Без особых разъяснений понятно, что при постоянной фазе с увеличением скорости вращения время уменьшается. Из этого автоматически следует, что при настройке выпускной системы на определённые обороты одним из варьируемых параметров будет ширина фазы перекрытия. Чем выше обороты настройки, тем шире нужна фаза. Из практики можно сказать, что фаза перекрытия менее 70 градусов не позволит иметь заметный эффект, а значение для настроенных на обычные 6000 об/мин систем составляет 80 – 90 градусов.
Второе условие уже определили. Это необходимость вернуть к выпускному клапану ударную волну. Причём, в многоцилиндровых двигателях вовсе необязательно возвращать её в тот цилиндр, который её сгенерировал. Более того, выгодно возвращать её, а точнее использовать, в следующем по порядку работы. Дело в том, что скорость распространения ударных волн в выпускных трубах – есть скорость звука. Для того, чтобы возвратить ударную волну к выпускному клапану того же цилиндра, предположим, на скорости вращения 6000 об/мин, надо расположить отражатель на расстоянии примерно 3,3 метра. Путь, который пройдёт ударная волна за время двух оборотов коленчатого вала при этой частоте составляет 6,6 метра. Это путь до отражателя и обратно. Отражателем может служить, например, резкое многократное увеличение площади трубы. Лучший вариант - срез трубы в атмосферу. Или наоборот, уменьшение сечения в виде конуса, сопла Лаваля или, совсем грубо, в виде шайбы. Однако, мы договорились, что различные элементы, уменьшающие сечение нам неинтересны. Таким образом, настроенная на 6000 об/мин. выпускная система предполагаемой конструкции для, например, четырёхцилиндрового двигателя будет выглядеть как четыре трубы, отходящие от выпускных окон каждого цилиндра, желательно прямые, длиной 3,3 метра каждая. У такой конструкции есть целый ряд существенных недостатков. Во-первых, маловероятно, что под кузовом, например, Гольфа длиной 4 метра или даже Ауди А6 длиной 4,8 метра возможно разместить такую систему. Опять же, глушитель всё-таки нужен. Тогда мы должны концы четырёх труб ввести в банку достаточно большого объёма, с близкими к открытой атмосфере акустическими характеристиками. Из этой банки надо вывести газоотводную трубу, которую необходимо оснастить глушителем. Короче, такого типа система для автомобиля не подходит. Хотя, справедливости ради надо сказать, что на двухтактных четырёхцилиндровых мотоциклетных моторах для кольцевых гонок она применяется. Для двухтактного мотора, работающего на частоте выше 12 000 об/мин. длина труб сокращается более чем в четыре раза и составляет примерно 0, 7 метра, что вполне разумно даже для мотоцикла.
Вернёмся к нашим автомобильным двигателям. Сократить геометрические размеры выпускной системы, настроенной на те же 6000 об/мин, вполне можно, если мы будем использовать ударную волну следующим по порядку работы цилиндром. Фаза выпуска в нём наступит для трёхцилиндрового мотора через 240 градусов поворота коленчатого вала, для четырёхцилиндрового через 180 градусов, для шестицилиндрового через 120, и для восьмицилиндрового через 90. Соответственно, интервал времени, а, следовательно, и длина отводящей от выпускного окна трубы пропорционально уменьшается и для, например, четырёхцилиндрового двигателя сократится в четыре раза, что составит 0,82 метра. Стандартное в таком случае решение – всем известный и желанный «паук». Конструкция его проста. Четыре так называемые первичные трубы, отводящие газы от цилиндров, плавно изгибаясь и приближаясь друг к другу под небольшим углом, соединяются в одну вторичную трубу, имеющую площадь сечения в два – три раза больше, чем одна первичная. Длина от выпускных клапанов до места соединения нам уже известна – для 6000 об/мин. примерно 820 мм. Работа такого «паука» состоит в том, что следующий за ударной волной скачёк разряжения, достигая места соединения всех труб, начинает распространяться в обратном направлении в остальные три трубы. В следующем по порядку работы цилиндре в фазе выпуска скачёк разряжения выполнит нужную для нас работу. Тут надо сказать, что существенное влияние на работу выпускной системы оказывает также длина вторичной трубы. Если конец вторичной трубы выпущен в атмосферу, то импульсы атмосферного давления будут распространяться во вторичной трубе навстречу импульсам, сгенерированным двигателем. Суть настройки длины вторичной трубы состоит в том, чтобы избежать одновременного появления в месте соединения труб импульса разряжения и обратного импульса атмосферного давления. На практике длина вторичной трубы слегка отличается от длины первичных труб. Для систем, которые будут иметь дальше глушитель, на конце вторичной трубы необходимо разместить максимального объёма и максимальной площади сечения банку с поглощающим покрытием внутри. Эта банка должна как можно лучше воспроизводить акустические характеристики бесконечной величины воздушного пространства. Следующие за этой банкой элементы выпускной системы, т.е. трубы и глушители не оказывают никакого воздействия на резонансные свойства выпускной системы. Их конструкцию, влияние на сопротивление потоку, на уровень и тембр шума мы уже обсудили. Чем ниже избыточное давление они обеспечат, тем лучше.
Есть ещё один приём, позволяющий повысить эффективность выпускной системы. Применяется он в основном в тюнинге, так как при определённых эстетических наклонностях конструктора позволяет создать броский внешний вид автомобиля. Где-нибудь, как минимум на фотографиях авто американских любителей, вы наверняка видели автомобили с поднятыми из-под заднего бампера чуть ли не до крыши концами выпускных труб. Идея такой конструкции состоит в том, что при движении за задним срезом автомобиля создаётся «воздушный мешок» или зона разряжения. Если найти то место, где разряжение максимально и конец выхлопной трубы поместить в эту точку, то уровень статического давления внутри выпускной системы мы понизим. Соответственно статический уровень давления у выпускного клапана упадёт на ту же величину. Постольку поскольку коэффициент наполнения тем выше, чем ниже давление у выпускного клапана, такое решение можно считать удачным.
В заключении хочу сказать, что при кажущейся простоте установка другой, отличной от серийной выпускной системы, как бы она ни была похожа на то, что применяется в спорте вовсе не гарантирует вашему автомобилю дополнительные лошадиные силы. Если у вас нет возможности провести настройки для вашего конкретного варианта мотора, то самый разумный путь состоит в том, что вы купите полный комплект комплектующих для доработки мотора у того, кто эти испытания уже выполнил и заранее знает результат. Вероятно, комплект должен включать в себя как минимум распредвал, впускной и выпускной коллекторы и программу для вашего блока управления двигателем.