Устройство резонатора выхлопной системы — как правильно сделать машину тише?
При работе транспортного средства, любой его механизм издает шум. В одних случаях он более громкий, в других менее слышен, однако, в любом случае, определенный шумовой эффект присутствует всегда. Думаю, владельцы бензиновых автомобилей, с установленным двигателем внутреннего сгорания, лучше меня поймут, ведь именно этот агрегат отличается характерным громким «звучанием». Что бы как-то снизить шумовой эффект, на каждый автомобиль в штатном режиме устанавливают глушитель, который является частью системы выхлопа.
- Принцип работы резонатора
- Из чего состоит резонатор
- Виды резонаторов
Любая такая система состоит из нескольких комплектующих составляющих и есть одной из главных систем транспортного средства. Она не только влияет на показатели экологичности автомобиля (а в последнее время, этот вопрос становится все актуальнее), но и в значительной степени отвечает за качество функционирования и безопасность машины.
Как Вы уже наверное догадались, тема данной статьи напрямую связана с выхлопной системой автомобиля. Однако, мы не будем рассматривать ее устройство или общий принцип работы, а сосредоточим свое внимание лишь на одной, не очень большой детали – резонаторе, который занимается гашением звуковых колебаний после выхода газов из камеры сгорания.
Принцип работы резонатора
Как мы только что отметили, основной задачей резонатора является гашение колебаний звука, возникающих в результате выхода громких выхлопных газов из камеры сгорания. На громкость работы того или иного двигателя, прямым образом влияют габариты устройства (размер, форма) и конечно же, сама конструкция резонатора. В случае выхода детали из строя, нарушается работа всей системы выхлопа: транспортное средство становиться очень шумным, а в салон проникает запах выхлопных газов.
Их образование, происходит в камере сгорания мотора, а наружу они выводятся при помощи выпускного клапана цилиндра. Покинув цилиндр, выхлопные газы, с большой скоростью начинают передвигаться по впускному коллектору и приемной трубе, при чем, температура газовой смеси доходит до 650оС, а значит, все детали выхлопной системы испытывают серьезную тепловую нагрузку.
Устройство резонатора представлено в виде многослойной конструкции, где каждый уровень выполняет свою, конкретную задачу. Когда потоки воздуха попадают на отражатели (важные составляющие элементы резонатора воздушного фильтра), то их гашение происходит за счет трения о них газовых частиц, которые в полостях резонатора выпуска, проходят двумя потоками. Резонаторы впуска и выпуска выполняют одинаковую работу – проводят газ через всю систему выхлопа.
Слаженная и стабильная работа всех составляющих частей резонатора автомобиля, непосредственно влияет на долговечность службы двигателя, а учитывая, что любой элемент выхлопной системы постоянно подвергается влиянию отрицательных факторов окружающей среды и высоких температур (касается не только резонатора, но и других деталей), то вполне логичным будет предположить наличие периодических рабочих сбоев.
Что бы не доводить до крайностей, необходимо регулярно проводить диагностику состояния резонатора.
Выполняя данное действие, помните: эффективность и предельная работоспособность резонатора выхлопной системы зависит от трех основных факторов: состояния катализатора (элемент системы, снижающий количество вредных веществ в выхлопе ), диаметра труб и чистоты глушителя. Принцип работы резонатора базируется на использовании замкнутых полостей, размещенных возле трубопровода и соединенных с ним при помощи большого количества отверстий. Как правило, в корпусе находится два не равных объема, которые разделены сплошной перегородкой.
Каждое из отверстий, включая и замкнутую полость, выполняет роль резонатора, возбуждающего колебания собственной частоты. Условия распределения резонансной частоты, резко меняются, и как следствие, она гасится за счет трения газовых частиц в отверстии. Такой тип глушителя качественно гасит низкие частоты, даже не создавая для газов существенного сопротивления (сечение не уменьшается).
Чаще всего, резонатор применяется в качестве среднего глушителя.
Из чего состоит резонатор
Резонатор, как важный конструктивный элемент выхлопной системы, внешне напоминает маленький глушитель, из-за чего его часто называют «вспомогательным глушителем», однако, многие специалисты утверждают, что это не так. Конечно, резонатор существенно снижает рабочую громкость системы выхлопа, но это не является его основной функцией, а выступает только как побочный эффект от реализации задачи обеспечения ровности потока выхлопных газов во всей системе выхлопа автомобиля.
При работе силового агрегата (на любых оборотах), в выходном коллекторе можно заметить прерывистые значения давления отработанных газов, частота которых основывается на оборотах коленчатого вала двигателя и количества его цилиндров. Для более качественной работы всей системы, нужно добиться равномерности этого давления, ведь только в таком случае, выхлопная система будет обладать минимальным сопротивлением отработанных газов и не станет отбирать лошадиные силы двигателя.
Несмотря на мнение некоторых специалистов, многие автолюбители продолжают называть резонатор «средним глушителем» (так как он располагается в средней части системы выхлопа) и нельзя сказать, что они полностью неправы. Данная деталь не только внешне похожа на уменьшенный глушитель, но еще и имеет схожее с ним внутреннее строение. Здесь все просто: что бы выровнять поток выхлопных газов, используются практически те же приемы, что и в глушителях. Давайте рассмотрим их более детально. Во-первых, расширением и сужением потока отработанных газов, занимаются несколько камер резонатора, где происходит эффективное выравнивание больших низкочастотных пульсаций (не прямоточное устройство).
Во-вторых, при изменении направления потока выхлопных газов, камеры, вместе с соединяющими их трубопроводами, располагаются с некоторым смещением, что помогает гасить средние и высокочастотные пульсации.
В-третьих, наличие перфорационных отверстий в трубопроводах и разница в объемах, окружающих трубу, способствуют гашению широкого частотного диапазона потока отработанных газов.
С конструктивной точки зрения, резонатор – это многоуровневое устройство, в котором каждый уровень имеет свои обязанности и отвечает за выполнение определенных функций. Так, к примеру, резонатор воздушного фильтра, имеет в своем составе отражатели, которые выполняют гашение попадающих на них потоков газообразной среды путем трения соответствующих частиц, проходящих внутри резонатора двумя потоками. Устройства впуска и выпуска, выполняют одинаковую роль и продвигают через систему потоки отработанного газа.
Виды резонаторов
Все существующие резонаторы разделяют на виды, в зависимости от типов двигателей к которым они подходят. Поэтому, различают всего два видовых варианта таких устройств: для двухтактных моторов и для четырехтактных.
В ходе многолетней эксплуатации обоих видов, был установлено: работая в паре с четырехтактным двигателем, резонатор является скорее помехой, нежели помощником и в данном случае, его демонтаж ведет к увеличению мощностных характеристик мотора примерно на 15%. Если же забрать резонатор у двухтактного двигателя, то это вызовет совсем противоположный эффект: его отсутствие поспособствует не только газовому удалению, но еще и ликвидирует несгоревшее полностью топливо. В результате таких действий расход топлива существенно увеличится, а скорость, наоборот, снизится.
Кроме того, условно резонаторы можно разделить и с точки зрения длины (или формы) кузова автомобиля. К примеру, к автомобилю ВАЗ 2110, можно подобрать один из трех возможных видов резонатора: короткий (21103), средний (21102) и длинный ( 2110).
Резонатор. Устройство резонатора (среднего глушителя)
- Диагностика и неисправности резонатора
- Замена резонатора
- Ремонт резонатора
- Удаление резонатора
Первый, промежуточный, средний глушитель — как только не называют этот компонент выхлопной системы. Но во всех случаях в виду имеется резонатор. Рассмотрим, что это за устройство, за что отвечает и как работает.
Назначение, принцип работы и устройство резонатора
Если спросить любого мало-мальски разбирающегося в устройстве машины автомобилиста о назначении резонатора, он ответит, что данный элемент обеспечивает уменьшение уровня шума. В принципе, такое утверждение верно. Но большинство из нас не подозревают, что у этого компонента выхлопной системы есть и другие функции. 
Подтверждением этому является тот факт, что выхлопная система без резонатора на многих автомобилях работает не совсем корректно. Само-собой повышается шумность, а вместе с этим многие автомобилисты, кто решился на необдуманный шаг и самовольно удалили резонатор, заменив его отрезком трубы, жалуются на то, что авто не держит обороты ХХ. И происходит это, как раз за счет того, что повышается обратное сопротивление системы, и нету сглаживания пульсаций (выхлопные газы же поступают не одновременно от всех цилиндров, а, так сказать, «партиями»). Поэтому труба вместо резонатора — «не есть хорошо»: это, в принципе возможно, но доверять такую переделку нужно профессионалам, которые проведут необходимые расчеты и сделают все правильно. Также в этом элементе происходит снижение кинетической энергии выхлопных газов и уменьшение их температуры (порядка 300-400 градусов на выходе против 700-800, а то и боле — на входе резонатора).
Как устроен и работает резонатор
Работа данного элемента основана на следующих физических процессах:
- Расширение и сужение потока выхлопных газов.
Это обеспечивается за счет использования нескольких камер в рассматриваемом элементе. - Гашение средне- и высокочастотных пульсаций. Выхлопные резонаторы для автомобилей имеют для этого внутри трубопроводы, размещающиеся со смещением относительно друг друга.
- Интерференция звуковых волн. За счет этого происходит увеличение суммарной амплитуды, а, следовательно — уменьшение частоты колебаний. Добиваются этого за счет использования камер разного объема, а также при помощи перфорационных отверстий на трубах внутри резонатора.
- Использование закрытых камер, в которых накапливаются газы. Поступая через перфорационные отверстия газы стравливаются в определенный момент времени.
Также, в зависимости от конструкции, средняя часть глушителя (или резонатор) может иметь несколько камер. Последняя, для уменьшения шумности, может производиться с использованием специального звукоизоляционного материала. Что касается корпуса, оригинальный или универсальный резонатор выхлопной системы может выпускаться из нержавеющей стали, или так называемой алюминиевой стали (покрытой слоем алюминия для защиты от коррозии).
Первый вариант — более дорогостоящий, но он характеризуется лучшими показателями устойчивости к коррозии.
Прямоточный резонатор
Одной из разновидностью рассматриваемого элемента выхлопной системы является прямоточный (или спортивный) резонатор. Его отличие от «обычного» заключается в том, что здесь имеет место более низкое обратное сопротивление. И получается оно в ущерб сглаживанию пульсаций и уменьшению звука. Такой резонатор, как правило, не имеет камер и не изменяет направление движения потока выхлопных газов. По сути это — ровный «тоннель», имеющий перфорированные стенки. А это значит что, учитывая рассмотренные выше проблемы, которые могут быть вызваны пульсациями, выбирать такой элемент для своего авто нужно очень тщательно. А лучше доверьте это дело профессионалам. Итак, мы разобрались, для чего нужен резонатор и как он работает. Если вам нужен ремонт или замена данного элемента (в том числе и установка прямоточного), обращайтесь к специалистам GSAvto.
Назначение выхлопных резонаторов
Автомобильная выхлопная система чувствительна даже к малейшим изменениям формы, размера и объема.
Излишне говорить, что когда вы модифицируете или удаляете такие компоненты, как резонатор, это изменит характеристики воздушного потока и продувки вашей выхлопной системы, а также звук.
Поэтому модификация удаления резонатора так популярна среди энтузиастов. Это делает звук автомобиля лучше — что субъективно — и делает выхлоп менее ограничивающим.
Чтобы точно знать, что произойдет, когда вы удалите или замените этот компонент, вам нужно понять, что делает резонатор и каково его назначение. Именно об этом мы и поговорим в этой статье.
Что делает выхлопной резонатор?
Вам предстоит многое узнать о вашем резонаторе; это не просто случайная труба, которая отводит выхлопные газы и шум вниз по течению.
Единственной целью резонатора является изменение и точная настройка звука, создаваемого процессом сгорания в вашем двигателе до он достигает вашего глушителя.
Благодаря этому глушитель может успешно выполнять свою работу по подавлению шума выхлопных газов. Вот почему резонатор также называют предварительным глушителем.
Вообще резонатор предназначен для уменьшения гула выхлопа, и он отлично с этим справляется. Вместе с глушителем конечный результат весьма удивителен, если сравнить до и после.
Однако не все автомобили имеют резонаторы. Это действительно зависит от компоновки двигателя и общей конструкции выхлопной системы. Не удивляйтесь, если посетите магазин глушителей для удаления резонатора только для того, чтобы узнать, что в вашем автомобиле его изначально не было.
Как это работает
Так выглядит резонатор в разрезеРезонаторы расположены между каталитическим нейтрализатором и глушителем. То, как они работают, зависит от конструкции, но в первую очередь это связано с тем, что называется деструктивной интерференцией.
Эта же технология используется в наушниках с шумоподавлением. Вы можете узнать больше об этом в нашем руководстве по резонатору и глушителю.
Независимо от конструкции, во всех резонаторах используется звукопоглощающий материал и перфорированные трубы тщательно подобранной длины и диаметра.
Эта комбинация влияет на то, как звуковые частоты в резонаторе отражаются от внешних стен и взаимодействуют друг с другом, эффективно подавляя друг друга.
Типы резонаторов
Выхлопные резонаторы бывают разных форм и размеров. Каждый тип работает немного по-разному, но по сути достигает одного и того же результата.
Давайте рассмотрим основные типы резонаторов, которые вы обычно найдете в большинстве современных автомобилей.
Стеклянная упаковка
По сути, это прямые перфорированные трубы, заключенные в более крупный стальной корпус. Между этим корпусом и перфорированной трубой зажат звукопоглощающий материал, обычно стекловолокно.
Звук преобразуется в тепловую энергию, когда он поглощается стекловолокном или подобным материалом. В сообществе послепродажного обслуживания вы можете услышать, что эти типы резонаторов называются Cherry Bombs или стеклянными пакетами.
Прямая конструкция и звукопоглощение вместо того, чтобы звуковые волны отражались вокруг камеры, позволяют использовать конструкцию с меньшими ограничениями, создающую меньше противодавления по сравнению с расширительными камерами.
Helmholz
Резонаторы Helmholz привариваются непосредственно к глушителям выхлопных газов вторичного рынка. Но некоторые производители продают их как отдельные блоки, которые вы можете интегрировать в свою выхлопную систему.
Эти резонаторы обычно имеют полость, в которой собирается воздух, когда он втягивается и выталкивается.
Это приводит к разнице в давлении воздуха в потоке выхлопных газов по направлению к хвостовой части, что помогает уменьшить раздражающий гул, который вы можете услышать в определенных точках диапазона оборотов.
Резонатор вторичного рынка
Если вам нравится идея замены резонатора, но вы не хотите иметь дело с гулом выхлопа или увеличивать выбросы, тогда резонаторы вторичного рынка — это правильное решение для вас.
Очевидно, вам нужен автомобиль, который подходит к вашему автомобилю. Убедитесь, что размер (длина и диаметр) нового резонатора соответствует остальной части вашей выхлопной системы.
Также подумайте о своей цели; это меняет общий звук или просто уменьшает гул? Вы хотите выбрать резонатор, который поможет достичь этого.
Например, если вам нравится звук вашего выхлопа, но вы ненавидите гул при 3500 об/мин, имеет смысл найти резонатор типа Гельмгольца, который заглушит шум при данной скорости и частоте двигателя.
С другой стороны, если вы просто хотите улучшить звук в целом, вам нужно найти резонатор, который дополнит ваш глушитель так, как вы хотите.
Поиск отзывов и видео других людей, которые опробовали резонатор на вашем конкретном автомобиле, — лучший способ понять, какой из них лучше всего подходит для вас.
Заключение
Модификации выхлопа могут быть настоящим хитом или неудачей. В основном они просто меняют звучание вашего автомобиля, и не более того.
Деньги, которые вы потратите на некоторые из этих модов, могут показаться бесполезными, если вам нужна прибавка мощности.
Попробуйте разные компоненты, превратите их в проект, и в конце концов вы найдете то, что вам подходит.
Вы когда-нибудь удаляли резонатор? Дайте нам знать, как это сработало для вас, оставив комментарий ниже!
Уменьшение резонатора выхлопной трубы для новой автомобильной конструкции
Новая технология от Faurecia, поставщика автомобильной промышленности, позволяет уменьшить размер резонатора выхлопной трубы почти до точки схода. Это еще один пример того, как инновации могут дать новую жизнь механическим системам старых линий.
Резонаторы обычно устанавливаются на автомобилях с длинными выхлопными трубами. Труба усиливает звук, проходящий от двигателя через выхлопную трубу, создавая раздражающие высокочастотные звуки и гармоники.
Резонаторы представляют собой большие трубы, спроектированные так, чтобы звуковые волны могли расширяться, терять энергию и подавлять высокочастотные волны.
Это устраняет наиболее раздражающие звуки и позволяет автопроизводителям оптимизировать глушители для подавления низкочастотных звуков.
Проблема в том, что транспортным средствам, даже большим, не хватает места под кузовом, сказал Эндрю Понтиус, вице-президент Faurecia по линейке продуктов для легковых автомобилей.
«Подумайте о том, как быстро растет количество вещей, которые мы хотим видеть в наших автомобилях, от систем безопасности и исполнительных механизмов до всех удобств, которыми мы живем», — сказал он. «Все они смещают друг друга, и в то же время днище становится более аэродинамичным, чтобы увеличить пробег. Это приводит к попаданию выхлопной системы в днище автомобиля».
Главные новости: Шесть принципов бережливого производства для мира Индустрии 4.0
Итак, Форесия решила найти лучший способ подавить резонанс. Один из хорошо известных подходов заключался в сверлении отверстий в выхлопной трубе для сброса давления. К сожалению, горячие газы, вырывающиеся из этих отверстий, будут производить раздражающие шумы и, возможно, повредить тормозную и топливную системы.
Тем не менее, этот подход заинтриговал Хартмута Строба, инженера, руководившего разработкой нового резонатора.
«Что нам нужно было сделать, так это найти способ, чтобы энергия акустической волны проходила через отверстие в трубе, не производя никакого шума и не выпуская никаких газов». — сказал Строб.
В конце концов ему пришла в голову идея: массив из 1200 микроотверстий шириной 70 микрон (что эквивалентно двум листам фольги) и длиной 2 мм. Несмотря на крошечные размеры, они были достаточно большими, чтобы рассеять энергию акустической волны. Тем не менее, когда газ пытался выйти через них, создаваемое им трение создавало барьер, удерживающий газ внутри выхлопной трубы.
Подробнее о компактных инновациях: Крошечный гироскоп направлен на улучшение носимых нанотехнологий
Строб начал проводить моделирование, чтобы оптимизировать размер и форму массива, чтобы сбалансировать снижение шума и удержание выхлопных газов. Его команда играла с различными геометриями и узорами и научилась оптимизировать резонатор для диапазона частот.
В конечном итоге он получил массив из 1200 микрощелей.
Тем не менее, экран резонатора создавал проблемы с материалом. Обычные выхлопные системы и глушители изготовлены из ферритной стали, которая хорошо противостоит воде, соли и выхлопным газам. Но у них нет отверстий. 1200 отверстий резонатора будут уязвимы для коррозии, которая в конечном итоге может их заблокировать.
Команда Строба перешла на высококачественную нержавеющую сталь, но ее коэффициент теплового расширения в два раза выше, чем у ферритовой выхлопной трубы. Их конструкция в конечном итоге заключала экран из нержавеющей стали в ферритовую раму, прикрепленную к выхлопной трубе. Это позволяло сетке расширяться и сжиматься внутри, не отрываясь от трубы.
Получить экран оказалось на удивление легко. Пищевая промышленность десятилетиями использует микроперфорированные сетки в качестве фильтров и умеет изготавливать их на заказ.
— Это механический процесс, — сказал Строб. «Начнем с рулона нержавеющей стали толщиной 0,3 мм и шириной 300 мм.
Пресс с инструментом, который выглядит как множество прямоугольных ножей, падает вниз и делает прорези в рулоне. Это сгибает катушку, которая растягивается в длину, чтобы открыть геометрию щели, и снова прижимается к плоской поверхности».
Подробнее об улучшении производства: Грег Марк из Markforged о 3D-печати металлом, аддитивном производстве
Несмотря на то, что фабрика должна перетачивать режущий инструмент каждые две смены, этот процесс отлично подходит для массового производства. Это важно, так как резонатор теперь установлен на Chevrolet Silverado, самом продаваемом большом пикапе в США.
— Мы обратились в General Motors пять лет назад, и это было началом, — сказал Понтиус. «Сейчас это 600 000 грузовиков. GM сделала ставку не на программу низкого риска, а на свою жемчужину».
Faurecia также ищет возможность усадки глушителей. Это крупнейший в мире производитель пассивных клапанов, регулирующих поток выхлопных газов двигателя. Это снижает шум настолько, что позволяет уменьшить размеры глушителей на 30 процентов.