Как устроен глушитель автомобиля, на чем основан принцип работы

Технические решения

Помимо описанных выше методов снижения вредных выбросов существует и ряд технических решений, внедряемых в конструкцию транспортного средства как непосредственно во время сборки, так и кустарным образом. Поговорим о самых распространенных из них более детально.

Каталитическая нейтрализация

В основе каталитического действия нейтрализаторов лежит поверхностное окисление токсичных веществ без образования пламени. Для ускорения реакции используются катализаторы, а окисление происходит в момент, когда отработавшие газы преодолевают слой носителя. Именно на этот носитель катализатор и наносится. 

Оперативность реакции в таком случае зависит от того, какой температуры достиг носитель. Благодаря использованию такого решения становится возможным дожиг монооксида углерода и углеводорода, а также полное разложение оксидов азота, как следствие – вредные вещества полностью нейтрализуются и не попадают в окружающую среду. 

Функцию катализаторов, активных компонентов выполняют благородные металлы, в частности, платина и палладий, а также оксиды меди, ванадия, кобальта, марганца, хромат железа и пр.

Кроме перечисленных выше элементов эффективная нейтрализация может осуществляться с использованием сплава меди, оксида хрома и ванадиевого ангидрида, хорошими катализаторами являются также металлические сплавы.

Сажевые фильтры

 Прогреть двигатель ТС до рабочей температуры и заглушить его.

 Подготовить пневмопистолет со специальной жидкостью (профессиональной промывкой).

 Подставить под выхлопную трубу старую грязную емкость, которую потом не жалко будет выбросить.

 Снять датчик давления и/или температуры, который находится перед фильтром.

 Вставить в отверстие наконечник пистолета.

 Вводить жидкость для промывки на протяжении 1 минуты, затем подождать, пока она осядет (3-4 мин.) и повторить манипуляцию несколько раз, пока не будет использовано все средство.

 Подождать, пока жидкость разъест все отложения (около получаса).

 Завести мотор, дать ему поработать 5-6 мин. при высоких оборотах, затем заглушить.

 Залить в пневмопистолет средство для второго этапа очистки (как правило, она так и называется, например, DPF Flush Step 2).

 Распилить его точно так же, как это делалось на предыдущем этапе – пошагово.

 Запустить двигатель, дать ему поработать минут 10-15 при высоких оборотах. При этом из выхлопной трубы должна пойти пена

Важно, чтобы мотор работал до тех пор, пока активное пенообразование не прекратится.

 Заглушить двигатель, продуть сильным потоком воздуха отверстие, через которое подавалась промывочная жидкость.

 Завести мотор очередной раз, дать ему поработать не менее 5 минут.

Описанная выше процедура весьма эффективна, но для достижения максимального эффекта специалисты советуют запустить процедуру регенерации сажевого фильтра. Она проходит автоматически, занимает не более 20 минут и позволяет полностью очистить деталь, сжигая все накопившиеся в ней частицы. 

Каталитическое восстановление (система нейтрализации SCR)

Хорошо зарекомендовало себя так называемое избирательное каталитическое восстановление SCR, когда реакция нейтрализации проходит в избирательном порядке – сжигаются лишь определенные вещества, как правило, это оксиды азота.

В процессе химической реакции вредные компоненты распадаются, образуя азот и воду, которые не несут никакого вреда окружающей среде. Чтобы процесс пошел, в поток отработавших газов вводится восстановитель, роль которого обычно играет мочевина.

Нужен ли ремонт устройств отвода выхлопных газов

Определить, пора ли взяться за ремонт выхлопной системы вашего автомобиля не так сложно, как могло бы показаться. Первый признак того, что есть какие-то неисправности – изменения звука работы двигателя, дополнительные скрипы, хлопки и шумы. С другой стороны, самостоятельно разобраться в том, что именно сломалось, совсем не просто.

Если вкратце, то диагностировать поломку нужно в две фазы. Первая подразумевает визуальный осмотр транспортного средства на эстакаде или яме. Вам хватит 10-15 минут, чтобы тщательно осмотреть буквально все составные элементы системы выхлопов и определить, какие из них имеют внешние повреждения. Вторая фаза, если во время осмотра все показалось нормальным, требует детальный мониторинг каждой части выхлопной системы с помощью специальных инструментов.

В итоге, неисправности могут возникать только в двух случаях. Во-первых, неполадки могут быть вызваны механическими повреждениями. Во-вторых, проблемы могут возникнуть из-за агрессивных химических реагентов, которые содержатся в отработанных газах.

Ремонт выхлопной системы можно провести либо самостоятельно, либо оставив автомобиль на попечение профессионалам в сервисе. Стоит отметить, что далеко не каждую неисправность можно отремонтировать своими руками, но и в сервисный центр отправиться могут далеко не все, так как стоимость ремонта системы выхлопов достаточно высока. К тому же, не каждый сервис готов дать стопроцентную гарантию качества проделанных работ.

Как работает выпускной коллектор

Устройство выпускного коллектора, который сегодня активно используется при выхлопе, появилось практически в одно время с первыми двигателями внутреннего сгорания. По своей конструкции, это оборудование, которое навешивается на двигатель. Состоит коллектор из нескольких труб, главная задача которых – соединение всех цилиндров мотора с катализатором выхлопной системы (каталитическим конвертером). Наиболее распространенный материал для изготовления коллекторов – чугун или нержавейка. В последнее время не так часто можно встретить керамические устройства такого типа.

По поводу того, какой коллектор лучше, чугунный или из нержавеющей стали, говорить можно долго. Но, сегодня многие сходятся во мнении, что предпочтительнее приобретать автомобили с подобным агрегатом из нержавейки. Учитывая тот факт, что выпускной коллектор практически постоянно находится под сильным воздействием высоких температур, после работы остается конденсат. Чугунные конструкции рано или поздно начинают подвергаться коррозии, в то время как нержавеющая сталь устойчива перед ней. Керамические же коллекторы хороши только своей дешевизной, однако работают они недолго и не могут выдерживать действительно экстремальные температуры, которые порой возникают внутри агрегата.

Принцип работы устройства совсем не сложен. Все газы, которые уже отработаны в цилиндре, благодаря выпускному клапану отправляются в коллектор. Оттуда им прямая дорога дальше – в катализатор выхлопной системы. Кроме того, что коллектор отводит газы, он также работает в качестве устройства, которое помогает двигателю продуваться. Это возможно благодаря разнице давления в камерах мотора и коллекторе. Так как в нем давление ниже, внутри образуется своеобразная волна, идущая после отражения от резонатора обратно в сторону камеры сгорания. Чем больше обороты двигателя, тем быстрее двигается такая волна. Соответственно, на больших оборотах избавление от выхлопных газов происходит значительно быстрее. Стоит также отметить, что выпускной коллектор сегодня является самым популярным элементом устройства выхлопов автомобиля в плане тюнинга.

Система выпуска отработавших газов и уход за ней

1. если во время движения авто его сопровождает громкий рев;
2. увеличивается резко расход топлива автомобиля;
3. проявляется нестабильная работа автомобиля;
4. происходит постоянная потеря мощности;
5. на всех деталях образуется копоть;
6. система охлаждения авто перестает из-за увеличенной температуры сгорания топлива справляться с охлаждением.

Все перечисленные признаки подтверждают, что система выпуска отработавших газов неисправна. В результате чего происходит процесс превышения предельных показаний величины противодавления. Поэтому вашей машине необходим ремонт выхлопной системы.

Наиболее часто эти последствия являются причиной механического повреждения составных частей. На стабильную работу авто может сказать нарушение или несоответствие диаметра выхлопной трубы рекомендованному изготовителем.

Противодавление выхлопной системы авто может быть результатом того, что газопровод выполнен с множеством резких перегибов, или же он был сварен из отдельных сегментов (каждый сварной шов дает больше сопротивления).

Автовладельцам не стоит забывать так и о том, что ржавчина негативно влияет на металлические детали авто.

Чтобы избежать коррозии необходимо знать устройство выхлопной системы своего авто. Из какого металла она состоит, ржавеющего или нержавеющего. Не стоит допускать, чтобы в систему отводящих газов попадала вода, особенно в резонатор и глушитель. Иначе здесь начнет скапливаться конденсат и различные химические активные соединения, реагенты и соли. Следует избегать резких перепадов температур, особенно опасно, когда эти перепады возникают часто.

Своевременная профилактика и ремонт выхлопной системы помогут сэкономить ваши нервы и финансы. При малейших подозрениях на неисправность системы незамедлительно обращайтесь на СТО.

А вот видео, в котором демонстрируется как при помощи тюнинга выхлопной системы можно добиться увеличения мощности двигателя автомобиля из Германии Porsche на 15%:

Назначение и общее описание выхлопной системы

Суть явлений, происходящих внутри ДВС, можно кратко охарактеризовать одним словом – взрыв. Все это сопровождается сопутствующими эффектами – звуковой волной и продуктами сгорания. Вот для минимизации подобных вторичных явлений работы ДВС и служит выхлопная система автомобиля. По сути дела, она решает следующие задачи:

• вывод продуктов горения из цилиндров двигателя;
• снижение шума от работы мотора;
• снижение в отработанных газах токсичных веществ;
• вывод за пределы автомобиля и исключение попадания в салон токсичных газов.

При всей своей внешней простоте система отвода выхлопных газов, установленная на автомобиле, является достаточно сложным устройством, а не просто набором труб и каких-то непонятного назначения цилиндров. Исторически получилось так, что первоначальной задачей выхлопной системы был отвод отработанных газов и снижение шума работы ДВС. Это оказалось реализовано введением в конструкцию автомашины нового специализированного устройства – глушителя. По мере развития ДВС и самого автомобиля, ужесточения требований к автотранспорту (снижения уровня шума и загрязнения) на смену глушителю пришла целая система отвода выхлопных газов, в которую для успешного решения появляющихся задач вводились новые элементы.

Сажевый фильтр

Так же как монолиты каталитических нейтрали­заторов, сажевые фильтры могут быть метал­лическими и керамическими. Методы установки и крепления фильтра в металлическом корпусе аналогичны методам, применяемым в отноше­нии монолита каталитического нейтрализатора.

Так же как монолит каталитического ней­трализатора, керамический сажевый фильтр состоит из большого количества параллель­ных каналов. Однако, в этом случае эти ка­налы попеременно перекрыты (см. рис. «Керамический сажевый фильтр» ). Поэтому отработавшие газы вынуждены про­ходить через пористые стенки сотовой струк­туры. Сажевые частицы при этом осаждаются в порах стенок. В зависимости от пористости керамического тела эффективность филь­трации этих фильтров может достигать 97%.

Отложения сажи в сажевом фильтре вы­зывают постепенное увеличение сопротивле­ния потоку. По этой причине сажевый фильтр необходимо периодически регенерировать с использованием двух различных процессов. Детали этих процедур описаны ниже (см. «», системы управления дизельными двигателями).

Пассивный процесс в сажевом фильтре

В пассивном процессе сажа сжигается в ходе каталитической реакции. Для обеспечения этого процесса служит добавка к дизельному топливу, которая снижает температуру вос­пламенения частиц сажи до обычной темпе­ратуры отработавших газов.

Другие варианты пассивной обработки включают сажевые фильтры с каталитическим покрытием или процесс CRT (непре­рывная регенерация).

Активный процесс в сажевом фильтре

О ходе активного процесса осуществляется внешний нагрев фильтра до температур, не­обходимых для выжигания сажи. Этот нагрев может осуществляться при помощи горелки, Установленной перед фильтром, или посредством дополнительного впрыска топлива, Инициируемого системой управления двигателем, и использования предварительного каталитического нейтрализатора.

Рециркуляция отработавших газов: клапан ЕГР

Главным элементом системы рециркуляции отработавших газов выступает клапан EGR. На указанном клапане основана вся система. Именно клапан ЕГР является решением, которое позволяет определенной части отработавших газов попадать обратно во впускной коллектор, где они далее снова перемешиваются с очередной порцией поступившего во впуск воздуха.

Чем больше кислорода оказывается в камере сгорания, тем большей получается температура горения топливно-воздушной смеси. Добавление части отработавших газов в состав смеси означает принудительное уменьшение количества кислорода. Так достигается снижение температуры сгорания рабочей смеси в камере. Меньшее количество кислорода означает менее интенсивное взаимодействие с азотом, что и снижает в итоге количество оксидов азота в выхлопе.

Клапан EGR дизельного или бензинового двигателя работает не одинаково, что зависит от особенностей конкретного типа ДВС. Дизельный двигатель имеет клапан ЕГР, который открывается в режиме холостого  хода, ограничивая вдвое впуск свежей порции воздуха. С увеличением нагрузки на двигатель EGR пропускает меньшее количество отработанных газов во впуск, а в моменты пиковых нагрузок клапан полностью закрыт. Данный клапан закрывается также в режиме прогрева дизельного двигателя. Что касается бензиновых ДВС, клапан EGR закрыт на холостом ходу, а также во время выхода двигателя на максимальный крутящий момент. Если нагрузка на мотор низкая или средняя, тогда клапан обеспечивает всего до 10% впуска воздуха.

Системы рециркуляции работают по принципу замкнутого контура, а сам клапан EGR может управляться:

• электрическим контроллером;
• электропневматическим способом;

Для первого решения система опирается на данные, которые поступают от датчика положения в контроллер ДВС. Именно контроллер посылает управляющий сигнал на клапан. Во втором случае регулировка работы клапана ЕГР происходит на основании показаний от датчика давления во впускном коллекторе, датчика массового расхода воздуха и датчика температуры воздуха на впуске.

Встречаются конструкции двигателей, которые подразумевают улучшенное охлаждение отработавших газов в процессе работы системы рециркуляции. Клапан EGR в таких конструкциях интегрируют в систему охлаждения двигателя. Система становится более сложной, но уровень оксидов азота уменьшается еще более эффективно.

По зваерениям производителей, система рециркуляции отработавших газов имеет определенный ряд преимуществ в процессе эксплуатации ДВС. Для моторов на бензине плюсами ЕГР становится меньший перепад давления в области дроссельной заслонки. Сниженная температура горения уменьшает детонацию, позволяя установить ранее зажигание для повышения моментной характеристики двигателя. Дизельный мотор с ЕГР работает мягче и тише в режиме холостого хода, так как меньшее содержание кислорода приводит к понижению давления в момент сгорания топливно-воздушной смеси.

Конструкция и назначение выхлопной системы

Выхлопную систему часто называют глушителем, это не совсем правильно, поскольку глушитель является лишь одним из узлов этой довольно сложной конструкции. Обычно она состоит из следующих элементов:

• выпускной коллектор, в который из цилиндра ДВС выводятся продукты сгорания;
• гофра (сильфон), снижающая вибрации, защищающая кузов от резонанса и предотвращающая преждевременный износ всей системы;
• катализатор (каталитический нейтрализатор), понижающий токсичность выхлопных газов путем их окисления и дожигания несгоревших частичек;
• резонатор, снижающий температуру выхлопных газов и скорость их движения;
• глушитель, сводящий к минимуму уровень шума.

Внутри катализатора находятся благородные металлы – родий, платина, иридий, которые контактируют с токсичными частицами, содержащимися в отработанных газах, и окисляют их. Металлы располагаются внутри корпуса в виде скрученной ленты или покрытия многочисленных керамических ячеек, так что площадь их поверхности максимально большая, поэтому контакт происходит активно. Нейтрализатор – самый дорогостоящий элемент выхлопной системы.

Снижение уровня шума начинается в резонаторе, где подавляются пульсации потока, и заканчивается в глушителе. В активных глушителях снижение уровня шума обеспечивается шумопоглощающей начинкой, а в реактивных (резонаторных) – системой камер и перегородок, заставляющих поток газов менять направление.

В турбированных двигателях в состав выхлопной системы включается дополнительный элемент – турбина. Еще одним важным элементом является лямбда-зонд (датчик кислорода), регулирующий состав топливно-воздушной смеси. Обычно их устанавливают парами, на входе в каталитический нейтрализатор и на выходе из него. В некоторых системах, в основном в отечественных автомобилях, вместо катализатора используется пламегаситель.

Выхлопная система предназначена для решения следующих задач:

• вывод продуктов сгорания из цилиндров ДВС;
• защита водителя и пассажиров от их проникновения в салон – выхлопные газы выбрасываются за корму автомобиля, достаточно далеко от салона;
• снижение шума;
• уменьшение вибраций, которые при передаче на кузов вызывают его ускоренный износ;
• повышение экологичности двигателя.

Резонатор вместо катализатора

Существует такой вид тюнинга, как монтаж резонатора без катализатора. Это довольно распространенный в России способ ремонта при любых проблемах, возникающих с катализатором, в этом легко убедиться, почитав автомобильные форумы. Удаление катализатора относится к мерам, нарушающим экологические нормы, но привлекает своей дешевизной. Монтаж заменителя обойдется в разы дешевле, чем покупка новой запчасти.

Наиболее часто каталитический нейтрализатор заменяют на стронгер или пламегаситель, поскольку обычный пустотелый резонатор под катализатор плохо переносит соседство с двигателем.

Изредка новое устройство устанавливают сразу с несколькими катализаторами, вживляя его вместо последнего из них. Таким образом, проходя весь путь от двигателя, выхлоп теряет большую часть энергии и температуры и не повреждает резонатор с катализатором.

Резонаторы с разряжением:

Принцип работы

Прежде чем приступить к ремонту глушителя автомобиля или его сборке своими руками, нужно понять основные принципы его работы. Если посмотреть на устройство в разрезе, то можно увидеть множество металлических или керамических перегородок, термостойкую вату, а также присутствие перфорированных труб. Наличие этих элементов в конструкции глушителя замедляет скорость движения газовых потоков

При ремонте своими руками важно заменить изношенные элементы качественными аналогами

В свою очередь их снижение позволяет сгладить работу мотора с учетом каждого такта.

Если вы решили своими руками модернизировать отдельные элементы системы отвода отработанных газов, то необходимо учитывать некоторые нюансы:

• на мощных двигателях автомобилей должен стоять резонатор достаточно большого объема, который будет обеспечивать необходимый уровень сглаживания выхлопа;
• количество перегородок внутри камер, которые сглаживают неравномерность объема отводимых потоков.

Ремонт глушителя самостоятельно

Для того, чтобы вам легче было осмотреть глушитель, следует его отсоединить от автомобиля. Это поможет быстрее и качественнее исполнить работу. Если во время визуального осмотра вы не увидели никаких серьезных повреждений, то, скорее всего, поломка находится внутри.

Очень важно напомнить, что не имея достаточного опыта лучше обратиться в автомобильный сервис, где опытные мастера помогут устранить все дефекты глушителя.

Если же при визуальном осмотре вы обнаружили повреждения (пробитую камнем дыру), то вам понадобится сварочный аппарат. А вот если видны прогоревшие, проржавевшие дыры, то такой глушитель варить не рекомендуется, поскольку он вскоре снова прохудеет, нужна замена глушителя, причем желательно из качественного материала. Часто случается так, что поломка происходит в месте соединения мотора с выхлопной трубой. Этот элемент называется гофра.

Как еще можно снизить уровень шума глушителя

Также для снижения шума можно установить зеркальный глушитель. Такие модели работают по такому же принципу, как и акустические зеркала. Чаще всего зеркальные глушители можно встретить в выхлопных системах двухтактных моторов мотоциклов и скутеров. Устройство глушителя в этом случае представляет собой выпускное колено и резонаторную банку, в которой отработанные газы «утихомириваются». При этом уровень сопротивления будет значительно ниже, а на мощность двигателя не будет расходоваться. Однако стоит учитывать, что из-за зеркального эффекта температура выхлопной трубы будет повышаться.

Подобный принцип используется в системах автомобилей ВАЗ 2107, Нива, 2115 и многих других.

Помимо этого существуют поглотительные и ограничительные глушители, которые также понижают шум.

Тюнинг глушителя своими руками.

     Разобравшись с предназначением, строением и видами глушителей, перейдем к самому больному спору, в котором сломано немало копий.

Можно ли заменой только глушителя увеличить мощность стокового автомобиля?

     Наше мнение — однозначно нет. Если вы поставите самую дорогую прямоточную «банку» самого известного производителя на стоковый двигатель, не подвергнувшийся тюнингу впускного и выпускного коллектора (и т.д.), никакой прибавки мощности не будет. Однако это не значит, что установка тюнингового глушителя лишена смысла.

        И так, положим, что на непростом пути тюнинга, по тем или иным причинам, Вы все же решили произвести замену стоковой банки. Какими принципами нужно руководствоваться?

2. Низкое сопротивление = минимизация потерь мощности.1. Легкий вес. Легкое авто — быстрое авто.

3. Снижение уровня шума(иначе мы бы вовсе от него отказались).

4. Стоимость и простота конструкции.

5. Компактный размер (упростит монтаж).

      Выходит, что исходя из наших задач, нам наилучшим образом подходит глушитель прямоток. Простота конструкции позволяет задуматься о том, чтобы изготовить прямоток своими руками. Он может быть сварен в новом корпусе, либо в качестве корпуса может быть использована стоковая банка.

     Конструкция самодельного прямотока такова: между внешним металлическим корпусом и трубой с отверстиями прокладывается звукопоглощающий материал (например, базальтовая вата, состоящая из длинных волокон), а между трубой и ватой размещается заградительный барьер из очень мелкой металлической сетки, для того чтобы волокна ваты не выдувались наружу. Ресурс прямотока определяется сроком удержания волокон, после истечения которого глушитель перестает выполнять свои функции и начинает звенеть. Минеральная вата хорошо поглощает высокие частоты, а низкие нет, поэтому Вы скорее всего получите низкий, рычащий звук.

Устройства, задающие акустические параметры глушителей

Используются для снижения отдельных спек­тральных составляющих нежелательных ча­стот в шуме выпуска. Эти компоненты могут быть использованы для эффективного осла­бления звука в тех или иных диапазонах частот.

Резонатор Гельмгольца

Резонатор Гельмгольца состоит из трубы, расположенной вдоль направления движе­ния отработавших газов и определенного присоединенного к ней объема (см. рис. «Резонатор Гельмгольца» ). Объем газа действует в качестве пружины, в то время как газ, находящийся в трубной секции, действует в качестве массы. При резонансной частоте такая система массы и пружины обеспечивает очень высокую сте­пень ослабления звука в узкой полосе частот. Резонансная частота/зависит от величины объема V, а также от длины L и площади по­перечного сечения А трубы:

f = c/2π √(A/L·V)

где:

с — скорость звука

Резонаторы λ/4

Резонатор λ/4 включает закрытую с одной стороны трубу, ответвляющуюся от системы выпуска отработавших газов. Резонансная частота f такого резонатора зависит от длины отвода L и определяется как:

f = c/4L

Эти резонаторы также обеспечивают высо­кую степень ослабления звука в узкой полосе частот вокруг их резонансной частоты.

Заслонки отработавших газов

Заслонки отработавших газов чаще всего устанавливаются в задних глушителях. В за­висимости от частоты вращения коленчатого вала или интенсивности потока отработав­ших газов заслонка открывает или пере­крывает перепускную трубу глушителя или вторую выхлопную трубу (см. рис. «Заслонка отработавших газов, управляемая наружным разряжением» ). В ре­зультате уровень шума отработавших газов при низких частотах вращения коленчатого вала может быть значительно снижен без по­терь мощности при высоких оборотах.

Заслонки могут быть саморегулирующи­мися в зависимости от давления и скорости отработавших газов или иметь внешнее управление. В последнем случае необходимо обеспечить интерфейс с системой управле­ния двигателем. Это делает систему более сложной, но в то же время расширяет область ее применения.

Заключение

Если требуется сделать тюнинг выхлопной системы автомобиля любой направленности, то не рекомендуется выполнять его самостоятельно. Это может привести к негативным последствиям. Обращение к услугам профессионального автосервиса – это гарантия того, что будет получен желаемый результат, машина останется работоспособной, а в будущем не потребуется ремонт.

При самостоятельном изменении транспортного средства часто затраты оказываются заметно выше, чем в салоне. Это связано со множеством факторов. Например, выпускная система установлена с ошибками, параметры деталей не сбалансированы, мотор часто перегревается из-за сложностей выпуска газов, из-за чего страдают внутренние системы авто.

Мастера начинают работу только после расчетов для безошибочной установки, оптимизации пропускной способности газов, чтобы минимизировать топливные затраты, оптимизировать нагрузку на авто, а также растянуть срок эксплуатации. Благодаря высокому качеству компонентов и работ достигается экономия на ремонте в будущем.