Прежде всего, хочу поговорить о смысле подобного предприятия – имхо, смысл ставить спортивный коллектор есть только для людей, которым доставляет удовольствие сам процесс вождения и ухода за авто, кому важно, насколько эффективно работает их двигатель и как он выглядит. О владельцах спортивных автомобилей я и не говорю – у них “паук” это обязательная мера.

Теория, скрывающаяся за дизайном спортивных выпускных коллекторов “пауков”, довольно сложна – все же речь идет о серьезном потоке довольно горячих газов, но к счастью, в упрощенном виде все становится довольно понятно и без знания уравнений Навье-Стокса.

Итак, что же нам дает установка спортивного коллектора? Для этого давайте взглянем на типичную систему выпуска отработавших газов типичного автомобиля:

Основными элементами системы выпуска являются выпускной коллектор, каталитический нейтрализатор и глушитель.

Лямбда-сенсор, хоть и является неотъемлемой частью современных автомобилей, не имеет отношения к производительности выхлопной системы, и обозначен на рисунке лишь для полноты картины. Больше о лямбда-сенсоре можно почитать здесь.

Выходя из двигателя, выхлопные газы попадают в выпускной коллектор, где потоки от разных цилиндров объединяются в одну трубу, и поступают в каталитический нейтрализатор. Нейтрализатор представляет собой набор тонких сот, покрытых специальным материалом-катализатором, и предназначен для снижения токсичности отработавших газов, посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов:

После катализатора, выхлопные газы попадают в глушитель, служащий для снижения шумности выхлопа – иначе автомобили грохотали бы так, что слышно было бы за километр (собственно, иногда попадаются на дорогах автомобили с прогоревшими или поврежденными глушителями – сами знаете, сколько шума они производят). Типичный глушитель состоит из лабиринта решеток и отверстий, проходя через которые выхлопные газы значительно снижают скорость и температуру. Так глушитель выглядит в разрезе:

Покидая глушитель, выхлопные газы выходят в атмосферу через ту самую трубу, которую мы видим позади автомобиля.

Конечно, существует масса модификаций системы выпуска, но основная идея везде одинакова.

Учитывая, что выхлопные газы не протекают через выхлопную систему сами (с чего бы им это делать?), их приходится силой прокачивать через коллектор, соты нейтрализатора, решетки глушителя и т.п. Прокачиванием приходится заниматься двигателю, растрачивая на это полезную мощность.

Наша цель – снизить сопротивление системы выхлопа потоку газов, для того чтобы, естественно, сэкономить мощность двигателя. Этого можно добиться следующими способами:

• Установкой спортивного прямоточного глушителя – такой глушитель состоит из толстой полой трубы, набитой минеральной ватой. Такая схема имеет низкое динамическое сопротивление потоку газов, но при этом глушит только высокочастотную составляющую шума выхлопа, а низкочастотная остается неизменной. Поэтому, как правило, такие глушители ставят потому, что машина начинает глухо реветь (или ”прикольно пердеть”?), а повышение мощности уходит на второй план. С другой стороны, по слухам, существуют не особо громкие прямоточные глушители – может поставлю себе такой когда-нибудь. Важно отметить, что процедура замены глушителя законна, и никаких проблем, кроме повышенного внимания ментов к вам, как к источнику халявного бабла, не несет.
• Заменой нейтрализатора на пламегаситель – это незаконно, поскольку в теории, тест на газоанализаторе вы уже не пройдете. По крайней мере официальным способом. Тем не менее масса народу производит такую операцию: кто-то хочет прибавки в мощности, у кого-то засрался и оплавился от ослиной мочи бензина суперского качества заводской катализатор, а новый стоит астрономических сумм… У меня нет комментариев по этому вопросу, поскольку я не видел данных о химическом составе выхлопа до и после нейтрализатора, которым я бы поверил, но хочется верить, что нейтрализатор действительно значительно снижает токсичность выхлопа, и использование его целесообразно.
• Установкой спортивного выпускного коллектора – это законно, но непопулярно, потому что машина не начинает “прикольно пердеть”, хотя определенные изменения в звуке выхлопа присутствуют. И зря непопулярно, потому что прибавка в производительности двигателя реально чувствуется. В ближайших абзацах объясню почему.

Вот тут и начинается все самое интересное. В современных двигателях внутреннего сгорания фазы выпуска и впуска заметно перекрываются и в тот момент, когда открыты оба клапана, важно создать в выпускном коллекторе разрежение, благодаря которому выхлопные газы будут резвее покидать цилиндр, освобождая место для свежей порции горючей смеси. Чтобы этого добиться, используют инерцию и неравномерность истечения выхлопных газов из двигателя: после закрытия выпускного клапана в выпускном коллекторе образуется зона пониженного давления. Представьте себе быстро текущие газы в трубе, и вдруг клапан закрылся, и поток возле него мгновенно прекратился. В тоже время газы, успевшие уже немного отдалиться от клапана, не имеют представления о том, что происходит позади них, и продолжают стремительное движение вперед, по инерции, оставляя за собой, грубо говоря, пустоту – ту самую зону пониженного давления. Зона эта, не стоит на месте (мир, все же, не идеален), а распространяется с большой скоростью, и ведет себя подобно волне. Если создать на пути этой волны препятствие, она отразится и, при правильном расчете расстояния до этого препятствия, окажется у выпускного клапана в момент, когда он будет снова открыт.

Но это все идеал, а на практике, большинство производителей ширпотребных моторов преследуют своей главной целью дешевизну производства, а не максимальную отдачу от двигателя, потому в заводских коллекторах вышеописанный процесс практически не происходит. Взгляните сами – это типичный литой чугунный коллектор:

Практически по всех авто заводские выпускные коллекторы выглядят подобным образом, и работу свою делают не лучше. В таких коллекторах никакой зоны разрежения у выпускного клапана не образуется – напротив, образуется зона повышенного, обратного давления, созданного выхлопами других цилиндров, которая только мешает отработавшим газам покидать двигатель.

Но, как было отмечено, такие коллекторы дешевы в производстве – отлить хреновину непонятной формы из чугуния, гораздо проще, чем вручную мутить производительный коллектор из нержавейки. Такой например:

В этом коллекторе выхлоп от каждого цилиндра отводится по отдельной трубе. Примерно через полметра четыре эти трубы соединяются попарно в две, а еще через полметра две получившиеся трубы соединяются в одну. Поскольку соединение двух труб в одну выглядит как буква Y, коллекторы такого типа называются 3-Y (три соединения – 3 раза Y). Также, такие коллекторы называют коллекторами типа 4-2-1, оттого, что четыре трубы сначала соединяются в две, а затем в одну.

Обратите внимание, что выходящие из цилиндров трубы соединяются в пары в соответствии с порядком работы цилиндров. Например, порядок работы цилиндров двигателя, для которого предназначен коллектор на рисунке выше таков: 1-3-4-2, потому в пары соединены трубы 1-4 и 2-3. Таким образом, на довольно обширном диапазоне оборотов работы двигателя добиваются значительного снижения обратного давления от других цилиндров, а также создания вышеупомянутой зоны пониженного давления.

Для совсем спортивных авто существует еще одна схема коммутации труб коллектора:

Такая схема называется 4-1 (четыре трубы сразу соединяются в одну) и всегда имеет одинаковую длину у всех четырех труб. Такая конфигурация позволяет максимально использовать эффект зоны разряжения у выпускного клапана, но к сожалению, только на больших оборотах, что сужает область применения подобных коллекторов.

На этом я завершу теоретическую часть, и начну писать практическую – поставил себе коллектор с месяц назад. Установка была сопряжена с некоторыми трудностями, но закончилась вполне успешно. Так что, ждите продолжения.