TUNING WYCZYNOWY - UKŁAD WYDECHOWY
Układ wydechowy jest elementem niezwykle często poddawanym przeróbkom. Niejednokrotnie tuning auta rozpoczynamy właśnie od układu wydechowego. Dlaczego? Jaka jest jego rola i wpływ na wzrost mocy?
Układ wydechowy służy do opróżnienia cylindra ze spalin pozostałych po suwie pracy. W skład przeciętnego układu wydechowego wchodzi: kolektor wydechowy, rura wydechowa i występujące w samochodach turystycznych katalizator oraz tłumik lub częściej 2-3 tłumiki.
Praca układu wydechowego rozpoczyna się dla każdego cylindra pod koniec suwu pracy, gdy otwiera się zawór wydechowy. W celu zapewnienia maksymalnej sprawności silnika zawór wydechowy otwiera się stosunkowo wcześnie, na 50-80° przez osiągnięciem przez tłok DMP. Fakt, że tłok nie wypycha spalin, gdyż porusza się jeszcze w dół, nie ogranicza wypływu spalin, gdyż mają one w tym momencie ciśnienie kilku barów. To właśnie wtedy gwałtowny wypływ spalin powoduje charakterystyczny huk, który w seryjnym samochodzie musi być wytłumiony.
Sprawność pracy układu wydechowego decyduje przede wszystkim o dokładnym opróżnieniu cylindrów z gazów spalinowych, ale nie tylko. W silnikach wyczynowych wyposażonych w wałki rozrządu o dłuższych czasach otwarcia impuls powstały w rurze wydechowej zapoczątkowuje suw ssania.
Zjawiska falowe w rurze wydechowej
Ponieważ wypływ gazów spalinowych odbywa się cyklicznie, w rytm poszczególnych suwów wydechu cylindrów, a energia spalin przemieszczających pod wpływem stosunkowo wysokiego ciśnienia (w porównaniu np.: do ciśnień panujących w układzie ssącym) jest znacząca, o sprawności układu wydechowego decydują zjawiska falowe.
W chwili rozpoczęcia otwierania zaworu wydechowego na początku rury wydechowej tworzy się impuls nadciśnienia. Impuls ten przemieszcza się wzdłuż rury z prędkością zbliżoną do prędkości dźwięku aż do jej wylotu. Siła bezwładności gazów w momencie wypływu z rury wytwarza impuls podciśnienia, który rurą wydechową wraca z podobna prędkością do cylindra. Jeżeli długość rury (droga impulsów) jest taka, że impuls podciśnienia zdąży wrócić w chwili, gdy jeszcze otwarty jest zawór wydechowy, następuje zjawisko doładowania rezonansowego silnika. Podciśnienie "wysysa" resztki spalin z cylindra a w silniku wyczynowym posiadającym większe współotwarcie zaworów dociera aż do przewodu ssącego, zapoczątkowując intensywnie suw ssania. Zjawisko to występuje tylko dla pewnego zakresu prędkości obrotowej silnika i objawia się charakterystycznym, głośniejszym dźwiękiem pracy układu wydechowego.
Poprawia to napełnianie silnika (a więc jego moc), a ponadto korzystnie obniża temperaturę w cylindrze.
Konstrukcja układu wydechowego
Opisane powyżej zjawiska pozwalają wysnuć wniosek, że silnik pozbawiony zupełnie układu wydechowego (rury wydechowej i kolektora) będzie rozwijał mniejszą moc i tak jest w istocie.
Jeżeli długości przewodów wydechowych mierzone od grzybka zaworów nie będą miały przynajmniej kilkudziesięciu centymetrów, moc silnika może być wyraźnie mniejsza.
Z drugiej strony, gdy rura wydechowa będzie cienka i długa na kilka metrów, zjawiska falowe nie wystarczą do pokonania oporów przepływu i w tym przypadku także będziemy mieli zjawisko obniżenia mocy silnika.
O sprawności układu wydechowego decydują więc jego wymiary geometryczne; przede wszystkim długość i średnica rury wydechowej (łącznie z kolektorem).
Optymalna długość rur wydechowych powinna być wyliczana w zależności od tego, przy jakich prędkościach obrotowych chcemy uzyskać doładowanie rezonansowe. W wysokoobrotowych silnikach samochodów wyścigowych np.: Formuły 1 czy innych podobnych, które mają silniki zabudowane z tyłu lub centralnie długość całkowita rur wydechowych wynosi zwykle około 1000 do 1500 mm.
W większości jednak samochodów osobowych, w których silnika umieszczony jest z przodu pojazdu, konieczność odprowadzenia spalin do tyłu nadwozia wymusza stosowanie ponad 3 m rur wydechowych. Przy takiej długości rura wydechowa stwarza duży opór wypływającym gazom i dlatego jeżeli tylko regulamin zawodów to umożliwia, usuwa się z układu tłumiki i katalizator.
W niektórych zawodach można także skrócić rurę, wyprowadzając ją z boku samochodu. Dla pojazdów wyczynowych najczęściej konstruuje się całkowicie nowy układ wydechowy.
Kolektory wydechowe
Należy pamiętać, że na moc silnika wpływa głównie pierwszy za cylindrem odcinek rury wydechowej. Tam zjawiska falowe występują najsilniej i stąd prace tuningowe układu wydechowego rozpoczyna się często od wykonania sportowego kolektora wydechowego.
Fabrycznie montowane kolektory wydechowe ze względów ekonomicznych wykonane są najczęściej z żeliwa i posiadają stosunkowo krótkie przewody, które wcześnie się łączą w jedną rurę. Ponadto wymagania ekologiczne sprawiają, że katalizator montuje się stosunkowo blisko głowicy, co zwiększa opory przepływu i zmniejsza możliwość wykorzystania zjawisk falowych.
Oczywiście układy wylotowe samochodów seryjnych są starannie obliczane i badane na hamowni, by wymagania ekologiczne powodowały możliwie najmniejszy ujemny wpływ na pracę silnika.
W samochodach wyczynowych i samochodach sportowych turystycznych, w których wykonany jest kompletny tuning silnika, wymiana układu wydechowego jest koniecznością.
Źródło: Lech Świątek "Tuning wyczynowy. Układ Wydechowy", AUTO TUNING ŚWIAT nr 10, październik 2003, str. 57
