Система выпуска отработавших газов

Элементы системы выпуска отработавших газов: 1 - приемная труба, 2 - лямбда-зонд, 3 - стопорная пластина, 4 - уплотнительная прокладка, 5 - хомут крепления приемной трубы к кронштейну коробки передач, 6 - каталитический нейтрализатор с дополнительным глуш

Каталитический нейтрализатор в разрезе: 1 - корпус, 2 - уплотнение, 3 - соты катализатора.

Типы глушителей: а) - ограничитель, б) - отражатель, в) - резонатор, г) - поглотитель

Первоначальная задача выхлопной системы – снижение уровня шума при выходе отработавших газов в атмосферу, обеспечение лучшего наполнения камер сгорания топливовоздушной смесью, отвод выхлопных газов за пределы кузова автомобиля и снижение температуры выхлопных газов, достигающих при выходе из цилиндров двигателя около 900 Сo.

Последнее время забившие тревогу экологи стали вводить ограничения на количество выбрасываемых вредных веществ в продуктах сгорания топлива, и к имеющимся задачам выхлопной системы добавилась еще одна – очистка выхлопных газов. Последние требования и превратили простой узел автомобиля в достаточно сложное устройство, за которым необходимо следить и брать во внимание во время эксплуатации автомобиля.

Основными составляющими выхлопной системы на сегодняшний день являются: коллектор, каталитический нейтрализатор (катализатор), лямбда-зонд (кислородный датчик), глушитель и соединительные трубы. Коллектор служит для вывода отработавших газов из цилиндров двигателя и объединения их в один поток. После открытия выпускного клапана, в коллекторе образуется зона пониженного давления, перемещающаяся по трубе до тех пор, пока она не ударится о препятствие, которым служит место соединения труб, и отражается в обратном направлении, в сторону следующего цилиндра. За счет длин труб достигается момент, когда зона пониженного давления оказывается у следующего выпускного клапана в момент его открытия. Такое разряжение позволяет лучшим образом наполнять цилиндр новой топливовоздушной смесью.

Сразу за коллектором располагается каталитический нейтрализатор, в задачи которого входит снижение количества выбрасываемых в атмосферу вредных веществ, образующихся в процессе сгорания топлива, которыми являются окись углерода (CO), углеводороды (CH), образованные в результате неполного сгорания топлива, оксиды азота (NO) и несгоревшие частицы сажи (в дизельных двигателях).

Катализатор представляет собой металлическую конструкцию (нержавеющая сталь) с сотовыми керамическими пластинками внутри, поверхность которых покрыта сплавом, содержащим платину, родий и палладий. Собственно эти металлы и увеличивают стоимость выхлопной системы.
Отработавшие газы из выпускного коллектора поступают в катализатор, в котором, соприкасаясь с поверхностью сот, окись углерода превращается в углекислый газ, углеводороды в воду и углекислый газ, окись азота в воду и азот. Работает катализатор при температуре выхлопных газов от 200 Сo до 800 Сo. Если температура будет ниже, то процессов окисления не будет, если выше, то оплавится катализаторная решетка, что приводит его в негодность. Также выводят из строя катализатор изношенные двигатели. В таких случаях масло, попадающее и несгорающее в цилиндрах, оседает на керамических поверхностях катализатора. Изношенные или несоответствующие данному двигателю свечи зажигания, которые не обеспечивают полное сгорание топлива, тоже сокращают его продолжительность службы. Кроме того, керамика – хрупкий материал и повреждение катализатора может привести к его разрушению, а повредить его не так уж и сложно, учитывая, что элементы выхлопной системы расположены под днищем автомобиля. Резкое изменение температуры в меньшую сторону (попадание в лужу) также может его погубить.

Именно за счет катализатора производителям двигателей удается соблюдать требуемые экологические нормы. Наличие этого элемента является сегодня обязательным почти во всех странах мира.

Для правильной работы катализатора необходимо чтобы в отработавших газах содержалось определенное количество кислорода, при котором поддерживается рабочая температура каталитического нейтрализатора. Анализирует это лямбда-зонд. Датчик измеряет остаточное количество кислорода в отработавших газах и при помощи компьютера регулируется количество подаваемого топлива для получения оптимальной рабочей смеси. Катализатор в паре с лямбда-зондом позволяют не только уменьшить выброс вредных веществ в атмосферу, но и обеспечивают меньший расход топлива, улучшают эффективность работы двигателя.

При выходе из строя лямбда-зонда, возможны различные пропорции топлива и воздуха в топливовоздушной смеси: обогащенная либо обедненная. И та и другая уничтожают катализатор, первая – за счет большого содержания углеводородов, вторая приводит к его перегреву.

Катализатор и лямбда-зонд очень чувствительны к качеству топлива. Заливать в топливные баки автомобилей, в выхлопной системе которых находится катализатор необходимо исключительно неэтилированный бензин. Пагубно влияет на них свинец, содержащийся в бензине, накапливающийся на стенках керамического покрытия. Кроме того, для увеличения продолжительности срока службы этих элементов лучше не применять присадки к топливу и моторному маслу, если в них содержится все тот же свинец.

На дизельных двигателях очистка отработанных газов производится нерегулируемым окислительным катализатором. Уменьшение содержащихся вредных веществ в таких моторах достигается за счет системы повторного сжигания выхлопных газов. При помощи специального клапана, установленного в выхлопной системе на прогретом двигателе часть отработанных газов направляется в цилиндры двигателя, в результате чего уменьшается процент окисей азота в выбрасываемых в атмосферу газах. Каталитические нейтрализаторы кроме всего, способствуют снижению шума.
Сгорание топливовоздушной смести носит взрывной характер, что сопровождается характерным звуком. Для борьбы с этим в системе выпуска отработавших газов устанавливается глушитель. В зависимости от способов работы, глушители делятся на четыре типа: резонатор, отражатель, ограничитель и поглотитель.

Резонатор, как правило, располагается сразу за каталитическим нейтрализатором, и по своей сути является предварительным глушителем. Конструктивно он представляет собой перфорированную трубу и окружающую ее камеру. Чаще всего резонаторы включают в себя несколько камер различного размера и служат для гашения низкочастотных шумов.

Ограничитель является трубой в корпусе глушителя, диаметр которой сначала значительно сужается, создавая акустическое сопротивление потоку, за которым следует полость большого объема, сглаживающая колебания. Звуковая энергия рассеивается в отверстии, нагревая газ. Чем больше сопротивление, то есть меньше отверстие, тем лучше эффективность сглаживания. Существенным минусом такого глушителя является большое сопротивление потоку.

Чаще всего замыкает выхлопную систему отражатель. В его корпусе находится большое количество стенок, играющих роль акустических зеркал. Каждое отражение звука от которых – это частичная потеря энергии, затрачиваемая на нагрев зеркал. В итоге внутри глушителя энергия звуковых волн переходит в тепловую и рассеивается в атмосферу.

Поглотитель гасит акустические волны за счет пористого материала, расположенного в нем. Принцип тот же, что и у отражателя. Энергия звуковых колебаний преобразуется в тепловую за счет трения волокон стекловолокна, колеблющихся под действием звуковой энергии. Как правило, сегодня производители используют все перечисленные методы для создания системы выпуска отработавших газов.