Глушитель является одним из важнейших элементов выпускной системы. Эксплуатация современного автомобиля без глушителя просто невозможна. Функции автомобильного глушителя:
1. уменьшение шума отработавших газов;
2. преобразование самих отработавших газов, то есть уменьшение их скорости, температуры (t), пульсации.
Стоит помнить о давлении отработавших газов, оно очень высокое. При движении газов, которые уже отработали по выпускной системе могут создаваться определенный звук, который способен распространяться активнее газов. Автомобильный глушитель уменьшает звуковые колебания, преобразуя их в тепловую энергию. К тому же с использованием глушителя в выпускной системе образуется определенное противодавление, которое в итоге приводит к определенному снижению мощности двигателя.
Расширение (сужение) потока, что позволяет уменьшать звуковые колебания;
Изменение направления потока. Угол поворота потока воздуха находится в районе 80-350°, что гасит средние и значительные звуки.
Изменение звуковых волн, которое в зависимости от характера их накладывания, может приводить к изменению состояний - увеличению (конструктивная интерференция) или уменьшению (деструктивная интерференция) амплитуды колебаний. В глушителе применяются 2 вида изменений. Технология работает с помощью специальных перфорационных отверстий в самих трубах глушителя на иномарку или автомобиля ваз. Изменяя размер отверстий и объем (V) окружающей трубу камеры можно получить уменьшение звуков в значительном диапазоне частот.
Поглощение звуковых волн. Данный способ подойдет при уменьшении высокочастотных звуковых колебаний.
Часто используют два вида изменений звука.
В выпускаемых автомобилях применяют от 1 до 5 глушителей, но чаще всего – два. Близкий к мотору глушитель называется предварительным (или передним) глушителем или резонатором. Затем идет задний (главный) глушитель. Как правило, для каждой конкретной модели машины и марки двигателя применяют определенные глушители.
Резонатор служит для предварительного уменьшения звуковых колебаний и потока отработавших газов. Резонатор - это перфорированная труба в металлическом корпусе. Для того, чтобы эффективно уменьшить колебания в трубе применяют дроссельное отверстие.
Основной глушитель значительно «гасит» шум. Он имеет более усложненное строение. В металлическом корпусе расположено небольшое количество перфорированных трубок. Корпус поделен перегородками на несколько камер. Некоторые из этих камер могут заполняться специальным звукопоглощающим материалом. В основном глушителе поток газов, которые уже много раз изменяли свое направленность – лабиринтный глушитель.
Водители, которые хотят усовершенствовать, тюнинговать выпускную систему больше всего обращают внимание на глушитель. При тюнинговых работах выпускной системы устанавливается т.н. прямоточный глушитель (одна прямоточная труба на все камеры без изменения направления потока). Такой глушитель обладает уменьшенным противодавлением, но значительной прибавки в мощности двигателя он не дает. Основной плюс прямоточного глушителя «благородное» или «спортивное» звучание вашей машины (кому, что больше "по душе").
Строение прямоточного глушителя соединяет корпус из нержавеющей стали, в котором расположена специальная перфорированная труба, которая обернута стальной сеткой и особым звукопоглощающим материалом. Стальная сетка защищает звукопоглощающий материал от выдува. В качестве звукопоглощающего материала используется простое стекловолокно. В прямоточном глушителе звуковые волны без проблем проходят через отверстия трубы, металлическую сетку и поглощаются стекловолокном (преобразуются в простую тепловую энергию).
При работе любого двигателя происходит сгорание топлива и выделение газов, являющихся продуктами его сгорания. Для отвода выхлопных газов от двигателя за пределы кузова автомобиля используют систему труб и специальных емкостей, которые в целом и составляют глушитель.
Глушитель, это слишком общее название для системы отвода выхлопных газов. Система состоит из следующих элементов:
Выпускной коллектор
Приемная труба
Катализатор дожига выхлопных газов
Резонатор
Глушитель
Каждому из этих элементов отводится своя роль и в целом они выполняют работу по нейтрализации вредных выбросов и гашения шума отработавших газов.
Всем видимо не раз приходилось на практике сталкиваться с ситуацией, когда прогорает какой – либо из элементов системы выпуска. Это невозможно не услышать, так как резко меняется тихий звук работы мотора на неприятное «рычание».
Чем больше прогорает глушитель, тем громче звук выхлопа. Если же вообще убрать глушитель, то звук вашего мотора способен разбудить всех жителей окрестных домов. Это связано с тем, что сгоревшие газы под большим давлением вырываются наружу и создают звуковые колебания воздуха в несколько сотен децибел.
Задача глушителя помимо снижения звука выхлопа,еще и не создать значительного сопротивления выходу выхлопных газов,иначе это отразится на продувке и наполнении цилиндров, а стало быть неполному сгоранию и потере мощности.
Каким же образом звуковые волны гасятся в глушителе?
Слышимый нами шум, это акустические волны, несущие в себе энергию. Задача глушителя заключается в том, чтобы энергию колебаний воздуха перевести в тепловую энергию.
Для того, чтобы провести это преобразование энергии существует несколько типов устройства глушителей автомобиля
, которые можно поделить на четыре группы: ограничители, резонаторы, отражатели и поглотители.
Ограничители
Один из простейших преобразователей энергии колебаний. В корпусе глушителя входящая труба заметно сужается, создавая акустическое сопротивление, а сразу за сужением большой объем емкости корпуса глушителя. Продавливаясь через сопротивление на сужении трубы, звуковые колебания на выходе сглаживаются объемом. Энергия начинает рассеиваться в в дросселе, нагревая газ. Получается, что чем меньше отверстие (дроссель) тем больше сопротивление, а стало быть более эффективное сглаживание. Однако это создает серьезное сопротивление потоку и как глушитель, это неподходящий вариант. Хотя как предварительный глушитель – весьма распространенная конструкция.
Резонаторы
В глушителях резонаторного типа применяют замкнутые пространства, расположенные рядом с трубой и соединенные с ней несколькими рядами отверстий. Зачастую в одном корпусе выполняется два разных по объему отделения, разделяемых глухой переборкой.
Получается, что каждое из отверстий в глухой полости представляет собой резонатор, который возбуждает колебания собственной частоты. Резонансная частота резко гасится благодаря изменению условий ее распространения вследствие трения частиц выхлопного газа в отверстии. Подобные устройства глушителя автомобиля эффективно гасят низкие частоты и применяются в основном как предварительные, стоящие первыми в системе выпуска. Они не оказывают сопротивление потоку в большой степени,та к как не уменьшаю сечение.
Отражатели
В корпусе глушителя помещается несколько пар акустических зеркал, от которых отражаются звуковые волны. Если сделать своеобразный лабиринт из подобных зеркал, то в итоге рассеется вся энергия звуковых колебаний и на выходе будет лишь чуть слышимый звук.
Подобным образом устроен пистолетный глушитель. Это уже более совершенная конструкция глушителя, хотя она и создает определенное сопротивление выхлопным газам. В основном нашла применение в стандартных системах как оконечный глушитель.
Поглотитель
Принцип действия такого глушителя основан на поглощении акустических колебаний каким –либо пористым материалом. Скажем направив звук в минвату, он вызовет колебания ее волокон и их трение друг о друга. Произойдет преобразование звуковых колебаний в тепло.
Применение поглотителей позволяет выполнить устройство глушителя автомобиля не уменьшая сечения трубопровода, просто окружив трубу с просверленными в ней отверстиями слоем поглотителя. Сопротивление потоку в таком глушителе будет минимальным, но и снижение шума будет также минимальным.
Поэтому в заводских глушителях применяют в основном комбинированные системы, добиваясь существенного снижения шума при минимальном сопротивлении потоку.
Оснащенный двигателем внутреннего сгорания автомобиль нуждается в системе, через которую бы осуществлялся выпуск отработанных газов. Такая система, названная выхлопной, появилась одновременно с изобретением двигателя, и наряду с ним на протяжении многих лет совершенствовалась и модернизировалась. Из чего состоит выхлопная система автомобиля, и как работает каждый ее компонент, мы расскажем в этом материале.
Три столпа выхлопной системы
Когда топливовоздушная смесь в цилиндре двигателя сгорает, образуются отработанные газы, которые необходимо вывести, чтобы цилиндр снова наполнился необходимым количеством смеси. Для этих целей автомобильные инженеры изобрели выхлопную систему. Она состоит из трех основных компонентов: выпускного коллектора, каталитического конвертера (), глушителя. Рассмотрим каждый из компонентов этой системы в отдельности.
Схема выхлопной системы. В данном случае резонатор — это дополнительный глушитель.
Выпускной коллектор появился практически одновременно с ДВС. Он представляет собой навесное оборудование двигателя и состоит из нескольких труб, которые соединяют камеру сгорания каждого цилиндра двигателя с каталитическим конвертером. Изготавливается выпускной коллектор из металла (чугун, нержавеющая сталь) или керамики.
Так как коллектор постоянно пребывает под воздействием высоких температур отработанных газов, более «жизнеспособными» являются коллекторы из чугуна и нержавеющей стали. Причем, коллектор из нержавеющей стали предпочтительнее, так как в процессе охлаждения агрегата после остановки автомобиля на нем собирается конденсат. В чугунном коллекторе конденсат может вызвать коррозию, а в коллекторе из нержавейки коррозии не возникает. Преимущество керамического коллектора – в его малом весе, но он не может длительное время выдерживать влияния высоких температур отработанных газов и трескается.
Принцип работы выпускного коллектора прост. Отработанные газы через выпускной клапан попадают в выпускной коллектор, а оттуда – в каталитический нейтрализатор. Кроме основной функции отвода выхлопных газов, коллектор помогает камерам сгорания двигателя продуваться и «забирать» новую порцию отработанных газов. Происходит это благодаря разнице давления газов в камере сгорания и коллектора. В коллекторе давление ниже, чем в камере сгорания, поэтому в трубах коллектора образуется волна, которая, отражаясь пламегасителя (резонатора) или каталитического нейтрализатора, идет назад к камере сгорания, и в момент очередного цикла выхлопа способствуют выведению очередной порции газов. Скорость создания этих волн зависит от скорости оборотов двигателя: чем выше обороты, тем быстрее «ходит» в коллекторе волна, и тем скорее камера сгорания цилиндра освобождается от выхлопных газов. Выпускной коллектор – один из наиболее популярных агрегатов для тюнинга.
Из выпускного коллектора отработанные газы попадают в каталитический конвертер или нейтрализатор. Он состоит из керамических сот, на поверхности которых находится слой платиноиридиевого сплава.
Соприкасаясь с этим слоем, из выхлопных газов посредством химической реакции восстановления образуются оксиды азота и кислород, который используется для более эффективного сгорания находящихся в выхлопе остатков топлива. В результате воздействия реагентов катализатора, из него в выхлопную трубу подается смесь из азота и диоксида углерода.
Наконец, третьим основным элементом выхлопной системы автомобиля является глушитель, который представляет собой устройство, предназначенное для снижения уровня шума при выпуске отработанных газов. Он, в свою очередь, состоит из четырех компонентов: трубы, соединяющей резонатор или каталитический конвертер с глушителем, глушитель, выхлопная труба и наконечник выхлопной трубы.
Очищенные от вредных примесей выхлопные газы поступают от катализатора по трубе в собственно глушитель. Корпус глушителя изготовляют из различных видов стали: обычной (срок службы – до 2 лет), алюминизированной (срок службы – 3-6 лет) или нержавеющей (срок службы – 10-15 лет). Он имеет многокамерное строение, при этом каждая камера снабжена отверстием, через которое выхлопные газы поступают в следующую по очереди камеру. За счет такой многократной фильтрации, выхлопные газы глушатся, звуковые волны выхлопа гасятся. Далее газы поступают в выхлопную трубу. В зависимости от мощности установленного на автомобиль двигателя, может варьироваться количество выхлопных труб: от одной до четырех. Последним элементом выступает наконечник выхлопной трубы. Он изготавливается из хромированной стали и выполняет эстетическую функцию. Выхлопная труба и ее наконечники также являются элементами тюнинга автомобиля.
На автомобилях с устанавливают глушители меньших размеров, чем на машинах с атмосферными моторами. Дело в том, что турбина использует для работы выхлопные газы, поэтому в выхлопную систему попадает лишь некоторая их часть – вот почему у таких моделей маленькие глушители.
Если бы не созданный французской компанией Panhar-Levassor первый в мире глушитель, то возможно сегодня бензиновых автомобилей не было бы. Выхлопная система позволила «успокоить» ДВС и дать этому мотору «вторую жизнь».
Первоначально глушители выполняли не много функций и считались больше вспомогательной составляющей, нежели важной, как другие агрегаты. Однако с течением времени выхлопные системы начали играть более значительную роль. Сегодня благодаря глушителям удается не только значительно снижать уровень шума от работающего мотора, но и уменьшать температуру выхлопных газов, выводить отработанные газы за пределы авто и уменьшать уровень вредных выбросов в окружающую среду.
Исходя из этого, стоит обратить внимание на строение глушителя, а также на его разновидности.
Конструкция выхлопной системы становится более сложной, но с каждой новой моделью машины она включает в себя все те же элементы.
Приемная труба является промежуточным звеном между двигателем машины и нейтрализатором (катализатором). Коллектор отвечает за вывод газов. Так как в этом случае идет очень сильная механическая и температурная нагрузка, которая может доходить до 1000 градусов, то к этой части глушителя предъявляются довольно строгие требования. Поэтому при изготовлении приемной трубы используют только самые лучшие сплавы чугуна и стали.
Также на этой детали иногда устанавливают вибро-компенсатор (гофру), благодаря которому вибрация двигателя гасится и не переходит дальше по выхлопной системе.
В каталитическом нейтрализаторе (или катализаторе) происходит «дожиг» несгоревших остатков топлива и переработка окиси углерода. Этот элемент выхлопной системы представляет собой специальную камеру или бачок, в котором расположен керамический или металлический элемент в виде сот. Благодаря этим сотам газовые смеси очищаются за счет химических реакций.
Сейчас производители начали изготавливать многосекционные нейтрализаторы, отвечающие всем международным стандартам, которые производят обработку большего спектра вредных веществ.
Резонатор - по сути, является одной из тех деталей, которые принято называть глушителями. Этот элемент выполняет функцию снижения шума, но никак не очистки выхлопных газов. Когда газы проходят через резонатор, создается много шума. Поэтому внутренняя «начинка» переднего глушителя представляет собой многочисленные решетки и отверстия, которые позволяют снизить скорость вырывающихся газов, а также вибрацию. По большому счету резонатор - это бак с перфорированной трубой.
Передние глушители бывают:
Не стоит путать резонатор с задним глушителем, так как их конструкция сильно отличается.
Когда мы говорим «глушитель» то чаще всего в виду имеется именно задняя часть выхлопной системы. Этот элемент производит окончательное поглощение шума, а также осуществляет завершающий вывод газов.
В отличие от резонатора, внутренняя «начинка» заднего глушителя неоднородна. Внутри него установлено несколько камер со специальными наполнителями. Благодаря пористой структуре, системе перегородок и воздуховодам удается не только избавиться от сильного шума, но снизить температуру в системе.
Говоря о снижении шума, нельзя обойти стороной другой тип системы, который снижает повышенный шум в выхлопной трубе.
В обычных глушителях в процессе сопротивления отработанным выхлопным газам, теряется часть мощности мотора. Хоть этот расход и незначительный, многие автолюбители ищут способы, как сделать глушитель тише без потери мощностей двигателя. Для этих целей производители разработали специальные прямоточные модели.
Устройство такого глушителя отличается от привычной схемы. В отличие от штатных моделей, в прямоточных агрегатах мощность двигателя не только снижается, но и повышается, за счет использования энергии выходящих газов.
Суть работы «прямотоков» заключается в том, что при выходе газов из коллектора требуется меньшее сопротивление. Благодаря этому мотору не приходится затрачивать лишней энергии, чтобы преодолеть давление. Полученная разница преобразуется в полезную мощность движения.
Сам прямоточный глушитель представляет собой прямую трубу с перфорированной поверхностью. По большому счету она заключена во внешний кожух. Внутри глушителя также есть разделители и камеры, просто их меньше, чем у штатных систем. Благодаря такой конструкции, отработанные выхлопные газы движутся по прямой и не встречают сильного сопротивления. В то же время, благодаря перфорированной поверхности они расширяются и свободно выходят.
Внешний кожух прямоточного глушителя покрыт специальным поглощающим составом, за счет чего газы, находящиеся внутри, не резонируют, а звук мотора не превышает допустимых пределов. Таким образом, уровень шума сводится к минимуму.
Чтобы усилить эффект некоторые автовладельцы используют дополнительные внешние сегменты.
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.
Конструкция автомобильных глушителей постоянно претерпевает изменения, хоть общий принцип работы и сама конструкция остается неизменной уже много десятков лет. Сегодня это не обычная металлическая «банка» а полноценная система, которая обеспечивает правильную работу двигателя автомобиля. Именно поэтому, если из глушителя начинает идти пар или раздаются хлопки, необходимо незамедлительно производить диагностику и ремонт этого немаловажного узла.
Многие автолюбители даже не представляют, насколько важна выхлопная система автомобиля в безаварийной работе силового агрегата, и не уделяют её обслуживанию должного внимания, в результате чего, может произойти выход из строя двигателя. Именно по этой причине, стоит внимательно ознакомиться с принципом работы выхлопной системы, её конструктивными особенностями, и знать, из чего состоит выхлопная система.
В работе двигателя внутреннего сгорания важная роль отводится своевременному выводу наружу отработавших газов, начинающих скапливаться в камере сгорания головки блока цилиндров сразу после воспламенения топливной смеси. Данную задачу призваны выполнять выхлопные системы, или как говорят автолюбители, глушители, которыми оснащаются все современные машины. Должная работа выхлопной системы, направленная на отвод из мотора остатков отработанной топливной смеси, целиком зависит от исправности всех её составных элементов, имеющих некоторые конструктивные отличия в зависимости от типа двигателя.
Современная автомобильная выхлопная система состоит из нескольких частей, в отличие от первых устройств, имеющих вид механического клапана, который принудительно открывался водителем автомобиля вручную. Все элементы выхлопной системы, которые соединяются между собой с помощью крепёжных болтов через расположенные на их концах фланцы, предназначены для:
Устройство выхлопной системы автомобиля обладает довольно простым принципом работы, которая подразумевает отвод отработанных газов из камеры сгорания, проводя их через трубы к задней части транспортного средства, понижая при этом, за счёт герметичности всей конструкции и соединений через фланцы с термоустойчивыми уплотнителями, выделяемый мотором шум.
Уменьшение количества токсичных веществ в выхлопных газах достигается за счёт применения в конструкции выхлопной системы каталитических нейтрализаторов (катализаторов), работоспособность которых контролирует специальный датчик, называемый лямбда-зонд. В современных дизельных автомобилях, для повышения показателя экологичности выхлопа, производители используют сажевый фильтр, которым также оснащается выхлопная система дизеля.
В конструкции дизельного мотора, а также современного бензинового агрегата, довольно часто используется турбонагнетатель, который использует для подачи в камеру сгорания воздушную смесь из кислорода и отработавших газов, забираемых из выпускного коллектора. Количество попадающих в турбину выхлопных газов, регулирует датчик, расположенный на корпусе выпускного коллектора.
Детали, составляющие данную конструкцию, имеют различную функциональную нагрузку и собственные обозначения, отражающие этапность их работы. Сама схема выхлопной системы и наименования её частей, выглядят следующим образом:
Коллектор выпускной, представляет собой навесной тип оборудования силового агрегата, и предназначен для поступления в него отработавших частиц и газов топливной смеси с камер сгорания каждого из цилиндров, и изготавливается в основном из керамики, сплавов чугуна или нержавеющей стали, обладающих повышенной термоустойчивостью.
Приёмная труба, именуемая автолюбителями как «штаны», из-за схожего внешнего вида, предназначена для объединения нескольких потоков выхлопных газов в один, и для дальнейшего их продвижения к каталитическому нейтрализатору (катализатору). Труба зачастую оснащается так называемой гофрой, с помощью которой происходит гашение вибрации, передаваемой на всю конструкцию выхлопной системы работающим мотором.
Катализатор, представляет собой керамические соты, поверхность которых покрыта слоем сплава из платины и иридия, что позволяет вступить в химическую реакцию с ними выхлопным газам, в результате чего происходит их разделение на кислород и оксид азота. Выделенный кислород в катализаторе помогает более эффективно сгорать остаткам топливной смеси, в результате чего к глушителю подаётся исключительно азотно-диаксидноуглеродная смесь. Работу каталитического нейтрализатора контролирует специальный датчик лямбда зонд, передавая сигнал на блок управления силового агрегата автомобиля. Аналогичный датчик, устанавливается и на выпускной коллектор, для анализа показателей токсичности поступающих в катализатор отработанных газов.
Резонатор или пламегаситель, предназначен для понижения высокой температуры отработанных выхлопных газов, что достигается с помощью его ячеистого внутреннего строения. Последней деталью в конструкции, является глушитель, задача которого заключена в понижении шума работающего двигателя за счёт перфорированной трубы внутри его корпуса.
Все составные части выхлопной системы соединены друг с другом через фланцы с помощью крепёжных болтов и термостойких уплотнителей, отвечающих за герметичность данной конструкции, без которой невозможна полноценная работа двигателя современного автомобиля.
Конструкция выхлопной системы является идеальным вариантом для проведения тюнинга легкового автотранспортного средства, благодаря простате монтажа её составных частей и наличием большого ассортимента различных деталей. Самым частым вариантом тюнинга глушителя является установка так называемого прямоточного выхлопа , когда из системы убирается резонатор.
Наиболее частые неисправности выхлопной системы связаны с потерей герметичности деталей или их соединений, уплотнители в которых могут сильно износиться. Для замены уплотнительных элементов, необходимо приобрести ремонтный комплект выхлопной системы, и открутив крепёжные болты, поменять их на новые.
Сделанные из различных сплавов металла детали выхлопной системы, подвергаются значительному нагреву, резкому перепаду температур, и работают в условиях повышенных нагрузок, в результате чего подвержены сильному износу и прогаранию внутренних частей. Определить данные поломки позволит громкий шум работающего мотора и визуальная диагностика выхлопной системы, после проведения которой, повреждённую деталь конструкции необходимо либо заменить на новую, в случае внутренних неисправностей, либо отремонтировать её корпус с помощью электро/газосварки.
В современных автомобилях работа силового агрегата контролируется блоком управления, который получает определённые сигналы от многочисленных датчиков, расположенных на всех его конструктивных узлах. В конструкции выхлопной системы расположен датчик, именуемый лямбда-зондом, замеряющий количество токсичных веществ в отработанных газах. Его неисправность или некорректную работу способен выявить только диагностический стенд, после чего датчик необходимо заменить.
