Расчет выхлопной системы 4 цилиндрового двигателя; АвтоТоп

Глушители Тихий «выдох» сотни лошадей

Двигатели внутреннего сгорания, как известно, работают не совсем тихо, а иногда и слишком громко. Решить эту проблему пытаются на протяжении всей истории автомобилестроения. Снизить громкость «рычания» мотора удается с помощью глушителя.

Двигатели внутреннего сгорания, как известно, работают не совсем тихо, а иногда и слишком громко. Решить эту проблему пытаются на протяжении всей истории автомобилестроения. Снизить громкость «рычания» мотора удается с помощью глушителя.

Глушитель предназначен для снижения уровня колебаний воздуха – акустических волн, возникающих в результате сгорания топливо-воздушной смеси в цилиндрах мотора. От этого узла также зависит ряд других характеристик – мощность двигателя, токсичность отработавших газов, ресурс.

Как правило, за снижение шума в каждом автомобиле отвечает основной глушитель и один или несколько дополнительных меньшего размера. Кроме того, в большинстве современных машин эту функцию частично выполняет и каталитический нейтрализатор отработавших газов.

Теория тишины

Глушение звука выхлопа происходит следующим образом. Звуковые колебания разной амплитуды и частоты посредством тех или иных конструктивных приемов «разбиваются» о стенки нескольких камер и сглаживаются в множестве отверстий определенной формы. При этом энергия волн превращается в тепло. Естественно, что колебания каждого диапазона (низко-, средне-, высокочастотные) при разных оборотах двигателя требуют строго «индивидуального» подхода.

На мощность и акустические показатели напрямую влияют геометрия и размеры выхлопной системы, количество и диаметр калиброванных отверстий в глушителе, число камер в нем, длина и поперечное сечение выпускных и соединительных труб. При этом возникает некое противоречие. Чем больше в выпускной системе всех этих элементов, тем эффективнее гасятся акустические волны. Но любые элементы создают дополнительное сопротивление потоку отработавших газов. Из-за этого ухудшается продувка цилиндров, и часть газов остается внутри них, что приводит к снижению наполняемости камеры сгорания свежим зарядом. А это, в свою очередь, способствует снижению мощности двигателя. Исходя из этого определили, что оптимальный общий объем глушителей легкового автомобиля должен быть в 3 – 8 раз больше его двигателя.

Параметры элементов системы глушения, помимо прочего, зависят от частоты вращения коленвала двигателя, поэтому расчет глушителя для конкретного автомобиля производится на основе усредненных режимов работы мотора. При проектировании также принимают во внимание «спектральный» анализ звука, поскольку его составляющие по-разному влияют на организм человека. Так, при одинаковом общем уровне шума в салоне водитель больше устает в том автомобиле, где выхлопная система «басит» на низких частотах (50 – 300 Гц).

Все средства хороши

Снижение уровня шума базируется на двух физических явлениях: резонансе и звукопоглощении. На них и построен принцип действия основных типов глушителей – ограничительных, зеркальных, резонаторных и поглотительных.

Простейший из них работает по принципу ограничения. Суть его – «задавить» поток пульсирующего газа ограниченным проходным отверстием и погасить колебания в расположенной за ним камере. Уменьшение диаметра данного отверстия повышает эффективность устройства, но заметно снижает мощность двигателя.

Чаще встречаются «зеркальные» глушители, работающие по принципу так называемых акустических зеркал. Отражаясь от стенок камеры, звуковые волны расходуют свою энергию на нагрев поверхности и в «организованных» зеркальных «лабиринтах» вследствие интерференции. Данный способ гашения звука эффективнее, более того, сопротивление выхлопным газам у таких конструкций намного меньше, следовательно, потери мощности ниже. По такому принципу устроены глушители популярных отечественных машин.

В качестве вспомогательного глушителя (обычно он стоит первым) используют так называемые резонаторы. В конструкцию узлов резонаторного типа входят от одной до четырех замкнутых камер, которые сообщаются между собой трубопроводами с проделанными в них отверстиями. Последние составляют с камерами резонансные пары с собственной частотой, которая не совпадает с колебаниями выхлопа. Это и обеспечивает сглаживание акустических колебаний, т. е. снижение шума. В многокамерных резонаторах шум гасится также за счет отклонения потока газов и того, что у труб и камер сечения разные (особенно в диапазоне низких частот). Для снижения шума в области собственных колебаний применяются резонаторные каналы сквозного типа – без разрыва потока газов.

Читайте также:  Как выбрать лучшие материалы для шумоизоляции автомобиля на 2020 год

Принцип работы поглотительных систем основан на поглощении акустических волн определенным звукоизолирующим материалом. Такой глушитель представляет собой заполненную шумопоглощающим материалом камеру, через которую проходит перфорированная труба. Сквозь ее отверстия газы попадают в массу базальтовой ваты и расходуют свою энергию на взаимное трение волокон этого материала, преобразуясь все в то же тепло. Конструкция простая, работает во всем диапазоне частот, однако в целом эффективность ее невысока.

На данном этапе развития выхлопных систем для снижения веса и повышения эффективности шумоподавления производители объединяют несколько типов конструкций глушителей в одном корпусе.

Материалы – не последнее дело

Условия, в которых работает глушитель, можно назвать адскими: высокие давление и температура, химически агрессивные газ с одной стороны и снежно-соляная ванна – с другой. А еще добавьте сюда вибрации и риск механических повреждений о неровности дороги. Чтобы все это выдержать, данный узел должен быть выполнен из качественных материалов с использованием специальных технологий.

Сегодня с точки зрения конструкционных материалов глушитель выглядит так. Завальцованный (редко – сварной) корпус сложной пространственной формы сделан из стали. Внутренние перегородки и резонаторные трубки – из того же материала, тщательно проваренные. Чтобы максимально сохранить структуру металла, производители стараются применять контактную электросварку с электродами в виде роликов-вальцов.

Во многих современных основных глушителях последняя камера заполнена жаростойким шумопоглотителем из волокон на основе базальта или силиката. Для увеличения ресурса глушителей их иногда делают из оцинкованной или нержавеющей стали. Но если учитывать стоимость этих материалов, то цена такой долговечности иногда бывает неоправданно высокой, что приводит к удорожанию машины.

Место под днищем

Работа глушителей будет эффективнее, если они правильно размещены в автомобиле. Стремясь избежать возбуждения резонансных колебаний кузова и воздействия на него высоких температур, систему выхлопа стараются максимально, но в допустимых пределах, удалить от днища. Поскольку в современных легковушках с малым клиренсом выполнить это условие бывает нелегко, в некоторых случаях стенки глушителей делают двойными, заполняя зазор асбестом или более безвредным материалом, по характеристикам близким к асбесту. Таким образом обеспечиваются необходимая теплоизоляция и гашение вибраций корпуса.

По той же причине «тесноты» в зоне днища корпусы глушителя все чаще делают в виде сплюснутых и растянутых емкостей неправильной формы. Конструкторы научились придавать хорошие шумоподавляющие качества и таким сложным для расчета корпусам. Кстати, их аэродинамическое сопротивление ниже, чем у «бочкообразных» конструкций.

Любой из систем глушения необходима также правильная подвеска, которая защитит кузов от колебаний и в то же время не допустит нарушения герметичности соединительных трубопроводов. По этой причине в некоторых случаях в трубопроводах используют гибкие элементы – довольно дорогостоящие узлы, позволяющие подвешенной к кузову на резиновых креплениях выхлопной системе «плавать» и колебаться независимо от двигателя.

Выхлопные системы современных автомобилей продолжают совершенствоваться. Уже сегодня очевидно, что кроме обеспечения комфорта, они все в большей мере будут отвечать за чистоту выхлопа. Но это тема отдельного разговора.

Игорь Широкун
Фото фирм-производителей

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как работает система выпуска отработавших газов

При работе двигателя автомобиля образуются продукты сгорания, которые отличаются высокой температурой и токсичностью. Для их охлаждения и отвода из цилиндров, а также для снижения уровня загрязнения окружающей среды в конструкции предусмотрена система выпуска отработавших газов. Другая функция данной системы – уменьшение шума, возникающего при работе двигателя. Выпускная (выхлопная) система состоит из последовательной цепи элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Конструкция системы выпуска

Основной задачей системы выпуска является эффективный отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, снижение их токсичности и уровня шума. Зная, из чего состоит выхлопная система в автомобиле, вы сможете лучше понимать принципы ее работы и причины возможных неполадок. Устройство стандартной выхлопной системы зависит от вида используемого топлива, а также от применяемых экологических стандартов. Выхлопная система может состоять из следующих элементов:

  • Выпускной коллектор – выполняет функцию отвода газов и охлаждения (продувки) цилиндров двигателя. Он выполняется из термостойких материалов, поскольку температура выхлопных газов в среднем варьируется от 700°С до 1000°С.
  • Приемная труба – представляет собой трубу сложной формы с фланцами для крепления к коллектору или турбонагнетателю.
  • Каталитический нейтрализатор (устанавливается в бензиновых двигателях экологического стандарта Евро-2 и выше) – устраняет из отработавших газов наиболее вредные компоненты CH, NOx, СО, преобразуя их в водяной пар, углекислый газ и азот.
  • Пламегаситель – устанавливается в системах выпуска отработавших газов автомобилей вместо катализатора или сажевого фильтра (в качестве бюджетной замены). Он предназначен для снижения энергии и температуры потока газов, выходящих из выпускного коллектора. В отличие от катализатора, не снижает количество токсичных компонентов в отработавших газах, а лишь снижает нагрузку на глушители.
  • Лямбда-зонд – служит для контроля уровня кислорода в составе отработавших газов. В системе может быть один или два кислородных датчика. На современных двигателях (рядных) с катализатором устанавливается 2 датчика.
  • Сажевый фильтр (обязательная часть системы выхлопа дизельного двигателя) – удаляет сажу из выхлопных газов. Может совмещать в себе функции катализатора.
  • Резонатор (предварительный глушитель) и основной глушитель – снижают уровень шума выхлопных газов.
  • Трубопроводы – соединяют отдельные элементы выхлопной автомобильной системы в единую систему.
Читайте также:  Как ездить в пробке на механике, на автомате (АКПП), вариаторе

Принцип работы системы выхлопа

В классическом варианте для бензиновых двигателей выхлопная система автомобиля работает следующим образом:

  • Выпускные клапана двигателя открываются, и отработавшие газы с остатками не сгоревшего топлива выбрасываются из цилиндров.
  • Газы из каждого цилиндра попадают в выпускной коллектор, где объединяются в один поток.
  • По приемной трубе отработавшие газы из выпускного коллектора проходят через первый лямбда-зонд (кислородный датчик), который фиксирует количество кислорода в составе выхлопа. На основе этих данных электронный блок управления корректирует топливоподачу и состав топливовоздушной смеси.
  • Далее газы попадают в катализатор, где вступают в химическую реакцию с металлами-окислителями (платиной, палладием) и металлом-восстановителем (родий). Рабочая температура газов при этом не должна быть ниже 300°С.
  • На выходе из катализатора газы проходят второй лямбда-зонд, с помощью которого происходит оценка исправности работы каталитического нейтрализатора.
  • Далее очищенные отработавшие газы попадают в резонатор, а затем в глушитель, где потоки выхлопа преобразуются (сужаются, расширяются, перенаправляются, поглощаются), что снижает уровень шума.
  • Из основного глушителя отработавшие газы уже попадают в атмосферу.

Система выхлопа дизельного двигателя имеет некоторые особенности:

  • Выходя из цилиндров, отработавшие газы попадают в выпускной коллектор. Температура выхлопных газов дизельного двигателя варьируется в диапазоне 500-700 °С.
  • Далее они попадают в турбокомпрессор, осуществляющий наддув.
  • После этого выхлоп проходит через кислородный датчик и попадает в сажевый фильтр, в котором удаляются вредные компоненты.
  • В завершении выхлоп проходит через автомобильный глушитель и выходит в атмосферу.

Эволюция системы выхлопа неразрывно связана с ужесточением экологических стандартов эксплуатации автомобиля. Так например, начиная с категории Евро-3, установка катализатора и сажевого фильтра для бензиновых и дизельных моторов обязательна, а их замена на пламегаситель считается нарушением закона.

Система выхлопа автомобиля

Выхлопная система автомобиля также требует особого внимания. Казалось бы, что эта часть не так важна в работе двигателя, но не тут то было. От качества функционирования системы выхлопа авто зависит и мощность ДВС, и расход топлива, и выбросы вредных веществ в атмосферу.

Принцип работы выхлопной системы автомобиля

Своевременному и качественному выводу выхлопных газов отводится большая роль. Потому что, если вовремя отработанные газы не будут удаляться, то они будут оставаться в камерах сгорания цилиндров и заполнять некоторый объем, а значит, это приведет к потере мощности двигателя и нестабильной работе.

Читайте также:  Неисправность холодильника Норд - основные поломки и их устранение

Выхлопная система состоит из нескольких секций, соединенных между собой крепежными болтами.

Назначение всех секций:

  • выведение из камер сгорания цилиндров мотора все выхлопные газы;
  • уменьшение шума работы силового агрегата (двигателя) во время работы;
  • уменьшение уровня токсичности в отработанных газах;
  • недопущение попадания в салон машины выхлопных газов.

Простая конструкция выхлопной системы выводит газы по трубам. Все наверное знают, что если глушитель или труба глушителя продырявится, то шум работы двигателя увеличивается в несколько раз.

Уровень токсичности понижается за счет установки в выхлопную систему катализаторов. За работой катализатора следит датчик лябда-зонд. В дизельных агрегатах используется сажевый фильтр для уменьшения выбросов вредных веществ.

Некоторые снимают этот датчик сами и устанавливают обманку лябда зонд.

Как в бензиновых, так в современных дизельных ДВС используется турбонагнетатель, который загоняет смесь из кислорода и отработанных газов, которые он всасывает из выпускного коллектора. На корпусе выпускного коллектора таких машин устанавливается датчик, которые регулирует подачу в турбину выхлопных газов.

Конструкция выхлопной системы автомобиля

В строение системы выхлопа современных машин входят около 5 элементов, каждый из который выполняет свою функцию. В схему выхлопной системы входит:

  1. Выпускной коллектор.
  2. Приемная труба выхлопных газов, она же «штаны».
  3. Каталитический нейтрализатор или катализатор.
  4. Пламягаситель или резонатор.
  5. Глушитель.

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор служит для приемки отработанных газов из камер сгораний цилиндров. Материал: чугун или нержавеющая сталь, или керамика.

Приемная труба

Приемная труба, которую обычно называют штанами служат для объединения выхлопных газов, поступивших из разных цилиндров в один общий коллектор. Дальше смесь выхлопных газов проходит через катализатор. На этом участки часто устанавливают гофру, чтобы гасить вибрации, которая передается на конструкцию выхлопной системы двигателем через жесткое соединение.

Катализатор или каталитический нетрализатор

Катализатор напоминает пчелиные соты из керамики. Сверху катализатор покрыт сплавом иридия и платины. Такие вещества позволяют вступать в химическую реакцию с веществами, содержащимися в выхлопных газах. Здесь происходит разделение на кислород и оксид азота. Отделенный чистый кислород помогает сжигать остатки топливно-воздушной смеси, в результате этого к глушителю подается азото-диоксидоуглеродная смесь. Датчик лябда зонд передает данные работы катализатора на блок управления (ЭБУ). Похожий датчик устанавливается на выпускной коллектор, чтобы анализировать показатели токсичности газов, которые поступили в катализатор.

Резонар или пламегаситель

Это устройство служит для уменьшения температуры отработанных газов. Понижение температуры происходит за счет ячеистой конструкции.

Глушитель

Конечной секцией вывода выхлопных газов является глушитель. В его корпусе находится перфорированная труба (то есть труба с отверстиями), задача которой уменьшить шум.Все секции соединяются между собой болтами через фланцы. Соединения частей должны быть герметичными, поэтому устанавливаются термостойкие уплотнители.

Виды неисправностей и ремонт выхлопной системы автомобиля

Многие автолюбители усовершенствуют выхлопную систему. Этим занимается, в основном, молодежь, которые любят тюнинговать свои тачки. Одним из вариантов такого тюнинга — это удаление резонатора и установка прямоточного выхлопа.Основная неисправность выхлопной системы — это негерметичные соединения, из-за которых, например, отработанные газы попадают в салон при открытии дверей. Устраняется покупкой и установкой ремкомплекта для соединения деталей выхлопной системы.Также из-за высокой температуры и агрессивной среды металл быстро ржавеет. Труба приходит в негодность. Если труба продырявится, то сразу это будет понятно по высокому уровню шума. Шум будет, как у картинга.

Запрещается эксплуатировать автомобиль без выхлопной системы. Это и опасно, и разрушит двигатель.

Видео

Как заменить выхлопную систему своими руками на автомобиле ВАЗ.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector