Многие автолюбители даже не представляют, насколько важна выхлопная система автомобиля в безаварийной работе силового агрегата, и не уделяют её обслуживанию должного внимания, в результате чего, может произойти выход из строя двигателя. Именно по этой причине, стоит внимательно ознакомиться с принципом работы выхлопной системы, её конструктивными особенностями, и знать, из чего состоит выхлопная система.
В работе двигателя внутреннего сгорания важная роль отводится своевременному выводу наружу отработавших газов, начинающих скапливаться в камере сгорания головки блока цилиндров сразу после воспламенения топливной смеси. Данную задачу призваны выполнять выхлопные системы, или как говорят автолюбители, глушители, которыми оснащаются все современные машины. Должная работа выхлопной системы, направленная на отвод из мотора остатков отработанной топливной смеси, целиком зависит от исправности всех её составных элементов, имеющих некоторые конструктивные отличия в зависимости от типа двигателя.
Принцип работы выхлопной системы
Современная автомобильная выхлопная система состоит из нескольких частей, в отличие от первых устройств, имеющих вид механического клапана, который принудительно открывался водителем автомобиля вручную. Все элементы выхлопной системы, которые соединяются между собой с помощью крепёжных болтов через расположенные на их концах фланцы, предназначены для:
- отвода из камеры сгорания двигателя выхлопных газов и прочих не сгоревших остатков топливной смеси;
- уменьшения выделяемого мотором во время работы шума;
- уменьшения количества токсичных веществ находящихся в выхлопе автомобиля;
- предотвращения попадания в салон транспортного средства токсичных газов.
Устройство выхлопной системы автомобиля обладает довольно простым принципом работы, которая подразумевает отвод отработанных газов из камеры сгорания, проводя их через трубы к задней части транспортного средства, понижая при этом, за счёт герметичности всей конструкции и соединений через фланцы с термоустойчивыми уплотнителями, выделяемый мотором шум.
Уменьшение количества токсичных веществ в выхлопных газах достигается за счёт применения в конструкции выхлопной системы каталитических нейтрализаторов (катализаторов), работоспособность которых контролирует специальный датчик, называемый лямбда-зонд. В современных дизельных автомобилях, для повышения показателя экологичности выхлопа, производители используют сажевый фильтр, которым также оснащается выхлопная система дизеля.
В конструкции дизельного мотора, а также современного бензинового агрегата, довольно часто используется турбонагнетатель, который использует для подачи в камеру сгорания воздушную смесь из кислорода и отработавших газов, забираемых из выпускного коллектора. Количество попадающих в турбину выхлопных газов, регулирует датчик, расположенный на корпусе выпускного коллектора.
Функции глушителя
Глушитель создан для того, чтобы снижать уровень шума, который возникает в процессе переработки газов и воздуха и выведения их в атмосферу. Второй основной функцией этого инструмента является преобразование энергии от переработанных газов, уменьшение их температуры и снижение скорости.
Несколько камер разного размера, которые разделяет перегородка, реализуют расширение и сужение потока. Это происходит благодаря диафрагменному отверстию, также именуемому дросселем.
Кроме этого, в глушителе предусматривается изменение изначального направления потока этих самых переработанных газов. Именно это помогает погасить высокочастотных звуковых колебаний.
Конструкция автомобильных глушителей постоянно претерпевает изменения, хоть общий принцип работы и сама конструкция остается неизменной уже много десятков лет. Сегодня это не обычная металлическая «банка» а полноценная система, которая обеспечивает правильную работу двигателя автомобиля. Именно поэтому, если из глушителя начинает идти пар или раздаются хлопки, необходимо незамедлительно производить диагностику и ремонт этого немаловажного узла.
Устройство конструкции и назначение её составных частей
Детали, составляющие данную конструкцию, имеют различную функциональную нагрузку и собственные обозначения, отражающие этапность их работы. Сама схема выхлопной системы и наименования её частей, выглядят следующим образом:
- коллектор выпускной;
- приёмная труба выхлопных газов;
- катализатор или по-другому каталитический нейтрализатор;
- резонатор или пламегаситель;
- глушитель.
Коллектор выпускной, представляет собой навесной тип оборудования силового агрегата, и предназначен для поступления в него отработавших частиц и газов топливной смеси с камер сгорания каждого из цилиндров, и изготавливается в основном из керамики, сплавов чугуна или нержавеющей стали, обладающих повышенной термоустойчивостью.
Конструкция выхлопной системы
Приёмная труба, именуемая автолюбителями как «штаны», из-за схожего внешнего вида, предназначена для объединения нескольких потоков выхлопных газов в один, и для дальнейшего их продвижения к каталитическому нейтрализатору (катализатору). Труба зачастую оснащается так называемой гофрой, с помощью которой происходит гашение вибрации, передаваемой на всю конструкцию выхлопной системы работающим мотором.
Катализатор, представляет собой керамические соты, поверхность которых покрыта слоем сплава из платины и иридия, что позволяет вступить в химическую реакцию с ними выхлопным газам, в результате чего происходит их разделение на кислород и оксид азота. Выделенный кислород в катализаторе помогает более эффективно сгорать остаткам топливной смеси, в результате чего к глушителю подаётся исключительно азотно-диаксидноуглеродная смесь. Работу каталитического нейтрализатора контролирует специальный датчик лямбда зонд, передавая сигнал на блок управления силового агрегата автомобиля. Аналогичный датчик, устанавливается и на выпускной коллектор, для анализа показателей токсичности поступающих в катализатор отработанных газов.
Резонатор или пламегаситель, предназначен для понижения высокой температуры отработанных выхлопных газов, что достигается с помощью его ячеистого внутреннего строения. Последней деталью в конструкции, является глушитель, задача которого заключена в понижении шума работающего двигателя за счёт перфорированной трубы внутри его корпуса.
Все составные части выхлопной системы соединены друг с другом через фланцы с помощью крепёжных болтов и термостойких уплотнителей, отвечающих за герметичность данной конструкции, без которой невозможна полноценная работа двигателя современного автомобиля.
Схема выхлопной системы
Пару слов о прямотоках
Про это у меня есть отдельная статья, почитайте. Вот только некоторым из нас с вами не нужен акустический комфорт – важна только мощность. Поэтому резонатор, да и сам глушитель модернизируются, у них убираются перегородки, которые «стопорят» газы – соответственно энергия на преодоление этих барьеров не тратиться, вот вам + 5 + 7% к мощности двигателя.
А если убрать еще и катализатор, еще + 5%. Таким образом можно добиться до 10% мощности что уже ощутимо!
Однако такой «ревущий тюнинг», запрещен законом! Нельзя гонять по улицам выше определенных децибел, только на гоночных треках. ДА и без катализатора, вы никогда не пройдете ТО автомобиля, а соответственно не получите страховку.
Возможные неисправности, методы их устранения и варианты тюнинга
Конструкция выхлопной системы является идеальным вариантом для проведения тюнинга легкового автотранспортного средства, благодаря простате монтажа её составных частей и наличием большого ассортимента различных деталей. Самым частым вариантом тюнинга глушителя является установка так называемого прямоточного выхлопа, когда из системы убирается резонатор.
Наиболее частые неисправности выхлопной системы связаны с потерей герметичности деталей или их соединений, уплотнители в которых могут сильно износиться. Для замены уплотнительных элементов, необходимо приобрести ремонтный комплект выхлопной системы, и открутив крепёжные болты, поменять их на новые.
Сделанные из различных сплавов металла детали выхлопной системы, подвергаются значительному нагреву, резкому перепаду температур, и работают в условиях повышенных нагрузок, в результате чего подвержены сильному износу и прогаранию внутренних частей. Определить данные поломки позволит громкий шум работающего мотора и визуальная диагностика выхлопной системы, после проведения которой, повреждённую деталь конструкции необходимо либо заменить на новую, в случае внутренних неисправностей, либо отремонтировать её корпус с помощью электро/газосварки.
В современных автомобилях работа силового агрегата контролируется блоком управления, который получает определённые сигналы от многочисленных датчиков, расположенных на всех его конструктивных узлах. В конструкции выхлопной системы расположен датчик, именуемый лямбда-зондом, замеряющий количество токсичных веществ в отработанных газах. Его неисправность или некорректную работу способен выявить только диагностический стенд, после чего датчик необходимо заменить.
Эксплуатировать автомобиль с неисправной выхлопной системой нельзя, это может привести, как к поломке силового агрегата, на клапанах образуется закоксование рабочей поверхности, приводящее к потере мощности мотора, так и к возможному нанесению вреда здоровья водителя и всех пассажиров, из-за попадания в салон токсичных выхлопов.
Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Мягкая сталь
Наиболее распространенным в автопромышленности материалом, из которого делают выхлопную систему, является железо, смешанное с небольшим количеством углерода. Выхлопные системы из этого материала дешевы в производстве. Также мягкое железо легко принимает любые конфигурации.
В том числе выхлопные трубы из мягкого металла вполне неплохо подавляют неприятный звук выхлопа, делая его приятным на слух.
Но есть в этом материале один важный недостаток. К сожалению, выхлопные трубы из обычной мягкой стали подвержены ржавчине.
Ранние системы из этого материала производились из необработанного железа и поэтому быстро гнили.
Затем автопроизводители стали использовать железные выхлопные системы, покрытые цинком, который в некоторой степени противодействует скорой коррозии. Ну и наконец еще один важный минус таких систем – это, конечно, их вес. Дело в том, что стальные выхлопные трубы, как правило, довольно толстые. Почему толстые? Это необходимо, чтобы выхлопная система долго сопротивлялась ржавчине, прежде чем она сделает в трубах сквозную дырку.
Четыре способа звукового погашения
В принцип функционирования легли 4 главных способа звукового погашения: ограничение звука, его отражение, подавление звуковых волн с помощью резонанса и поглощение.
Ограничивающий тип самый простой в своей конструкции: выполнен в виде сужающейся трубы, помещенной в металлический бак. Этот тип подавляет шум частично, существенно снижает мощность мотора и устанавливается на простейшей агропромышленной технике.
Зеркальное изменение направления акустического потока используется в установке на скутеры и мотоциклы. Происходит приглушение колебаний, за счет чего рокот заметно уменьшается. Использование данного варианта возможно только на двухтактных движках, ввиду малой мощности.
Третий вариант применяется на автомобилях. Внутри резонатора устанавливается несколько перегородок, образующих полости, которые соединены в свою очередь полыми прутьями из стали. Здесь в поглощение звука играют роль два фактора:
- звуковые волны и пары меняют направление своего движения несколько раз за счет зеркальных перегородок;
- частота акустических колебаний совпадает, благодаря точным расчетам размеров резонансных камер и трубок. Созданный резонанс подавляет грохот и рокот.
С учетом многообразия двигателей и их мощностей под каждый разрабатывается свой глушитель подобного типа.
Поглощающий образец по своей конструкции напоминает подавление шумовых волн, с той разницей, что трубы у него имеют многочисленные отверстия разного диаметра. По бокам данных перегородок помещен термостойкий материал, например, каолиновая или базальтовая вата, способная вытерпеть температуру до 700 градусов по Цельсию. Акустический поток рассеивается, накладывая свои волны друг на друга после сквозных прохождений. Оставшаяся часть уходит в наполнитель, а остатки — сглаживаются
- каналы выпуска и впуска;
- корпус с герметикой;
- перфорированная трубка;
- мате
- перегородками и изменением направления.
Карбюратор К-22Д
Карбюратор К-22Д, устанавливаемый на двигателе автомобиля ГАЗ-69, является трехдиффузорным карбюратором.
Главная дозирующая система карбюратора работает по принципу регулирования разрежения в диффузоре. Она состоит из главного жиклера 27, распылитель которого выходит в малый диффузор 10, дополнительного жиклера 25, распылитель которого выходит в горловину большого диффузора 14, и автоматического перепускного воздушного клапана, состоящего из четырех упругих пластин 5.
Количество бензина, проходящее через главный жиклер, может регулироваться в зависимости от условий работы двигателя игольчатым клапаном 26.
Система холостого хода состоит из жиклера 6 холостого хода, двух воздушных жиклеров 9 и эмульсионного жиклера 5.
Экономайзер и ускорительный насос объединены в одну систему, состоящую из ускорительного насоса с поршнем 18, нагнетательного клапана 17 насоса, жиклера 15, обратного клапана 19, жиклера 28 и клапана 24 экономайзера. Привод ускорительного насоса механический, от дроссельной заслонки.
Поплавковая камера трубкой 18 сообщается с воздушным патрубком, а не с атмосферой, вследствие чего устраняется влияние сопротивления воздушного фильтра на работу карбюратора.
При работе двигателя на малых оборотах холостого хода дроссельная заслонка прикрыта. Вследствие большой скорости движения воздуха через узкую щель между заслонкой и стенками смесительной камеры в зоне дроссельной заслонки образуется разрежение.
Так как в этой зоне расположено выходное отверстие системы холостого хода, разрежение передается в систему и она работает как самостоятельный карбюратор.
Бензин из поплавковой камеры поступает к жиклеру 6 холостого хода через дополнительный жиклер 25 по каналам карбюратора. Пройдя жиклер холостого хода, бензин поднимается и, встречаясь с воздухом, поступающим через воздушный жиклер 9, перемешивается с ним и в виде эмульсии проходит через эмульсионный, жиклер 8.
Выходя из эмульсионного жиклера, бензин вновь встречается с потоком воздуха, проходящим через втброй воздушный жиклер, и перемешивается с ним. Эмульсия выходит через отверстие холостого хода за дроссельной заслонкой.
Расход эмульсии и, следовательно, качество горючей смеси на холостом ходу регулируется винтом 2.
При работе двигателя и а средних нагрузках (дроссельная заслонка открыта примерно наполовину) разрежение в диффузорах настолько возрастает, что основное количество бензина выходит из распылителей главного 27 и дополнительного 25 жиклеров.
По мере увеличения воздушного потока, проходящего через диффузор, пластины 5 перепускного воздушного клапана расходятся и воздушный поток проходит мимо малого 10 и среднего 7 диффузоров, автоматически регулируя разрежение в малом диффузоре и, следовательно, состав горючей смеси в зависимости от величины открытия дроссельной заслонки.
При работе двигателя с полной нагрузкой дроссельная заслонка полностью открыта. При этом поршень 18 ускорительного насоса находится в нижнем положении и, нажимая на клапан 24 экономайзера, открывает доступ дополнительному количеству бензина, который из поплавковой камеры проходит через жиклер 28 экономайзера к распылителю дополнительного жиклера.
При резком открытии дроссельной заслонки поршень ускорительного насоса резко опускается и выжимает бензин из цилиндра. Обратный клапан 19 закрывается, а клапан 17 ускорительного насоса открывается, и бензин через жиклер 15 струйкой выбрасывается в горловину большого диффузора 14 — горючая смесь обогащается.
Горючая смесь при запуске двигателя обогащается прикрытием воздушной заслонки 12, имеющей предохранительный клапан 11.
По схеме карбюратора К-22Д выполнен и карбюратор К-22Г, который устанавливается на двигатели автомобилей ГАЗ-63 и ГАЗ-51 А.
Решение для бензиновых двигателей
Виды
- Ячеистые соты, на которые наносится катализирующий состав, могут быть выполнены из керамики. Такие нейтрализаторы в качестве катализатора используют тонкий слой из драгоценных редких металлов. Это самый дорогостоящий вид систем нейтрализации отработанных газов.
- Менее дорогой вариант – ячеистые соты, выполненные методом пайки из тонкой металлической фольги с покрытием из одного из видов вышеназванных составов. Такая система более эффективна, ведь площадь ячеистых сот значительно больше, чем у керамических, а следовательно, способно обработать больший объем отработанных газов.
ПБС
А что же было после войны? Наши бывшие союзники стали отказываться от бесшумного оружия. А вот в СССР, наоборот, работали и всю войну, и после нее. Так появился легендарный ПБС-1. Задачу на разработку прибора поставили военные, которые уже не мыслили боя без разведподразделений, оснащенных тихим оружием в засаде, разведке или ночью. Разработкой занялось НИИ-61 (сейчас это ЦНИИТОЧМАШ), которое в течение целых 5 лет с 1950 года доводило новый прибор до необходимых характеристик. На выходе получился, пожалуй, лучший и по сей день универсальный глушитель для штатного общевойскового оружия. АКМ и АКМС, оснащенные этим прибором, получали индекс «Б» (бесшумный) к своей аббревиатуре. Даже сейчас в нашей армии многие «спецы» предпочитают АКМБ.
АКМС с ПБС-1
Принцип работы ПБС и его предшественника общий – те же камеры и обтюраторы, но в большем количестве. Также был разработан и специальный патрон с уменьшенной скоростью УС-1. В результате АКМБ бил на 400 метров с неплохой кучностью, а при ненадобности прибор просто снимался, можно было вести бой штатными боеприпасами. Такого прибора до сих пор ни у кого из конкурентов нет.
ПБС-1 в разобранном виде
Производящиеся за рубежом аналоги можно назвать скорее «саундмодераторами», так как малоимпульсный патрон 5,56 НАТО остается сверхзвуковым, что сильно повышает уровень шума при стрельбе. Эти «банки» на ствол не сравнятся с ПБС. Хотя отдельные разработки под пистолетный или специальный патрон 300АС уже имеются, пистолетные калибры не обеспечивают необходимой убойности, а 300-й калибр, в целом аналогичный нашим УС, является нишевым и не может конкурировать в универсальности при схожих характеристиках.
Катализатор
Это, пожалуй, самая сложна и дорогая составляющая в любой системе выхлопа. Корпус данного элемента тоже выполнен из огнестойкого металла. Однако, в отличие от резонатора и приемной трубы, он многослойный. Внутри этой «банки» имеется керамический стержень. Дополнительно катализатор оснащается проволочной сеткой. Она покрывает второй элемент керамического материала.
Кроме этого, в устройстве имеется слой теплоизоляции с двойными стенками. Почему катализатор так дорого стоит? Помимо керамики, здесь используются дорогостоящие материалы — палладий или платина. Именно эти составляющие преобразуют вредные газы в водород и безопасные пары. Ввиду этого минимальная стоимость нового нейтрализатора составляет 40 тысяч рублей.
