Зачем выхлопной коллектор двигателя завязали узлом. Секрет повышения мощности

0 1

Снижение остаточного газа в цилиндрах двигателя выхлопной системой 4-2-1 позволяет повысить степень сжатия, а, соответственно, улучшить его мощностные и экономические показатели.

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката — такого мнения придерживается достаточно большое количество специалистов. И для такого утверждения у них есть все основания, поскольку существует только два основных недостатка у ДВС — значительный расход топлива и токсичность отработанных газов.

Но техника и технологии двигателестроения развиваются стремительно. Сегодняшние усилия специалистов направлены в основном на разработку и изготовление современных легких и компактных, мощных и экономичных двигателей, в отработавших газах которых содержался бы минимум токсичных веществ.

Увеличение степени сжатия, которая у бензиновых ДВС обычно составляет 10 – 12, значительно улучшает термический КПД. Теоретически, если степень сжатия увеличится с 10 до 15, тепловой КПД улучшится примерно на 9%. Однако одной из причин, препятствующих распространению бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия, является значительное падение крутящего момента из-за возникновения детонации.

Детонация — это аномальное горение, при котором топливовоздушная смесь преждевременно воспламеняется из-за воздействия высокой температуры и давления, вследствие чего по камере сгорания распространяется ударная волна. Когда степень сжатия увеличивается, температура в верхней мертвой точке (ВМТ) конца такта сжатия также повышается, увеличивая вероятность детонации.

Чтобы снизить температуру в камере сгорания, необходимо уменьшить количество горячих отработавших газов, остающихся внутри камеры сгорания. Например, при степени сжатия 10 температура остаточного газа 750 оC, а температура всасываемого воздуха 25 оC, если остается 10% выхлопных газов, температура внутри цилиндра перед сжатием увеличивается примерно на 70 оC, а температура в ВМТ сжатия должна увеличиться примерно на 160 градусов. Таким образом, можно сделать вывод, что количество остаточного газа оказывает значительное влияние на возникновение детонации.

Таким образом, если количество остаточного газа уменьшается вдвое с 8% до 4%, расчетная температура при сжатии остается неизменной даже при увеличении степени сжатия с 11 до 14.

Зачем выхлопной коллектор двигателя завязали узлом. Секрет повышения мощности

Техническое решение по уменьшению количества остаточного газа было реализовано на двигателе SKYACTIV-G использованием выхлопной системы 4-2-1, что позволило реализовать высокую степень сжатия в бензиновом двигателе. У такой системы имеется четыре выпускных отверстия от головки цилиндров. Каждое выпускное отверстие имеет свою собственную трубу, известную как «первичная». Затем первичные соединяются вместе, образуя две «вторичные». Наконец, две вторичные трубы объединяются в одну коллекторную трубу, в данном случае направляемую непосредственно в каталитический нейтрализатор.
Зачем выхлопной коллектор двигателя завязали узлом. Секрет повышения мощности
Снижение остаточного газа выхлопной системой 4-2-1. Как показано на рисунке, когда выпускной коллектор короткий, волна высокого давления от газа, выходящего сразу после открытия выпускных клапанов цилиндра № 3, например, достигает цилиндра № 1, когда он заканчивает свой такт выпуска и начинается впускной такт. В результате отработавшие газы, которые только что вышли из цилиндра, возвращаются в камеру сгорания, увеличивая количество горячего остаточного газа. При коротком выпускном коллекторе волна высокого давления достигает следующего цилиндра в течение короткого промежутка времени, заставляя этот неблагоприятный эффект продолжаться от низких до высоких оборотов двигателя. Однако с длинной выхлопной системой 4-2-1 (на нижнем рисунке), для того, чтобы волна высокого давления достигла следую-щего цилиндра, требуется время, и волна отработавших газов не доходит до них, вследствие чего, цилиндры лучше очищаются от горячих отработавших газов

У схемы 4-2-1 есть два преимущества. Во-первых, большая длина означает, что отработавшим газам требуется больше времени, чтобы пересечь трубы, поэтому один цилиндр производит выхлоп, а у другого уже впуск. Во-вторых, цилиндры правильно соединены друг с другом (1 с 4 и 2 с 3). Поскольку порядок работы двигателя — 1-3-4-2, каждый второй цилиндр получает импульс выхлопа через равные промежутки времени. Например, если при соединении 1 с 3, получим два импульса быстро, а затем большой промежуток, поскольку два других цилиндра сработали. Это помогает с удалением продувкой отработанных газов, поскольку импульс от одного цилиндра помогает «вытягивать» остатки выхлопных газов из цилиндра, с которым он соединен. Эти преимущества также могут присутствовать на длинной трубке 4-1.

Для обеспечения протекания описанного процесса и увеличения крутящего момента потребовалась труба длиной более 600 мм, но поскольку разместить ее было негде, пространство было сэкономлено за счет использования петлевой формы.

Основная проблема выхлопной системы 4-2-1 заключается в том, что на большом расстоянии отработавшие газы охлаждаются до того, как они достигнут катализатора, что уменьшает эффективность его работы.

Температуру выхлопных газов можно повысить за счет уменьшения угла опережения зажигания, но исследования показали, что слишком большое уменьшение угла вызывает нестабильное сгорание. Для SKYACTIV-G стабильное сгорание было реализовано даже тогда, когда угол опережения зажигания после запуска двигателя значительно уменьшался. Это стало возможным благодаря использованию особой поверхности днища поршня и оптимизации впрыска топлива, чтобы сформировать требуемую воздушно-топливную смесь вокруг свечи зажигания. Кроме того, камера сгорания в поршне решила проблему контакта начального пламени с головкой поршня и возникновения потерь на охлаждение.

Зачем выхлопной коллектор двигателя завязали узлом. Секрет повышения мощности

2,5 л Skyactiv-G

Как правило, хорошо спроектированный двигатель с выпускной системой 4-2-1 обеспечивает большую мощность и крутящий момент в среднем диапазоне оборотов, в то время как хорошо спроектированный 4-1 — лишь в верхней части диапазона оборотов. Поскольку обычное вождение не предполагает постоянного нахождения на максимальных оборотах, имеет смысл использовать 4-2-1 для сохранения низкой детонационной характеристики, высокой мощности и крутящего момента в среднем диапазоне, а также потому, что SkyActive 2.5L — это двигатель с довольно низкими оборотами.

Зачем выхлопной коллектор двигателя завязали узлом. Секрет повышения мощности

Конструкция выпускного коллектора CorkSport 2.5L SkyActiv.
Источник: naukatehnika.com
Оставить комментарий

Мы используем файлы cookie. Продолжив использование сайта, вы соглашаетесь с Политикой использования файлов cookie и Политикой конфиденциальности Принимаю

Privacy & Cookies Policy