Модернизация выхлопной системы ЗМЗ 402

 
    26.10.2015

Глушитель - что это такое?

    Глушитель в контексте автомобиля - это деталь, основное назначение которой снижение уровня шума от работающего двигателя. Данный показатель уровня шума установлен ГОСТом и при превышении его значения сотрудники ГИБДД вправе запретить эксплуатацию транспортного средства. Как правило, про глушитель вспоминают, когда он разрушается, впервую очередь от коррозии, и увеличившийся уровень шума начинает доставлять неудобства водителю и окружающим.

    В спортивных автомобилях глушитель также является элементом тюнинга в плане придания приятного звучания двигателя (тюнинг для увеличения мощности будет рассмотрен ниже). В завимисмости от конфигурации выхлопной системы звук может отличаться значительным образом. У мощных автомобилей помимо всего прочего как правило есть управляемые заслонки, направляющие выхлопные газы в обход глушителя при режимах максимальной мощности. Это приводит к увеличению громкости и привлечению внимания окружающих. Прирост мощности от этого минимален

    Если сравнивать шум от разных типов двигателей, то он принципиально отличается и не зависит от типа глушителя. Самые громкие - это атмосферные бензиновые двигатели ввиду высоких рабочих оборотов. Далее по уровню шума дизели, так как их рабочие обороты как правило тише. Самые тихие - турбомоторы, так как у них значительное количество энергии, содержащейся в выхлопных газах используется для раскрутки турбины.

    Если рассматривать процессы, происходящие в выхлопной системе вцелом и в глушителе в частности, то основных процесса два - ударная звуковая волна и перенос непосредсвенно газов. Самое интересное в процессе переноса газов, это чередование циклов повышенного и пониженного давления. То есть при открытом выпускном клапане газы выходят и разгоняются, после закрытия клапана поток газов продолжает движение по инерции и в районе выпускного коллектора образуется разрежение. В спортивных машинах на этом принципе основан отбор картерных газов. Для этого вблизи выпускного коллектора врезатется обратный клапан, только впускающий газ и при фазах пониженного давления происходит забор картерных газов. Что касается звуковой волны, то она многократно отражается внутри выхлопной системы, отражается от глушителя обратно. При этом образуется так называемая обратная волна, которая может привести к повышенному шуму и снизить максимальную мощность.

    Устроены глушители очень по разному. В качественных глушителях дополнительно применяется набивка, уменьшающая звук. Для выравнивания давления потока суммарный объём выхлопной системы должен быть порядка объёма самого двигателя. Само выравнивание осуществляется за счёт наличия в глушителе нескольких камер с перетоком воздуха между ними через лабиринт из труб, как правило перфорированных. Большой объём выхлопной системы снижает шум ещё и за счёт охлаждения газов и уменьшения их объёма. Обратная сторона сильного охлаждения выхлопных газов - образование конденсата. Вплоть до того, что зимой выхлопная магистраль может перемёрзнуть - такие случаи не редки. К кузову глушитель, как и прочие элементы выхлопной системы как правило крепятся резиновыми подвесами. Это служит как для целей амортизации, так и для изолции шума от выхлопной системы от кузова автомобиля и его салона соответственно.

    Конструктивно выхлопная система состоит из нескольких банок. Разные банки нужны для разных целей. Первой банкой в современных авто является катализатор, он служит цели экологии, дожиганию смеси, уменьшению вредных веществ в выхлопных газах. Его после выхода из строя как правило меняют на пламягаситель, далее идёт пара резонатор + глушитель. Резонатор уменьшает шум от звукововой волны, глушитель выравнивает давление, также снижая уровень шума. В современных дизельных двигателях дополнительно ставится сажевый фильтр и впрыск мочевины (adblue), которые также снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах.

    Срок службы глушителей у новых авто как правило вполне достатчен для прохождения гарантийного периода. Выбор альтернативных глушителей очень велик. Однако дешёвые глушители могут быть сделаны из тонкого металла, это может привести к дребезгу и неприятному шуму. А если и сталь не очень качественная, то он может сгнить буквально за год. У меня у самого разваливался резонатор. По своему опыту могу сказать, что дренажные отверстия в последней банке ощутимо продлевают её срок службы. Это без теплоизоляции. Сейчас у меня вся магистраль теплоизолирована.

    Тонкая настройка выхлопной системы способна увеличить мощность двигателя. Это достигается за счёт резонанса в узком диапазоне частот, но для этого нужно рассчитать требуемую длину всех элементов и изготовить требуемую магистраль это довольно дорого. Более простой способ - устранение затычных мест, ступенек. Которых в массовых глушителях и трубах множество. Бездумное увеличение сечения выхлопной системы, зачастую не даст ничего кроме повышения уровня шума и проблем с окружающими. Выхлопная система из нержавейки прослужит дольше, но цена подобного решения с учётом ручной подгонки под конкретный автомобиль малоцелесообразна.

Планы и суровая реальность

    Вопрос модернизации выхлопной системы практически всегда акутален для 402го двигателя, так как штатный выпуск в самом конце имеет сечение менее 4 см, что сопоставимо с сечением одной камеры карбюратора. Наиболее простым решением проблемы - является замена выхлопной системы на используемую в Волгах с двигателем крайслер. Там сечение системы от катализатора до гуся 60 мм, после него - 50 мм. Небольшую сложность при этом представляет крепление системы, так как каждая банка системы 402го крепится с одного конца, а банки от крайслера крепятся с двух сторон, то есть придётся делать дополнительные крепления и дырявить кузов. В отдалённых планах я планировал проделать то же.

    Однако вдруг у меня пром.труба отвалилась от штанов и вопрос модификации выхлопной системы встал ребром. От идеи менять банки я пока решил воздержаться, пока не изучу штатное крепеление банок на на Волге с двигателем краслер. Дело в том, что я изучал этот вопрос и находил немало жалоб на то, что с колхозным креплением банки бились об кузов. Да и погода не распологает к сотворению кронштейнов. Также дополнительным аргументом за то, чтобы отложить внедрение крайслеровских банок было то, что пару лет назад я менял последнюю банку, то есть она почти новая. Решено было ограничиться компенсатором (гофрой) и новой пром.трубой.

    У компенсатора две задачи: первая - гасить колебания элементов системы, уменьшая усилия на излом, в том числе и гасить искривление кузова на кочках, а вторая - это за счёт снижения жёсткости системы уменьшать уровень шума, уберать резонансные шумы.

    Далее возник вопрос, а какого сечения должна быть пром.труба. Штатная система у 402го такая - две трубы внешним диаметром 51 мм (2 дюйма) сходятся в одну, диаметром 51 мм. У крайслера, напомню диаметр пром.трубы 60 мм. После раздумий, решил оставить как есть, штатная система никоим образом не ограничивает выпуск, так как во-первых фазы выпуска всех цилиндров не пересекаются во времени, во-вторых длина промежуточной трубы меньше любой из приёмных, то есть если 51 мм и огранивает выпуск, то ещё на уровне штанов и пром.труба никоим образом не добавит дополнительного сопротивления. В третьих, в эффективной выпускной системе должна использоваться кинетическая энергия газов. При выпуске из одного цилиндра газы разгоняются, набирая скорость и кинетическую энергию, после закрытия клапана газы продолжают двигаться по инерции, создавая разрежение в приёмных трубах, облегчая выпуск выхлопных газов для следующего цилиндра. И вот здесь, сохранив в пром.трубе то же сечение, что и в приёмных трубах, получим эфефект сохранения кинетической энергии - газы разогнавшись до определённой скорости в приёмных трубах, продолжат движение с той же скоростью и в промежуточной трубе. Ежели мы увеличим сечение пром. трубы, то скорость потока замедлится, а кинетическая энергия уйдёт на нагрев пром.трубы и шум. Таким образом, делать сечение выхлопной диметром "как у вашей бывшей", неразумно и вредно, более того можно ещё и потерять в мощности. По поводу последних банок и узкого сечения в раздумьях. В малом сечении есть небольшой смысл - высокая скорость выхлопа отбрасывает их подальше от машины. Встречал жалобы от владельцев прямотока на то, что выхлоп тянет в салон.

    Делать выхлоп из нержавейки я смысла не вижу. Зачем, чтобы он пережил машину и её хозяина :) ?

Компенсатор (гофра)

    Прокачку выхлопа начал с покупки гофры. В одном из магазинов обнаружилась такая вот гофра 51*100 типа ВАЗ:

Пусть эта сеточка не вводит в заблуждение, как и внутренняя:
Её функция - снизить мехническую нагрузку и слегка защитить саму гофру - она внутри, и видна в щели:
Приварить компенсатор я решил к выходу тройника, для состыковки с пром.трубой придумал остроумную конструкцию, берём пром.трубу и отпиливаем кусок с креплением:
И разворачиваем отрезанный кусок на 180 градусов. Очень дёшево и очень сердито :) :
Далее напильником стачиваем входящую часть пром.трубы, чтобы она от руки входила в крепление настолько, чтобы полностью перекрыть прорези. К отрезанному куску привариваем компенсатор. Выглядеть конструкция будет так:

   

Тройник

    Далее я приступил к подготовке тройника к приварке компенсатора. Сильно отрезать от края не надо - иначе дырка получится слишком большой, и заварить будет проблематично:

Перед сваркой решил отбить всю ржавчину, снизу обнаружлся нежданчик:
При попытке заварить нежданчик, следствием было устновлено, что металл сгнил нафиг, и варить там нечего:
Не в этом году, так в следующем там обязательно была бы дырка. Таким образом, решено было заменить тройник, но главная причина не в этом.

    Штатный тройник имел два страшно-ужасных косяка проектровщиков\изготовителей. Страшно-ужасный косяк номер раз:

исходящая труба входила внутрь тройника на пару сантиметров, то есть вместо необходимой воронки там была охрененная ступенька, и газы разогнавшиеся в приёмных трубах бились в эту торчащую трубу. Помимо снижения пропускной способности, это неизбежно приводило к повышенному шуму. Это явный косяк корнструкции, инженерам следовало спроектировать этот узел так, чтобы на выходе была воронка и газы не теряли своей кинетической энергии.
Страшно-ужасный косяк номер два:
Трубы нарезались труборезом, но как то странно, на всех концах приёмных труб от него получилась нехилая завальцовка. Для сравнения, та же самая труба, отрезанная болгаркой - имеем 49 мм сечения:
А теперь немного математики. Сечение 49 мм составляет 2,45 * 2,45 * 3,14 = 18,85 кв. см. На выходе тройника же было 42 мм, или 13,85 кв.см, то есть сечение было меньше на 5 кв.см или 26 %. ДВАДЦАТЬ ШЕСТЬ, Карл! Слов нет, как так на заводе исхитрялись трубы резать, но новых, кстати говоря, такой завальцовки нет. Причина наверно в том, что именно Газ 31029 имеет максимальный тираж - более 800 тыс. штук было сделано. Вот судя по всему и расплата за массовость. Таким образом на выходе из тройника газы упирались в нехилую ступеньку, а само сечение было заужено на 26%, замена тройника была неизбежна.

    Также проверил сечения приёмных труб, было 45 мм:

После отболгаривания и напильника стало законноположенные 48-49 мм:
Вариантом решения проблемы выхода из тройника может быть фланец, как сделано у SkyRider. Однако фланец надо где-то изготовить, а меня время поджимало, поэтому решил колхозить кастом тройник. Промежуточными вариантами грузить не буду, сразу покажу конечный вариант. Понадобилась ещё одна пром.труба 31029:
Отрезаем пару кусочков, резать надо точно, так всё получается впритык.
Важно! Перед подгонкой и приваркой кусочков, не поленитесь, поставьте штаны на место, проверьте не сместились ли трубы, поскольку конструкция получится значительно более жёсткой, если трубы разойдутся, с их установкой будут проблемы. Опосля, как и положено умной мысли, пришла идея - неполохо бы из деревяшки изготовить шаблон и к нему прикрутить входящие концы приёмных труб - тогда они точно никуда не уйдут. Итак, после примерки привариваем первый кусок:
Затем второй. На выходе у нас долно получится примерно то же сечение в 51 мм.
У меня же получился овал, но за пределы компенсатора он не вышел, форма внутреннего сечения кастом тройника получилась идеальной. Если не считать сталактитов из капель металла :) :
Следующим этапом привариваем компенсатор:
В результате получаем идеальную аэродинамику тройника - без сужения сечения, и без ступенек:

    Я думаю, эту доработку можно рекомендовать и владельцам ЗМЗ 406, если есть хотя бы один из указанных косяков. Как показали первые испытания, в штатном тройнике был охрененный затык.

Шумоизоляция

    Как показало вскрытие, в основном выхлоп гниёт снаружи, то есть покраска элементов выхлопной системы значительно продлит срок их службы. Перед покраской зачищаем конструкцию, особое внимание уделив швам:

Красим краской, да не простой, а термостойкой:
Как видно, компенсатор оклеивал малярным скотчем - его красить ни к чему. После покраски термостойкую краску необходимо прокалить при температуре 150-200 градусов. За неимением покрасочной камеры, грел строительным феном на максимальной мощности:

    Я в своё время для автоодеяла покупал асбестовой ткани. Купил лишнего - до сих пор использую. Решил заизолировать выхлоп. Преследовал три цели. Во-первых снижение шума. Во-вторых, уменьшение нагрева салона летом. А в-третьих - поддержание температуры газов сохранит их кинетическую энергию, что, как описывалось выше, повысит эффективность выхлопной системы. К примеру субаристы обматывают коллектора термолентой, чтобы газы не остывали и не теряли кинетической энергии до турбины. Опять таки, они нередко используют китайскую дешёвую термоленту, и по отзывам её хватет всего на год. Посмотрим, насколько хватит асбестовой ткани. Обматываем ею приёмные трубы:

Напомню ещё раз, пыль асбестовая малодисперсная, то есть не отфильтруется в носу, а попадёт в лёгкие, поэтому резать нужно аккуратно, нелишним будет респиратор. Далее на ровных участках защищаем асбестовую ткань листовым алюминием, я использовал алюминий от пивных банок:
Основное назначение - механическая защита асбестовой ткани. Насколько хватит ХЗ. Далее полученную конструкцию обматываем алюминиевым скотчем. Его ушло два рулона 5см * 25 метров. Его механическая прочность низкая, поэтому на каждом участке должно быть не менее 5ти слоёв. Сложности были при обмотке препятствий в виде перемычки между трубами - там я оклеивал короткими кусками под разными углами:
Также обработа пром.трубу:

    После первого прогрева дым был, но количество вполне терпимое. Гореть может краска алюминивых банок, их внутреннее покрытие, клейстер алюминиевого скотча и термокраска (отдельные состовляющие). Я думаю всё лишнее выгорит довольно быстро.

Сборка

    При сборке приёмные трубы не хотели входить в коллекторы, пришлось подсобить - обмотать цепью и стянуть болтом:

Чтобы дважды не лазить, обжим колец контролируем зеркалом:
Без пром.трубы штаны прижались к КПП. С учётом термоизоляции это в общем-то не страшно:
Злополучный зазор вообще получился сантиметровым:
Вообще, с кастом тройником штаны стали гораздо более жёсткими.

    Далее необходимо демонтировать старую пром.трубу. Для этого вокруг хомута отбиваем грязь:

Далее по технологии борьбы с закисшими соединениями греем ось инвертором:
Вуаля, гайка открутилась без проблем:
С другой стороны правда не прокатило, видно нагрел недостаточно, но туда и подлазить не удобно:
Также греем старую пром.трубу вблизи содинения с глушителем:
Далее колотим молотком по пром.трубе и выбиваем её:
Как видно, методика нагрева закисших соединений работает. Хохмы ради сфоткал содержимое глушака:
Перед затяжкой хомутов положение банок нужно отрегулировать в крайнем левом положении последняя банка упрётся в рессору:
В правом, соответственно передняя банка упрётся в кардан. Так что располагаем посередине. Нелишним будет подпереть глушак снизу, чтобы он потом оказался повыше. В итоге получаемтся вот что:
Вся конструкция сместилась к центру, однако с карданом пересекаться не должна:

    По мере получения опыта эксплуатации, статью буду обновлять. Однако после первого же прогрева стало ясно, что от замены ужасного тройника есть ощутимый эффект, выхлоп стал тише, поток из глушака стал ощутимо сильней.

    Шоу маст гоу он, или часть 2!

Фотогалерея