Tuning układów wylotowych

Modyfikacja układów wylotowych silników to popularny rodzaj tuningu. W założeniu ma wpływać na charakterystykę silnika, ale czy zawsze w oczekiwany sposób? Czy jest może tylko głośniej, oczekiwane osiągi rozczarowują, a zużycia paliwa wzrosło?

Ten artykuł przybliży zjawiska w komorach spalania, na które wpływa układ wylotowy. To wynik spotkania przed laty z właścicielem firmy Michael, która jest producentem układów wylotowych – mgr. inż. Henrykiem Michalikiem oraz konsultantami technicznymi firmy: inż. Andrzejem Pasierbińskim i niestety nieobecnym już wśród nas inż. Wiesławem Pachoniem, świetnym fachowcem i dobrym człowiekiem.

Zadania układów wylotowych
Zadaniem układu wylotowego jest odprowadzenie spalin z komór spalania silnika do miejsca, w którym ich wyrzut nie będzie dla nas szkodliwy. Wylotowi spalin przez zawór wylotowy towarzyszy hałas. Układ wylotowy musi ten hałas ograniczyć, bowiem jest on dla otoczenia uciążliwy.
Energia uzyskiwana w silniku ze spalenia mieszanki po ok. 30% jest:
- wykorzystywana do napędu samochodu;
- tracona poprzez układ chłodzenia;
- tracona z odprowadzanymi spalinami, bowiem spaliny opuszczające komorę spalania mają określone ciśnienie, znaczną prędkość i wysoką temperaturę.
[gallery] [/gallery]
Szczególnym urządzeniem odzyskującym energię spalin jest turbosprężarka. Energię tę wykorzystuje do wzrostu ciśnienia i gęstości powietrza dopływającego do silnika, co sprawia, że można do komór spalania wprowadzić większą ilość powietrza, a więc można dodać i spalić większą ilość paliwa w postaci mieszanki paliwowo-powietrznej. Dla uproszczenia piszę o mieszance, pamiętając jednak, że w silnikach z bezpośrednim wtryskiem benzyny mieszanka powstaje dopiero w komorach spalania silnika.
Prawidłowo dobrany układ wylotowy również wykorzystuje część energii spalin do zwiększania ilości mieszanki napływającej do komór spalania. Działanie to polega na pobudzeniu spalin w układzie wylotowym do takich drgań, aby w chwili jednoczesnego otwarcia zaworów wylotowego i dolotowego komory spalania powstało w niej podciśnienie. Tłok porusza się w tym momencie w pobliżu zwrotu zewnętrznego (punktu GMP) i za chwilę zacznie ruch w kierunku wału korbowego, dlatego tłok nie zasysa jeszcze mieszanki. Natomiast podciśnienie wytworzone przez układ wylotowy zapoczątkowuje napływ mieszanki, dzięki czemu może napłynąć jej więcej. Uzyskujemy wzrost wartości momentu obrotowego, mocy i bardziej ekonomiczną pracę silnika.

Charakterystyki silnika
Firmy samochodowe podają przeważnie tylko tzw. charakterystykę zewnętrzną silnika (rys. 1). Pokazuje ona zmianę momentu obrotowego silnika Mo i mocy N w zależności od prędkości obrotowej silnika, ale co ważne – tylko przy maksymalnym uchyleniu przepustnicy. Podczas jazdy silnik pracuje według tej charakterystyki tylko wtedy, gdy naciśniemy pedał gazu do końca. We wszystkich innych ustawieniach przepustnicy, które przecież występują znacznie częściej, silnik pracuje według tzw. charakterystyk mocy dławionych, których nie znamy.
Oceniając charakterystykę silnika, zwracamy głównie uwagę na przebieg krzywej momentu obrotowego Mo, ponieważ to wartość momentu obrotowego silnika Mo, osiągana przy danej prędkości obrotowej silnika i wybrane przełożenie skrzyni biegów decydują o sile „pchającej” samochód do przodu.
Wartość mocy silnika N to iloczyn wartości momentu obrotowego Mo i prędkości obrotowej silnika n. Aby przy określonej prędkości obrotowej wzrosła moc silnika N, trzeba zwiększyć wartość momentu obrotowego Mo. Kształt krzywej mocy silnika N i wartości zależą od kształtu krzywej momentu obrotowego Mo i jego wartości.
Od samochodu przeznaczonego do użytku na drogach publicznych oczekuje się, by był oszczędny. Aby to osiągnąć, należy utrzymywać silnik przy możliwie niskiej prędkości obrotowej. Wartość momentu obrotowego przy tej prędkości obrotowej musi jednak wystarczyć do pokonania oporów ruchu bez drgań w układzie napędowym. Pożądane jest również, ze względu na ekonomiczną pracę silnika, aby przyspieszać przy utrzymywaniu możliwie niskiej prędkości obrotowej silnika. Silnik musi jednak dysponować wymaganą do przyspieszania nadwyżką momentu obrotowego silnika w zakresie niskich i średnich prędkości obrotowych. [skip_main_image]
Charakterystykę silnika, która pozwala spełnić ten warunek, prezentuje rys. 1a. W zakresie „A” niskich i średnich prędkości obrotowych silnik osiąga maksymalną i zbliżone do niej wartości momentu obrotowego Mo. Natomiast w zakresie „B”, wysokich prędkości obrotowych, wartości momentu obrotowego Mo są mniejsze i maleją. Samochód z takim silnikiem najlepsze przyspieszenia uzyskiwać będzie, gdy silnik obracać się będzie z prędkością obrotową z zakresu „A”. Jeśli jednak samochód będzie jechał z prędkością, przy której obroty silnika będą mieścić się w zakresie „B”, to trzeba pogodzić się z jego mniejszą zdolnością do przyspieszeń. W zamian silnik powinien być oszczędny, a dobre przyspieszenia uzyskiwane są bez nadmiernego wzrostu prędkości obrotowej silnika, a więc i głośności.
Silnik o charakterystyce z rys. 1b, typowej dla silników samochodów o „zacięciu sportowym”, maksymalne wartości momentu obrotowego Mo osiąga, gdy silnik kręci się z prędkościami obrotowymi z zakresu „B”. Pozwala to połączyć możliwość jazdy przy wysokiej prędkości obrotowej silnika (jest to szczególnie ważne przy jeździe na najwyższym biegu) z zachowaniem dużej zdolności do przyspieszeń. Jednak gdy silnik pracuje z niższymi prędkościami obrotowymi (z zakresu „A”), trzeba pogodzić się z mniejszą zdolnością do przyspieszeń. Oczywiście można uzyskać lepsze przyspieszenia, ale trzeba zredukować o bieg niżej, co jednak podnosi hałas i zużycie paliwa.
Jeśli silniki o charakterystykach z rys. 1a i 1b osiągają tę samą maksymalną wartość momentu obrotowego Mo, to ponieważ na charakterystyce z rys. 1b wartość ta jest osiągana przy większej prędkości obrotowej silnika, silnik ten będzie miał wyższą moc maksymalną niż silnik z rys. 1a.
Po co o tym piszę? Silniki samochodów mają różne charakterystyki, zbliżone do tej z rys. 1a lub z rys. 1b. Producent do charakterystyki silnika tak dobiera przełożenia skrzyni biegów, przekładni głównej i średnicę kół napędowych, że udaje mu się znaleźć kompromis pomiędzy...

Reklama w Świecie Opon

Raport warsztatowy

Zapisz się, aby otrzymywać regularnie "Raport Warsztatowy"

Twój e-mail

Zamów prenumeratę

Projekt i realizacja:
2007-2012 GlobalVanet