Вот кому не позавидуешь: висеть под брюхом машины в зной и холод; внутри — жар, снаружи — вода, грязь, снег, соль, песок О нелегкой доле глушителя и других элементов системы выпуска поговорим, используя информацию компании Tenneco Automotive, известной в мире как производитель амортизаторов Monroe и глушителей Walker.

Термин "глушитель" характеризует важную, но не единственную роль этого узла.

Вовсе уничтожить шум от работы автомобиля глушитель выхлопа не может. Шумит воздух на впуске. Двигатель издает механические стуки, которые передаются на кузов; не случайно мотор практически всегда "подвешивают" на подушках, а то и специальных демпферах. Даже с помощью резиновых сайлентблоков и эластичных шин не удается защитить кузов от вибраций, вызванных неровностями дороги. Изрядно голосисты и сами шины. Вдобавок свистит набегающий поток воздуха. Однако звук "прямого выхлопа", схожий с пулеметной очередью (кто обламывал глушитель у приемной трубы, знает), перекрывает все остальное. Для измерения уровня шума (в децибелах) используется не линейная, а тригонометрическая шкала. Поэтому, скажем, 5 дБ, отнятые от 80-ти, — достаточно серьезное достижение.

Единственная возможность бороться с производимым автомобилем шумом — снижать его уровень по всем направлениям. Значительное ослабление лишь одной из составляющих может быть абсолютно неразличимо на слух.

В современном виде, пока недоступном отечественному автомобилестроению, выхлопная система должна также уменьшать выброс в атмосферу токсичных газов. Любой "правильный" глушитель в какой-то мере эту задачу выполняет, но только в "отдельно взятом районе" — в кабине или салоне. С ролью дымовой трубы, отводящей выхлоп с глаз долой, все серийные исправные глушители худо-бедно справляются. Убедиться в этом проще всего, стоя в пробке.

Глушение выпуска и нейтрализация выхлопных газов — суть дополнительная работа, на которую расходуется энергия. Очень важно, чтобы она не бралась из той, что выработана двигателем для других целей. Неподходящий глушитель может просто "заткнуть" мотор, не дать ему развить паспортную мощность, тогда как правильно рассчитанный (конструирование выхлопной системы — целая наука) порой добавляет двигателю пару-тройку "лошадей" без ущерба для окружающей среды.

Наконец, существует эстетический подход. И дело не в дизайне. "Спортивнообразные" насадки и "пушечные стволы" хорошо известны в народе, но к "Популярной механике" отношения не имеют. А вот звук выхлопа — предмет гордости или позора автомобильных конструкторов — это "наша" тема. На английском заводе Gillett, принадлежащем Walker, чуть ли не год колдовали над выпуском для нового Jaguar. Оказалось, совместить нормы по шуму и токсичности со звериным рыком — непростая инженерная задача. Обратный пример — дребезжащий глушитель "Волги".

Что же представляет собой современная выхлопная система? Как правило, она включает выпускной коллектор, приемную (нижнюю) трубу, каталитический конвертор (нейтрализатор), до трех отдельных глушителей (передний, средний и задний) и выхлопную (заднюю) трубу. Трубопроводы (кроме двух названных труб) обычно не являются самостоятельными деталями и образуют с глушителями единое целое. Добавим к этому вспомогательные элементы (хомуты, подушки, прокладки и другие мелкие детали), предназначенные для соединения компонентов, их взаимной фиксации и для крепления системы к кузову. Декоративные насадки на выхлопные трубы правильнее относить к аксессуарам.

Первый тепловой удар принимает на себя коллектор, температура в котором достигает 1300 °С. Чаще всего его делают из жаропрочного чугуна. Бывает, что выхлопные газы из всех четырех цилиндров собираются в одну трубу, но чаще разбиваются на группы (например, 2+2) — так легче избежать обратного давления в магистрали. Понятно, что длина выпускного тракта для каждого из цилиндров должна быть (хотя бы приблизительно) равной. Иначе не избежать разброса в значениях гидравлического сопротивления и, как следствие, неравномерной работы двигателя.

В одну трубу выхлопные газы собираются перед "переработкой". Обычно — в конце приемной трубы, перед входом в конвертор или передний глушитель. Температура здесь — до 1100 °С, поэтому в последнее время приемную (нижнюю) трубу делают по принципу термоса — с двойными стенками из нержавеющей стали. Помимо снижения тепловых потерь, что важно для быстрейшего начала работы конвертора после запуска двигателя, такое решение позволяет не подвергать расположенные по соседству узлы и агрегаты чрезмерной тепловой нагрузке.

Предельная температура в самом конверторе, вошедшем в рабочий режим, немногим ниже, чем на подходе, — до 1050 °С. Каталитическая реакция, в ходе которой токсичные газы (СО, СН, NOx) преобразуются в менее вредные (СО2, Н2О, N2), начинается уже при 300-350 °С. Оптимальная рабочая температура — 600-800 °С, обычная — 400-800.

В силу бедности (нашей и нашего автопрома) каталитические нейтрализаторы выхлопных газов никак не могут прижиться на отечественных машинах. В Европе же с 1993 года все бензиновые, а с 1997-го и дизельные автомобили оборудуются такими устройствами.

Принцип действия конвертора довольно прост. Под воздействием температуры вредные газы в присутствии катализатора "дожигаются" до безопасного состояния. Катализаторами (для каждого газа они свои) служат благородные металлы: платина для СН, палладий для СО и родий для NOx.

Термины two-way и three-way catalyst, которые у нас переводили как "двух- (трех-) ходовой", "двух- (трех-) контурный" и т.п., на деле означают конверторы двойного (тройного) действия — по числу побеждаемых врагов. Напомним, что с оксидами азота, характерными для дизелей, стали всерьез бороться совсем недавно. До этого обходились двумя действиями.

Устройство катализатора можно назвать примитивным. Весь объем кожуха из нержавеющей стали заполнен активным телом — сотовой структурой из керамики в "чехле" из той же нержавейки. На поверхность этого пространственного образования наносятся катализаторы. Весь секрет в том, что поверхность в целом равняется по площади двум футбольным полям. Для быстрейшего выхода на рабочие температуры и их поддержание предусмотрена теплоизоляция.

Размещенный на входе в катализатор лямбда-зонд (датчик кислорода) отслеживает наличие О2 в выхлопных газах. На основании полученной информации процессор управления двигателем изменяет состав рабочей смеси, подаваемой в цилиндры.

Основные причины неисправности каталитического нейтрализатора: механические повреждения; загрязнение свинцом, содержащимся в этилированном бензине; нарушение герметичности корпуса. Проблемы в системах зажигания и подачи топлива, разрушение керамического элемента, сильный перегрев также могут сказаться на работе нейтрализатора. Он, впрочем, может отказать и при отсутствии видимых деформаций и неисправностей — просто от старости.

Лямбда-зонд "умирает" по схожим причинам, но часто — из-за банального загрязнения. В России такую напасть лечат вымачиванием датчика в ортофосфорной кислоте и других агрессивных жидкостях. После этой операции и промывки чистой водой зонд становится как новый. К сожалению, в руководствах Walker не высказывается мнение о подобных технологиях.

Количество глушителей бывает разным, но практика показывает, что один с трудом справляется со своей работой. Хорошая традиция — ставить три, различающихся по принципу действия или комбинированных.

Справляться с шумом можно разными путями.

Абсорбционный глушитель, в котором звук поглощается ячеистым материалом с выделением тепловой энергии, эффективен в области высоких частот, но накапливает влагу, а потому требует применения нержавеющих сталей или усиленного защитного покрытия.

Устройство такого глушителя предельно просто. Внутри корпуса (трубы круглого или овального сечения с фланцами) концентрично проложена перфорированная "магистральная" труба. Кольцевое пространство заполнено поглотителем звука — стеклянной или минеральной (например, базальтовой) ватой. Может применяться даже натуральная шерсть. Walker рекомендует использовать специальное стекловолокно E-glass, которое имеет лучшие акустические характеристики, не впитывает влагу (следовательно, не провоцирует коррозию) и сохраняет высокую эффективность в течение всего срока службы глушителя.

Иногда для увеличения площади поглощения газового потока и из компоновочных соображений абсорбционные глушители делают не прямоточными, а двух- или трехходовыми. Сопротивление потоку газов при этом несколько возрастает.

Реактивный принцип гашения звука подразумевает изменение длины его волны. Работающий таким образом глушитель эффективен в широкой полосе частот, особенно на "басах", но очень критичен к настройке. Его действие в выбранном диапазоне шумов (и частот вращения коленвала) зависит от длины самого глушителя и отдельных его камер, а также от количества, формы и размера отверстий перфорации. Недаром такие изделия нередко называют резонансными глушителями или резонаторами.

Простейший резонатор — перфорированная труба, окруженная камерами разного, точно рассчитанного объема. Поскольку необходимый объем на низких и высоких частотах существенно различается, корпусу резонатора иногда придают форму, близкую к усеченному конусу.

Приблизительно в 80% выпускаемых ныне глушителей комбинируются оба принципа. Как правило, корпуса таких изделий делают из алюминизированной стали — для повышения коррозионной стойкости.

Иногда, как в случае с резонаторами некоторых отечественных автомобилей, устройство детали понятно из ее названия. Но возможны варианты, а посему без ошибки глушители делятся на передние, средние и задние.

Передний, наиболее теплонагруженный (до 1000 °С), обычно — поглощающего типа. Дополнительно применяется принцип рефлектора — изменение диаметров труб. Средний глушитель греется до 700 °С. Конструкция бывает любая.

Заднему повезло с температурой (до 350 °С), но располагается он, как правило, не совсем удачно. Этот глушитель наиболее подвержен ударам и из-за большого удаления от жесткого коллектора работает "хлыстом", пытаясь переломиться. Тепловой энергии, в нем накопленной, не хватает, чтобы как следует просушить начинку после остановки двигателя. Плюс непосредственная близость атмосферы, с ее влажностью воздуха. Словом, гниет задний глушитель быстрее всех. Максимально — при коротких поездках и стоянии в пробках.

Задняя (выхлопная) труба не перетруждается. Ее основная задача — отбросить назад (или в сторону) уже относительно холодные (до 150 °С) газы. Конфигурация трубы принципиальна только для универсалов с их неуемной тягой к подсосу воздуха через заднюю дверь, а в остальном ее форма — дело вкуса автовладельца.

И последнее. От устройства глушителя, что очень важно, зависит здоровье водителя и людей, его окружающих. От качества конкретного изделия — только срок его службы. Грамотно сработанный глушитель имеет порой и двухлетнюю гарантию. Халтура же прогорает через полгода, а зачастую и раньше. Хотя обольщаться не приходится: в автомобильно развитых странах, например, в Великобритании, на каждом углу встречаются мини-станции техобслуживания, на которых можно заменить масло, тормозные колодки и (вы правильно поняли!) глушители. Как ни крути, они — детали расходные.
Владимир Заборщиков

http://www.5koleso.spb.ru/ArticleFrame.php?sid=6576&pid=26281&iid=29532

Назад в раздел