Устройство системы выпуска отработавших газов

Выпускная система (другое наименование — система выпуска отработавших газов, выхлопная система) предназначена для отвода отработавших газов из цилиндров двигателя, их охлаждения, а также снижения шума и токсичности.

Система выпуска отработавших газов включает множество конструктивных элементов, среди которых выпускной коллектор, каталитический нейтрализатор, сажевый фильтр (на дизельных двигателях), глушитель и соединительные трубы.

Все конструктивные элементы выпускной системы расположены под днищем автомобиля.

Выпускной коллектор обеспечивает непосредственный отвод отработавших газов, а также продув цилиндров двигателя. Форма и размеры выпускного коллектора определяют характер колебательного процесса отработавших газов в выпускной системе, и в итоге влияют на мощность и крутящий момент двигателя. Колебательный процесс отработавших газов в выпускной системе должен быть согласован с колебательным процессом топливно-воздушной смеси в впускной системе.

На выпускной коллектор приходится самая большая температурная нагрузка, поэтому он изготавливается, как правило, из жаропрочного чугуна. К выпускному коллектору крепиться приемная труба глушителя.

Для изоляции конструктивных элементов выпускной системы от вибрации двигателя используется виброизолирующая муфта (обиходное название — сильфон). Сильфон представляет собой гибкий металлический шланг, закрытый стальной оболочкой.

Каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения концентрации вредных веществ в отработавших газах. В обиходе каталитический нейтрализатор называют катализатором. Разные модели автомобилей различаются конструкцией и расположением каталитических нейтрализаторов. На современных автомобилях применяются трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, защищающие от трех вредных веществ — несгоревших углеводородов, оксида углерода и оксида азота.

На дизельных двигателях применяется сажевый фильтр, который обеспечивает снижение выброса сажи в атмосферу с отработавшими газами. В выпускной системе сажевый фильтр может быть объединен с каталитическим нейтрализатором.

В современном автомобиле помимо выпускной системы применяются и другие экологические системы — вентиляции картера, рециркуляции отработавших газов, улавливания паров бензина.

Кислородный датчик служит для управления составом топливно-воздушной смеси двигателя за счет измерения кислорода в отработавших газах. Кислородный датчик хоть и устанавливается в выпускной системе, является конструктивным элементом системы управления двигателем.

В современных системах управления устанавливается два кислородных датчика – один перед каталитическим нейтрализатором, другой – за ним. Помимо кислородного датчика в выпускном тракте могут устанавливаться другие входные устройства: датчик температуры отработавших газов, датчик оксидов азота.

Глушитель, как следует из названия, предназначен для снижения уровня шума и преобразования энергии отработавших газов. Глушитель состоит из нескольких частей. В большинстве своем глушитель включает два элемента — предварительный глушитель (резонатор) и основной глушитель. Снижение шума в глушителе происходит за счет наложения звуковых волн, многократного изменения направления и величины потока отработавших газов, а также их поглощения.

На спортивных автомобилях, а также при тюнинге автомобиля устанавливаются так называемые прямоточные глушители, обеспечивающие прирост мощности двигателя.

Система выпуска отработавших газов представляет собой совокупность элементов глушителя соединенных с выпускным коллектором. В разрыв приемной трубы и резонатора возможна установка катализатора отработавших газов. Система предназначена для удаления, очистки выбросов и уменьшения шумов выхлопных газов.

Устройство выхлопной системы

Выхлопная система автомобиля связана с работой газораспределительного механизма, а именно с выпускными клапанами и выпускным коллектором. В состав системы входят:

  1. приемная труба (в народе именуемая «штаны»);
  2. катализатор (на двигателях стандарта от евро-2);
  3. резонатор;
  4. глушитель;
  5. датчики (лямбда-зонд).

Также в выхлопную систему может входить сажевый фильтр.

Читайте также:  Ошибка 2135 ваз 2114 е газ

Теперь обо всем по порядку.

  • Приемная труба представляет собой изогнутую, под определенную установку трубу с приваренной подошвой для присоединения к выпускному коллектору или выходу турбонагнетателя. «Штаны» изготавливаются из огнестойкого металла, реже из нержавейки. У двигателей автомобилей повышенной мощности могут применяться несколько приемных труб.
  • Резонатор представляет собой «банку» глушителя, где происходит первый этап разделения потока выхлопных газов, а так же уменьшения скорости выхлопа. Изготавливается так же из огнеупорного металла.
  • Катализатор , устройство очистки выхлопных газов. Выполнен в виде емкости из металла с внутренним огнеупорным слоем. Внутри емкости находится «тело» катализатора, которое можно разделить на две категории – керамическое или металлическое. Керамический катализатор это трехкомпонентный нейтрализатор выхлопа. Первый элемент это проволочная сетка из нержавеющей стали, которая покрывает подушку из керамического материала (второй элемент), обычно это силикат алюминия с частицами слюды. Третий элемент – теплоизоляция, (термоустойчивый корпус с двойными стенками). Металлический катализатор состоит из гофрированной фольги покрытой активным слоем, обычно это палладий или платина. Но в целом его конструкция совпадает с керамическим катализатором.
  • Датчик (лямбда-зонд) – это чувствительный кислородный элемент, устанавливаемый на резьбовое соединение, чувствительным элементом должен соприкасаться с выхлопными газами.
  • Глушитель , это емкость из металла (банка), у которой имеется внутри несколько перегородок, предназначенных для изменения направления потока выхлопных газов и, как следствие, уменьшение уровня шума.

Принцип работы выхлопной системы

Принцип работы системы следующий: при открывании выпускного клапана, отработанные газы попадают в выпускной коллектор. В бензиновых двигателях они продвигаются дальше по приемной трубе. В дизельных вариантах отработанные газы приводят в действие крыльчатку турбокомпрессора, и только затем попадают в приемную трубу. Далее газы попадают в катализатор. В катализаторе происходит оседание на поверхность активного элемента вредных примесей. Надо отметить, что катализатор работает только при высокой температуре (от 250 градусов) . Контролирует состав отработанных газов датчик лямбда-зонд. Существуют системы выхлопа с двумя датчиками, на входе катализатора и выходе. Такие системы более точно отражают соотношение топлива и воздуха в смеси. Управляющий сигнал с датчиков подается на систему управления впрыска и в зависимости от содержания вредных примесей регулируется подача воздуха или топлива в цилиндры. После прохождения катализатора выхлоп «гасится» в резонаторе и далее поступает в глушитель. В глушителе резко меняется направление движения выхлопных газов и уменьшается их шум. После выхлопные газы улетучиваются в атмосферу.

Следует отметить, что эффективность отвода выхлопа зависит от диаметра труб, чистоты катализатора и глушителя . В противном случае отработанные газы могут скапливаться в цилиндрах, что приведет к снижению мощности двигателя и в некоторых случаях выходу из строя топливной системы.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Глушитель или выхлопная труба — неполные и не совсем верные разговорные названия системы выпуска отработавших газов. Ошибочно считать, что она проделала огромный эволюционный путь за сто с лишним лет своего существования. Ведь основная часть этого пути пришлась на последние двадцать лет. Почему так получилось?

В конце девятнадцатого века от глушителя требовалось только одно — снизить шум, который неизбежно возникает при воспламенении горючей смеси в цилиндрах двигателя. Ну и по возможности отвести в сторонку едкий дым, досаждавший водителю и пассажирам. Самые первые автомобили даже этого делать не умели: движутся — и на том спасибо.

Однако треском выхлопа они беспокоили пеших граждан и пугали лошадей. Поэтому проблему шума инженеры решили без промедления — в отличие от проблемы дыма. Города тогда жили, в основном, углем. Копоть и смрад малочисленных автомобилей мало кого волновали, ибо были слишком ничтожным «вкладом в экологию» на фоне фабричных труб и конского навоза.

Читайте также:  Что лучше фольксваген пассат или хендай соната

На заре эпохи

Считается, что впервые некое подобие глушителя появилось в 1894 году на самодвижущейся тележке Panhard et Levassor. Эффект «акустического фильтра» был настолько ощутим, что его быстро взяли на вооружение все изготовители автомобилей.

Правда, первые несовершенные глушители отбирали изрядную часть мощности у слабосильных моторов. Дабы сохранить хоть какую-то динамику, конструкторы предусмотрели клапан, позволявший выпускать выхлоп напрямую. По рекомендациям властей того времени, в пределах населенного пункта клапан следовало закрывать. А при выезде — «Козлевич открыл глушитель, и машина выпустила шлейф синего дыма, от которого зачихали бежавшие за автомобилем собаки».

По мере роста мощности моторов клапан стал лишним, и в 1930-х годах выпускная система обрела форму, которая по существу не менялась полвека.

Варьировались некоторые решения, применялись различные новые сплавы и материалы, но в целом это был все тот же набор металлических труб и «банок». У самых разных автомобилей — дешевых и дорогих, малолитражек и спорткаров — принципиальная конструкция системы выпуска была примерно одинаковая. И многим из нас она хорошо знакома, ибо применялась на Москвичах, Жигулях и Волгах.

Вчера

Выпускной коллектор (приемные трубы, «штаны») собирает выхлоп из всех цилиндров и отправляет в резонатор (пламегаситель), осуществляющий первичную борьбу со звуковыми волнами, «встречая» прямые волны с отраженными. После резонатора следует глушитель — металлическая банка, которая окончательно добивает шум до нужного уровня и попутно корректирует до требуемого тембра. На выходе — выхлопная труба. Та самая, которую при желании можно снабдить хромированной насадкой.

Резонаторов может быть несколько. Волгу ГАЗ-3110, например, оснащали двумя — основным и дополнительным, а глушитель располагался между ними. На многих моделях также применяют металлокомпенсатор («гофру») — короткую гибкую втулку, гасящую вибрации мотора.

В ходе инженерного поиска сложилась четкая классификация глушителей. По конструкции — лабиринтные и прямоточные. По используемому принципу шумоподавления — реактивные (основную роль в снижении шума играет интерференция) и диссипативные (шум поглощает стекловолокно или иные специальные материалы, заполняющие полости «банки»). Глушители, где задействованы оба принципа, называют комбинированными. На большинстве машин стоят реактивные лабиринтные, так проще и дешевле.

Прямоточные, как вы догадываетесь, используют в гоночном мире, где даже частичная потеря мощности крайне нежелательна, да и сам шум нужен для хорошего шоу.

Впрочем, и во многих гонках есть жесткие ограничения по уровню шума — слишком громкий автомобиль не допустят к старту. Что касается серийных легковых машин, то для них в России действует ГОСТ Р 52231–2004 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения». Он предусматривает верхнюю границу в 96 дБА.

Сегодня

Эволюция системы выпуска бешено рванула вперед в 1992 году благодаря введению первого экологического стандарта — Евро-1. Через три года грянул Евро-2, и уже тогда начались первые опыты с каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов, снижавшими содержание CO, CH и оксида азота. А при Евро-3 (2000 г.) нейтрализаторы с лямбда-зондами и электронным блоком, обрабатывающим информацию, стали обычной комплектацией. В итоге закрепилась схема с двумя датчиками — на входе в нейтрализатор и на выходе. Нейтрализатор в большинстве случаев помещают между коллектором и резонатором, поскольку он эффективен только при высоких температурах.

Еще интереснее с инженерной точки зрения обстояли дела с дизелем, который потребовал сначала установить сажевый фильтр. А затем в дополнение к фильтру — инжектор водного раствора очищенной мочевины, который позже эволюционировал в систему SCR (Selective Catalytic Reduction) — сложное устройство с кучей датчиков, фильтров и отдельным блоком управления. И если сначала это коснулось только грузовиков, то полтора года назад (при переходе на Евро-6) стало актуально и для легковых автомобилей. Более простого эффективного способа выдержать установленные нормативы по содержанию оксидов азота пока не нашли.

Читайте также:  Какая категория нужна на автобус

«Бочка» глушителя как таковая значительных изменений не претерпела, но система выпуска в целом очень серьезно усложнилась. И с потребительской точки зрения это уже совершенно неинтересно, так как один только нейтрализатор (обычно содержит палладий и платину, иногда родий) добавляет к стоимости машины, по меньшей мере, порядка 500 долларов. А уж про необходимость заливать помимо топлива жидкость AdBlue вообще молчим — это дополнительно и траты, и хлопоты.

Завтра

Если верить менеджерам-утопистам, в ближайшем будущем глушитель канет в Лету вместе со всей системой выпуска. Электродвигатели очень тихие и у них нет отработавших газов. Мировые продажи чистых электромобилей взялись расти сумасшедшими темпами (549 тысяч машин в 2015 году — плюс 73% относительно 2014-го). Но обольщаться рано, поскольку стабильность мировой экономики по-прежнему сильно зависит от продаж нефти и продуктов ее переработки, а разведанных (доказанных) запасов хватит лет на пятьдесят. Сжигать в ДВС можно еще и газ, и спирт.

В голове не укладывается, что Shell и Lukoil когда-нибудь объявят о полном перепрофилировании деятельности. Гораздо проще представить очередное усложнение выпускной системы — например, в связи с ожидаемым до конца десятилетия переходом на стандарт Евро-7. Норматив пока находится в стадии разработки, но инженеры наверняка уже ищут новые решения.

Установку «прямотока» для улучшения параметров мощности и звука предлагают некоторые тюнинговые фирмы. Однако действующие в России законы запрещают устанавливать на обычные дорожные машины прямоточные системы выпуска. А ГИБДД по мере возможности борется с нарушителями, ссылаясь на пункт 7.18 «Перечня неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств», запрещающий произвольное внесение изменений в заводскую конструкцию. Наказание за «прямоток» — предупреждение либо штраф 500 рублей.

Также противозаконно удаление штатного нейтрализатора или его замена на «обманку», которая ничего не очищает, но умело симулирует работу кислородных датчиков. По уму, такой автомобиль при техосмотре не должен получать доступ на дороги.

AdBlue — торговая марка, принадлежащая немецкой Ассоциации автомобильной промышленности VDA. В Америке аналогичный раствор именуют DEF (Diesel Exhaust Fluid). По сути, это полные аналоги, как и австралийский AUS 32. Все они представляют собой водный раствор, состоящий из 32,5% высокоочищенной мочевины и 67,5% деминерализованной воды. В сети, между тем, встречаются «сравнительные тесты», утверждающие, что DEF работает лучше, чем AdBlue, или наоборот.

Euro-1, 2, 3, 4, 5, 6

Европейские экологические стандарты (European emission standards), определяющие допустимые нормы содержания вредных веществ в выхлопных газах новых автомобилей, продаваемых в странах ЕС и ЕЕА (European Economic Area). Россия в число этих стран не входит, однако также придерживается европейских «выхлопных» правил, хотя с уровня на уровень переходит с задержкой по времени. Так, переход на экологический класс Евро-5 в России состоялся 1 января 2016 года (в Евросоюзе для легковых автомобилей — с 2009-го). Это позволяло автопроизводителям продавать в России машины, чуть менее «зажатые» по экологии, чем в Европе.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *