Tým AZLK: Ladění výfukového systému atmosférických spalovacích motorů

Mnoho majitelů automobilů se zajímá o to, zda je možné své příliš hlučné auto ztišit vlastními silami. Velmi malá část automobilových nadšenců je spokojena s ohlušujícími sportovními výfuky z běžícího auta. Pro všechny lidi je stupeň pohodlí velmi důležitý.

Jízda autem může být příjemná pouze tehdy, když uvnitř vozu slyšíte co nejméně cizích a nepříjemných zvuků. Také při cestování autem není pro řidiče bezpečné přepínat na předčasně hlasité zvuky – může dojít k nehodě. Navíc příliš hlasité zvuky linoucí se z auta mohou způsobit nespokojenost lidí kolem vás.

Tlumič vytváří svůj vlastní hluk na pozadí, který lze výrazně snížit. Výsledek je vždy velmi dobrý.

Nutno říci, že zde jsou informace pouze o typickém výfukovém systému a tlumiči. Systém přímého proudění se neuvažuje. Vždy pamatujte, že oba systémy se od sebe velmi liší. Je třeba také poznamenat, že zde nejsou uvedeny informace o způsobu, jakým se přestavuje vnitřní struktura tlumiče výfuku, provádí se mnoho svařovacích prací atd. Tento článek představuje nejoblíbenější, dostupné a nejjednodušší metody.

Obsah:

• Příčiny hlasitého výfuku
• Jak udělat výfuk tišší vlastníma rukama
• Výměna tlumiče výfuku
• Instalace přídavného rezonátoru
• Instalace rezonátoru s absorpční výplní
• Rozdíly ve výfukových systémech tuzemských a zahraničních automobilů

Příčiny hlasitého výfuku

Ve všech spalovacích komorách jsou procesy probíhající s písty, které jsou umístěny ve válci, nutně doprovázeny malými explozemi. Objem plynu se okamžitě zvětší, což způsobí pohyb pístů směrem dolů. Výfukový ventil se poté otevře a vlna plynu vstoupí do expanzní komory výfukového zařízení.

Nadměrný hluk je způsoben silnými mechanickými vibracemi v zařízení pro odvod výfukových plynů. Velmi velká rozšíření mohou přispívat k hlasitému hluku. Díky tomu jsou všechny součásti výfukového zařízení vyrobeny z velmi hustého a odolného kovu – pomáhá snižovat hluk a vibrace.

Hlasitý výfuk může být způsoben vadným tlumičem, katalyzátorem nebo jinými součástmi výfukového systému. Pokud si nejste jisti, že je výfukový systém v pořádku, obraťte se raději na autoservis. Můžete se však pokusit najít příčinu sami a například pokud je na vině starý tlumič nebo rezonátor, pak si je snadno vyměníte sami.

Jak udělat výfuk tišší vlastníma rukama

Upgrade stroje pomůže zajistit co nejtišší provoz. Každý ví, že hluk nelze zcela odstranit, ale lze jej snížit. K vytvoření tichého tlumiče se používají různé metody:

• nainstalujte jiný tlumič namísto starého;
• Instaluji přídavný rezonátor;
• je instalován rezonátor vybavený absorpční výplní.

Každá z výše uvedených metod má své výhody a nevýhody. Pokud si sami upgradujete výfukový systém svého vozu, abyste snížili hluk výfuku, budete muset mít vše, co pro tuto práci potřebujete. Pro takové manipulace musíte mít sadu nástrojů pro automatické mechaniky. Určitě budete také potřebovat:

• Svařovací stroj. Pokud je na výběr, použijte poloautomatický nebo invertorový;
• Úhlová bruska se sadou kotoučů;
• Pracovní stůl vybavený svěrákem.

Před zahájením práce musíte zvolit jednu z metod modernizace výfukového potrubí. První metoda zahrnuje instalaci dalšího továrně vyrobeného rezonátoru v oblasti mezi prvním rezonátorem a tlumičem. Můžete si ho vyrobit i sami.

První možnost je nejjednodušší, nejoblíbenější a přístupná. Při volbě způsobu konstrukce nízkohlučného tlumiče je třeba počítat s tím, že zvolený způsob bude mít za následek různé peněžní náklady. Pokud má majitel vozu potřebné množství peněz, pak je nejlepší zakoupit rezonátor, odstranit část potrubí a svařit zakoupené zařízení do uvolněného prostoru. Druhý způsob je nepochybně mnohem zajímavější. Technologie výroby takového mechanismu musí být pečlivě prostudována, než se přistoupí k jeho implementaci.

Výměna tlumiče výfuku

Zařízení na snížení hluku je nutné čas od času vyměnit. Ve většině případů po určité době používání začne během provozu vydávat hlasité a nepříjemné zvuky. To je usnadněno rozvojem koroze, vyhořením perforovaných oblastí potrubí a rozbitím zvukových reflektorů.

V první řadě je potřeba auto zaparkovat na rovném tvrdém povrchu, dbát na to, aby se auto nerozjelo, a zvednout ho pomocí zvedáku. Po zvednutí je lepší auto postavit na kozlíky, ale můžete použít i revizní jámu.

Před demontáží tlumiče výfuku se doporučuje namazat všechny šrouby a svorky, které je třeba odšroubovat, penetračním mazivem, např. WD-40. Můžete zkusit odstranit rez tvrdým ocelovým kartáčem. V nejhorším případě budete muset uříznout šrouby, protože příruby často zkorodují.

Dále musíte odstranit samotný tlumič. Nejprve musíte odšroubovat šrouby na přírubách, poté oddělit tlumič výfuku od sacího potrubí, který se pak doporučuje připevnit lanem nebo nějakým druhem drátu k hřebenu řízení, aby nevisel.

Tlumič se pak sejme z pryžových polštářů, které jej tlumí.

Po odšroubování všech šroubů a odstranění všech polštářů by se měl tlumič jednoduše vytáhnout.

Nový tlumič výfuku musí odpovídat modelu a značce vašeho vozu. Doporučuje se jej kupovat od důvěryhodných autobazarů a důvěryhodných značek. Stojí za to věnovat pozornost kvalitě a tloušťce oceli na nádrži. V průměru se pohybuje od 1,2 do 1,5 mm.

Instalace nového tlumiče se provádí v opačném pořadí, jak je popsáno výše. Celkově na tom není nic složitého.

Více informací o výměně tlumiče naleznete v видео:

Instalace přídavného rezonátoru

Rezonátor musí rozptýlit nízkofrekvenční zvuky. V případě tupého hluku tato akce umožní ještě jednou ztlumit zvuky, díky čemuž stroj pracuje docela tiše.

Další rezonátor je namontován mezi základním rezonátorem a tlumičem. Instaluje se na plochu, kde byl umístěn základní rezonátor. Tento nový rezonátor musí mít materiál pohlcující zvuk. Mělo by vyplnit jeho vnitřní prostor.

Hlučnost běžícího stroje lze maximálně snížit instalací dodatečného koncového tlumiče výfuku. Tento typ odhlučnění je specifická plechovka, kterou protíná trubka s otvory a zbytek plochy odhlučnění je vyplněn tepelně stabilním zvukotěsným vláknem, které je upevněno jemnou síťovinou. Tento systém snižování intenzity zvukové vlny se nazývá absorbér.

Oblast pro montáž dalšího tlumiče by měla být oblast, která se nachází mezi katalyzátorem a standardním tlumičem. Chcete-li připojit další zařízení na redukci zvuku, uřízněte část trubky požadované velikosti mezi základní tlumič výfuku a katalyzátor. Připevněte tlumič výfuku k rezonátoru pomocí silných svorek v kombinaci s azbestovým plechem pro vytvoření plynotěsných spojovacích stěn. Těsnění musí být provedeno velmi dobře – chybějící mezera povede k velkému hluku.

V důsledku těchto akcí, když se zvukové vlny pohybují instalovaným tlumičem, jsou absorbovány porézní látkou, což pomůže snížit hluk z provozního stroje. Zvuková vlna, která dosáhne porézní látky, vyvolává vibrace mezi různými vlákny a během tohoto tření se přeměňuje na tepelnou energii. V důsledku toho se zvukové vibrace přeměňují na teplo. Významnou výhodou takového zařízení pro snížení hluku je to, že nevyžaduje zvětšení délky výfukového systému.

Technologie vytvoření a instalace přídavného rezonátoru:

1. Výroba těla (hlavu) z kusu ocelové trubky. Mělo by mít tenké stěny. Můžete také použít dvě poloviny ocelového plechu;
2. Vytvoření otvorů v určité oblasti výfukového potrubí za základním rezonátorem;
3. Kombinace polovin těla na potrubí s otvory. Pak jsou opařeni;
4. Umístění minerální vlny na bázi čediče do dutého prostoru nově vytvořeného tělesa;
5. Svařování konců rezonátoru;
6. Přizpůsobení systému zapalování a dodávky paliva. To je potřeba udělat kvůli úpravám ve výfukovém potrubí.

Po dokončení všech výrobních operací je nutné očistit svary, vyrobený díl nalakovat. Musí být vybrán velmi pečlivě. Musí být velmi odolný vůči teplotním výkyvům.

Po instalaci přídavného rezonátoru je třeba otestovat zapalovací systém a přívod paliva. Je důležité pochopit, že jakékoli úpravy výfukového systému ovlivní motor. Bude velmi nepříjemné, pokud snížením objemu běžícího motoru budete nuceni zvýšit spotřebu paliva nebo snížit výkon vozu. Při výběru metody, kterou vytvoříte tichý tlumič, vezměte v úvahu potíže s tím spojené. Zvláště důležité je vědět, že absolutně všechny způsoby výroby tichého výfukového systému zvyšují hmotnost mechanismu.

Majitel vozu proto musí posílit držáky a pryžové tlumiče. Neustále si uvědomujte měnící se rovnováhu přiváděného vzduchu a výfukových plynů do motoru. Po modernizaci výfukového systému nezapomeňte důkladně vyzkoušet výkon motoru v různých otáčkách. Vyplatí se také provést dodatečné úpravy na přívodu paliva a zařízení na separaci vzduchu.

Instalace rezonátoru s absorpční výplní

Základní rezonátor je nahrazen jiným, uvnitř opatřeným materiálem pohlcujícím zvuk. Jako plnivo se nejčastěji používá čedičové vlákno. Tato metoda je nejdražší.

Pro výměnu rezonátoru za nový je potřeba vyříznout starou část, na její místo vložit rezonátor s výplní a na obou stranách svařit.

Výměna starého rezonátoru za nový

Rozdíly ve výfukových systémech tuzemských a zahraničních automobilů

Je třeba vzít v úvahu, že naprosto všechny vozy vyrobené v zahraničí jsou vybaveny masivními prvky zařízení na eliminaci výfukových plynů. Jejich konstrukce je založena na tom, že použitý kov pomáhá snižovat mechanické vibrace motoru a díky tomu je výfukové zařízení téměř neslyšné.

Kromě silných kovových stěn jsou tlumiče výfuku zahraničních automobilů vybaveny velkým množstvím labyrintů a komor. Měly by snížit emise výfukových plynů. U nás vyráběná provedení jsou jednodušší, a proto jsou naše auta méně pohodlná.

Zlepšení zařízení na odvod výfukových plynů nevyhnutelně zvýší hmotnost rezonátorů, tlumiče a potrubí. Je nutné posílit zařízení nosných držáků a vyměnit tlumič za výkonnější.

Minimální hluk na pozadí, nízké vibrace motoru a mírný rozptyl výfukových plynů ukazují, že instalace byla provedena správně. Po dokončení všech prací je nutné seřídit systém vzduchového filtru a vstřikování paliva.

Při výběru metody, aby byl výfuk tišší, musíte být velmi opatrní a vzít v úvahu všechny nuance. Po dokončení všech prací se zvýší komfort vašeho vozu. Tím se vám odmění za všechny vaše potíže.

Konstrukce výfukového systému pro motory bez turbodmychadla (tzv. „atmosférické“) se poněkud liší od konstrukce výfukového systému pro motory s turbodmychadlem, přičemž většina rozdílů se týká „hlavové“ části výfukového systému a zejména výfukového potrubí.

Účel výfukového systému atmosférických motorů je stejný jako u přeplňovaných motorů – vypouštět výfukové plyny do atmosféry co nejvyšší rychlostí a s vytvořením minimálního protitlaku, ale tím veškerá podobnost končí. Pak začínají kompromisy nutné ke splnění požadavků na hluk, životní prostředí a uspořádání a některé z těchto kompromisů nevyhnutelně vedou k určitým ztrátám výkonu.

Výfukové potrubí

Konstrukce výfukového potrubí má nejvýznamnější vliv jak na výkonové charakteristiky motoru, tak na maximální výkon, který vyvíjí. „Správnost“ konstrukce výfukového potrubí je určena obrovským množstvím faktorů. Důležitým faktorem je konstrukce sekce, kde se slévají proudy výfukových plynů z jednotlivých válců. Pro čtyřválcový motor existují dvě možnosti konstrukce takových sekcí: „421“ a „41“. Ve verzi „421“ jsou dvě primární výfukové trubky sloučeny do jedné sekundární, po které jsou obě výsledné sekundární trubky vzájemně spojeny. Ve verzi „41“ se čtyři primární výfukové trubky sbíhají v jednom bodě. Obě možnosti mají své výhody, ale ve verzi „41“ na sebe výfukové impulsy vzájemně působí takovým způsobem, že je dosaženo maximálního točivého momentu. Níže je schematické znázornění obou možností:

Průměr primárního výfukového potrubí

Při malém objemu odváděných výfukových plynů umožňuje zmenšení průměru primárního výfukového potrubí zvýšit průtok výfukových plynů. Čím větší je očekávaný objem odváděných výfukových plynů, tím větší by měl být průměr primárního výfukového potrubí.

Objem vypouštěných výfukových plynů závisí na pracovním objemu, otáčkách hřídele a zatížení motoru. Čím větší je objem každého válce, tím větší musí být průměr primárního výfukového potrubí vycházejícího z tohoto válce.

Totéž platí pro otáčky hřídele motoru: čím vyšší jsou tyto otáčky, tím větší je objem výfukových plynů uvolňovaných z válce za jednotku času a tím větší musí být průměr primárního výfukového potrubí, které tyto výfukové plyny odvádí. Objem výfukových plynů uvolňovaných z válce se také zvyšuje se zvyšujícím se zatížením motoru.

Optimální rozměry primárních výfukových trubek se tedy v každém konkrétním případě určují jako kompromis mezi potřebou zvýšit průtok výfukových plynů a potřebou zvýšit kapacitu potrubí.

Pokud je průměr primárního výfukového potrubí příliš velký, není možné zajistit požadovanou rychlost proudění výfukových plynů. Snížení rychlosti proudění vede ke snížení točivého momentu a výrazné snížení této rychlosti vede také ke snížení maximálního výkonu vyvinutého motorem.

Rozumný kompromis mezi rychlostí a průchodností umožňuje jak dobrý točivý moment při nízkých otáčkách, tak dostatečnou trakci při vysokých otáčkách.

Délka primárních výfukových trubek

Délka primárního výfukového potrubí má významný vliv na výkonové charakteristiky motoru. Zvětšení této délky zlepšuje trakci při nízkých otáčkách, zatímco její zmenšení zlepšuje trakci při vysokých otáčkách. Tato závislost je vysvětlena časovým rozdílem, který závisí na délce výfukového potrubí, s nímž se rázové vlny šířící se ve výfukových plynech uvolňovaných z válce odrážejí a vracejí zpět do válce. Tyto rázové vlny vznikají v primárním výfukovém potrubí v okamžiku otevření výfukového ventilu a po průchodu celým výfukovým potrubím se odrážejí od výfukového potrubí a částečně se vracejí zpět do válce. Po návratu do válce tyto vlny přispívají k odvádění výfukových plynů z válce a k nasávání vzduchu do válce. Zvýšení množství vzduchu a paliva ve válci vede ke zvýšení výkonu vyvíjeného motorem. Tento jev je také známý jako efekt (rezonančního) proplachování válce a zajištění tohoto efektu je jedním z hlavních úkolů správně navrženého výfukového potrubí. Stejná délka všech primárních výfukových potrubí umožňuje dosáhnout větší pravidelnosti tohoto efektu. V důsledku toho se sání vzduchu do válců stává rovnoměrnějším a je dále zesíleno rezonančními efekty. V tomto případě se výměna plynů ve válci a zejména odvádění výfukových plynů z něj a nasávání vzduchu provádí nejen díky zdvihu pístu, ale také díky výše popsanému proplachovacímu efektu válce. Při vývoji „vyladěných“ výfukových svodů pro Subaru se často zapomíná, že délka výfukového kanálu válce se ve skutečnosti vztahuje i k výfukovému potrubí a je třeba zohlednit celkovou délku potrubí a tohoto kanálu. Problém dále komplikuje skutečnost, že různé výfukové otvory u vozidel Subaru mají různou délku. Pokud se tyto rozdíly nezohlední, nelze plně využít výhod správně navrženého „vyladěného výfuku“.

Níže je schéma výfukových kanálů válců Subaru. Jak je vidět na obrázku, kanály A jsou delší než kanály B.

Jak je z výše uvedeného zřejmé, hlavní časová náročnost testování je spojena se správným výběrem délky primárních výfukových trubek, při kterém je nutné zohlednit délku výfukových kanálů válců.

Sběratelský design

Ve výfukovém potrubí jsou primární výfukové trubky sloučeny do hlavní výfukové trubky. Existuje celá řada provedení odpovídající části výfukového potrubí, od jednoduchých a levných na výrobu až po velmi složité a drahé. Nejjednodušší způsob sloučení primárních výfukových trubek je znázorněn na levé straně obrázku níže.

V této variantě se uprostřed mezi sbíhajícími se trubkami vytvoří stagnující oblast, ve které vznikají silné víry, které zpomalují proudění výfukových plynů. Absence takové oblasti je hlavní výhodou pokročilejších kolektorů. Varianta takového kolektoru je znázorněna v pravé části výše uvedené ilustrace. Jak je vidět na obrázku, v této variantě se primární výfukové trubky sbíhají, aniž by vytvářely stagnující oblast. Tato varianta je relativně levná na výrobu a poskytuje dobré výsledky. V tomto případě je efektu dosaženo jednoduše díky odpovídající deformaci sbíhajících se koncových částí trubek.

Nejpokročilejším technickým řešením je však níže zobrazené sběrné potrubí, které je vyrobeno jako samostatný díl, do kterého jsou zasunuty koncové části primárních výfukových trubek. Níže uvedený příklad, vyrobený společností Burns Stainless, je jedním z nejlepších dostupných výfukových potrubí. Všimněte si, jak je provedena část, kde se slévají výfukové proudy vycházející z primárních výfukových trubek.

Délka kolektoru

Délka sacího potrubí také ovlivňuje výkonové charakteristiky motoru. S rostoucí délkou sacího potrubí se typicky výkonový vrchol posouvá směrem k vyšším otáčkám. V každém případě musí být délka sacího potrubí dostatečná, aby minimalizovala turbulenci, ke které dochází při vzájemném slučování proudů výfukových plynů vycházejících z primárních výfukových trubek. Nedostatečná délka odpovídající části sacího potrubí vede ke vzniku turbulencí, které mohou proudění výfukových plynů vážně zpomalit. Sací potrubí má však ještě jeden důležitý parametr, jehož výběr je bez rozsáhlého testování nemožný. Tímto parametrem je vnitřní objem sacího potrubí, který také do značné míry určuje výkonové charakteristiky motoru.

Šířka kolektoru

Šířka (neboli vnitřní objem) sacího potrubí určuje především povahu interakcí, ke kterým dochází mezi jednotlivými výfuky nebo výfukovými impulsy. Příliš velká šířka sacího potrubí brání požadovaným interakcím mezi těmito impulsy, což vede k dříve popsanému rezonančnímu efektu proplachování válce, a také vede ke snížení průtoku výfukových plynů. Nedostatečná šířka sacího potrubí naopak může bránit volnému proudění výfukových plynů vytvářením příliš vysokého protitlaku. „Správnou“ šířku sacího potrubí lze v každém konkrétním případě určit pouze testováním.

Úhly kužele

Je zřejmé, že čím menší je úhel zúžení výfukového potrubí a obecně čím plynulejší je jakákoli změna průtokového průřezu jakéhokoli prvku výfukového systému, tím lépe. Právě ve výfukovém potrubí je však jedním z nejdůležitějších faktorů úhel zúžení, pod kterým průtokový průřez tohoto potrubí přechází do průtokového průřezu hlavního potrubí výfukového systému. Jakékoli prudké zúžení výfukového potrubí může výrazně narušit proces volného proudění výfukových plynů.

Průměr průtoku každé sekce, kde primární výfukové potrubí ústí do hlavního vnitřního prostoru výfukového potrubí, musí co nejvíce odpovídat průměru výfukových kanálů válce. Jinak se ve výfukovém potrubí nevyhnutelně vytvoří další nežádoucí víry. Nemělo by se zapomínat, že víry ve výfukovém potrubí mají větší negativní vliv na proudění výfukových plynů než víry v jakékoli jiné části výfukového systému. Podle mnoha spolehlivých odborníků lze víry, které se vyskytují ve výfukovém potrubí, snížit postupnou změnou průtokové plochy výfukového potrubí. To však vede ke složitějším a dražším výfukovým potrubím.

Konstrukce výfukového potrubí je navíc výrazně omezena uspořádáním podkapotového prostoru vozu. Skutečnost, že výfukové otvory válců motorů Subaru jsou umístěny na opačných stranách motoru, výrazně komplikuje úkol návrhu výfukového potrubí pro tyto vozy. U motorů s horizontálně protilehlým uspořádáním válců je složitost změny délky primárního výfukového potrubí srovnatelná se složitostí výroby nového výfukového potrubí, v důsledku čehož proces stanovení správné délky těchto trubek během testování zabere hodně času. Zajistit, aby délka všech primárních výfukových trubek, s přihlédnutím k výfukovým otvorům válců, které s nimi souvisejí, byla striktně stejná a aby tyto trubky samy přijatelně zapadly do uspořádání podkapotového prostoru, je obtížný úkol a ještě obtížnějším úkolem jemného doladění výfuku pro optimalizaci efektu rezonančního proplachování válců, pro které se délky trubek jednotlivě upravují v krocích po 0,5 – 1 palci, vyžaduje od konstruktéra velký talent.

Katalyzátory

Vlastní dynamometr nám umožňuje provádět srovnávací testy výfukových systémů atmosférických automobilových motorů vybavených a nevybavených katalyzátory. Na základě výsledků testů lze konstatovat, že absence katalyzátoru není schopna přinést významné výhody ve srovnání s přítomností správně navrženého katalyzátoru ve výfukovém systému.

Důležitým faktorem určujícím, jak vážnou překážkou pro proudění výfukových plynů bude katalyzátor, je úhel zúžení jeho skříně. Vzhledem k tomu, že průtoková plocha skříně katalyzátoru výrazně překračuje průtokovou plochu výfukových trubek vstupujících a vystupujících z této skříně, může příliš prudká změna této průtokové plochy výrazně zpomalit proudění výfukových plynů.

Výše uvedené platí stejnou měrou pro katalyzátory motorů s turbodmychadlem i atmosférických motorů. Kromě toho je nutné zajistit, aby výfukové plyny vstupující do skříně katalyzátoru procházely celým pracovním průřezem aktivních prvků tohoto katalyzátoru. Pokud proudění výfukových plynů nevyužije celou plochu průřezu těchto aktivních prvků, katalyzátor nebude pracovat s požadovanou účinností. Z tohoto důvodu je plynulé roztažení skříně katalyzátoru na vstupu ještě důležitější než plynulé zúžení této skříně na výstupu.

Část výfukového systému umístěná za katalyzátorem podél dráhy proudění výfukových plynů

Je snazší navrhnout „správnou“ část výfukového systému umístěnou za katalyzátorem podél proudění výfukových plynů, než navrhnout „správné“ výfukové potrubí. Hlavním úkolem zůstává udržení co nejvyššího průtoku výfukových plynů. Příliš široké potrubí vede ke snížení průtoku výfukových plynů a ztrátě točivého momentu při nízkých otáčkách. Příliš úzké potrubí vede ke snížení maximálního výkonu (výkonu při vysokých otáčkách). Optimální řešení v každém konkrétním případě je jako vždy výsledkem kompromisu. Je důležité zajistit hladký vnitřní povrch trubek a správně použít technologii ohýbání trubek. Tlumič výfuku by měl vytvářet co nejmenší odpor proudění výfukových plynů a zároveň dostatečně snižovat hluk výfuku. Ve skutečnosti se všechny „triky“ návrhu zadní části výfukového systému omezují na výše uvedené. Je zřejmé, že tato část výfukového systému je ve skutečnosti mnohem jednodušší než výfukové potrubí.