Перейти к публикации
  • abw.by
    abw.by

    От простого к сложному, или Почему выхлопная система стала гордостью экологов и головной болью автовладельцев

    Пока от выхлопной системы требовалось лишь отводить в окружающую среду отработавшие газы и глушить шум, сопровождающий их отвод из двигателя, в большинстве неприятностей, преподносимых узлами выхлопной системы, виноваты были в основном только высокие температуры самих отработавших газов и агрессивное воздействие окружающей среды, в которую газы отводились.

    В зависимости от нагрузочного режима работы двигателя отработавшие газы попадают в выхлопную систему с температурой до 300-500°С. Последующая передача тепла деталям системы и их нагрев, многократно повторяющийся после каждой остановки и стоянки автомобиля, делают малоэффективными большинство стандартных способов защиты от коррозии, что открывает ей поле для деятельности. Нередко довершает работу влажности и соли давление отработавших газов, изнутри выдавливающих истончившиеся стенки в наиболее пострадавших от коррозии местах выхлопного тракта, а также вибрации, тряска, удары.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Однако отвод продуктов сгорания топлива и глушение шума от выхлопа не настолько сложная задача, чтобы ради ее решения городить технический "огород". Из цилиндров двигателя отработавшие газы попадают в выпускной коллектор. Далее их ждет приемная труба глушителя, затем сам глушитель и выхлопная труба, выводящая газы за корму автомобиля подальше от салона и сидящих в нем людей, дабы не отравить их содержащимся в выхлопе угарным газом. 

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Чтобы справиться со всем спектром звуковых частот, применяются глушители нескольких типов в зависимости от способов глушения. Их разделяют по месту расположения - в таких случаях резонатор иногда называют предварительным или передним глушителем, а глушитель поглощающего типа - основным или задним - либо комбинируют в одном корпусе.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Если к упомянутым элементам добавить промежуточные трубы и сильфон, в народе - гофру, представляющую собой гибкое соединение, которое необходимо, чтобы изолировать выхлопную систему от передачи на нее вибраций двигателя и компенсировать ее тепловое расширение и механические колебания, общую компоновку системы можно считать законченной. 

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Как видим, страдать от совместного действия лишь двух негативных факторов - коррозии и высоких температур приходилось сравнительно небольшому числу деталей. 

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    И решались многие проблемы просто, с применением находчивости и изобретательности. Однако когда ужесточение требований к токсичности отработавших газов привело к появлению у выхлопной системы еще одной задачи - сокращать содержание в газах вредных для окружающей среды веществ, количество страдальцев, равно как и причин, вызывающих проблемы, стало увеличиваться.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Первым в выхлопной системе "поселился" каталитический нейтрализатор, или, как его называют еще чаще, катализатор, представляющий собой один или несколько керамических блоков, размещенных внутри стального корпуса. Блоки пронизаны множеством узких продольных каналов, по которым проходят выхлопные газы.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Губит катализатор не коррозия, которая керамике не страшна, а засорение каналов нагаром и сажей. Кроме того, керамика хрупка и крошится при ударе по корпусу катализатора или из-за вибраций, которым подвергаются керамические блоки, когда плохо закреплены детали выхлопной системы.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Несмотря на огнеупорность, керамика может также оплавиться из-за перегрева.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Любое рассмотренное обстоятельство превращает катализатор в пробку, которая закупоривает выхлопную систему, после чего двигатель начинает хуже запускаться, неустойчиво работать на холостом ходу и плохо тянуть, пока вообще не перестает заводиться, а если и заведется, то откажется перемещать автомобиль куда-либо с места стоянки.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Раньше подобный сюрприз могла преподнести разве что гофра, если со стороны входа в ней обрывалась внутренняя оплетка и выхлопные газы создавали из нее пробку на выходе.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Но такие вещи были исключительными случаями и происходили лишь при неправильной установке гофры или проблемах с креплениями выхлопной системы, из-за чего гофре приходилось работать с большими углами изгиба. С появлением в системе катализатора причин, вызывающих "непроходимость" выхлопного тракта, стало намного больше.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    В их число вошли неполадки в системе питания, зажигания и охлаждения, проблемы, сказывающиеся на увеличении угара и выбросе моторного масла в выхлопной коллектор, - словом, все, что вызывало попадание в выхлопную систему несгоревшего топлива и масла, догоравших в катализаторе, а также увеличивало образование нагара и сажи. Помимо этого, катализатор оказался требовательным к качеству топлива, прежде всего по наличию в нем серы и металлосодержащих добавок типа тетраэтилсвинца, ферроцена или карбонилмарганца, предназначенных для увеличения октанового числа бензина. Даже условия эксплуатации, если они не позволяли вполне исправному двигателю хорошо прогреваться, что было возможно, например, в холодный период года и при использовании автомобиля для коротких поездок, представляли собой опасность для срока службы катализатора.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Вслед за катализатором в выхлопной системе появился первый электронный датчик - лямбда-зонд, определявший содержание свободного кислорода в выхлопных газах. Информация, получаемая от лямбда-зонда, используется блоком управления двигателем для корректирования состава горючей смеси именно с целью наилучшего обезвреживания продуктов сгорания в катализаторе и продления его срока службы за счет более полного и чистого сгорания топлива.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Лямбда-зонд ухудшил общую надежность выхлопной системы. Кроме того что его рабочий элемент оказался еще более чувствительным к загрязнению и наличию в топливе октаноповышающих присадок, в перечне неприятностей, ожидаемых от выхлопной системы, появились проблемы, связанные с электрической частью зонда. Наконец, исправный лямбда-зонд может обмануться в своих измерениях, если до места его установки в выхлопной системе появилась прореха. Недостоверная информация, передаваемая блоку управления двигателем, вызывала неправильную работу силового агрегата и "грязное" сгорание топлива, сокращавшее срок службы катализатора и лямбда-зонда.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Позже к первому лямбда-зонду, устанавливавшемуся перед катализатором, присоединился еще один датчик кислорода, который анализировал состав выхлопных газов после катализатора. Попутно катализатор обзавелся быстродействующим электронагревателем, ускорявшим разогрев и выход устройства на наиболее эффективный режим работы. В некоторых моделях появился дополнительный предварительный катализатор, нейтрализующий вредные компоненты выхлопа в первые минуты после запуска, пока разогревается основной катализатор. Лямбда-зонд тоже получил электроподогрев.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    В довершение автомобили стали оснащать системой бортовой диагностики OBD, первоначально предназначенной лишь сигнализировать о необходимости поездки на сервисную станцию для устранения неисправности, которая увеличивала содержание токсичных веществ в выхлопных газах. Позже OBD стала переводить двигатель на работу в аварийном режиме, который принуждал водителей, продолжавших при наличии неисправности проявлять беспечность в отношении экологии, посещать СТО.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Дизельные двигатели работают с избытком кислорода в горючей смеси, из-за чего в их отработавших газах содержание кислорода выше, чем в бензиновых моторах, а это означает, что лямбда-регулирования для правильной работы катализатора дизели не требуют.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Зато дизельный выхлоп нуждается в очистке от сажи. Ужесточение требований к ее содержанию сделало необходимым оснащение выхлопной системы дизелей сажевым фильтром.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Внешне он напоминает катализатор. Сходство делает сажевый фильтр уязвимым к тому же, от чего страдает катализатор. Однако каналы, которыми пронизан "кирпич" сажевого фильтра, не являются сквозными, как в блоках катализатора. Впускные каналы открыты для прохода отработавших газов с лицевой стороны керамического блока, но закрыты с тыльной стороны. В выпускных каналах все наоборот. Сообщаются друг с другом впускные и выпускные каналы через поры в боковых стенках, сквозь которые проходят выхлопные газы, но не проходят частички сажи.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    В результате сажа постепенно накапливается во впускных каналах и забивает их, что объясняет, почему независимо от того, правильно ли работает силовой агрегат или неправильно, через какое-то непродолжительное время сажевый фильтр требует обязательной очистки, или, как говорят, регенерации.

    Регенерация бывает пассивной, активной и принудительной. К последнему способу прибегают на сервисных станциях, когда условия эксплуатации, а к ним относится большинство городских поездок, не позволяют фильтру избавиться от накоплений сажи с помощью пассивной и активной регенераций. Однако ни один из видов регенерации не способен справиться с золой, которая в отличие от сажи гореть не может, а постоянно накапливается и закупоривает каналы, выводя фильтр из строя.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Зола - это неорганические остатки присадок, из которых наряду с базовой углеводородной основой состоит моторное масло. Масло расходуется на угар всегда, поэтому, чтобы преждевременно не превратить сажевый фильтр в непроходимую для выхлопных газов пробку, в моторах, где он предусмотрен, должны применяться специальные малозольные масла.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Кроме того, для контроля состояния сажевого фильтра и проведения процедуры активной регенерации нужны датчики температуры и давления, установка которых еще больше усложнила устройство выхлопной системы и ухудшила ее общую надежность.

    Пока сажевый фильтр - принадлежность дизельных автомобилей, однако "первая ласточка" с аналогичным устройством появилась уже и среди бензиновых моделей. В частности, сажевым фильтром оборудован Mercedes-Benz S500. Причина заключается в том, что двигатели с прямым впрыском бензина, повсеместно вытесняющие устаревшие моторы с распределенным впрыском, не отвечают перспективным экологическим требованиям по выбросу сажи. Mercedes-Benz, как и подобает компании, стремящейся, чтобы ей во всем подражали, опередил всех, но когда грядущие сажевые нормы вступят в силу, это ожидает и остальных. 

    Последнее из нововведений - Selective Catalytic Reduction, что переводится как селективный каталитический нейтрализатор. Однако это не только катализатор, в котором уцелевшие после всех предыдущих нейтрализаций оксиды азота "добиваются" до уровня, оговоренного нормами Евро-6 и предстоящих более жестких редакций экологических стандартов. Это еще и набор узлов, отвечающих за хранение, дозирование и подачу в выхлопной коллектор водного раствора мочевины, называемого AdBlue в Европе, DEF в Америке, Aus 32 в Австралии и так далее. Результат - новые блоки управления, датчики, в том числе лямбда-зонд, в котором ранее дизели не нуждались, и естественно, новые проблемы, которыми может огорчать выхлопная система. 

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Сомнительно, что впрыск мочевины станет последним подарком владельцам автомобилей от экологов. В чем сомневаться не приходится - экологам есть чем гордиться. Лишь за последние полтора-два десятка лет благодаря вносимым в выхлопную систему изменениям содержание в отработавших газах углеводородов и оксидов азота снизилось в 3 с лишним раза, при этом только оксидов азота - в 6 с лишним раз, сажи - в 10 раз, угарного газа - не меньше чем на 30%!

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Однако очевидные выгоды для окружающей среды тех "примочек", которыми обзавелась выхлопная система, приземлившись на асфальт белорусских городов и весей, не находят отклика у многих представителей отечественного автомобильного сообщества.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Возможно, они были бы рады не травить себя, соседей по транспортному потоку и всех остальных, но высокая стоимость устранения проблем ведет к парадоксальному результату, выражающемуся в стремлении любыми силами вернуть выхлопной системе первобытное состояние, которое она имела до того, как к ней приложили руку экологи.

    _%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0

    Не успела та же мочевинная технология обосноваться в выхлопном тракте, как с ней приключилось то, что давно отработано на катализаторах, сажевых фильтрах и не упомянутой до сих пор системе EGR, также имеющей отношение к выхлопным газам. Семь бед - один ответ. Их отключают, ломают и удаляют - в общем, делают так, будто экологических нововведений в выхлопной системе никогда и не было.

    Сергей БОЯРСКИХ
    Фото автора
    ABW.BY




    Отзывы пользователей

    Рекомендованные комментарии

    Нет комментариев для отображения



    Гость
    Вы не авторизованы. Если у вас есть аккаунт, пожалуйста, войдите.
    Добавить комментарий...

    ×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Вставить в виде обычного текста

      Разрешено не более 75 эмодзи.

    ×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

    ×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

    ×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.


×