Выпускная система автомобиля

Что это за тип системы и для чего она нужна?

Система выпуска автомобиля объединяет несколько последовательно соединенных деталей и устройств, главным функциональным назначением которых является отвод выхлопных газов из камеры сгорания, поэтому по-другому ее еще называют выхлопной системой.

Что интересно, многие автолюбители недооценивают значимость выпускной системы, пренебрежительно именуют ее «глушителем», а ведь она помимо выполнения своей главной функции, решает ряд второстепенных, но не менее важных задач, среди которых стоит выделить очистку выхлопных газов и снижение уровня шума работы двигателя. Также с помощью выпускной системы той или иной конструкции можно добиться повышения мощности автомобильного мотора.

Принцип работы выпускной системы

После сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе образуется большое количество довольно вредных газов, которые под действием высокого давления попадают в коллектор выхлопной системы, занимающийся сбором потоков газовой смеси от каждого цилиндра в один.

Далее в автомобилях, оснащенных бензиновым мотором, уже единый поток газов отправляется в приемную трубу, а вот на машинах с дизельным двигателем отработанные газы сначала направляются в турбину, где приводят в действие ее крыльчатку, а уже потом устремляются далее по выпускной системе. Температура газовой смеси в приемной трубе может доходить до 1000 градусов Цельсия.

Далее на пути потока выхлопных газовых оказывается катализатор, в котором происходит догорание несгоревших частиц и преобразование ядовитых соединений в менее вредные. Катализатором оснащены все автомобили, соответствующие экологическим нормам Евро-2. После катализатора газы через среднюю трубу попадают в глушитель, проходят через резонатор, из которого и выходят в атмосферу.

Узловые компоненты системы выпуска:

  • Выпускной коллектор
  • Выпускной коллектор является первым компонентом выхлопной системы автомобиля, в который попадают отработавшие газы. Помимо их сбора данное устройство также оказывает серьезное влияние на работу двигателя, что основывается на волновом принципе распространения газовой смеси.

    Конструктивно различают два типа коллекторов: трубчатый и цельный.

    Последний практически не применяется на автомобилях, но широко используется при производстве тракторов из-за своей низкой себестоимости. Трубчатые же коллекторы также делятся на два вида: короткий и длинный. Короткий коллектор состоит из четырех труб, объединенных в одну, а длинный – из четырех труб последовательно объединенных попарно, а потом соединенных в одну. Установка того или иного вида зависит от того, какой режим езды предполагается на конкретной модели авто.

  • Сажевый фильтр
  • Это устройство (diesel particulate filter – DPF) применялось на многих дизельных автомобилях с начала 2000-х годов, а после недавнего принятия экологических норм Евро-5 его установка стала обязательной. Как становится ясно из названия приспособления, главной его задачей является снижение количества выбросов частиц сажи в атмосферу. Большинство современных фильтров способно удерживать до 95-98% от общего количества образующейся сажи.

    DPF представляет собой цилиндр из металла, внутри которого находится матрица из карбида кремния, имеющая ячеистую структуру. Ячейки состоят из каналов с малым сечением, концы которых попеременно закрываются то с одной, то с другой стороны, а боковые стенки имеют поры, выполняющие роль фильтра. Располагается сажевый фильтр в выхлопной системе сразу за катализатором, а в некоторых моделях авто он объединен с ним в одном корпусе.

    В ходе эксплуатации автомобиля происходит постепенное заполнение ячеек фильтра частицами сажи, что снижает его способность пропускать выхлопные газы, а это приводит к снижению мощности двигателя. Поэтому электронный блок управления двигателем, который постоянно отслеживает данный параметр сажевого фильтра, включает режим очистки (регенерации). Различают два вида регенерации: пассивную и активную. Пассивная осуществляется естественным путем при достижении температуры 600 градусов (большая часть сажи сгорает). Но при передвижении автомобиля, например, в пробке температура газов не достигает данной отметки и тогда электроника включает активный режим, т.е. повышает температуру выхлопа до 600 градусов. Достигается это за счет позднего впрыска топливной смеси, нагрева газов микроволнами или при помощи электронагревателя, расположенного непосредственного перед DPF.

  • Каталитический нейтрализатор
  • Как любят шутить автомобильные инженеры, каталитический нейтрализатор – это простейшее устройство, в котором происходят сложнейшие химические процессы. У этого обязательного компонента любой современной выхлопной системы есть и другое название – каталитический конвертер, в обиходе же больше распространено его сокращенное наименование – катализатор.

    Конструкция катализатора действительно довольно простая. В корпусе из нержавеющей стали находятся металлические или керамические «соты», имеющие микроскопические размеры. За счет этого площадь поверхности этих «сот» является довольно большой, и вся она покрыта химическим катализатором. Чаще всего в этой роли выступают сплавы на основе платины, палладия или родия. Применение драгоценных металлов при изготовлении катализаторов прямым образом сказывается на их стоимости. Располагается устройство сразу после приемной трубы либо же вовсе встроено в нее.

    Выхлопные газы, проходя через «соты» катализатора, нагревают его, и при достижении температуры 270 градусов начинается каталитическая реакция, в результате которой ядовитая окись углерода (CO) превращается в менее вредный углекислый газ (CO2), соединения углерода и водорода (CH) распадаются на воду (H20) и всю ту же двуокись углерода (CO2), а азотистые окислы (NO и NO2) превращаются в совершенно безвредные для атмосферы и человека воду (H20) и азот (N2).

    На современных автомобилях каталитический нейтрализатор не только эффективно очищают выхлопные газы, но и практически не влияют на работу двигателя. Конечно, наблюдается небольшой рост обратного давления газов при прохождении через конвертер, но потеря в мощности при этом не превышает 2-3 л.с., что является довольно низкой платой за чистоту воздуха, особенно в нынешних реалиях.

  • Кислородный датчик
  • Кислородный датчик, устройство контроля концентрации кислорода, датчик «дожига» или лямбда-зонд – все это разные названия одного и того же компонента выхлопной системы, который отвечает за измерение количества кислорода в отработавших газах. Находится датчик кислорода в выпускном коллекторе автомобиля, замеряя концентрацию кислорода в выхлопе, он позволяет блоку управления впрыском (ЭБУ) обеспечивать постоянное соотношение количества воздуха и топлива в рабочей смеси на всех режимах работы двигателя автомобиля. Это необходимо не только для сохранения оптимального расхода топлива, но и для уменьшения вредности выхлопных газов.

    Наиболее точными показаниями датчика «дожига» являются полученные при температуре 300-400 градусов. На некоторых автомобилях премиум-класса на выходе катализатора устанавливается дополнительный лямбда-зонд, что позволяет еще сильнее повысить эффективность работы ЭБУ и снизить расход топлива при одновременной минимизации выбросов вредных газов.

  • Датчик оксидов азота
  • Помимо кислородного датчика в выхлопной системе используется датчик концентрации оксидов азота. Располагается он обычно на выходе из каталитического нейтрализатора и нужен для того, чтобы вовремя производить цикл регенерации каталитического конвертера, чтобы вредные соединения кислорода с азотом не попадали в окружающую атмосферу. Состоит датчик азота из двух камер, двух ячеек насосной накачки, подогревателя и нескольких электродов, а принцип его работы схож с принципом действия широкополосного кислородного датчика.

    После определения коэффициента избытка воздуха в первой камере, выхлопные газы, которые прошли процедуру избавления от кислорода, перемещаются во вторую камеру. В этой камере при помощи специального электрода осуществляется процесс распада молекул оксидов азота на кислород (O2) и азот (N2). Под воздействием электрического напряжения величиной в 450 мВ кислородные ионы двигаются от внутреннего электрода в направлении наружного. Ток накачки, таким образом, является мерой концентрации кислорода во второй камере, а его величина показывает уровень концентрации азотных окислов в отработавшей газовой смеси.

  • Глушитель
  • Современные глушитель представляет собой довольно сложное устройство. Основной его задачей является снижение уровня шума от работы двигателя, а также снижение количества вредных выбросов. Внутри металлического корпуса глушителя находится множество тонких трубок, расположенных в двух камерах. Попадая в основную камеру через центральную трубу выпускного тракта, звуковые волны ударяются в заднюю стенку глушителя и, отражаясь от нее, через отверстие в средней части устройства, попадают во вторую камеру – резонатор. Именно эта часть глушителя, которая содержит некоторый объем воздуха, ответственна за снижение уровня шума, она имеет такую конструкцию, что звуковые волны низкого и высокого давления, соударяясь, гасят друг друга. Конструкция глушителя индивидуальна для каждой модели авто и зависит от многих параметров (мощности авто, объема двигателя).

  • Система рециркуляции отработавших газов
  • Система рециркуляции отработавших газов (exhaust gas recirculation — EGR) стала применяться на автомобилях еще в далеком 1972 году. Первые такие автомобили стала выпускать американская фирма Chrysler. Функция данной системы заключается в снижении концентрации все той же ядовитой окиси азота в выхлопных газах. Причиной образования этого вредного химического соединения является высокая температура в камере сгорания, для снижения пиковых значений которой и предназначена EGR.

    Некоторое количество выхлопных газов через впускной коллектор направляется в камеру сгорания, смешиваясь с топливом и воздухом. Это позволяет снизить концентрацию кислорода в ней и уменьшить температуру горения, что при незначительном снижении мощности двигателя (1-3 л.с.) позволяет существенно уменьшить образование окиси азота.

    Состоит EGR из вакуумной камеры, вакуумного шланга, диафрагмы и клапана между входом от выпускного коллектора и выходом во впускной. В нейтральном состоянии клапан закрыт, при появлении же в камере вакуумного разряжения диафрагма начинает двигаться вверх, преодолевает усилие пружины и открывает тем самым клапан. Когда разряжение уменьшается, под воздействием пружины клапан возвращается на место. Степень же разряжения напрямую зависит от степени открытия дроссельной заслонки, то есть, чем сильнее и продолжительнее нажатие на педаль газа, тем больше степень и время открытия клапана EGR.

  • Система избирательной каталитической нейтрализации
  • Система избирательной каталитической нейтрализации (selective catalytic reduction – SCR), а в русскоязычной среде иногда встречается и другое наименование – система селективного каталитического восстановления. Первыми автомобилями, на которых серийно начали устанавливать SCR, стали немецкие грузовики MAN, и произошло это уже довольно давно – в 1999 году, массово же система стала применяться с 2004 года. Как понятно из самого названия, SCR занимается избирательной нейтрализацией выхлопа, а именно окиси азота. Поэтому на современных авто используется либо SCR, либо EGR.

    Основана работа системы на впрыске дозированного количества специального реагента в поток выхлопных газов в присутствии катализатора. В качестве реагента используется аммиачный раствор (32,5% раствор мочевины), а в качестве катализатора – пентаоксид ванадия (металл, из которого изготавливаются, например, гаечные ключи). Конструкция SCR довольно сложная, среди же ее ключевых компонентов следует выделить механический смеситель, насос, бачок-резервуар с раствором аммиака, множество патрубков, системы подогрева и электронного управления, а также катализатор.

    Цифра в 32,5% не случайна, ведь именно при такой концентрации мочевины температура замерзания аммиачного раствора достигает своего наивысшего значения. Раствор мочевины, имеющий торговое наименование AdBlue, смешиваясь с выхлопными газами, превращается сначала в аммиак, а потом в азот и водяной пар. SCR в автоматическом режиме определяет необходимое количество раствора AdBlue, которое необходимо в данный момент времени работы двигателя, и впрыскивает его в выпускной тракт автомобиля.

  • Система вентиляции картера
  • В процессе работы двигателя выхлопные газы могут попадать в его картер. Это неблагоприятным образом сказывается на свойствах моторного масла и может привести к повреждению и даже разрушению металлических деталей мотора, а также попаданию вредных выбросов в салон авто и атмосферу. Для предотвращения таких неприятностей используется принудительная система вентиляции картера, которая на большинстве автомашин состоит из центробежного маслоотделителя, охладителя нагнетаемой воздушной смеси, клапана вентиляции картера, турбонагнетателя и воздушных патрубков. Как и в случае с SCR , работа системы вентиляции картера основана на использовании эффекта разряжения, возникающего во впускном коллекторе. При появлении разряжения происходит открытие клапана и отток газов из картера. Далее маслоотделитель производит их очистку от остатков моторного масла, после чего выхлопные газы через патрубки попадают во впускной коллектор, а из него, смешавшись с воздухом, – в камеру сгорания, где и происходит их частичное или полное догорание.

  • Система улавливания паров бензина
  • Большинству автолюбителей известна способность бензина к быстрому испарению, особенно на открытом воздухе и при высокой температуре окружающей среды. Также легко переходить из жидкого агрегатного состояния в газообразное бензин способен и при нагревании топливного бака, а также при низком атмосферном давлении, уже находясь в топливной системе автомобиля. Поэтому для предотвращения попадания бензиновых испарений в атмосферу на автомобилях в наши дни применяется система улавливания паров (evaporative emission control – EVP).

    Составными компонентами EVP являются соединительные патрубки, адсорбер и электромагнитный клапан для его продувания. Адсорбер состоит из микроскопических гранул активированного угля, который, как известно, обладает прекрасными впитывающими свойствами, он занимается улавливанием, поглощением и временным хранением бензиновых паров. Адсорбер одновременно соединен с топливным баком, внешней атмосферой (через специальный клапан или воздушный фильтр) и впускным коллектором.

    Освобождение адсорбера от бензина осуществляется при помощи клапана продувания, который находится в трубке, соединяющей между собой адсорбер и впускной коллектор. Управление клапаном, как и большинством вышеперечисленных устройств и компонентов выхлопной системы, производится электронной системой управления двигателем. Когда автомобиль не движется, а двигатель заведен, в бензобаке создается избыточное давление, за счет которого пары бензина попадают в адсорбер, после чего ЭБУ подает сигнал к открытию продувающего клапана, сквозь него топливные пары устремляются во впускной коллектор, где смешиваются с воздухом и отправляются непосредственно в камеру сгорания. Длительность открытия клапана зависит от концентрации паров бензина в адсорбере и режима работы двигателя.

Настройка выпускной системы в автомобиле

Необходимо сказать, что штатная система выпуска на современных (и не очень) автомобилях не нуждается в дополнительной настройке. Однако с целью увеличения мощности двигателя без вмешательства в его конструкцию некоторые автолюбители все же прибегают к настройке выхлопной системы автомобиля. Одним из примеров такой настройки является удаление катализатора, а также сажевого фильтра (на дизельных авто). Но такие действия вызовут увеличение концентрации вредных выбросов в выхлопных газах, что может повлечь за собой невозможность прохождения техосмотра на таком автомобиле. Поэтому заниматься таким «тюнингом» все же не стоит.

Тем более что повысить мощность двигателя можно и другими, более экологичными способами. Например, поменять штатный выпускной коллектор на так называемый «паук». Имеющий конструкцию 4-2-1 и обладающий большей протяженностью рабочей поверхности, он обеспечивает добавочную мощность на довольно широких диапазонах оборотов коленвала. Однако это повлечет за собой и рост расхода топлива. Подводя итог вышесказанному, стоит заметить, что настройка выпускной системы автомобиля – дело довольно сложное, к тому же оно требует наличия специального оборудования – динамометрического стенда, поэтому лучше доверить его специалистам из хорошей автомастерской.

Диагностика и устранение неисправностей в системе выпуска

Современная система выпуска имеет очень сложное устройство, что вкупе с тяжелыми условиями эксплуатации становится причиной различных поломок. О некоторых способах их диагностики и пойдет речь далее.

Чаще всего выходит из строя последний компонент выпускного тракта – глушитель. Если при включенном двигателе доносятся посторонние шумы из-под днища автомобиля, рев, скрежет, грохот, появляется сизый дым, то это может быть вызвано следующими неполадками:

  • прогоранием или сквозной коррозией корпуса глушителя;
  • нарушением герметичности соединения глушителя и средней части выпускного тракта;
  • разрушением деталей крепления глушителя к днищу машины.

В первом случае потребуется ремонт глушителя при помощи сварки, а если деталь совсем ветхая, то придется заменить ее на новую. Причиной нарушения герметичности соединения может быть как механическое повреждение (удар о кочку, попадание крупного камня), так и слабое затягивание элементов крепления при проведении ремонтных работ или же заводской брак, если автомобиль совсем новый. Устранить данную неисправность очень просто, необходимо просто хорошо затянуть все болты и гайки при помощи подходящего инструмента или обратиться в гарантийную мастерскую. При разрушении деталей подвески глушителя (обычно это выражается в сильной коррозии хомутов) необходима их замена на новые. Также возможно потребуется проведение небольших по объему сварочных работ.

Однако неисправности глушителя не являются такими серьезными, какими выступают нарушения в работе более дорогостоящих элементов выхлопной системы, например, каталитического нейтрализатора. Производители большинства автомобилей гарантируют его стабильную работу на протяжении 150 000 км, однако в условиях постсоветского пространства его поломка может произойти гораздо раньше. Сообщит об этом система самодиагностики этого устройства, а среди косвенных признаков стоит отметить заметное падение мощности двигателя и появление запаха тухлых яиц в салоне авто. К сожалению, поломанный катализатор не подлежит ремонту и его придется заменить.

Наряду с глушителем еще одним уязвимым компонентом системы выпуска является кислородный датчик. Сигналом его поломки выступает нестабильность работы двигателя на низких оборотах, плохая динамика и резкое увеличение расхода топлива. Бортовой компьютер при исправной работе системы самодиагностики лямбда-зонда также проинформирует об этом. Основной причиной неисправности этого устройства, как и каталитического нейтрализатора, является низкое качество топлива (наличие металлических примесей, неправильное октановое число). Также не способствуют долгому сроку службы некорректная работа системы зажигания и неисправность маслоуловителя. Поэтому перед установкой нового датчика кислорода желательно выяснить точную причину выхода из строя предыдущего устройства, чтобы в дальнейшем избежать дополнительных финансовых расходов и временных трат.

Ремонт выпускной системы автомобиля и приблизительные цены на них в России и СНГ

Ниже приведена стоимость некоторых работ по ремонту выпускной системы в автосервисах СНГ и России в перерасчете на российские рубли:

  • диагностика работы выхлопной системы – от 100 рублей;
  • замена лямбда-зонда — от 500 рублей;
  • установка резонатора – от 600 рублей;
  • замена глушителя – от 600 рублей;
  • замена приемной трубы – от 600 рублей;
  • замена прокладки приемной трубы – от 500 рублей;
  • удаление катализатора – от 1 500 рублей;
  • замена средней части выпускного тракта – от 700 рублей;
  • замена катализатора – от 1 400 рублей;
  • врезка участка выпускного тракта – от 750 рублей;
  • ремонт шпильки выхлопной трубы – от 600 рублей;
  • замена подвеса крепления – от 100 рублей;
  • замена хомута – от 200 рублей;
  • установка гофры – от 1 900 рублей;
  • замена датчика оксидов азота – от 600 рублей;
  • ремонт выпускного коллектора – от 1 800 рублей;
  • замена коллектора – от 800 рублей;
  • замена прокладки между ГБЦ и коллектором – от 500 рублей;
  • восстановление плоскости коллектора – от 1 200 рублей;
  • монтаж защиты и теплоизоляции выпускного коллектора – от 1 000 рублей.

Приблизительные цены указаны без учета стоимости заменяемых компонентов и сопутствующих накладных расходов.

2 thoughts on “Выпускная система автомобиля

  1. Спасибо за чёткое и внятное описание работы и причин выхода из строя выпускной системы автомобиля

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *