Глушитель и мощность
Почему нельзя удалять из глушителя акустический элемент
В нашей округе ребята по примеру одного «спортсмена» стали вытаскивать трубки из глушителей своих мотоциклов и даже переделывать их, чтобы увеличилась мощность двигателя. Треск после этого становился громким, а вот прибавления мощности на моем «Восходе» не ощущается. Объясните, пожалуйста, почему?» С таким письмом обратился в редакцию С. Про-шин из Кемеровской области. Вопрос, который он задает, встречается в редакционной почте довольно часто. И мы попросили ответить на него нашего постоянного автора инженера Э. КОНОПА.
Работа двухтактного двигателя немыслима без системы выпуска, в которую органически входит и глушитель. Он не только выполняет функцию, вытекающую из названия, — уменьшает шум выхлопа, но и существенно влияет на такие характеристики мотора, как мощность, крутящий момент, экономичность. Рассмотрим типичную конструкцию глушителя, схематически показанную на рисунке.
Передняя его часть имеет вид длинного конуса, а задняя — цилиндра. У места их соединения (сечение II) установлена внутренняя деталь в виде сравнительно короткого обратного конуса. Участок между сечениями I и II нередко называют мощностным, поскольку он в значительной степени определяет настройку мотора на заданный диапазон рабочих оборотов и влияет на другие.
Участок II—III служит главным образом для шумоглушения. Здесь устанавливают «акустический фильтр», который может иметь разные конструктивные особенности, но выполняет одну задачу: резко снижает уровень шума и одновременно изменяет его тембр на более благоприятный для слуха. Тем, кому приходило в голову пустить двигатель без выпускной системы, знакомы крайне неприятные ощущения от резкого звука выхлопа.
Шумоглушащая часть тоже в некоторой мере влияет на работу двигателя. В частности, от нее зависят давление и температура газов на мощностном участке, а следовательно, и протекание продувки цилиндра, сгорания, выхлопа и пр.
Несмотря на то, что происходящие в глушителе процессы давно изучены теоретиками и существуют методы их расчета, на деле конструирование глушителя — вещь сложная, в которой немалое место отводится экспериментальной работе. В поисках наилучшей конструкции мотозаводы иногда испытывают десятки вариантов глушителя.
Глушитель дорожного мотоцикла: 1 — входной патрубок; 2 — передняя часть; 3 — обратный конус; 4 — задняя часть; 5 — перегородки; 6 — центральная трубка акустического фильтра; I—II — мощностной участок; II—III — шумоглушащий участок.
Теперь, не вдаваясь в лишние тонкости, представим себе, что происходит в глушителе на участке I—II, мощностном.
Когда над верхней кромкой поршня открывается выпускное окно, в него с огромной скоростью устремляются отработавшие газы и в выпускной трубе за ним резко повышается давление. Волны давления движутся в газовой среде со скоростью звука (для этой среды). В глушителе, учитывая температуру газа, эта скорость составляет около 500 м/с. Такая волна давления, покинув срез выпускного окна, достигает препятствия на своем пути — обратного конуса и, отразившись от него (вспомните эхо!), движется обратно к окну. Если она вернется к нему в нужный момент, когда продувка заканчивается и начинается активный процесс выброса в окно свежей горючей смеси (крайне нежелательный), волна давления, подойдя к окну, выполнит роль своеобразного клапана, препятствующего такому выбросу. В результате увеличится наполнение цилиндра, а потому — и мощность.
Предположим, волне в направлениях туда и обратно нужно преодолеть путь 1 м, на что понадобится 0,002 с. Это время не зависит от оборотов двигателя, зато время, на протяжении которого открыто окно, непосредственно связано с оборотами. Вот почему система выпуска может быть настроена и даст положительный эффект лишь при определенных оборотах двигателя, когда времена движения волны, давления и открытого состояния окна совпадают или близки, а не во всех возможных диапазонах оборотов.
Поток отработавших газов обладает определенной инерционностью. При положении поршня вблизи нижней мертвой точки, когда выпускные и продувочные окна полностью открыты, в трубе за выпускным окном появляется разрежение, благодаря чему выпускная система способствует отсасыванию отработавших газов из цилиндра, улучшая его продувку. Следовательно, в момент нахождения поршня около НМТ от выпускного окна по трубе устремляется волна разрежения. Дойдя до места расширения канала, то есть до начала прямого конуса, она отражается обратной волной разрежения. Вернувшись к окну в расчетный момент, определенный конструктором, эта волна обеспечивает лучшую очистку цилиндра от остаточных газов.
Размеры глушителя, форма прямого и обратного конусов существенно сказываются на характеристиках двигателя. Изменяя эти элементы, можно в ряде случаев добиваться улучшения работы двигателя в требуемом диапазоне оборотов без существенных потерь мощности на других, например максимальных. Стремление расширить диапазон оборотов, при которых выпускная система дает положительный эффект, приводит к усложнению конструкции глушителя — мотоциклист может обнаружить в нем, кроме основных элементов, о которых уже сказано, дополнительные перегородки, трубки и т. п.
В эксплуатации от состояния системы на участке I—II (наличия вмятин, пробоин, наслоений нагара, нарушения крепления деталей) может сильно зависеть мощность мотора. Известны случаи, когда из-за отложений нагара в конце выпускной трубы и в начале прямого конуса максимальная скорость мотоциклов ЯВА-350, «ИЖ-Планета», «Юпитер» снижалась на 20—30 км/ч, что равносильно падению мощности мотора вдвое! Соответственно ухудшались приемистость, динамика разгона и тяговое усилие, ощущаемое на подъемах. Словом, езда на таком мотоцикле вряд ли кому-либо доставляла удовольствие. Отметим, при снижении мощности, вызываемом такими причинами, обязательно возрастает расход топлива.
Дело здесь не только в уменьшении сечения канала из-за отложения нагара, сколько в нарушении его формы, вследствие чего ухудшается работа системы выпуска как целого. Об этих особенностях невредно помнить тем, кто необдуманно вмешивается в конструкцию глушителя. Не менее наивно поступают и те, кто глушители, скажем, ЯВЫ пытаются приспособить к своему ИЖу или наоборот.
Шумоглушащая часть II—III имеет определенное расчетное сопротивление, и пока глушитель новый, все в нем согласованно, нормально работает. Когда же элементы акустического фильтра — перегородки с отверстиями, сверления, каналы и т. д. — обрастут слоем нагара, сопротивление этой части системы резко увеличивается, что вызывает повышение давления и температуры на участке I—II и соответственно скорости движения волн давления и разрежения. В итоге характеристика мотора изменяется в нежелательном направлении — мощность падает, а максимум ее сдвигается в сторону более высоких чисел оборотов.
Очистка акустического фильтра обычно не представляет проблемы. Как правило, этот элемент легко извлечь из глушителя, после чего его обжигают в пламени, скажем на костре, до полного сгорания остатков смол, масла и т. п. После этого достаточно слегка постучать по элементу, чтобы сухой нагар (зола) с него осыпался.
С самим глушителем — сложнее. Тут можно поступать по-разному. Наслоения в передней части при желании можно чистить и просто механическим способом, вынув из глушителя патрубок и воспользовавшись подходящим скребком, отверткой. Патрубки чистят при помощи стального «ерша», выпускные окна и канал в цилиндре — скребками.
Очень эффективен способ очистки глушителя выжиганием. Но приемлем он лишь для хромированного глушителя, окрашенный может обгореть. Хромированная поверхность, если она чистая, обычно не страдает, а некоторое пожелтение легко устраняется полировкой. Глушитель устанавливают или подвешивают вертикально над источником огня, например горящей тряпкой, пропитанной бензином. В глушителе, как в дымовой трубе, возникает сильная тяга воздуха, поэтому вскоре загораются жирные отложения внутри, а над верхним концом появляются языки пламени. В течение нескольких минут в глушителе сгорает все, что способно гореть. После этого нужно лишь дать ему остыть, а затем осторожно обстучать его деревянным бруском. Сухой шлак высыпется наружу.
Глушители некоторых спортивных мотоциклов, для которых по условиям соревнований допускается более высокий уровень шума, устроены проще. Как правило, у них нет (или почти нет) шумоглушащей части, и в сущности весь глушитель состоит из прямого и обратного конусов, входного и выходного патрубков, да короткой цилиндрической части. Глушитель кроссового мотоцикла в связи с особыми требованиями к размещению на такой машине может иметь довольно сложную конфигурацию. Шум в результате получается достаточно сильный, но он не идет ни в какое сравнение с шумом мотора, у которого вообще нет выпускной системы.
В заключение напомним, что эксплуатировать дорожные мотоциклы, мотороллеры и мопеды, уровень шума которых превышает величину, установленную заводом, запрещается. Поэтому нельзя удалять из глушителя акустический элемент.
1985N12P22-23