Тюнинг выхлопной системы — что он дает, кроме звука

Вредные вещества

Состав отработавших (выхлопных) газов автомобиля включает множество веществ или групп веществ. Преобладающей частью компонентов ОГ являются неядовитые, содержащиеся в обычном воздухе газы. Как показано на рисунке, лишь небольшая часть ОГ является вредной для окружающей среды и здоровья людей. Несмотря на это, необходимо дальнейшее снижение концентрации токсичных компонентов ОГ. Хотя современные автомобили сегодня дают очень чистый выхлоп (у автомобилей Евро-5 он в некоторых аспектах даже чище всасываемого воздуха), огромное число эксплуатируемых автомобилей, которых только в Германии насчитывается около 56 млн единиц, выбрасывает значительное количество ядовитых и вредных для здоровья веществ. Исправить ситуацию призваны новые технологии и введение более жестких требований к экологичности ОГ.

Отработанные газы

Основное внимание при диагностике ДВИГАТЕЛЯ необходимо уделить процессам смесеобразования, горения и обработки выпускных газов. Сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания сопровождается образованием большого количества продуктов неполного сгорания и термического разложения углеводородов топлива, оксидов азота, соединений серы и свинца

На приведённых диаграммах представлен состав отработанных газов без применения систем нейтрализации.

Азот не вступает в реакции и не участвует в горении топлива. Кроме основных составляющих, приведённых на диаграммах, в ОГ присутствуют доли процента оксида углерода и азота, углеводороды и др.

Уровень эмиссии СО и СН у дизельных двигателей значительно ниже, чем у бензиновых.

Оксид углерода (СО) образуется в бензиновых двигателях и зависит от состава смеси: чем она «богаче», тем выше концентрация СО. В дизельных двигателях СО образуется при горении смеси с недостатком кислорода. СО — бесцветный, не имеющий запаха газ. При попадании в лёгкие соединяется с гемоглобином крови, что уменьшает сё способность снабжать организм кислородом. Отравление оксидом углерода проявляется в затруднённом дыхании, тошноте, учащённом сердцебиении и головной боли.

Углеводороды (СН или НС or hidrocarbon) образуются из-за гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания и состоят из исходных или распавшихся молекул топлива. В дизельных двигателях углеводороды образуются or распада молекул топлива под действием высоких температур при отсутствии химических реагентов, т.е. отсутствие достаточного количества кислорода. Углеводороды могут образовываться вследствии пропусков воспламенения, негерметичности выпускного клапана или системы вентиляции картера.

При длительном воздействии на организм человека могут вызвать раковые заболевания.

Оксиды азота (NOx) образуются в цилиндрах двигателя при температуре выше 1500 гр. Азот и кислород воздуха вступают в реакцию и образуют оксид азота NО. В малых концентрациях не имеет запаха. NO, оказывает влияние на нервную систему, воздействует на слизистые оболочки глаз и носа.

Сажа и частицы (С) представляют собой твёрдый продукт, в основном состоящий из углерода. Кроме углерода в саже содержится небольшое количество водорода. Образование сажи происходит при температуре выше 1500 гр. в результате разложения топлива при недостатке кислорода.

Содержание сажи в отработанных газах бензиновых двигателей незначительно. В дизельных двигателях наличие сажи зависит от степени неоднородности топливовоздушной смеси и характеризустся чёрным дымом на выпуске. Сажа имеет размеры 0,4 — 5 мкм и является механическим загрязнителем носоглотки и лёгких. Кроме этого сажа накапливает на своей поверхности канцерогенные вещества и является их переносчиком.

Свинец и сера. Свинец в виде свинцовых солей выбрасывается в атмосферу с отработанными газами. Попадая в организм с атмосферным воздухом и через кожу, накапливаются и негативно действуют на нервную систему. Сера содержится в дизтопливе в большем количестве, чем в бензине и выбрасывается в атмосферу в форме диоксида серы (SО2), который очень вреден для растений и человека. Предельное содержание серы для бензиновых двигателей 0,015%, а для дизельных — 0,035%. В некоторых странах уже используется бензин и дизельное топливо с содержанием серы 0,001%.

Выше перечислены основные загрязнители окружающей среды, получаемые от работы автомобильных двигателей

С каждым годом автомобилей становится больше и проблема снижения норм выброса отравляющих веществ от работающих двигателей становится всё более важной

В Европе и, особенно, в Америке, где плотность автомобилей гораздо больше чем в России, давно обеспокоены и постоянно ужесточают нормы выброса отравляющих веществ в атмосферу.

Ниже приведена таблица норм выброса отравляющих веществ в отработанных газах автомобилей. Стандарты не зависят от рабочего объема двигателя, поэтому их легче выполнить для двигателей малого объема. Выпускные системы автомобиля наряду с другими системами призваны выполнять задачу снижения количества выбросов отравляющих веществ в атмосферу.

Принципы построения выпускных систем

На рисунке представлена упрощённая схема выпускной системы V образного бензинового двигателя.

В системе выпуска использованы три каталитических нейтрализатора и три датчика содержания кислорода в отработанных газах. По одному нейтрализатору на каждую сторону двигателя и один общий, после соединения отработанных газов с обеих половин двигателя.

Перед каждым нейтрализатором обычно установлен датчик содержания кислорода в отработанных газах. В некоторых системах используется и второй кислородный датчик, установленный после нейтрализатора и предназначен для оценки эффективности работы нейтрализатора. На рисунке изображена трубка, через которую часть отработанных газов подаётся на дожиг во впускную систему.

Кроме каталитических нейтрализаторов(применяются катализаторы для нейтрализации вредных отработанных двигателем газов) используются и термические нейтрализаторы, в которых распад вредных веществ происходит за счёт высокой температуры и добавления в выпускную систему дополнительного воздуха. Некоторые производители используют т.н. стартовые нейтрализаторы, которые работают только на режимах прогрева двигателя.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов в системе выпуска

Каталитический нейтрализатор состоит из впускной воронки, выпускной воронки и моно­лита (см. рис. «Каталитический нейтрализатор с керамическим монолитом» ). Монолит содержит большое количество очень тонких, параллельных кана­лов, покрытых активным катализатором. Плот­ность каналов составляет от 60 до 190 ячеек на кв. см. Принцип действия активного каталити­ческого слоя описан ниже (см. «Каталитиче­ская очистка отработавших газов»).

Монолит может представлять собой ме­таллический или керамический материал.

Металлический монолитный блок

Металлический монолитный блок изготав­ливается из гофрированной металлической фольги толщиной 0,05 мм, намотка и пайка которой твердым припоем осуществляется при высокой температуре. Благодаря очень тонким стенкам между каналами, металлический монолитный блок оказывает отработавшим газам чрезвычайно низкое сопротивление. Это свойство часто используется на автомобилях с двигателями большой мощности. Металли­ческий монолитный блок может быть приварен непосредственно к воронкам.

Керамический монолитный блок

Керамический монолитный блок изготовлен на основе кордиерита. В зависимости от плотности ячеек, толщина стенок между ка­налами составляет от 0,05 мм (при плотности 190 ячеек/кв. см) до 0,16 мм (при плотности 60 ячеек/кв. см).

Керамические монолитные блоки обладают чрезвычайно высокой стойкостью к высоким температурам и тепловым ударам. Однако они не могут устанавливаться непосредственно в металлическом корпусе и требуют специаль­ных креплений. Эти крепления необходимы для компенсации различных коэффициентов температурного расширения стали и керамики, и защиты чувствительного монолитного блока от ударов

В процессе производства требу­ются чрезвычайная осторожность и внимание, в особенности в отношении тонкостенных монолитных блоков (

Один каталитический нейтрализатор может содержать несколько монолитных блоков с различными покрытиями. Для обеспечения равномерного прохождения отработавших газов через монолитный блок особое внима­ние следует уделить форме впускной воронки Внешняя форма керамического монолитного

блока зависит от пространства под кузовом автомобиля и может быть треугольной, оваль­ной или круглой.

Глушители системы выпуска отработавших газов

Глушители предназначены для сглаживания пульсаций в потоке отработавших газов и мак­симально возможного снижения шума на выпу­ске. В глушителях применяются в основном два физических эффекта — резонанс и звукопогло­щение. Глушители различаются в зависимости от используемого эффекта. Однако, в основном в глушителях используется сочетание эффек­тов отражения и поглощения звука (см. рис. «Принцип действия глушителей» ).

Так как глушители вместе с выхлопными трубами образуют звуковой генератор с соб­ственной резонансной частотой, их расположе­ние влияет на уровни шумопоглощения. Же­лательно располагать выпускную систему под днищем кузова как можно дальше от кузова, чтобы частота собственных колебаний системы не приводила к резонансным колебаниям в кузове автомобиля. Для максимального сни­жения звуковых колебаний в кузове и тепло­изоляции днища кузова от выпускной системы глушители часто изготавливают с двойными стенками и теплоизолирующим покрытием.

Глушитель резонансного типа состоит из ряда камер различной длины, соединенных друг с другом трубами (см. рис. а, «Принцип действия глушителей» и «Глушитель с встроенным каталитическим нейтрализатором» ). Трубы и перегородки сделаны перфориро­ванными, что позволяет отработавшим газам проходить через них. Разность сечений труб и камер, отклонение отработавших газов и резонаторы, образуемые соединительными трубами и камерами, вызывают наложение звуковых волн и их частичное ослабление.

Таким образом, может быть достигнуто эф­фективное снижение уровня шума, особенно в диапазоне средних и низких частот. Чем больше в глушителе камер, тем эффективнее процесс глушения шума.

Глушители поглотительного типа

Глушители поглотительного типа имеют одну камеру, через которую проходит перфориро­ванная труба (см. рис. Ь, «Принцип действия глушителей» ). Камера заполнена звукопоглощающим материалом (базальт или стекловолокно). Звуковые колебания через отверстия в перфорированной трубе взаимодействуют со звукопоглощающим ма­териалом и преобразуются в теплоту.

Звукопоглощающий материал обычно состоит из минераль­ной ваты с длинным волокном и с объемной плотностью от 100 до 150 г/л. Степень глушения шума зависит от плотности, звукопоглощающих свойств ма­териала, а также длины и толщины стенки камеры. Глушение происходит в широком диапазоне звуковых частот.

Выдувание звукопоглощающего мате­риала наружу отработавшими газами пре­дотвращается за счет правильного выбора формы перфораций и благодаря тому, что труба проходит через минеральную вату. Иногда минеральная вата бывает защищена слоем стальной ваты из нержавеющей стали вокруг перфорированной трубы.

Поскольку отработавшие газы в глушителе поглотительного типа в основном проходят по прямой трубе, перепад давления на нем значительно ниже, чем на глушителе резо­нансного типа.

Конструкция глушителя

В зависимости от наличия свободного про­странства под кузовом автомобиля, глуши­тели имеют спирально намотанную оболочку или собираются из полуоболочек.

При изготовлении спирально намотанной оболочки одна или несколько заготовок из листового металла оборачиваются вокруг круглой оправки и соединяются продольными фальцами или посредством лазерной сварки. Затем в оболочку устанавливается полностью собранная и сваренная сердцевина. Она со­стоит из внутренних трубок, отражателей и промежуточных слоев. Затем наружные слои соединяются с оболочкой посредством фаль­цовки или лазерной сварки.

Часто глушитель со спирально намотанной оболочкой оказывается невозможно раз­местить в предусмотренном для него месте ввиду сложной формы доступного простран­ства в днище автомобиля. В таких случаях используются составные глушители, состоя­щие из двух полуоболочек, изготовленных методом глубокой вытяжки. Такие глушители могут принимать практически любую требуе­мую форму.

Общий объем глушителей системы вы­пуска отработавших газов легкового авто­мобиля равен приблизительно от восьми до двенадцати рабочих объемов двигателя.

Особенности конструкции системы выпуска отработавших газов

Отработавшие газы отводятся из двигателя через катколлектор 1 (рис. 1) (выпускной коллектор, объединенный с каталитическим нейтрализатором отработавших газов), приемную трубу 4, дополнительный 6 и основной 4 (рис. 2) глушители.

Рис. 1. Расположение узлов системы выпуска отработавших газов в передней части основания кузова:

1 – катколлектор; 2 – термоэкран катколлектора; 3 – сильфон; 4 – приемная труба; 5 – термоэкран дополнительного глушителя; 6 – дополнительный глушитель

Рис. 2. Расположение узлов системы выпуска отработавших газов в задней части основания кузова:

1 – термоэкран выпускной трубы дополнительного глушителя; 2 – термоэкран основного глушителя; 3 – выпускная труба дополнительного глушителя; 4 – основной глушитель

На катколлекторе 1 (см. рис. 1) установлен основной (управляющий) датчик концентрации кислорода, а на приемной трубе 4 – диагностический датчик концентрации кислорода.

Между головкой блока цилиндров и фланцем катколлектора установлена металлоармированная уплотнительная прокладка.

Приемная труба одним своим концом соединена с фланцем катколлектора, а другим — с впускной трубой дополнительного глушителя 6. В свою очередь, выпускная труба дополнительного глушителя соединена с впускной трубой основного глушителя 4 (см. ).

Фланцевое соединение катколлектора и приемной трубы уплотнено металлоармированной прокладкой.

Аналогичной прокладкой (только другой формы) уплотнено фланцевое соединение приемной трубы и дополнительного глушителя.

Остальные соединения системы сварные, при замене отдельных элементов соединительные трубы разрезают и затем новые элементы закрепляют хомутами, каждый из которых прикреплен сваркой в одной точке к трубам основного и дополнительного глушителей.

Для того чтобы уменьшить передачу вибраций от силового агрегата на систему выпуска и кузов, в приемную трубу вмонтирован гофрированный виброкомпенсирующий сильфон 3 (см. ) в металлической оплетке.

Элементы системы подвешены к кузову на пяти резиновых подушках А и задней опоре Б основного глушителя.

Для защиты радиатора системы охлаждения, основания кузова и топливного бака от нагрева элементами системы на катколлектор, выпускную трубу дополнительного глушителя и основной глушитель установлены стальные термоэкраны соответственно 2 (см. ), 1 и 2 (см. ).

Система выпуска отработавших газов не требует специального обслуживания. Достаточно периодически проверять надежность затяжки резьбовых соединений и целость подушек подвески. В случае повреждения элементов системы, сквозной коррозии или прогара их заменяют в сборе, так как глушители вместе с трубами представляют собой нее разборные узлы.

ПРИМЕЧАНИЕ

Однако в продаже имеются отдельные части системы выпуска (например, основной глушитель). Их можно заменить, обрезав поврежденную часть, и установить новую, используя специальные соединительные хомуты. Разрезать следует трубы глушителя на их прямых участках (в зависимости от исполнения новых деталей)…

…например, в показанном стрелкой месте.

ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ

Периодически проверяйте систему выпуска отработавших газов. При повышенном уровне шума от системы выпуска проверьте ее герметичность. Для этого пустите двигатель и осмотрите всю систему. Проведите рукой над местами возможной утечки, не касаясь узлов, и вы сразу ощутите утечку газов. При необходимости замените проржавевшие и прогоревшие узлы.

При невозможности заменить дефектный узел новым можно временно восстановить его работоспособность, наложив металлическую заплатку на поврежденное место и закрепив ее хомутами или проволокой. Под заплатку рекомендуется подложить лист асбеста.

Кроме того, в магазинах автозапчастей бывают в продаже специальные комплекты для восстановления узлов системы выпуска отработавших газов, с помощью которых можно временно устранить повреждения системы, чтобы доехать до автосервиса или гаража.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

Перед ремонтом дайте остыть системе выпуска, так как во время работы двигателя она нагревается до высокой температуры.

Отработавшие газы ядовиты, отравление ими происходит незаметно, поэтому перед пуском двигателя в гараже обязательно откройте ворота!

Для снятия и установки узлов системы вам потребуются: ключи «на 13», «на 16», «на 22», торцовые головки «на 10», TORX E12, отвертка с плоским лезвием.