхідному напрямку. Вибираючи довжину L3 можна підвищити максимальну ефективну потужність у певному діапазоні частот обертання завдяки дозарядці циліндра. Однак на інших частотах відбувається погіршення показників,
Зі збільшенням довжини L3 зменшується максимальна потужність, але значно зростають її значення діапазоні середніх оборотів.
Довжина L4 зворотного конуса впливає на показники двигуна наступним чином, Якщо конус ділянки L4 невеликий (велика довжина L4), то потужність двигуна при оборотах вище номінальних знижується повільно, При малій довжині L4 потужність падає швидко. Рекомендована довжина L4 = (1. 2,5) D1
Кінцева ділянка труби довжиною L5 також впливає на показники двигуна. При зростанні L5 та зменшенні діаметра максимальна потужність двигуна зміщується в область високих частот обертання, Зменшення довжини L5 сприяє підвищенню потужності на малих обертах. Зменшення діаметра D3 викликає перегрів днища поршня.
Частина випускної системи позитивного впливу на потужність не надає, затесприятливо позначається стан органів слуху.
Величезні сигароподібні глушники вітчизняних мотоциклів включають відразу потужність і глушить частини, а вихлопна труба є окремим елементом. Нерідко вона входить у прямий конус настільки глибоко, що порушується безвідривний характер витікання газів. У такому разі ідеальним був би варіант відмови від з'єднання труби та конуса за допомогою накидної гайки або хомута на користь зварювання. Принаймні, слід укоротити частину, що виступає всередину конуса.
Тут же криється найпростіший спосіб часткового налаштування випускної системи. Можна підсунути глушник уперед, укоротивши вихлопну трубу. При цьому слід очікувати поліпшення роботи мотора на високих оборотах, або навпаки, для отримання більшої тяжкості на низьких оборотах відсунути глушник подалі та подовжити першу трубу.
Подовження або скорочення циліндричної ділянки також не викликає складнощів. Глушник розпилюється, і з нього видаляється або вварюється шматок необхідної довжини.
У більшості випадків небажаний контакт із випускною системою закінчується не так вдало, можливі опіки і навіть пожежа. Про це не слід забувати при модернізації чи самостійному виготовленні випускної системи.