Система выхлопа

Передняя часть системы выхлопа в бензиновых двигателях AWY и AZQ




1 — теплозащитный экран,
2/8/10/13 и 16 — болты,
3 — выпускной коллектор,
4 и 14 — лямбда-зонды G39 (перед каталитическим конвертором) и G130 (после каталитического конвертора),
5 и 15 — прокладки,
6 и 7 — экраны,
9 — двойной хомут,
11 — передняя приемная труба,
12 — крепежная петля,
17 — контргайка.

Система выхлопа в дизельных двигателях с турбонаддувом ATD и AXR




1 — прокладка,
2 — приемная труба перед каталитическим конвертором,
3/6 и 8 — болты,
4 — крепежное кольцо,
5 — туннельный мост,
7 — двойной хомут,
9 и 10 — подвески,
11 — место разъединения,
12 — промежуточный и оконечный глушитель.

Перед системой выхлопа стоит задача отводить отработанные газы и при этом поддерживать количество вредных веществ в отработавших газах на минимальном уровне (режим работы каталитического конвертора). Кроме того, системой выхлопа снижаются до минимума шумы, возникающие при сгорании.

Конструкция системы выхлопа зависит от модели двигателя. Детали системы выхлопа свинчены между собой или соединены зажимными хомутами и могут заменяться по отдельности.

Теплозащитные экраны на пути прокладывания труб препятствуют сильному тепловому излучению на нижние детали кузова. После демонтажа все самоконтрящиеся гайки и прокладки должны всегда заменяться. Крепежные кольца и резиновые буферы тоже заменяются.

Срок службы системы выхлопной трубы

Выхлопная труба в вашем автомобиле рассчитана на 60 000 км пробега. Разумеется, срок ее службы зависит также от условий эксплуатации вашего автомобиля. Если вы преимущественно ездите на короткие расстояния, то внутри системы выхлопа выпадает значительно больше конденсата, сажи и агрессивных кислот, чем при поездках на дальние расстояния с хорошо прогретым двигателем.

Выхлопную трубу с установленным каталитическим конвертором реже поражает коррозия, чем другие узлы, т.к. там газы сгорания вытекают еще с температурой от 800 до 1000°С.
В выхлопной трубе и оконечном глушителе отработанные газы значительно снижают свою температуру; в оконечном глушителе у них температура всего 150–300°С. Поэтому в оконечном глушителе появляется больше всего водяного конденсата. Он смешивается с продуктами сгорания, образуя агрессивные кислоты, вызывает сквозную коррозию металла выхлопной трубы изнутри наружу.
Передние части системы выхлопа при движении на большие расстояния могут страдать от температурных нагрузок, когда горячий металл при дожде постоянно подвергается воздействию холодного душа. Материал может треснуть или сломаться.
Брызги воды или соленая вода способствуют коррозии снаружи. Удары камнями или о твердый грунт так же, как и колебания, возникающие при дефектных подвесках трубы или их отсутствии, тоже сокращают срок службы выхлопной трубы.
Следует избегать неблагоприятных условий, которые могут привести к появлению высоких температур в каталитическом конверторе. Автомобиль нельзя припарковывать так, чтобы он оказывался вблизи легко воспламеняющихся материалов.
Применение дополнительной антикоррозийной защиты или антикоррозийных средств для выпускного коллектора и выхлопных труб, каталитических конверторов и теплозащитных экранов не продлит жизнь системе выхлопа. Эти вещества могут воспламениться во время поездки.
Снижение токсичности выхлопных газов

Топливо в основном состоит из углерода и водорода. При сгорании углерод соединяется с атмосферным кислородом, образуя углекислый газ (CO2), водород, соединяясь с кислородом (O2), образует воду (H2O). Например, из 1 л дизельного топлива образуется около 0,9 л воды, которая за счет теплоты сгорания незаметно удаляется через систему выхлопа. Зимой после запуска холодного двигателя вы часто можете наблюдать белые клубы выхлопа. Это водяной конденсат.

Даже в дизельном двигателе, работающем в отличие от бензинового двигателя с большим количеством воздуха, возникают ядовитые вещества, хотя и в сравнительно меньшем количестве. Снижение токсичности выхлопных газов необходимо для соблюдения строгих стандартов на отработанные газы и для дизельных двигателей TDI.

Для того чтобы система выхлопа работала безупречно, нужно обязательно заливать в бак только неэтилированный бензин. Каталитический конвертор выходит из строя из-за свинца, содержащегося в этилированном бензине. Кроме того, никогда не нужно ездить до полного опустошения топливного бака. Нерегулярная подача топлива приводит к перебоям в зажигании, за счет чего несгоревшее топливо попадает в систему выхлопа. Это может привести к перегреванию и повреждению каталитического конвертора.

Турбонагнетатель обеспечивает чистое сгорание

При большом количестве воздуха в камере сгорания топливо сгорает «чисто». Такие составные части отработавших газов, как окись углерода и сажа, образуются в очень незначительных количествах. Турбонагнетатель обеспечивает подачу большего количества всасываемого воздуха.

За счет этого при относительно небольших количествах впрыскиваемого топлива при сгорании возникает избыток воздуха. Это приводит к пониженному количеству вредных веществ в выхлопе. Турбонагнетатель использует отработанные газы, несущиеся со сверхзвуковой скоростью через выпускной коллектор, в качестве энергии привода. Газы проходят через корпус турбины, где ускоряют ротор насоса более чем до 100 000 об/мин. Ротор посредством вала приводит в действие колесо компрессора. Оно всасывает свежий воздух в корпус компрессора и отжимает его в камеры сгорания. Турбокомпрессорный наддув снижает количество вредных веществ в отработавших газах и шум, кроме того, повышает выход мощности и степень эффективности.

Вторичный воздух для запуска холодного двигателя

За счет системы вторичного воздуха достигается ускоренное нагревание и благодаря этому ранний режим готовности каталитического конвертора после запуска холодного двигателя.

Принцип: за счет чрезмерного обогащения рабочей смеси на этапе запуска холодного двигателя в отработавших газах содержится повышенная доля несгоревших углеводородов. За счет вторичного вдувания воздуха в каталитическом конверторе улучшается последующее окисление и, таким образом, уменьшается эмиссия вредных веществ. Высвобождающаяся энергия сокращает время подготовки к работе каталитического конвертора, за счет этого улучшается качество отработавших газов на стадии прогревания двигателя.

Функционирование: блок управления двигателем управляет через реле вторичным насосом для наддува вторичного воздуха. Воздух поступает к универсальным клапанам. Параллельно настраивается клапан наддува вторичного воздуха, который пропускает пониженное давление к универсальным клапанам для наддува вторичного воздуха. Благодаря этому каждый универсальный клапан открывает путь вторичному воздуху к выпускным каналам в головке блока цилиндров.

От вакуумной коробки трубопровод идет через возвратный клапан (к впускному трубопроводу) к клапану наддува вторичного воздуха. Свежий воздух поступает от корпуса воздушного фильтра к насосу вторичного воздуха.

Сигнальная лампочка отработавших газов

Если блок управления двигателем распознает сбои в работе, то это показывается путем включения сигнальной лампочки отработавших газов. Сигнальная лампочка отработавших газов может включаться в мигающем или постоянном режиме. В любом случае вы должны обратиться в мастерскую для того, чтобы опросить запоминающее устройство неисправностей.

Если лампочка горит в прерывистом режиме, то налицо дефект, который при этом состоянии движения может вызвать повреждение каталитического конвертора. В этом случае можно ехать только при пониженной мощности. Если лампочка горит постоянно, то это означает, что имеется неисправность, ухудшающая состав отработавших газов. Нужно считать информацию в запоминающем устройстве неисправностей блока управления двигателем и автоматической коробкой передач.

Каталитические конверторы

В бензиновых и дизельных двигателях, наряду с турбонаддувом и системой рециркуляции выхлопных газов, чистоту отработавших газов обеспечивают каталитические конверторы. В бензиновых двигателях это регулируемые каталитические конверторы с лямбда-зондами, в дизельных двигателях нерегулируемые каталитические конверторы окисления. Этот каталитический конвертор преобразует окись углерода и углеводороды в углекислый газ и воду.


Регулируемый каталитический конвертор в разрезе:



1 — эластичная металлическая ткань,
2 — керамическое тело со слоем из благородного металла,
3 — лямбда-зонд.

Упомянутая система рециркуляции отработавших газов обеспечивает снижение окиси углерода. К этой системе относятся клапан рециркуляции отработавших газов, который при прогретом двигателе часть газов отводит назад в камеру сгорания. Это снижает температуру сгорания и, следовательно, долю вредных веществ в выхлопе.


Конструкция каталитического конвертора окисления: в корпусе из высококачественной стали 1 размещается ячеистое керамическое тело 2. Оно покрыто слоем оксида алюминия 3, за счет чего его поверхность увеличивается в 700 раз. На этот опорный слой методом напыления нанесен в качестве катализатора благородный металл платина 4.



Пылевой фильтр

Выброс твердых частиц является особенностью дизельных двигателей. Она значительно более высокого уровня, чем у бензиновых двигателей. Частицы большей частью состоят из углерода (сажи). Остаток составляют связанные с сажей соединения углеводорода, аэрозоли топлива и смазочных масел, а также сульфаты в зависимости от содержания серы в используемом топливе.

Частицы сажи представляют собой цепи частиц углерода с очень большой специфической поверхностью, к которой присоединены несгоревшие или сгоревшие частично углеводороды. В большинстве случае это альдегиды (с большим количеством молекул) с назойливым запахом. Вызванное ими загрязнение, снижение видимости и запах, безусловно, вредны для окружающей среды.

Кроме запахов, присоединившихся к саже, предполагается ее вредное воздействие на здоровье. По этому поводу нет документального подтверждения, но, тем не менее, при разработке современных дизельных двигателей, разумеется, первостепенное значение имеет устранение твердых частиц.

Рециркуляция отработавших газов

Возможностью снижения неизбежных высоких температур в камерах сгорания дизельного двигателя, несущих ответственность за высокую долю окиси углерода, является впуск отработавших газов. За счет рециркуляции отработавших газов может уменьшаться количество окиси углерода также и в бензиновых двигателях. Для этого из выхлопных газов двигателя системой, регулируемой клапанами, отделяется часть потока. У клапана рециркуляции в Polo конусовидная форма толкателя, которая позволяет получить различное поперечное сечение отверстия при разном подъеме клапана. При этом возможны также промежуточные величины. Количество дозируется и направляется обратно во впускной трубопровод в зависимости от нагрузки на двигатель.


Оценка потенциала дизельного двигателя: при повышенном качестве топливно-смазочных веществ и при применении самой современной технологии достигается уровень требований EN 4.



Разумеется, отработавшие газы не могут сжигаться еще раз, т.к. в них почти не содержится способных к сгоранию веществ. Но при этом уменьшается приток свежего воздуха для сгорания, и это влияет на снижение температуры и, следовательно, на снижение доли окиси углерода.

Управление клапана зависит от характеристик блоков управления двигателем. В бензиновом двигателе функция самодиагностики блока управления системой зажигания/впрыска Motronic J220 контролирует регулировку рециркуляции отработавших газов. В двигателях TDI настройка системы рециркуляции отработавших газов осуществляется блоком управления непосредственным впрыском дизельного двигателя J248 посредством клапана системы рециркуляции отработавших газов N18 непосредственно к клапану рециркуляции отработавших газов.

В каждом случае принцип работы заключается в том, чтобы отвести назад как можно больше отработавших газов, не нарушая работы двигателя. Чем лучше это удается сделать, тем сильнее понижается температура в камерах сгорания, что приводит к снижению эмиссии окиси углерода.

Из-за значительно отличающейся конструкции впускного и выпускного коллектора система рециркуляции отработавших газов в 4-цилиндровом двигателе TDI с буквенным обозначением AXR выглядит несколько по-другому.

Рециркуляция отработавших газов в 3-цилиндровом бензиновом двигателе AWY и AZQ




1 — клапан системы рециркуляции отработавших газов N18 с потенциометром G212 рециркуляции отработавших газов,
2 — прокладка,
3 — переходник,
4/5 и 6 — болты,
7 — соединительная трубка,
8 — гайки,
9 — вакуумный шланг к воздушному фильтру.

Рециркуляция отработавших газов в 4-цилиндровом дизельном двигателе TDI ATD




1 — впускной трубопровод,
2 — кольцо круглого сечения,
3 — впускной патрубок,
4 — клапан рециркуляции отработавших газов (элемент впускного патрубка),
5 — болт 10 Нм,
6 — от охладителя наддувочного воздуха,
7 — прокладка,
8 — гайка 22 Нм,
9 — выпускной коллектор,
10 — соединительная трубка.



Понятия на тему отработавших газов
Окись углерода (СО): измеряется при исследовании выхлопных газов. СО появляется также в дизельном двигателе при неполном сгорании углерода, хотя в относительно меньшем количестве (на две трети меньше, чем в бензиновом двигателе). В замкнутых помещениях ядовита, в атмосферном воздухе соединяется с кислородом, образуя неядовитый углекислый газ, который играет существенную роль в образовании парникового эффекта.

Углеводороды (СН): несгоревшие углеводороды возникают в дизельном двигателе в результате неполного сгорания лишь в небольшом количестве.

Окиси азота (NOx): их доля возрастает при высоких температурах сгорания. По сравнению с бензиновым двигателем с каталитическим конвертором, регулируемым лямбда-зондом, дизельный двигатель производит вдвое больше окисей азота.

Диоксид серы (SO2): образуется в небольших количествах только в дизельных двигателях. Причина в сере, содержащейся в дизельном топливе. Под воздействием света образуется серная или сернистая кислота, та и другая способствуют появлению кислотных дождей. Но дорожный транспорт является источником только около 3% образующихся сернистых кислот.

Сера: на эффективность окислительного каталитического конвертора в значительной степени влияет содержание серы в дизельном топливе. Обычное заправочное дизельное топливо содержит до 350 промилле серы (1 промилле = одна тысячная части).

Частицы сажи: образуются из несгоревших углеродов и пепла. Это неизбежно является результатом сгорания в дизельном двигателе. Турбонагнетателем усиленно подается всасываемый воздух. Возникающий при этом при сгорании избыток воздуха уменьшает долю сажи в выхлопе.

Рециркуляция отработавших газов: вследствие высоких температур в камерах сгорания увеличивается доля окисей азота в выхлопе. За счет рециркуляции части отработавших газов посредством системы, регулируемой клапанами, температура снижается и, благодаря этому, уменьшается доля окиси азота.

Проверка отработавших газов (AU): в новых автомобилях знак соответствия AU действует три года, затем контроль осуществляется через каждые 2 года. Проверку проводят фирменные и независимые мастерские, автозаправочные станции, DEKRA и TЬV. Система выхлопа должна быть в рабочем состоянии, в системы всасывания не должен поступать побочный воздух. Если вы всегда проводите техническое обслуживание в мастерской, то AU является частью сервиса.