>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебное пособие

Гоночные мотоциклы

22. Системы выпуска отработавших газов

Конструкция выпускного трубопровода существенно влияет на мощность двигателя. Как показали опыты, давление в выхлопной трубе четырехтактного двигателя подвержено резким колебаниям в течение всего периода выпуска. В первый момент после закрытия выпускного клапана продукты сгорания устремляются в выпускную трубу с весьма высокой скоростью, превышающей скорость распространения звука в горячих газах. Быстрое удаление продуктов сгорания влечет за собой образование в цилиндре разрежения, которое может достигать 50 кПа. 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 разрежение. Важную роль играет конечное давление в момент достижения поршнем в. м. т. в конце хода выпуска; если в этот момент давление ниже атмосферного, то количество остаточных газов в камере сгорания уменьшается. Следовательно, полезно, чтобы выпускной клапан закрывался, когда в выпускной системе давление понижено. Если к тому же впускной клапан открывается с опережением, а давление во впускном тракте выше чем в выпускном, то наполнение цилиндра горючей смесью улучшается благодаря тому, что процесс впуска начинается за счет разности давления в обоих трактах раньше, чем поршень начнет двигаться к н. м. т. Такой момент работы двигателя изображен на рис. 84.

Рис. 84. Подсасывание горючей смеси в цилиндр в период перекрытия клапанов

Период пониженного давления в выпускной системе изменяется по длительности и значению разрежения и смещается по углу поворота коленчатого вала с изменением частоты вращения. Поэтому каждому режиму работы двигателя соответствует оптимальная длина выпускной трубы. Регулирование длины выпускной трубы во время работы двигателя технически затруднительно, но всегда целесообразно подобрать наивыгоднейшую длину трубы для характерного режима работы гоночного двигателя данного типа.

Экспериментальным путем было найдено, что полезно заканчивать выпускную трубу коническим расширяющимся насадком, так называемым мегафоном. При большой частоте вращения мегафон усиливает отсасывающий эффект выпускной системы при условии, что выпускной клапан закрывается со значительным запаздыванием — не менее 30° после в. м. т. Следовательно, мегафон помогает лучше очистить цилиндр от остаточных газов и начать наполнение цилиндра в период перекрытия клапанов, но этот эффект может быть получен только в ограниченном диапазоне высоких частот вращения при определенных конструктивных размерах мегафона и определенной длине выпускной трубы, а на пониженных частотах вращения мегафон может дать отрицательный результат (резкое понижение мощности — явление мегафонита). Поэтому применение мегафона рекомендуется преимущественно на маршрутах, допускающих высокие средние скорости, а гонщик должен заботиться о том, чтобы частота вращения не спускалась ниже предела, при котором наблюдается мегафонит, и в случае необходимости снижения скорости должен прибегать к переключению на низшую передачу или к пробуксовке механизма сцепления.

Мегафоны дают увеличение мощности при установке на двигатели с самостоятельными трубами для каждого цилиндра. На двигателях с наддувом и при общей выпускной трубе для нескольких цилиндров мегафоны обычно не ставятся.

На многих двигателях, особенно с небольшим рабочим объемом цилиндра, наилучшне показатели были получены с мегафонами, имеющими на конце обратный конус; на рис. 85, а показан мегафон с обратным конусом, применявшийся на мотоциклах С-154 и NSU.

Рис. 85. Устройство мегафона

На рис. 85, 6 показаны размеры мегафона, рекомендованного для одноцилиндрового двигателя класса 500 см³. Угол при вершине конуса мегафона составляет около 11°.

Удачно подобранный мегафон требует, как правило, некоторого обогащения смеси по сравнению с гой регулировкой карбюратора, которая была примята во время работы с обыкновенной выпускной трубой.

При одном выпускном клапане ставится одна самостоятельная выпускная труба для каждого цилиндра. Две выпускные трубы иногда ставятся на один цилиндр при четырехклапанных (или трехклапанных) головках цилиндра, когда каждый выпускной клапан имеет в головке самостоятельный выпускной канал.

Еще больше влияет, выпускная система на работу двухтактного двигателя. Только тщательно настроенная выпускная система позволяет получить высокую мощность и благоприятную характеристику крутящего момента за счет снижения потерь свежей смеси через выпускную трубу. Выпускная система двухтактного двигателя обычно состоит (рис. 86, а) из сравнительно короткой выпускной трубы 1, расширяющегося конуса (диффузора) 2, способствующего образованию разрежения в выпускном тракте, расширительной камеры 3, сужающегося конуса 4 и концевого патрубка 5. Конус 4 создает в выпускном тракте отраженную волну давления, которая препятствует выходу свежей смеси из выпускного окна и даже частично возвращает в цилиндр свежую смесь, успевшую проникнуть в выпускную трубу.

Рис. 86. Размеры выхлопных систем: а — «Ямаха»; б —«Зимсон», 50 см³; в — ЕМС, 125 см³; г — QUB, 500 см³

Протекание процесса выпуска зависит от размеров выпускной системы. Например, удлинение выпускной трубы 1 увеличивает крутящий момент при низких частотах вращения. Подбирая угол и длину конуса 2, можно улучшить характеристику крутящего момента. Удлинение расширительной камеры 3 влияет так же, как удлинение выпускной трубы 1. Более острый угол сужающегося конуса 4 приводит к более медленному снижению мощности за перегибом характеристики, что улучшает ездовые качества мотоцикла. Удлинение концевого патрубка 5 способствует повышению частоты вращения.

Все эти элементы подбираются экспериментально и, следовательно, требуют проведения целой серии испытаний. На рис. 86, б, в, г приведены основные размеры (диаметры — внутренние) выпускных систем трех гоночных одноцилиндровых двигателей двухтактного типа.

В 1978 г. двигатель мотоцикла «Ямаха» (500 см³, четырех-цилиндровый, двухтактный) был оборудован поворотным золотником на выпуске. Этот золотник, связанный электронным устройством с тахометром, позволяет регулировать опережение открытия выпускных окон в цилиндрах. Таким путем удалось повысить максимальную мощность двигателя до 103 кВт и в то же время получить благоприятную характеристику крутящего момента.

В связи с тем, что гонки часто проводятся в непосредственной близости от населенных пунктов, возникли требования к снижению шумности выхлопа. Следует отметить, что выполнение требования ФИМ по ограничению шума выхлопа у гоночных мотоциклов приводит к снижению мощности их двигателей. Во время испытаний на стенде мотоцикла «Агуста» (500 см³) соблюдение лимита по шуму в 110 дБ дало потерю в мощности 7 кВт. Сохранение желаемой мощности потребует существенных изменений в выпускных системах и отразится на динамических качествах мотоциклов.