Выпускной коллектор («паук 4-2-1 и 4-1»)

Большая часть потерь на выпуске приходится на выпускной коллектор. В спорте и тюнинге штатный коллектор заменяют на так называемый «паук», который отличается формой и порядком соединения приемных труб с выпускными окнами. «Пауки» бывают «короткие» и «длинные» (два У). Если взять 4-цилиндровый двигатель, то схема труб «длинного» строится по формуле 4-2-1, а «короткого» 4-1. К «длинному» пауку положена соединительная муфта 2-1, у «короткого» более сложная геометрия. Коллектор 4-1 дает добавочную мощность только в очень узком диапазоне оборотов, за 6000 об/мин, и его обычно применяют для высокофорсированных двигателей с широко фазными распредвалами, то есть на спортивных автомобилях. Коллекторы 4-2-1 подходят для любительского тюнинга, так как обеспечивают некий прирост мощности и крутящего момента в довольно широком диапазоне оборотов. Физика работы деталей сложна, и, не углубляясь в дебри, попросту ответим на вопрос — сколько лошадей прибудет? Мало! Для вазовских моторов обычно 3-5%, и даже в случае доработки впуска — не более 7% (это вообще максимум труднодостижимый). В прямоточной системе применяют также промежуточные прямые трубы увеличенного диаметра, резонаторы пониженного сопротивления. Вместо жестких соединений часто ставят «гофры» (сильфоны) или шаровые соединения. Последние не создают паразитных частот резонанса, зато недолговечны.

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. 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.