Система выпуска автомобиля: устройство и поломки
О чем речь? Система выпуска автомобиля служит для отвода отработавших газов из двигателя, а также необходима для снижения токсичности выхлопа, уровня шума и повышения эффективности работы мотора.
На что обратить внимание? Требования к экологичности выпуска – не пустой звук, и без сертификации современного стандарта «Евро-5» не обходится ни одна новая машина. Впрочем, во время ремонта иногда требуется понижение класса, например, при удалении катализатора.
Вопросы, рассмотренные в материале:
Задачи и устройство системы выпуска автомобиля
Конструкция системы выпуска для двигателей внутреннего сгорания различается в зависимости от типа автомобиля, его возраста, расположения двигателя, мощности и других параметров. Однако эти различия не оказывают значительного влияния на основные функции системы выпуска:
- Эффективное удаление выхлопных газов за пределы кузова или кабины (для коммерческих транспортных средств).
- Уменьшение токсичности выхлопных газов и минимизация их вредного воздействия благодаря каталитическому нейтрализатору и иным фильтрующим устройствам.
- Понижение шума от работающего двигателя за счет резонатора и глушителя.
- Использование энергии выхлопных газов для увеличения мощности двигателя в автомобилях с турбонаддувом.
Сложность конструкции выхлопной системы обусловлена ее многофункциональностью. Даже в самой упрощенной современной версии система выпуска автомобиля – это (по порядку прохода отработанных газов через систему):
- выпускной коллектор;
- катализатор;
- датчики кислорода (один или два лямбда-зонда);
- резонатор;
- глушитель;
- выхлопная труба.
В выхлопные системы современных автомобилей добавляют турбокомпрессор, различные заслонки и устройства для очистки выхлопных газов. В то же время старые модели автомобилей часто не оснащены катализаторами и датчиками; используется прямая труба, соединяющая выпускной коллектор с резонатором без промежуточных элементов.
Разберем подробнее, из чего состоит система выпуска автомобиля.
- Выпускной коллектор, катализатор, датчики
Выпускной коллектор представляет собой крупную деталь, изготовленную путем литья из чугуна (иногда из стали), которая фиксируется на головке блока цилиндров после выпускных клапанов. Его функция заключается в сборе и направлении выхлопных газов из всех цилиндров в один общий выход. К коллектору последовательно подключаются приемная труба, катализатор для очистки выхлопных газов или турбокомпрессор в случае двигателей с турбонаддувом.
Первый лямбда-зонд (основной) может быть размещен на выпускном коллекторе. Иногда его устанавливают ниже, но всегда он находится перед катализатором. Задача этого датчика — предоставлять данные о концентрации кислорода в выхлопных газах электронному блоку управления двигателем (ЭБУ) для регулировки состава топливно-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры для сгорания.
Затем высокотемпературные выхлопные газы попадают в катализатор. Проходя под давлением через мелкие каналы керамических сот нейтрализатора, газы подвергаются окислению до менее вредных соединений (углекислый газ), что снижает негативное воздействия выхлопов на окружающую среду. Этот возможно благодаря крайне тонкому слою палладия, родия и платины, которыми обработаны соты, превращая эти металлы в катализаторы химических реакций, необходимых для очистки.
Катализатор, содержащий в себе ценные металлы, является наиболее дорогостоящим компонентом системы выхлопа автомобиля и одновременно самым чувствительным. Его функциональность может быть нарушена из-за использования низкокачественного топлива или неисправностей двигателя. В России немало машин с удаленными катализаторами, но это делает невозможным легальное прохождение технического осмотра.
В наше время системы выпуска отработанных газов автомобиля используют также второй лямбда-зонд, размещенный после катализатора. Он повторно измеряет уровень кислорода в выхлопных газах и помогает ЭБУ оценить эффективность действия нейтрализатора.
В рамках установленных экологических требований в дизельных машинах после катализатора дополнительно устанавливается сажевый фильтр для удаления частиц сажи из выхлопных газов. Для соответствия самым жестким экологическим стандартам в систему выпуска интегрируется также впрыск мочевины, который помогает уменьшить уровень опасных оксидов азота в дизельных выхлопах.
- Резонатор, глушитель и выхлопная труба
После катализатора в выхлопной системе располагается резонатор, который служит для снижения шума низкочастотного диапазона, создаваемого выхлопными газами. Внутри его двойной цилиндрической структуры, заполненной звукопоглощающим материалом, находится комплекс отражающих камер и перфорированных каналов. Проходя через эту систему, выхлопные газы уменьшают давление звуковых волн за счет резонанса, что и дало название этому элементу.
Эффективность работы двигателя зависит от давления в системе выпуска автомобиля: необходимо, чтобы газы удалялись своевременно, обеспечивая бесперебойную работу системы. Одна из задач резонатора — это управление волнами давления для продувки цилиндров, что увеличивает мощность двигателя, особенно при высоких оборотах. А еще резонатор выполняет функцию теплообменника, снижая температуру выхлопных газов.
Заключительный элемент выхлопной системы — глушитель, самый большой по размерам компонент, расположенный под автомобилем, он отвечает за уменьшение скорости газов, делая выхлоп более тихим.
Глушитель — это металлический корпус, подвешенный на резиновых подушках, внутри которого находятся перфорированные трубы и камеры. Проходя через эту систему, выхлопные газы замедляются, теряя энергию и уменьшая шум. Выхлоп выходит наружу через трубу после прохождения глушителя.
На мощных автомобилях может быть установлено два глушителя, а раздвоенная выхлопная система также популярна в автомобильном тюнинге, так как повышает престиж транспортного средства.
Влияние системы выпуска автомобиля на экологию
Выхлопные газы, выделяемые автомобилями, чрезвычайно токсичны и представляют серьезную угрозу как для природы, так и для здоровья людей. Особенно опасны для человека оксиды азота и угарный газ, а также некоторые углеводороды, которые могут вызывать рак. Эти же вещества наносят вред флоре и фауне, способствуя формированию смога и ухудшению экологической обстановки.
Когда автомобили только начали появляться на дорогах, их влияние на окружающую среду не вызывало беспокойства, хотя люди уже замечали, что выхлопы загрязняют воздух. Проблема экологического воздействия автотранспорта стала актуальной во второй половине XX века. В начале 1990-х годов Европа решила изменить ситуацию, введя ряд законодательных актов для ужесточения экологических норм и сокращения выбросов вредных веществ от автомобилей.
С 1992 года в Европе был введен экологический регламент «Евро-1», а через три года последовал «Евро-2». С этого момента для всех новых моделей бензиновых автомобилей стало необходимым использование каталитического нейтрализатора в системе выпуска автомобиля. Однако для дизельных двигателей одного нейтрализатора оказалось недостаточно, и с принятием «Евро-4» в 2005 году для них стало обязательным оснащение сажевым фильтром.
Каждое последующее обновление экологических стандартов «Евро» заменяло предшествующие, устанавливая более строгие экологические требования. Нормы, которые были актуальны от «Евро-1» до «Евро-3», теперь считаются устаревшими, так как представляют угрозу для окружающей среды и здоровья людей согласно современным стандартам.
В наше время действует стандарт «Евро-6», введенный в 2015 году, требующий, чтобы выхлопные газы бензиновых двигателей содержали в 2,5 раза меньше оксидов азота и угарного газа, чем стандарт «Евро-3». Для дизельных двигателей «Евро-6» количество взвешенных частиц должно быть в десять раз меньше, чем по норме «Евро-3». К 2025 году планируется введение нового стандарта – «Евро-7».
Стремление к экологической чистоте, несомненно, положительно, однако сопряжено с определенными компромиссами. Основная сложность экологически чистых двигателей заключается в их сниженной мощности по сравнению с более загрязняющими аналогами. Тем не менее необходимо принимать эти недостатки, так как охрана окружающей среды должна являться основным приоритетом.
Неисправности системы выпуска автомобиля
Выхлопная система подвергается воздействию высокотемпературных агрессивных газов изнутри, а снаружи на нее влияют влага, соли и химические реагенты. К основным проблемам, с которыми сталкивается выхлопная система, относятся:
1. Прогорание металла
Компоненты системы выпуска отработанных газов автомобиля выполнены из материалов, устойчивых к высоким температурам, но со временем они теряют свои свойства. Наиболее подвержены износу детали, расположенные ближе всего к двигателю, где температура выхлопных газов наиболее высока. Это гофра приемной трубы, сама труба и резонатор. В итоге выхлопные газы проникают наружу, что приводит к появлению неприятного запаха и усилению шума двигателя. При незначительных повреждениях возможна сварка, но при серьезных дефектах требуется замена элементов.
2. Коррозия
Коррозия может затронуть не только материал корпуса выхлопной системы, но и сварные швы и точки соединения ее элементов. В некоторых случаях возможно устранение повреждений путем сварки, однако в большинстве ситуаций требуется замена.
3. Нарушение целостности прокладки выпускного коллектора
Металлические прокладки выпускного коллектора могут со временем выйти из строя. Когда прокладка повреждается, это приводит к потере герметичности системы. В итоге выхлопные газы начинают проникать внутрь автомобиля, вызывая острый и неприятный запах. В таких случаях прокладку необходимо заменить, предварительно демонтировав выпускной коллектор.
4. Засорение катализатора
Со временем фильтрующий элемент катализатора засоряется, особенно после пробега в 150 тысяч километров, и требуется его замена или удаление. Стоимость нового катализатора высока из-за наличия в его составе драгоценных металлов. При удалении катализатора обычно устанавливают пламегаситель и перепрограммируют блок управления двигателем для соответствия стандарту «Евро-2».
Кроме того, керамические элементы внутри катализатора могут разрушаться и крошиться, осколки попадают в двигатель и повреждают цилиндры и поршни. Один из признаков повреждения катализатора — характерное дребезжание во время работы двигателя.
5. Износ сажевого фильтра
Сажевый фильтр обладает способностью к регенерации, однако его функциональность со временем снижается. Регулярные короткие поездки могут ускорить износ фильтра (как и плохое топливо), так как в таких условиях полноценная регенерация становится невозможной.
Забитый фильтр снижает производительность автомобиля и может привести к появлению ошибок на приборной панели.
Для очистки фильтра применяют специальные топливные присадки или промывку химическими составами после его демонтажа. Если это не помогло, фильтр необходимо заменить или удалить, но удаление приведет к высокой дымности выхлопа и возникновению резкого запаха.
6. Неисправность кислородных датчиков
Возможен выход из строя внутренних компонентов датчика кислорода или повреждение проводки. Это увеличит потребление топлива и снизит динамику ускорения автомобиля. И если проводку датчика можно починить, то сам датчик при поломке подлежит замене.
7. Неполадки крепежных элементов
Компоненты системы выпуска автомобиля крепятся с помощью резинометаллических деталей, которые изнашиваются под воздействием вибраций, влажности, солей и химических реагентов, а также могут быть повреждены при столкновении с препятствиями. Признаки таких проблем – вибрации и необычные шумы, особенно при езде по неровным дорогам. Изношенные крепления следует заменить.
Часто задаваемые вопросы о системе выпуска автомобиля
В чем заключается воздействие турбины на выхлопную систему?
Турбированные двигатели обычно комплектуются более компактными глушителями по сравнению с автомобилями, оснащенными атмосферными двигателями, так как турбина эффективнее использует выхлопные газы, в результате чего только часть газов направляется в выхлопную систему.
Повышение мощности двигателя за счет модификации выхлопной системы
Выхлопная система не только удаляет продукты сгорания, но и способствует созданию необходимой тяги для оптимальной работы двигателя внутреннего сгорания. Для увеличения мощности двигателя можно применить выхлопную трубу с увеличенным диаметром, так как это улучшит удаление отработанных газов.
Самое слабое звено системы выпуска
Система выпуска автомобиля испытывает значительные нагрузки, что делает ее особенно подверженной повреждениям. В нашей стране качество топлива зачастую оставляет желать лучшего, и каталитический нейтрализатор является элементом, который чаще всего выходит из строя.
В заключение стоит отметить, что эффективность двигателя напрямую связана с состоянием выхлопной системы. Для предотвращения снижения мощности и производительности автомобиля необходимо обеспечивать надлежащее состояние системы выпуска, а также своевременно выполнять все необходимые сервисные и технические работы.