Забег в респираторе

Забег в респираторе

Без него — никак: насосет пыли, износит цилиндры — и в отставку. Чтобы не заработать хроническую одышку, сохраняя при этом должный боевой настрой, придуманы специальные воздушные фильтры, носящие громкое название — «фильтры нулевого сопротивления». О них сегодня и пойдет разговор.

Но для начала —

ПОГОВОРИМ О ВОЗДУХЕ

Воздух для бензинового двигателя — это «предмет первой необходимости». Мало подать в цилиндры топливо — надо его еще сжечь. А для этого требуется окислитель, попросту говоря — кислород. Горит топливо только в очень узком соотношении концентраций топлива и воздуха. Сумеешь подать в цилиндр дополнительный воздух — получишь возможность сжечь дополнительное количество топлива. А это — мощность. Поэтому практически всегда тюнинг двигателя начинается с того, чтобы насытить его воздухом — на этом пути стоит множество преград. И сопротивление дроссельной заслонки, и гидравлическое сопротивление в клапанных щелях и каналах системы впуска, и местные сопротивления в местах стыковки впускных труб и каналов головки цилиндров, и — ближе к нашей теме! — сопротивление воздушного фильтра.

Термин «фильтр нулевого сопротивления» — это некая аллегория, стремление достичь невозможного. Понятно, что при полном отсутствии сопротивления он и фильтровать-то не будет. А мы проверим, насколько конструкторам этих фильтров удалось приблизиться к идеалу. И, конечно же, постараемся понять — действительно ли игра стоит свеч? Надо ли покупать жутко дорогой, но столь же красивый фильтр? И что мы с этого будем иметь? Действительно ли уменьшение сопротивления на впуске дает заметный прирост мощности? Или это очередная модная игрушка для любителей тюнинга?

Поскольку работа, мягко говоря, предстоит трудоемкая, поступим так: временно забудем первое слово — «фильтр» и остановимся на двух последних — «нулевого сопротивления». Иными словами, качество фильтрации этих игрушек оставим на потом, когда займемся обычными панельными воздушными фильтрами — в сравнении с ними это будет и понятнее, и уместнее. А сейчас оценим только реакцию двигателя на их установку.

ПРЕДСТАВЛЯЕМ УЧАСТНИКОВ

Вообще-то, фильтры нулевого сопротивления на каждом прилавке не валяются. Это — сугубо специфические изделия, адресованные любителям быстро ездить или хотя бы считать себя таковыми. Задачу собрать всех представителей «нулевок» мы не ставили: в день закупки образцов московские магазины предложили нам четыре таких фильтра — три вида изделия Pro.Sport и их коллегу Piper-cross. Все они пригодны для использования на впрысковом двигателе VAZ 2111.

Да, но с чем же их сравнивать? Поступили просто — взяли два крайних варианта. В первом случае использовали обычный «среднестатистический» воздушный фильтр, а во втором… просто сняли фильтр (!) и посмотрели, что будет, если на впуске действительно обеспечить «нуль». Забегая вперед, отметим, что даже в этом случае получить нулевое сопротивление не удалось.

ПОБЕЖАЛИ… 

Итак, нацепили «респираторы» — фильтры то есть, и — вперед, вперед… Поочередно участников забега устанавливали на двигатель, который в свою очередь был водружен на моторный тормозной стенд. А дальше, во всем диапазоне оборотов — от холостого до номинала — смотрели, какую мощность выдаст двигатель. По-ученому это называется съемом внешней скоростной характеристики. Заодно померили расходы топлива и воздуха и, что в нашем случае самое важное, сопротивление воздушных фильтров. Для этого сразу за фильтром вывели трубку отбора воздуха и подключили ее к лабораторному дифференциальному манометру. Расход воздуха определяли и по показаниям датчика массового расхода воздуха — ДМРВ, и через лабораторный расходомер.

Начали с вышеупомянутых крайних вариантов — обычного панельного фильтра, давшего кривую мощности штатного варианта комплектации двигателя, а также со снятой «кастрюлей» с фильтром. В итоге получили две границы — «штатную» и с полным отсутствием сопротивления фильтра. А дальше поочередно пошли в дело все красивые игрушки под названием «фильтры нулевого сопротивления»… 

БЕЗ РЕСПИРАТОРА ЛЕГЧЕ… 

Попробуем разобраться в том, что получено. Для начала взглянули на рис. 1, где сведены так называемые «моментные кривые», характеризующие влияние фильтров на мощность двигателя. Несколько трудно смириться с тем, что обычный воздушный фильтр способен так придавить мощность, но это факт. Обратите внимание: если штатный панельный фильтр четко опустил кривую, то все «нулевки» дали довольно близкие результаты, лежащие в пределах погрешности измерения относительно кривой, полученной на двигателе без фильтра.

Что сказать… Конечно, 4–5% прироста мощности на высоких оборотах — это серьезно. Нет ли ошибки? Результаты эксперимента проверили на математической модели аналогичного двигателя. К слову, эту программу в свое время активно использовали специалисты бюро спортивных двигателей АВТОВАЗа — с ее помощью предварительно настраивали многие варианты тюнинговых моторов. Результат повторился — те же самые проценты.

А что же с сопротивлениями фильтров? Посмотрите на рис. 2. Два наших крайних варианта — штатный фильтр и с отсутствием оного — очертили поле изменения кривых для всех «нулевок». Как мы и предполагали ранее, сопротивление в них, конечно же, присутствует — ближе всего к грани «полного нуля» лег «красный» вариант Pro.Sport Red Cotton. Отметим сразу, что в зоне выше 5000 об/мин показаны расчетные данные, полученные методом математического моделирования — на рисунке они выделены прерывистыми линиями.

Предвидим вопрос — а откуда вообще взялось сопротивление для варианта без фильтра? Дело в том, что и ДМРВ, и часть впускного воздухопровода до места измерения давления тоже «небезгрешны» — они-то и сопротивляются. Так что все верно.

Рис. 3. Изменение расхода воздуха в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
>Интереснее другое (рис. 3). Фильтр Pipercross, несмотря на несколько большее сопротивление, вдруг показал существенное увеличение расхода воздуха — до 10%! Это потянуло за собой соответственный рост расхода топлива, но мощности движку не прибавило. Что за ерунда? Выяснилось все, когда сопоставили данные измерения расхода воздуха по показаниям ДМРВ и лабораторным расходомером. Если у всех остальных вариантов они сильно не расходились (ведь датчик для стенда специально подбирали), то для этого фильтра обнаружилась разница в те же 10%, причем ДМРВ расход явно завышал. Причину обнаружили, когда любопытства ради засунули нос в «потроха» фильтра. Видите красный конус? При сужении канала поток ускоряется, а датчик массового расхода воздуха работает по принципу термоанемометра — измеряет скорость потока, пересчитывая его на массовый расход по несложной формуле. Он-то не понимает, что конус фильтра пережимает проходное сечение! Вот и получилось, что фильтр Pipercross обманул ДМРВ, заставив его переобогатить смесь. Поэтому расход вырос, а мощности не прибавилось — вот и вся разгадка.

НАС НЕ ДОГОНЯТ!

Бывалые говорят: основной эффект на «нулевках» достигается тогда, когда уходишь по оборотам за 6–7 тысяч, то есть на типичных спортивных и «глубоко тюнингованных» моторах. На стенде нам так высоко не забраться — пришлось опять обратиться к математическому моделированию. Итог — на рис. 4: в лидерах — «красный» Pro.Sport.

Все это хорошо, но известный закон природы говорит: где чего прибавится, то столько же должно убавиться. Думается, весь ожидаемый негатив скажется как раз на качестве фильтрации — об этом же говорят наши предыдущие исследования (ЗР, 2004, № 6). Напомним также, что такие фильтры задумывались не для повседневной езды на работу, а для спортивных заездов, в которых долговечность узлов и агрегатов — дело десятое. А всем, кого интересуют как раз реальные киловатты мощности, предлагаем внимательно изучить наши графики и гистограммы. Надеемся, это поможет сделать свой выбор в нелегкой мысленной борьбе между необходимым и излишним…

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии