Тюнинг автомобилей

В большинстве классов спортивных автомобилей шум выпуска ограничен уровнем 100 дб. Это довольно лояльные условия, но без глушителя ни один автомобиль не будет соответствовать техтребованиям и не сможет быть допущенным к соревнованиям. Поэтому выбор глушителя - всегда компромисс между его способностью поглощать звук и низким сопротивлением потоку.

Акустические волны (шум) несут в себе энергию, которая возбуждает наш слух. Задача глушителя состоит в том, чтобы энергию колебаний перевести в тепловую. По способу работы глушители надо разделить на четыре группы. Это ограничители, отражатели, резонаторы и поглотители.

Ограничитель

Принцип его работы прост. В корпусе глушителя имеется существенное заужение диаметра трубы, некое акустическое сопротивление, а за ним сразу большой объем, аналог емкости. Продавливая через сопротивление звук, мы колебания сглаживаем объемом. Энергия рассеивается в дросселе, нагревая газ. Чем больше сопротивление (меньше отверстие), тем эффективней сглаживание. Но тем больше сопротивление потоку. Наверное, плохой глушитель. Однако в качестве предварительного глушителя в системе - довольно распространенная конструкция.

Отражатель

В корпусе глушителя организуется большое количество акустических зеркал, от которых звуковые волны отражаются. Известно, что при каждом отражении часть энергии теряется, тратится на нагрев зеркала. Если устроить для звука целый лабиринт из зеркал, то в конце концов мы рассеем почти всю энергию и наружу выйдет весьма ослабленный звук. По такому принципу строятся пистолетные глушители. Значительно лучшая конструкция, однако так как в недрах корпуса мы заставим также газовый поток менять направление, то все равно создадим некоторое сопротивление выхлопным газам. Такая конструкция чаще всего применяется в оконечных глушителях стандартных систем.

Резонатор

Глушители резонаторного типа используют замкнутые полости, расположенные рядом с трубопроводом и соединенные с ним рядом отверстий. Часто в одном корпусе бывает два не равных объема, разделенных глухой перегородкой. Каждое отверстие вместе с замкнутой полостью является резонатором, возбуждающим колебания собственной частоты. Условия распространения резонансной частоты резко меняются, и она эффективно гасится вследствие трения частиц газа в отверстии. Такие глушители эффективно в малых размерах гасят низкие частоты и применяются в основном в качестве предварительных, первых в выпускных системах. Существенного сопротивления потоку не оказывают, т.к. сечение не уменьшают.

Поглотитель

Способ работы поглотителей заключается в поглощении акустических волн неким пористым материалом. Если мы звук направим, например, в стекловату, то он вызовет колебания волокон ваты и трение волокон друг о друга. Таким образом, звуковые колебания будут преобразованы в тепло. Поглотите ли позволяют построить конструкцию глушителя без уменьшения сечения трубопровода и даже без изгибов, окружив трубу с прорезанными в ней отверстиями слоем поглощающего материала. Такой глушитель будет иметь минимально возможное сопротивление потоку, однако и хуже всего снижает шум. Надо сказать, что серийные выпускные системы используют в большинстве случаев различные комбинации всех приведенных способов. Глушителей в системе бывает два, а иногда и больше. Следует обратить внимание на особенность конструкций глушителей, которая в случае самостоятельного изготовления не позволяет достичь эффективного снижения шума, хотя кажется, что все сделано правильно. Если внутри глушителя у его стенок нет поглощающего материала, то источником звука становятся стенки корпуса. Некоторые глушители имеют снаружи асбестовую обкладку, прижатую дополнительным листом фальшкорпуса. Это и есть та мера, которая позволит ограничить излучение через стенки и предотвратить нагрев соседних элементов автомобиля. Такая мера характерна для глушителей первого и второго типов. Есть еще одно обстоятельство, которое нельзя обойти вниманием в статье о тюнинге. Это тембр звука. Часто пожелания клиента к тюнинговой компании состоят в том, чтобы посредством замены глушителя добиться “благородного” звучания мотора. Если требования к выпускной системе не распространяются дальше изменения “голоса”, то за дача существенно упрощается. Можно сказать, что, вероятнее всего, для таких целей больше подходит глушитель поглотительного типа. Его объем, количество набивки, а также сама набивка определяют спектр частот, интенсивно поглощаемых. Практически любая мягкая набивка поглощает в большей степени высокочастотную составляющую, придавая бархатистость звуку. Глушители резонаторного типа гасят низкие частоты. Таким образом, варьируя размеры, содержимое и набор элементов, можно подобрать тембр звучания.

Из всего выше указанного следует, что коэффициент наполнения, вращающий момент и мощность зависят от перепада давления между впускным и выпускным коллекторами в фазе продувки. Выпускную систему можно построить таким образом, что распространяющиеся в трубах ударные волны, отражаясь от различных элементов системы, будут возвращаться к выпускному клапану в виде скачка давления или разрежения. Откуда же появится разрежение, спросите вы. Ведь в трубу мы всегда только нагнетаем и никогда не отсасываем. Дело в том, что в силу инерции газов за скачком давления всегда следует фронт разрежения. Именно фронт разрежения интересует нас больше всего. Нужно только сделать так, чтобы он был в нужном месте в нужное время. Место нам уже хорошо известно. Это выпускной клапан. А время нужно уточнить. Дело в том, что время действия фронта весьма незначительное. А время открытия выпускного клапана, когда фронт разрежения может создать полезную для нас работу, сильно зависит от скорости вращения двигателя. Да и весь период фазы выпуска нужно разбить на две составляющие. Первая - когда клапан только что открылся. Эта часть характеризуется большим перепадом давления и активным истечением газов в выпускной коллектор. Отработанные газы и без посторонней помощи после рабочего хода покидают цилиндр. Если в этот момент волна разрежения достигнет выпускного клапана, маловероятно, что она сможет повлиять на процесс очистки. А вот конец выпуска более интересен. Давление в цилиндре уже упало почти до атмосферного. Поршень находится около ВМТ, значит, объем над поршнем минимален. Да еще впускной клапан уже приоткрыт. Фаза перекрытия характеризуется тем, что впускной коллектор через камеру сгорания сообщается с выпускным. Вот теперь, если фронт разрежения достигнет выпускного клапана, мы сможем существенно улучшить коэффициент наполнения, так как даже за короткое время действия фронта удастся продуть маленький объем камеры сгорания и создать разрежение, которое поможет разгону топливовоздушной смеси в канале впускного коллектора. А если представить себе, что как только все отработанные газы покинут цилиндр, а разрежение достигнет свое го максимального значения, выпускной клапан закроется, мы сможем в фазе впуска получить заряд больший, чем, если бы очистили цилиндр только до атмосферного давления. Этот процесс дозарядки цилиндров с помощью ударных волн в выпускных трубах может позволить получить высокий коэффициент наполнения и, как следствие, дополнительную мощность. Результат его действия примерно такой, как если бы мы нагнетали давление во впускном коллекторе с помощью компрессора. В конце концов, какая разница, каким образом создан перепад давления, заталкивающий свежую смесь в камеру сгорания, с помощью нагнетания со стороны впуска или разрежения в цилиндре? Такой вот процесс может вполне происходить в выпускной системе ДВС. Тюнинг автомобильных двигателей. Степанов В.Н.: СПб. 2001. стр. 49 - 65.

1.2.10 Увеличение мощности

Работа двигателя это всегда компромисс между многими величинами. Основополагающими для разработчиков сегодня является себестоимость, экономичность, ресурс двигателя и токсичность выхлопа. Не рассматривая экономические стороны, подробнее рассмотрим все за и против:

Ресурс двигателя с меньшей отдачей выше, чем аналогичный параметр у более форсированного мотора. Требования к качеству топлива в варианте с форсированым двигателем выше. Жёсткие нормы по уровню токсичности заставляют разработчиков переводить двигатели на работу с более обеднёнными смесями и устанавливать катализаторы.

Со стороны потребителя требования к мотору тоже взаимоисключающие. Хочется высокой мощности, крутящего момента, надёжности и огромного ресурса - при всём этом желательно заправлять автомобиль самым дешевым топливом и иметь маленький его расход. Однако чудес на свете не бывает - улучшение одних параметров всегда ухудшает другие. Поэтому для нас всегда есть выбор - довериться разработчикам и оставить всё как есть или пойти по пути экспериментов по доводке установленного на Вашем автомобиле двигателя. Сделать с мотором можно многое, однако стоимость многих радикальных переделок зачастую оказывается просто невыгодной. Намного проще вложить эти деньги в приобретение автомобиля с более мощным мотором. Получить более высокую отдачу от мотора можно лишь увеличив наполнение цилиндров и изменив состав смеси. Методов увеличения наполнения существует множество. Условно их можно разделить на несколько категорий:

1. Уменьшение сопротивления потоку воздуха - Замена воздушного фильтра, замена или переделка корпуса дроссельной заслонки, замена или расточка и шлифовка впускного коллектора, переделка головки блока (замена клапанов на клапана с большим диаметром и расточка воздушных каналов), установка или оптимизация работы наддува. Тем же целям служит и установка распредвала с другим профилем кулачков - для изменения величины и продолжительности открытия клапанов.

2. Оптимизация состава рабочей смеси - изменение количества топлива для разных режимов работы достигается несколькими способами: Увеличение магистрального давления топлива заменой или настройкой регулятора давления топлива и изменение программы работы ЭБУ (чип-тюнинг).

3. Механизм изменения фаз ГРМ - оптимизация фаз газораспределения для различной частоты вращения двигателя. Оптимизация выпуска - Улучшение продувки цилиндров снижением сопротивления выпускного коллектора и глушителя (в идеале следует поставить трубу большого диаметра и, причём без изгибов).

Мы не рассматриваю варианты требующие расточки блока, обрезки поршней или замены коленвала - у нас стоит задача получить максимальную мощность от того же мотора. Кроме того, многие из вышеперечисленных методов требуют вмешательства в механическую часть двигателя - что в случае нового автомобиля автоматически лишает Вас возможности гарантийного ремонта.

Что же такое ЧИП применительно к автомобильному двигателю? В любой блок управления заложена программа его работы. Набор поправочных коэффициентов для различных режимов работы двигателя заложен в ПЗУ блока. Блок управления получая сигналы от различных датчиков, управляет работой исполнительных устройств для обеспечения оптимальной (зачастую по мнению разработчиков) работы силового агрегата. Необходимые параметры для управления исполнительными устройствами вычисляются в соответствии с приходящими данными и набором коэффициентов коррекции, заложенных в ПЗУ. Таким образом, желая изменить работу двигателя, не изменяя механических его составляющих, мы имеем для этого два очевидных пути:

Первый - изменение входящих сигналов (для примера - изменение жёсткости возвратной пружины заслонки расходомера воздуха).

Второй - изменение коэффициентов коррекции в памяти ПЗУ (чип-тюнинг)

Изменяя данные ПЗУ мы можем влиять на работу практически любого исполнительного устройства, из тех, которыми управляет ЭБУ. Для получения других мощностных характеристик мы можем изменить установку угла опережения зажигания, величину времени впрыска, отключить или изменить режим работы систем, контролирующих токсичность выхлопных газов, для двигателей с компрессором можно изменить величину давления наддува. Кроме того, мы можем изменить обороты холостого хода, максимально разрешённые обороты двигателя и максимально допустимую скорость автомобиля (при её электронном ограничении). Велика ли роль данных изменений в получении от двигателя максимальной мощности? Нет - её прирост может составлять 5-10%, (исключение составляют надувные двигатели, где без особых затруднений можно получить прибавку в 20% и даже более). Каждый сам решает делать или нет, но тот, кто хоть раз проехал на чипованой машине, решает этот вопрос для себя однозначно - да! Дело в том, что мало кто ездит на режиме максимальной мощности - намного более важные параметры для повседневной езды это крутящий момент и эластичность двигателя. Равные величины момента достигаются на разных оборотах двигателя. Что это означает: При резком нажатии на педаль акселератора на чипованном автомобиле, подхват двигателя произойдёт на более низких оборотах. То есть зачастую Вам просто не нужно будет переключаться на пониженную передачу, а переключившись вниз вы получите ещё большую интенсивность разгона. См: Тюнинг автомобиля. Руководство. Составители Брин Муссельвайт и Боб Джекс. Пер. с англ.: М., 2000.

1.2.11 Шины

Бывают двух видов: камерные и бескамерные.

Главное достоинство бескамерной шины -- длительное сохранение давления при проколе, а следовательно, -- безопасность. Камерная шина при проколе теряет давление почти моментально, т. к. воздух быстро выходит через вентильное отверстие в ободе колеса. А из бескамерной шины воздух выходит только в месте прокола, и если дыра не слишком велика (от гвоздя, например), то давление теряется очень медленно.

Кроме того, бескамерная шина намного легче камерной, а значит, меньше нагружает подвеску и подшипники ступиц колес, а также меньше нагревается при длительной скоростной езде.

Бескамерная шина маркируется надписью на боковине Tubeless. Камерная -- Tube Type.

Ни в коем случае не пытайтесь ставить камеру в бескамерную шину, как это делают некоторые водители, рассчитывая, что «двойное дно» добавит шине надежности. В этом случае все преимущества бескамерной шины перед камерной исчезают. Кроме того, между покрышкой и камерой неизбежно образуется воздушный волдырь, который во время езды становится очагом резкого местного перегрева -- причины на первый взгляд непонятных разрушений каркаса шины. Уповая на «двойное дно» для бескамерной шины, рискуете получить совсем другой результат -- «ни дна, ни покрышки».

Классификация и выбор покрышек.

Классическое деление шин на сезонные классы: летние (их еще называют дорожными, или шоссейными), зимние и всесезонные. Принадлежность шины к тому или иному классу определяется массой различных критериев (состав резины, детали внутренней структуры и т. д.), главным из которых является рисунок протектора.

Летняя шина имеет относительно неглубокие протекторные канавки; выступы протектора, как правило, большой площади, и на них либо вообще нет, либо очень мало мелких прорезей (ламелей). Шина с таким рисунком производит очень мало шума, способствует экономии топлива за счет исключительно низкого сопротивления качению и служит долго; у нее максимальный ресурс по износу. Рассчитана в первую очередь на хорошие дороги и на сухую погоду.

Зимняя шина -- антипод летней. Протектор у нее мощный, с крупным рисунком, с глубокими и широкими канавками, с большим количеством мелких прорезей, обеспечивающих сцепление со скользкой дорогой. По вине такого рисунка зимняя шина довольно тяжело катится и сильно шумит, кроме того, быстро изнашивается, т. к. сделана из мягкой резины.

Зимние шины делятся на три основные группы: шипованные (продаются с шипами, установленными на заводе; эксплуатация их без шипов нежелательна), нешипованные и те, что можно использовать как в шипованном, так и в нешипованном варианте (выпускаются с гнездами под шипы; ошиповка на сервисной станции). Шипованные шины, безусловно, хороши на обледенелых дорогах и на снегу - вероятность заноса невелика и тормозной путь минимален. Но на чистом твердом покрытии шипы только мешают: автомобиль идет очень шумно и тяжело, с большим перерасходом топлива, кроме того, при торможении возникает опасность блокировки колес и заноса, т. к. стальные шипы неплохо скользят по асфальту (основная опасность состоит в том, что водители, как правило, слепо верят в шипы и на асфальте ожидают от шипованных шин такой же «мертвой хватки», как на льду). Запрет на использование шипов, введенный почти во всем мире (шипы интенсивно разрушают дорожное покрытие и поднимают канцерогенную асфальтовую пыль), заставил шинных производителей искать им альтернативу, и с этой задачей блестяще справились. Современные технологии позволяют создавать нешипованные зимние шины, способные «держать» на льду не хуже, чем шипованные. Как пример наиболее удачных зимних шин нового поколения можно назвать модели компании Goodyear -- Ultra Grip 5 и Eagle Ultra Grip.