Випускна система

Випускна́ систе́ма або систе́ма ви́пуску відпрацьо́ваних га́зів або вихлопна́ систе́ма (англ. exhaust system) — система транспортного засобу з двигуном внутрішнього згоряння, що призначена для відводу відпрацьованих газів з циліндрів двигуна, їх охолодження, зменшення шуму та покращення екологічних показників вихлопу.

Вихлопна система автомобіля Opel Corsa B з бензиновим двигуном 1,2 л
Випускна система мотоцикла Ducati

Призначення

Згорання паливно-повітряної суміші в циліндрах двигунів внутрішнього згоряння відбувається вибухово, і в результаті якого утворюються великі об'єми газів, які штовхають поршень і змушують колінчастий вал двигуна обертатися. Однак ці гази після робочого циклу повинні видалятися з циліндра, щоб їх місце зайняла нова порція паливно-повітряної суміші. Завдання відведення відпрацьованих газів вирішує випускна система двигуна. Також, ця система вирішує і іншу важливу задачу — зниження шумності двигуна. Продукти згоряння паливно-повітряної суміші знаходяться в циліндрі під великим тиском і при відкритті випускного клапана стрімко вириваються в атмосферу — відбувається гучний хлопок. Проте в одному циліндрі кожну секунду навіть на холостих обертах відбувається близько десятка циклів, тому хлопки при відкритті клапана зливаються в постійний шум високої інтенсивності. З цим шумом і бореться випускна система двигуна, яку в побуті часто називають просто глушником.

Будова випускної системи
Елементи випускної системи автомобіля

У систему випуску відпрацьованих газів входить декілька конструктивних елементів, серед яких основними є:

Усі конструктивні елементи випускної системи розташовані зазвичай під днищем автомобіля.

Випускний колектор
Каталітичний нейтралізатор
Сажовий фільтр двигуна автомобіля Nissan M9R (2008)
Здвоєна вихлопна труба з наконечниками

Випускний колектор

Випускний колектор забезпечує безпосереднє відведення відпрацьованих газів, а також продування циліндрів двигуна. Форма і розміри випускного колектора разом з приймальними трубами визначають характер коливального процесу відпрацьованих газів у випускній системі, і в підсумку впливають на потужність і крутний момент двигуна. Кожна труба колектора має певну довжину і переріз, що дозволяє добитись утворення стоячих хвиль при різних частотах обертання двигуна. Коливальний процес відпрацьованих газів у випускній системі повинен бути узгоджений з коливальним процесом паливно-повітряної суміші у впускний системі. Це є необхідним для ефективного продування циліндрів та забезпечення оптимальної роботи двигуна у різних режимах[1].

На випускний колектор припадає найбільше температурне навантаження, тому він виготовляється, зазвичай, з жароміцних сплавів. Випускний колектор закінчується жорстко закріпленими на ньому приймальними трубами випускної системи.

Для ізоляції конструктивних елементів випускної системи від вібрації двигуна з колектором використовується віброізоляційна муфта (типу «сильфон»). Сильфон виконаний у вигляді гнучкого металевого шланга, закритого сталевою оболонкою, що гасить вібрації, які надходять від колектора.

Каталітичний нейтралізатор

Каталітичний нейтралізатор англ. catalytic converter призначений для зменшення концентрації шкідливих речовин у відпрацьованих газах. У побуті каталітичний нейтралізатор називають «каталізатором». Різні моделі автомобілів різняться конструкцією і розташуванням каталітичних нейтралізаторів. На сучасних автомобілях застосовуються трикомпонентні каталітичні нейтралізатори, що захищають від трьох видів шкідливих речовин — незгорілих вуглеводнів, оксиду вуглецю (чадного газу) та оксиду азоту[2]. Причому оксиди азоту відновлюються, а вільний кисень, що утворюється при цьому служить для допалювання вуглеводнів та чадного газу. Зазвичай нейтралізатор виконується у вигляді відносно невеликого модуля, в якому розташовано керамічний блок з каталізаторами.

Сажовий фільтр

На дизельних двигунах застосовується сажовий фільтр (англ. Diesel Particulare Filter, DPF, фр. Filtre a Particules, FAP або нім. RubPartikelFilter, RPF), який забезпечує зниження викидів сажі в атмосферу разом з відпрацьованими газами. У випускній системі сажовий фільтр може бути як окремим елементом, так і заодно з каталітичним нейтралізатором.

Датчик концентрації кисню

Датчик концентрації кисню у вихлопних газах (лямбда-зонд) використовується у схемі керування складом паливно-повітряної суміші двигуна, завдання якої доводити суміш до оптимального складу залежно від режиму роботи двигуна. Він хоч і встановлюється у випускній системі, є конструктивним елементом системи управління двигуном. У сучасних системах керування встановлюється два датчики — один перед каталітичним нейтралізатором, інший — за ним. Крім датчика кисню у випускному тракті можуть встановлюватися інші датчики: температури відпрацьованих газів, оксидів азоту тощо.

Глушник

Глушник призначений для зниження рівня шуму і перетворення енергії відпрацьованих газів. Глушник складається з декількох частин. У більшості своїй глушник містить два елементи — попередній глушник (резонатор) і основний глушник.

Резонатор — це ємкість особливої форми, у якій відбувається початкове зниження шуму внаслідок зменшення швидкості і пульсацій вихлопних газів. В резонаторі відбувається відбиття хвиль вихлопу і утворення стоячих хвиль, звідки і пішла назва цього компоненту.

В основному глушнику відбувається основне зниження шуму вихлопних газів. Зазвичай, це ємкість з певним чином розташованими перегородками і трубками, що утворюють лабіринт великої довжини. При проходженні через цей лабіринт вихлопні гази розділяються на безліч потоків, звукова енергія гаситься і перетворюється в тепло, а пульсації тиску поглинаються. В результаті на виході з глушника вихлопні гази мають меншу швидкість і створюють значно менший шум.

На спортивних автомобілях, а також при тюнінгуванні автомобіля встановлюються так звані прямоточні глушники, що забезпечують приріст потужності двигуна.

Принцип роботи випускної системи

Принцип роботи випускної системи зводиться до наступного. Вихлопні гази при відкритті випускного клапана з силою вириваються у випускний колектор, де вони виконують корисну роботу — завдяки стоячим хвилям, що утворюються вирівнюють тиск при відкритті клапана, приводять у рух турбіну нагнітача (при наявності такої) і в цілому покращують режим роботи двигуна. Потім вихлопні гази надходять спочатку в каталітичний нейтралізатор (він знижує концентрацію шкідливих газів), потім у резонатор, де відбувається падіння швидкості вихлопних газів, гасяться пульсації і знижується шум. З резонатора гази потрапляють в основний глушник (саме тут відбувається основне гасіння шуму), а потім, вже ослаблені, у вигляді потоку малої швидкості випускаються в атмосферу через вихлопну трубу.

При проходженні вихлопних газів через випускну систему вони втрачають свою швидкість, охолоджуються а інтенсивність породжуваних ними звукових хвиль знижується, що і призводить до зниження шумності .

Слід відзначити, що випускна система дещо знижує потужність двигуна, так як вихлопні гази зазнають опору на шляху до атмосфери, і на подолання цього шляху витрачається частина енергії. Але без глушника сучасний автомобіль важко уявити, тому з цими недоліками доводиться миритися.

Екологічні норми

При появі перших автомобілів питання про їх екологічну безпеку не стояло, але люди відзначали, що машини псують повітря своїми вихлопними газами. Гостро це питання постало у другій половині минулого століття, а на початку 90-х років в Європі прийняли пакет законів, спрямованих на контроль екологічної безпеки і зниження шкідливих викидів у відпрацьованих газах.

У 1992 році у Європі почав діяти екологічний стандарт «Євро-1», а у 1995 році — «Євро-2», і саме з уведенням в дію «Євро-2» для усіх нових бензинових двигунів стала обов'язковою наявність каталітичного нейтралізатора у випускній системі. В дизельних двигунах нейтралізатора виявилось недостатньо, тому із уведенням в дію стандарту «Євро-4» (2005 рік) у них стала обов'язковою наявність сажового фільтра.

Кожен новий стандарт «Євро» заміняв собою попередні стандарти, і значно посилював вимоги щодо екологічної безпеки. Тому багато норм стандартів « Євро-1» — «Євро-3» вважаються не просто застарілими, але і забороненими, так як за сучасними мірками вони є небезпечними для природи і людини. Уже мова йде вже про стандарт « Євро-6» (набере чинності у 2015 році), і за ним вихлоп бензинового двигуна повинен містити у 2,5 рази менше оксидів азоту і чадного газу, ніж двигун стандарту «Євро-3». А вміст завислих часток (сажі) у вихлопі дизельних двигунів стандарту «Євро-6» має бути удесятеро меншим, ніж за стандартом «Євро-3».

Див. також

Примітки
  1. How Headers Work How Headers Improve Engine Performance
  2. What does my catalytic convertor do?. Kwik Fit. Kwik Fit. Процитовано 20 квітня 2014.

Джерела
  • Кисликов В. Ф., Лущик В. В. Будова й експлуатація автомобілів: Підручник. — 6-те вид. — К.: Либідь, 2006. — 400 с. — ISBN 966-06-0416-5.
  • Сирота В. І. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник для вузів. К.: Арістей, 2005. — 280 с. — ISBN 966-8458-45-1

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.