выхлопные системы
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 выхлопной 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.
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 (штаны), затем катализатор, потом резонатор, 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. 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. 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. Как видим, страдать от совместного действия лишь двух негативных факторов - коррозии и высоких температур приходилось сравнительно небольшому числу деталей.
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. 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. 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. Несмотря на огнеупорность, керамика может также оплавиться из-за перегрева. 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. 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. 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. 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.
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. 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. 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. 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.
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. Зато дизельный выхлоп нуждается в очистке от сажи. Ужесточение требований к ее содержанию сделало необходимым оснащение выхлопной системы дизелей сажевым фильтром. 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. 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. 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. 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. 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%! Однако очевидные выгоды для окружающей среды тех "примочек", которыми обзавелась выхлопная система, приземлившись на асфальт городов и весей, не находят отклика у многих представителей отечественного автомобильного сообщества.
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. 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.
У глушителя сгнил и отслоился верхний слой металла. По состоянию заднего оригинального глушителя можно понять общее сосмтояние выхлопной системы.
Глушитель отремонтирован на скорую руку подручными материалами.
Резонатор (средняя часть глушителя) с такойже проблемой.
Задний глушитель полностью вышел из строя и не раз ремонтировался.
Лямбда зонд перед катализатором.
Оплавленный катализатор внутри корпуса.
Оплавленный камень катализатора.
Гофра (эластичный элемент) разрушилась и закупорила выход газам.
Структура катализатора забита сажей.
Новый катализатор.
Новый элемент коллекторного катализатора.
Зачем нужна гофра и почему она меняется недешево?
Использование в выхлопных системах сильфонов, или, как их в автомобильном обиходе называют чаще, гофр, - мера вынужденная. Если бы все компоненты выхлопной системы были жестко связаны между собой и с двигателем, колебания и вибрации работающего мотора передавались бы в систему вплоть до концевой выхлопной трубы, из которой отработавшие газы выводятся в атмосферу.
Это приводило бы к нескольким негативным последствиям. Во-первых, колебания и вибрации двигателя отдавались бы в салон через глушитель, в том числе и в виде акустических шумов, которые вследствие большого резонансного объема системы даже усиливались, что неприемлемо для ездового комфорта.
Во-вторых, при резком разгоне или торможении, а также маневрировании автомобиля и проезде неровностей воздействие возникающих при этом инерционных нагрузок на детали выхлопной системы по прошествии определенного периода эксплуатации может вызвать разрушение соединений ее составных частей и крепления к выпускному коллектору двигателя.
Кроме того, из-за постоянных перемещений выхлопной системы вперед-назад, вверх-вниз и вправо-влево во время движения автомобиля, вызванных силами инерции, при жестком креплении выхлопной системы к выпускному коллектору серьезные нагрузки испытывали бы опоры двигателя, что также отражалось бы на их надежности.
В-третьих, компоненты выхлопной системы от воздействия высокой температуры отработавших газов нагреваются, увеличиваясь при этом в размерах. Гофра вводится в конструкцию выхлопной системы, чтобы изолировать ее от передачи вибраций двигателя, демпфировать перемещения выхлопной системы под действием сил инерции и компенсировать тепловое расширение ее деталей.
Гофра, как правило, представляет собой гибкий элемент, состоящий из наружных и внутренних проволочных оплеток, собственно гофрированного сильфона и оконечных втулок, или, другое название, колпачков.
Помимо этих деталей в оригинальных и качественных неоригинальных гофрах имеется гибкий внутренний шланг, которого, однако, может не быть в менее качественных изделиях, предлагаемых в запчастях. Специалисты называют гофры со шлангом усиленными.
В любом правиле есть исключения, поэтому помимо гофр с рассмотренной конструкцией существуют другие разновидности сильфонов выхлопной системы.
В некоторых конструкциях можно увидеть даже демпфирующие компенсаторы пружинного или иного типа.
Если расставить факторы, влияющие на срок службы сильфонов, по значимости, то в первую очередь необходимо упомянуть механические нагрузки от сжатия, растяжения и изгиба, возникающие из-за постоянных перемещений выхлопной системы во время движения автомобиля. Неслучайно при конструировании выхлопной системы гофру стараются располагать в ней, избегая больших углов ее изгиба, изначально создающих в деталях гофры ненужные напряжения.
Помимо этого, гофры страдают от воздействия влажности, соли и повторяющихся нагревов до высоких температур и охлаждений до температуры окружающего воздуха, однако если говорить об оригинальных сильфонах, то в действительности влияние этих факторов на срок службы не столь существенно, как может казаться.
Оригинальные гофры способны выдержать не меньше 8-10 лет эксплуатации и выходят из строя, как правило, не из-за прогорания или коррозии, а по причине переламывания и разрушения деталей гофры под действием механических нагрузок. Прочие негативные факторы этому лишь способствуют, оставаясь, однако, на вторых ролях.
Если со стороны входа в гофре обрывается внутренняя оплетка, отработавшие газы могут создать из нее пробку на выходе, которая закупоривает выхлопную систему (глушитель.резонатор или катализатор) После этого двигатель начинает хуже запускаться, неустойчиво работать на холостом ходу и плохо тянуть либо вообще перестает заводиться.
Впрочем, такой выход из строя - редкость, а в усиленных гофрах он и вовсе невозможен. В подавляющем большинстве случаев гофра повреждается насквозь, а такая проблема дает о себе знать ревом мотора, который и вынуждает владельца автомобиля держать путь на рынок запчастей.
В принципе сказанное выше о надежности и долговечности «оригинала" можно, сделав некоторую скидку, перенести на усиленные неоригинальные гофры, выполненные из высококачественной нержавеющей стали. Качество металла, применяемого при изготовлении гофры, и есть то, что в конечном итоге определяет ее срок службы.
И оно же отражается на цене гофр. При этом прослужит самая дешевая гофра, по мнению специалистов, от года до трех лет, а виноватыми в ее выходе из строя будут в равной степени все три фактора: механические нагрузки, сильный нагрев и коррозия.
Кроме качества металла и наличия усиления на цену гофр влияет количество металла, использованного при изготовлении, что объясняет зависимость стоимости от диаметра и длины изделия.
Однако на сумму, в которую обойдется замена гофры, влияет не только цена запчастей, но и стоимость работ по замене. На ней сказывается, что для замены гофры понадобится кое-какой специальный инструмент, но если "болгарками" для бытовых нужд обзавелись уже многие автовладельцы, то сварочный аппарат, который необходим для соединения новой гофры с соседними элементами выхлопной системы, найдешь далеко не в каждом домашнем хозяйстве.
Понятно, что требуется также умение пользоваться сваркой, тем более что некоторые сварочные работы придется проводить под автомобилем.
В моделях, где в выхлопной системе не предусмотрены разъемные соединения между отдельными элементами, без обрезки "болгаркой" и последующей сварки и вовсе не обойтись, если, конечно, не попытаться демонтировать подобную систему целиком, открутив болты ее крепления к выпускному коллектору.
Эти болты, а также место расположения гофры и есть камень преткновения работы по замене. Крепеж часто закоревает до степени невозможности разборки без применения особых приемов и спецсредств. Во многих случаях, когда гофра находится близко к выпускному коллектору между двигателем и перегородкой, отделяющей моторный отсек от салона, что делает ее труднодоступной, а крепеж не желает поддаваться, лучше и вовсе сначала отсоединить выпускной коллектор и лишь затем, опустив выхлопную систему ниже, заняться демонтажем самой гофры.
Сказанное объясняет, почему на услугу по замене гофр имеется спрос, а его наличие обеспечивает существование СТО, которые не занимаются ничем другим, кроме замены гофр, а также глушителей и других деталей выхлопных систем.
Поскольку цену своей работе специалисты знают, то, например, в российской столице замена гофр в настоящее время обойдется от 3000 руб. и в зависимости от сложности может увеличиться почти в 3 раза, до 9000 рублей.
Такие суммы за услуги СТО заставляют задуматься о целесообразности покупки сборочных единиц, в которые гофры уже вварены в заводских условиях. В продаже подобные узлы также можно найти.
Понятно, что они дороже, чем гофры в отдельности, а цена зависит от того, что представляет собой этот узел, только гофру с установочной площадкой и патрубком или в нем помимо гофры и площадки предусмотрен также резонатор, катализатор или что-то еще.
Например, гофра с площадкой для Renault Megane обойдется в 2600-3000 узел в сборе с гофрой и пламегасителем 3500-5000, с катализатором – 8500-15000 Тем не менее не исключено, что покупка такого изделия, несмотря на его более высокую стоимость, окажется выгоднее, чем покупка гофры в отдельности с последующей оплатой работ по ее установке.
Рассказав, для чего предназначена гофра, что она собой представляет, почему выходит из строя и дорога в замене, мы не только затронули стоимость гофр в ходе разговора, но в конечном итоге вернулись к проблеме покупки.
Как выбрать гофру, которая ревом двигателя не напомнит о своем существовании уже через пару-тройку лет? Этот вопрос заслуживает отдельного рассмотрения, ведь в случае покупки недорогой, но некачественной гофры поговорку о скупом, который платит дважды, придется откорректировать с учетом стоимости работ по замене гофры.
Удаление катализатора стоящего под днищем автомобиля, расположенного горизантально. Вварка пламегасителя вместо катализатора.
Предварительно сделав диагностику выхлопной системы - выявили неисправность катализатора. На данной фото катализатор стоит родной.
Симптомы-плохая тяга двигателя, плавают обороты, высокий расход топлива, звон внутри бочка катализатора.
Рассмотрев место где стоит катализатор-приняли решение переварить катализатор на пламегаситель без сьема детали (приемной трубы).
Спилили болты от средней части. Сняли переднее крепление на резинки. Подготовились к вырезанию катализатора.
Вырезав катализатор устанавливаем остатки приемной трубы на свои места,делаем замеры для пламегасителя. Подбираем пламегаситель подходящий по диаметру трубы и длинне.
Делаем прихватки сваркой пламегасителя к трубам приемной трубы. Откручиваем болты от средней части глушителя, снимаем с резинок и обвариваем трубы пламегасителя.
Пламегаситель вварен. Деталь стоит штатно , ничему не мешает, работае тихо.
Обороты перестали плавать, появилась тяга у двигателя.
По времени все процедуры заняли 2,5 часа.