Выхлопная система

Выхлопная система (другое наименование системы выпуска отработавших газов - выпускная система) предназначена для отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, их охлаждения, а также снижения шума и токсичности.

Система выпуска отработавших газов имеет следующее устройство:

• выпускной коллектор;
• приемная труба глушителя;
• виброизолирующая муфта (сильфон);
• каталитический нейтрализатор;
• кислородный датчик;
• предварительный глушитель (другое название - резонатор, плямегаситель);
• основной глушитель;
• соединительные трубы.

Все конструктивные элементы выпускной системы расположены под днищем автомобиля.

На выпускной коллектор приходится самая большая температурная нагрузка - его изготавливают из жаропрочного чугуна. К выпускному коллектору крепиться приемная труба глушителя.

Чтобы изолировать конструктивные элементы выпускной системы от вибрации двигателя, используется виброизолирующая муфта. Сильфон представляет собой закрытый стальной оболочкой гибкий металлический шланг.

Каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения эмиссии отработавших газах. В обиходе каталитический нейтрализатор часто называют катализатором. Конструкция и расположение каталитического нейтрализатора зависит от конкретной модели автомобиля.

Другими экологическими системами современного автомобиля являются:

• система вентиляции картера;
• система рециркуляции отработавших газов;
• система улавливания паров бензина.

Кислородный датчик (лямбда-зонд, датчик концентрации кислорода) служит для определения количества кислорода в отработавших газах. На современных автомобилях устанавливают два кислородных датчика - один перед каталитическим нейтрализатором, другой - за ним.

Глушитель предназначен для снижения шума, производимого потоком отработавших газов, а также их охлаждения. Ранее глушители состояли из трех частей. Сейчас глушитель включает два элемента: предварительный глушитель и основной глушитель. Снижение шума в глушителе происходит за счет многократного изменения направления и величины потока отработавших газов.

Давайте разберемся, из чего состоит это неуклюжее сочетание гнутых труб и различного вида бачков. Будет достаточно, если выхлопную систему условно поделить на четыре части.

Первая - выпускной трубопровод. Состоит из выпускного коллектора и приемного патрубка. Выполняет отвод отработанных газов из цилиндров. Первым принимает на себя всю неиспользованную для дела мощь и жар сгоревшего в цилиндрах топлива. Хорошо рассчитанный и добротно выполненный приемный патрубок вкупе с выпускным коллектором обеспечивает спокойное (ламинарное), без завихрений истечение газов, что существенно снижает аэродинамическое сопротивление системы, облегчает условия проветривания цилиндров и образования рабочей смеси. В подавляющем большинстве автомобилей серийного производства расчет сечения и длины каналов коллектора и приемного патрубка выполняется для обеспечения максимально равномерной, плавной характеристики сопротивления во всем рабочем диапазоне частот вращения. При разработке выпускных коллекторов и приемных патрубков для автоспорта ставка при расчете делается на создание в определенной зоне частот вращения минимального (резонансного) сопротивления, что позволяет двигателю развивать дополнительную мощность.

На многих автомобилях неотъемлемой частью приемного патрубка является «компенсатор колебаний». Предназначен он для того, чтобы в автомобилях с поперечным размещением двигателя нейтрализовать колебания, возникающие при старте, наборе оборотов и глушении и действующих по или против направления движения коленчатого вала. Чтобы представить себе величину воздействия этих колебаний на выхлопную систему возьмите трехметровое весло за «хватало» и поднимите «черпало» вертикально. Нелегко? А по пять-шесть раз в минуту? Вот такую нелегкую нагрузку несет на себе «компенсатор». Плюс, компенсирует температурные деформации труб. Надежность «компенсатора» гораздо ниже надежности трубопровода. Несмотря на это, изготавливается он не как съемная, легкозаменяемая деталь, а как единое целое с приемным патрубком. Располагается «компенсатор» первым от двигателя, до каталитического нейтрализатора. Выпускают два типа «компенсаторов колебаний» - сильфонный компенсатор и подпружиненный фланец. Сильфонный компенсатор - это отрезок многослойного или однослойного сильфона, флексебельной трубы (по-нашему говоря - металлорукав) или их комбинация, края которого запрессованы на втулки, которые и ввариваются в приемный патрубок. Подпружиненный фланец представляет собой сочетание выпуклой и вогнутой сферических поверхностей, прижатых друг к другу с помощью двух-трех пружин. «Компенсатор», обеспечивая герметичность, не может воспринимать внешних усилий. Поэтому, сразу за ним трубопровод подвешивают на резиновую подвеску или подушку, тем самым, снимая с него лишние нагрузки.

Вторая - каталитический нейтрализатор газов или каталитический конвертер. Состоит он из металлического корпуса и керамического или ленточного металлического реактора с ячеистой структурой. Такая структура необходима для увеличения площади контакта газов с каталитическим слоем. Что рабочая зона покрыта платиновым и палладиевым порошками, и вес этих порошков достигает 15-25 грамм, говорить не будем.

С начала 70-х годов выпускные системы ряда серийных автомобилей, в качестве дополнительной опции стали комплектоваться нейтрализаторами отработанных газов. Сегодня он должен входить в состав базовой комплектации всех автомобилей, включая дизельные. Конструктивно нейтрализатор должен находиться как можно ближе к двигателю, так как чем горячее реактор, тем лучше в нем происходят процессы окисления СО, СН и NO с кислородом или между собой (эффективно начинает работать при температуре 250º С). Решиться соединить приемный патрубок и нейтрализатор в одну неразборную деталь могут позволить себе конструкторы только дорогих марок автомобилей. Все остальные делают его съемным. Каталитический нейтрализатор вещь дорогая и нежная, боится ударов и перегрева. Зону реактора от механического разрушения и коррозии защищает корпус из толстой (не менее 2 мм) легированной стали и защитные кожухи. От перегрева и выгорания спасает λ-зонд (лямбда-зонд), который реагирует на наличие свободного кислорода в отработанных газах . На основании сигнала от λ-зонда контроллер дает команду об уменьшении или увеличении подачи топлива или угла опережения зажигания. Выход из строя λ-зонда чреват тем, что несгоревшее в цилиндре топливо догорает в коллекторе, приемном патрубке и на поверхности реактора.

Третья и четвертая части - глушители, немного разнятся по конструкции, но выполняют одинаковую функцию - снижают уровень шума. Третья (предпоследняя) часть называется дополнительным глушителем или резонатором, а четвертая (последняя) основным глушителем.

• Катализатор
• Гофра
• Глушители