Отделение частиц

Доля выбросов от автомобилей в общей доле загрязнения воздуха составляет примерно 10%. Черный, белый и голубой дым от дизельного двигателя являются непосредственно заметными выбросами и, подобно запаху от выхлопных газов, видны как результат работы двигателя.
Очистка выхлопных газов в дизельных двигателях призвана решить эти проблемы, посредством чего выброс частиц может быть уменьшен примерно на 75%.

В общем, размер частиц, которые должны быть удалены, имеет решающее значение для практического применения возможных систем отделения. Частицы сажи, выбрасываемые дизельным двигателем, имеют размеры (судя по диаметру) от 0,01 до 10 мкм. Размер зерна в среднем лежит около 1 мкм (микрона). Для частиц такого размера могут быть использованы только фильтрация и электрические сепараторы.

Тюнинг глушителя

Часто владельцы хотят получить более громкий, спортивный звук автомобиля. Этого можно добиться путем установки прямоточного глушителя. Его конструкция не предполагает наличия стенок-перегородок. Соответственно, газы будут более свободно покидать систему. Таким образом, двигателю будет легче «дышать» (увеличится продувка цилиндров).

Изготовить такой глушитель можно из заводского. Что нам нужно для этого? Следует подготовить:

Итак, снимаем заводской глушитель и при помощи болгарки вскрываем его корпус. Далее демонтируем все его внутренности. После этого производим распилы в форме елки по всему периметру новой трубы. Длина последней должна быть такой, чтобы она уместилась в корпусе старого глушителя. Кстати, отверстия можно сделать и при помощи дрели.

Новая труба приваривается к оставшимся хвостикам на сварку. Оставшееся пространство нужно заполнить губками для мытья посуды либо стекловатой. Далее закрываем наш вырезанный корпус. Его нужно качественно заварить, чтобы газы не просочились сквозь шов. По желанию можно покрасить глушитель серебрянкой.

На этом тюнинг выхлопной системы закончен. После можно устанавливать конструкцию на место. Внешне такой глушитель будет как стандартный. Но при оборотах двигателя свыше 3 тысяч в минуту машина будет издавать громкий и басистый звук.

Фильтр дожигания сажи

Рис. Фильтр дожигания сажи

Дизельный двигатель постоянно работает с избытком воздуха. Это значит, что выхлопные газы содержат так много кислорода, что при температуре выше примерно 550°С, собирающаяся сажа сгорает самостоятельно в фильтре (а) для дожигания сажи с эффектом самоочищения фильтра. Однако, локальные пиковые температуры, достигающие 1200°С при дожигании сажи требуют использования материалов с особыми свойствами. По этой причине для этой цели были специально разработаны керамические материалы фильтров различной конструкции.

Штампованный керамический сотовый элемент (2) подобен по конструкции и материалам каталитическому преобразователю (катализатору), используемому на бензиновых двигателях (Ь). Однако концы сотовых ячеек попеременно уплотнены керамическими заглушками (3).

Следовательно, выхлопные газы, проходящие в открытый канал, могут протекать через пористые керамические стенки в расположенные рядом каналы, ведущие к выхлопной трубе. Керамические стенки имеют толщину менее 0,5 мм. Так называемые фильтры с «глубокой основой» разработаны в качестве альтернативы керамическим сотовым фильтрам. У них заметно больше размер пор и разделение происходит только на существенной глубине в фильтре (толщина стенки). Здесь используются «свечи», состоящие из перевитых керамических фиберов. Чтобы исключить избыточные противодавления и, таким образом, риск забивания, необходимо предусмотреть вспомогательную регенерацию. Температуры сгорания могут быть уменьшены до 200 — 250°С путем добавления металлоорганических соединений. Дожигание в этом случае сможет остаться эффективным даже при расположении фильтрующей системы под дном кузова автомобиля. Подача внешней энергии через дожигатель топлива станет причиной усиленной регенерации фильтра.

Для чего нужен и как устроен выпускной коллектор

Как мы уже сказали, выпускной коллектор, является первой деталью выпускной системы автомобиля и непосредственно подсоединён к двигателю.

На первый взгляд, может показаться, что его роль достаточно проста – собирать то, что остаётся от топлива из камер сгорания цилиндров мотора, и передавать это дальше по системе.

Но если вникнуть в вопрос глубже, то окажется, что от выпускного коллектора зависят и параметры силового агрегата – мощность и крутящий момент.

Конструктивно элемент очень прост. Представляет он собой несколько труб (по одной на каждый цилиндр), которые с одного конца подсоединены к двигателю, а с другого сходятся в одну большую трубу.

Более никаких деталей в выпускном коллекторе вы не найдёте.

Изготавливается он из жаропрочных сплавов, например, чугун или специальная сталь. В редких случаях даже из керамики.

Дело в том, что условия, с которыми сталкивается выпускной коллектор, нельзя назвать дружелюбными – температура узла из-за раскалённых газов может достигать 900 – 1300 градусов. Настоящий ад.

Поэтому бытует мнение, что элемент может прогореть, но на самом деле такое практически никогда не случается – по сути, данную деталь выхлопной системы можно назвать вечной.

Электрический сепаратор

Напряженность электрического поля так высока, что на концах или остриях одного из электродов (3) электричеокого сепаратора начинается эмиссия электронов. В результате этого образуются свободные носители заряда, которые сами осаждаются на частицы, находящиеся в выхлопных газах (1). В электростатическом поле электрически заряженные частицы движутся к электроду с противоположной полярностью, где они и отделяются. (2 — электростатический накопитель). Хотя электрический сепаратор в обычной форме неприменим для работы в автомобиле (размеры, трудность очистки), принцип его работы с помощью накопления приведет к существенному росту отделяемых частиц. Затем частицы могут быть отделены от потока выхлопных газов в обычном центробежном сепараторе.

Рис. Электрический сепаратор

Циклон (устройство отделения частиц от газа) (5) расположен внизу накопителя. Благодаря центробежной силе частицы двигаются, вращаясь, к наружной стенке и оттуда к отстойнику. Отделенная сажа подается к системе удаления (4) вместе с потоком выхлопных газов. Возможности удаления предусматривают дожигание сажи внутри или снаружи двигателя или непосредственное хранение сажи. (6 — очищенные выхлопные газы).

В отличие от фильтра дожигания сажи, утечки давления выхлопных газов в электрическом сепараторе не зависят от количества сажи и постоянны для соответствующего режима работы (отсутствует риск забивания).

Тюнинг выхлопной системы.

Как самостоятельно сделать тюнинг (tuning) выхлопной системы, наверное, многие задумывались, а кто-то уже тюнинговал или просто переделывал выхлопную своими руками. Как бы просто это не показалось на первый взгляд, но правильно настроенная выхлопная система автомобиля требует сложных расчётов, правильно подобранных материалов и деталей.

тюнинг выхлопной системы

Это вам не гофру глушителя поменять и не катализатор вырезать.

Прежде чем приступать к переделке выхлопа на своей Subaru, BMW, Audi или Lada Priora, нужно понимать, как в конечном итоге будет работать вся выхлопная система после тюнинга. Для чего вы хотите сделать тюнинг выхлопной системы? Основная цель тюнинга – это настройка выхлопа для увеличения мощности двигателя.

Первое и самое главное – отсутствие обратного давления выхлопных газов (противодавление). Давление газов в обратную сторону только понижает производительность мотора. Существуют теории, основанные на отмеченных эффектах, что противодавление в выхлопной системе важно, но это не так.

Для развития мощности, необходимо максимизировать эффективность двигателя. Это достигается увеличением количества протекающего воздуха и топлива. Если выхлопные газы выходят легче, без сопротивления, то возрастает поток топливовоздушной смеси в двигатель, а мощность мотора таким образом увеличивается. Любое обратное давление снижает показатель наполнения цилиндров топливовоздушной смесью. Становится понятным, почему и какой выхлоп самый мощный – самые мощные выхлопные системы полностью открыты начиная от выпускных клапанов, но это конечно не лучший дизайн. И представляете, как дико ревёт такой мотор?! Как выхлоп влияет на мощность, в общих чертах мы разобрались.

Недостающее звено – настройка выхлопных газов. Это, вероятно, самое близкое по смыслу название для тюнинга выхлопа, поскольку работа ведется с тонами и частотами, как в музыке.

Итак, что происходит? После каждого воспламенения в цилиндре происходит выброс выхлопного газа. Каждый импульс представляет собой зону высокого давления, окружённую зоной низкого давления. На графике это выглядит как волна, где пик представляет область высокого давления, и прогиб, который ниже средней линии – это область низкого давления. Выхлопные трубы можно сравнить с трубами органа (музыкального инструмента). Для каждого диаметра и длины существует резонансная частота, так же, как и трубы органа разных размеров и диаметров имеют звучание разных высоты и тембра.

Тюнинг выхлопной системы использует этот резонанс для выпуска отработанных газов.

Это главное.

Точно настроенный выхлоп не только уменьшает противодавление (обратное давление) до минимальных уровней, но может фактически вытягивать газы из цилиндров!

При правильном проектировании выхлоп должен быть настроен на резонанс. При этом колебания давления в выхлопе рассчитываются так, чтобы волна низкого давления находилась на выпускном клапане в момент его открытия, вытягивая газы из цилиндра. Такой тюнинг выхлопа невозможно настроить простой переделкой выхлопной системы по принципу – «на глаз». Необходимо проводить аэродинамическое моделирование динамики потоков выхлопных газов, большинство действительно эффективных выхлопных систем именно так и настраиваются.

Выпускной коллектор является основным компонентом, отвечающим за настройку выхлопа. Длина и диаметр каждой трубы могут быть подготовлены для создания резонансного эффекта в определенном диапазоне оборотов. Стоит отметить, что, если диаметр или длина труб коллектора не изменяется, то резонансный диапазон оборотов двигателя фиксирован. Когда двигатель работает в определенном диапазоне оборотов, на который настроен выхлоп – тюнинг включается в игру. Эффект тюнингованного выхлопа повысит крутящий момент мотора в этом диапазоне частоты оборотов, но при этом может также снизить мощность на других оборотах. Когда тюнингованная выхлопная система изменяется путем добавления различных задних глушителей, резонаторов или труб большего диаметра, настройка может быть нарушена. Аналогичным образом изменится звук, если отрезать последний метр от какой-либо трубы из регистра церковного органа и заменить его более крупной трубой.

Если посмотреть, то поражает какие бывают формы и виды выпускных коллекторов, но каждый сделан с целью получить определённый желаемый эффект.

Часто эти изменения нарушают резонанс и настройку выхлопной системы, что приводит к снижению выходной мощности. Без понимания резонансного эффекта, часто делают неверный вывод о тюнинге выхлопной системы. Поэтому для настройки выхлопа недостаточно сделать своими руками прямоточный выхлоп, который кроме душераздирающего рёва не добавит ни одной лошадиной силы к мощности мотора.

Профессиональный тюнинг выхлопной системы – это сложный процесс. С массой компромиссов и вариантов настройки, потому что идеального варианта не существует. Прежде чем переделывать выхлопную систему нужно иметь чётко поставленную задачу – зачем нужен тюнинг выхлопной системы. Если для красивого вида и звука, то это больше дизайнерский подход. Если готовить машину к соревнованиям, то опять нужно понимать – это для стрит рейсинга, или для гонок по трассе, или для соревнований в ралли – в этих случаях нужен грамотный технический подход к тюнингу.

Если вы рассматриваете покупку готовой нестандартной выхлопной системы, вы должны обращать внимание на технические детали применительно к мотору вашего автомобиля. Например, модернизированные первичные трубы выпускного коллектора равной длины или перекрещенные секции X коллекторов V-образного двигателя. Трубы большего диаметра могут изменять звук, но при этом прибавка в мощности маловероятна. Аналогично, выпускные коллекторы из нержавеющей стали, которые повторяют конструкцию оригинала, не будут обеспечивать никаких улучшений, поскольку они не будут принципиально изменять настройку выхлопа. Для настоящего и профессионального тюнинга выхлопной системы имеет значение только расчет потока и резонанса давлений в конструкции.

Графическая характеристика и заданные значения

По сигнальному проводу информация о давлении ОГ передается в систему управления двигателем. Анализируемый сигнал давления ОГ изменяется в зависимости от давления. Диапазон измерения прим. от 1,0 до 4,5 вольта. Измеренное противодавление отработавших газов зависит от двигателя.

6-цилиндровый дизель с 3 турбонагнетателями ОГ имеет отличающуюся графическую характеристику:

Соблюдать следующие заданные значения для датчика давления ОГ: