Голос железного друга

Устройство выхлопной системы

Урчание V-образника, надсадный вой спортивного японского рядника, неторопливое тарахтенье рядной британской двойки… Вот какие ассоциации возникают у обычного человека при словах "выхлопная система". Конструкторы и инженеры видят все немного по-другому, с суровой технической стороны. Мы не будем забираться в глубокие дебри, а просто составим представление, как работает "выдох" наших мотоциклов, причем постараемся сделать это максимально интересно.

Теория, теория…

Основные задачи, которые ставятся перед системой выпуска - отводить выходящие из камеры сгорания газы, охлаждать их и снижать уровень шума. Представьте, что было бы, если бы горячий выхлоп вылетал из цилиндра прямо в атмосферу! Само собой, передняя шина на пару с крылом расплавилась бы, а уровень издаваемого двигателем шума стал бы просто невыносим (ради интереса, попробуйте снять выпускную систему и завести мотор. Посмотрим, сколько продержится ваш нежный слух). Кроме того, если в выхлопе осталось немного несгоревшего топлива, то оно бы эффектно сгорало при контакте с кислородом воздуха. Поэтому выпускная система отводит отработавшие газы в "хвостовую" часть мотоцикла, охлаждая их и устраняя нежелательные тенденции к сгоранию в атмосфере.

Еще одна задачи системы выпуска - использование пульсаций давления, образующихся на каждом рабочем такте. Это делается для улучшения очистки и наполнения камеры сгорания.

Обычно заводская выпускная система изготавливается из стали. В зависимости от требований стиля сталь хромируют или окрашивают жаростойкой краской. Иногда, хоть это и дороже, используется нержавеющая сталь.

У байка тоже есть пульс

Во время каждого такта сгорания при движении газа в выпускной трубе образуются волны высокого давления. Логично предположить, что за волной высокого давления следует волна низкого давления. В некоторой точке системы выпуска, которая определяется конструкторами, часть волн высокого давления соударяются с системой, в то время, как оставшаяся волна высокого давления покидает трубу, волна низкого давления, следующая за ней, отражается назад. Волна низкого давления способствует наполнению камеры сгорания свежей топливовоздушной смесью. Затем отраженная волна высокого давления предотвращает вытекание свежей смеси через выпускной канал. Следующая за ней волна низкого давления удаляет отработавшие газы из камеры сгорания. Процесс повторяется, мотоцикл дышит ровно и хорошо.

Длина каждой трубы выпускной системы тщательнейшим образом рассчитывается, чтобы пульсации давления оказались в необходимой точке в заданный момент времени. Правильно выполненный выпуск играет решающую роль в высокой производительности двигателя. Поэтому не стоит покупать "концы" малоизвестных подвальных фирм. Если уж покупаете тюнинговый выпуск, не пожалейте денег на качественный товар от именитого производителя.

Выпускная система сконструирована таким образом, что наилучшие характеристики ее работы обеспечиваются в узком диапазоне частот вращения двигателя. Поэтому для улучшения отдачи двигателя во всем диапазоне оборотов применяют различные системы, о которых мы дальше и поговорим.

Клапаны везде! Даже в выхлопных системах

За пределами определенных частот вращения двигатель работает относительно неэффективно. Первыми решить проблему взялись специалисты Yamaha, разработав систему EXUP (Exhaust Ultimate Power Valve, что в переводе на русский означает монструозное "Абсолютный мощностной клапан системы выпуска"). Данная конструкция явилась первым механизмом изменения внутреннего сечения выпускной системы, таким образом, добившись получения максимальной мощности во всем диапазоне работы двигателя. EXUP располагается между выпускными трубами и глушителем. Мощностной клапан закрыт до средних оборотов, тем самым уменьшая сечение трубы, и открыт при высоких оборотах, увеличивая сечение. Управление им берет на себя электроника и сервомотор. Интересно, что задумывался данный механизм как дополнительное средство уменьшения токсичности выхлопа, и устанавливался на FZR1000 в версии для Калифорнии, известной своими жесткими эко-нормами. Однако инженеры с удивлением обнаружили, что клапан еще и выравнивает мощностную характеристику, и даже слегка поднимает лошадиное поголовье в моторе! После этого, естественно, EXUP стали устанавливать на многие другие байки компании, в числе которых R1, MT-01 и FZ1.

EXUP на Yamaha R1 2004

Позже появились решения от Suzuki под названием SET (Suzuki Exhaust Tuning), и от Honda - H-VIX (Honda Variable Intake\Exhaust). Ничем принципиально не отличаются от EXUP, только в хондовском варианте используются отдельные клапана в выпускных трубах.

H-VIX на Honda Fireblade 954

Выпускные системы двухтактников

Влияние выпуска на характеристики двигателя здесь гораздо существеннее, чем на четырехтактниках (если непонятно почему, ознакомьтесь с нашей статьей на эту тему). На каждый цилиндр всегда устанавливается отдельный комплект из выпускной трубы и глушителя, а также резонатора.

На фото хорошо видно выпускную систему с резонатором. Honda RS250R

Последний необязателен, но позволяет реализовать существенный прирост мощности за счет естественных склонностей пульсаций выхлопа резонировать внутри выпускной системы. Система сконструирована так, что выпускная труба постепенно переходит в прямой конус глушителя, в конце которого располагается обратный конус, заканчивающийся небольшой выхлопной трубой. Правильно настроенный резонатор обеспечивает наилучшее наполнение цилиндра рабочей смесью, а значит - высокие мощностные показатели. Подобный эффект недостижим никаким другим способом.

Как это работает

При открытии выпускного окна газы вытесняются в выпускную систему, чему способствует поступающий свежий заряд, идущий из окон продувочного канала. Отработавшие газы в виде волн продвигаются по резонатору, постепенно расширяясь и теряя скорость. Когда волна достигает обратного конуса, она сжимается и частично отражается обратно, в виде обратной волны. Камера сгорания к этому моменту переполнена, и избыточная смесь начинает заполнять верхнюю часть выпускной трубы. По мере того, как поршень закрывает окна продувочного канала, обратная волна достигает выпускного окна, возвращая избыточную смесь в камеру сгорания, где она удерживается за счет перекрытия поршнем выпускных окон. Таким образом, достигается легкий эффект "наддува", и мощность двигателя возрастает по сравнению с обычными условиями (то есть если бы резонатора не было).

М. Кумбс, "Мотоциклы. Устройство и принцип действия".

Оптимальное для создания этого эффекта время прохождения обратной волны к выпускным окнам достигается при определенной частоте вращения двигателя, выше и ниже которой двигатель работает как обычно. Чтобы наиболее полно воспользоваться этим эффектом, необходима тщательная настройка системы - только так можно реализовать дополнительную мощность и знаменитый двухтактный "подхват". Двухтактные мотоциклы всегда будут обладать своим собственным характером - они живут короткой (в плане рабочих оборотов), но яркой жизнью. На двухтактниках тоже используют мощностные клапаны (опять-таки, об этом в нашей статье), но уделом 2Т-байков остаются скоростные прохваты где-то у красной зоны.

Ох уж эти зеленые!

В незапамятные времена, когда моторы не ограничивали в возможностях, а выхлопные системы были простыми и громкими, экологи решили, что слишком уж многое позволяют себе производители. "Их мерзкие мотоциклы загрязняют нашу голубую планету, шумят и фыркают. Надо прищучить их!" - решили они и потребовали тотального уменьшения уровней выбросов вредных веществ и значительного снижения громкости мотоциклов. В результате, на свет появились паразитные конструкции, которые прописались в выпускных системах наших байков. И называются они каталитическими нейтрализаторами (мне почему-то от этих мудреных слов вспоминаются "Звездные войны").

Из химии мы знаем, что катализатор - это вещество, которое инициирует химическую реакцию между другими элементами, но само в реакции не участвует. Такой себе подстрекала. То есть катализатор не расходуется, а его свойства не меняются. Сам по себе КН необслуживаемый, но он очень хрупкий и может быть поврежден при неисправности выпускной системы, или при использовании этилированного бензина или неправильной топливовоздушной смеси. Этилированный бензин забьет КН отложениями, которые никакой "доместос" не отмоет.

Золото в трубах Kawasaki ZX-10R 2008

КН - это пористая структура, которая устанавливается в выпускной системе. В роли катализаторов выступают платина, палладий и родий, которые используются отдельно или в соединениях. Они сидят там для того, чтобы, в буквальном смысле, "обезвредить" вредные выбросы в отработавших газах, в результате химических реакций преобразуя CH, CO и NO_X в простой водяной пар, двуокись углерода и кислород. Пористым КН сделан для того, чтобы не создавать сопротивление потоку и увеличить поверхность для обеспечения реагирования всех вредных выбросов с соответствующими катализаторами. А расположен он именно там, где расположен, потому, что реакция будет проходить только в определенном температурном интервале. Кроме пористого элемента, присутствует камера, в которую подается воздух, и в которой происходят реакции преобразования вредных веществ в безвредные.

Катализатор, камера для осуществления реакций, хитроумный глушитель - злой ZX-10R очень любит природу!

Это настоящая радость эколога, однако простые райдеры тут явно ущемлены. Ведь катализатор утяжеляет систему на пару килограмм, и крадет у мотора какую-то часть производительности (хоть КН и пористый, но все-таки это гораздо хуже, чем если бы его там просто не было). Казалось бы - просто возьми и выкинь его, всего-то делов! Но нет, производитель ставит электронные препятствия. Например, у последних GSX-R1000 есть датчик, который следит, не выдрал ли жаждущий адреналина владелец КН "с мясом" из выпускной системы. Если катализатора нет - двигатель просто не запустится, только на приборке будет злорадно гореть лампочка. Вывод: если хотите увеличения числа пресловутых эл эс, лучше выкинуть всю стоковую систему, установив взамен aftermarket-комплект, и не забыв убрать досадный "глюк" в электронике. Тюнинговый выпуск сэкономит вес и при грамотной настройке добавит мощности. Про изменившийся звук я скромно умолчу…

И, наконец, банка!

Заканчивается выпускная система серийного байка глушителем. Его задача заключается в том, чтобы обеспечить максимально свободное прохождение газов с одновременным  отводом избыточной энергии, коей шум и является.

Обычно это достигается за счет поглощения. Вырывающиеся газы замедляются благодаря их расширению в корпусе глушителя. Дальше импульсы дробятся при проходе через металлическую сетку и набивку из минеральной ваты или подобного материала. Когда они наконец найдут выход, то более-менее утихнут - цель достигнута.

Еще можно разделить корпус глушителя на множество небольших "туннелей", по которым газы движутся в различных направлениях по довольно извилистому пути. До того как покинуть выхлопную трубу, звуковые волны неоднократно отражаются, теряя тем самым энергию.
Как правило, оба подхода дополняют друг друга и находят место на борту одного мотоцикла.

Такие вот "превратности пути" ожидают шумные выхлопные газы в глушителе литровой Ниндзи.
Снизу виден мощностной клапан, в данном случае расположенный перед самым глушителем.

Банки глушителей от сторонних производителей, которые призваны "улучшить звук и дать плюс тысячу лошадиных сил", по сути, представляют собой полые емкости из титана, нержавеющей стали или карбона. Никаких глушащих элементов там нет и в помине, равно как и прибавок к мощности. Все, что Вы получаете - это измененный звук, причем не всегда в лучшую сторону. Стоит заранее узнать, как "поет" банка, на которую Вы положили глаз.

************

Итак, с выпускной системой мы разобрались. Тем не менее, в мотоцикле еще много интересных систем, которые только и ждут, когда мы их с пристрастием рассмотрим. Оставайтесь с нами!