Глушитель принцип работы на автомобиле

Журнал ТЮНИНГ
Текст Александр Пахомов.

Едва ли не самая популярная тема во всех «курилках», так или иначе связанных с тюнингом автомобилей, — выпускные системы двигателей. По крайней мере, я чаще отвечаю на вопросы о выхлопе, чем о клапанах, головках, коленвалах и прочих составляющих настройки двигателей. Причем диапазон вопросов примерно следующий: от «скажите, а как применить формулу для вычисления резонансной частоты (приводится соотношение для резонатора Гельмгольца) к четырехдроссельному впуску?» до «мне друг подарил «паук» со своего спортивного «гольфа». Сколько прибавится лошадиных сил, если я его установлю на свой автомобиль?» или » я строю себе мотор. Какой глушитель купить, чтобы было больше мощности?», или «сколько лошадиных сил прибавится, если я вместо катализатора установлю резонатор?». Причем во всех вопросах красной линией проходит добавочная мощность.

ТАК ДАВАЙТЕ ДЛЯ НАЧАЛА РАЗБЕРЕМСЯ, ГДЕ ЖЕ ЛЕЖИТ ЭТА ДОБАВОЧНАЯ МОЩНОСТЬ. И ПОЧЕМУ ВЫПУСКНОЙ ТРАКТ ВЛИЯЕТ НА РАБОТУ МОТОРА.

Если мы все дружно понимаем, что мощность есть произведение вращающего момента на скорость вращения коленчатого вала (обороты), то понятно, что мощность — зависимая от скорости величина. Рассмотрим чисто теоретический двигатель (не важно, электрический он, внутреннего сгорания или турбореактивный), который отдает постоянный вращающий момент на оборотах от 0 до бесконечности. (кривая 2 на рис. 1) Тогда его мощность будет линейно расти с оборотами от 0 до бесконечности (кривая 1 на рис. 1). Предмет нашего интереса — четырехтактные многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания в силу конструкции и процессов, в них происходящих, имеют рост момента с увеличением оборотов до его максимальной величины, и с дальнейшим увеличением оборотов момент сновападает (кривая 3 на рис. 1). Тогда и мощность будет иметь аналогичный вид (кривая 4 на рис. 1). Важным обстоятельством для понимания функций выпускной системы является связь вращающего момента с коэффициентом наполнения цилиндра.

Рис. 1

Давайте себе представим процесс, происходящий в цилиндре в фазе впуска. Предположим, коленчатый вал двигателя вращается настолько медленно, что мы можем наблюдать движение топливовоздушной смеси в цилиндре и в любой момент времени давление во впускном трубопроводе и цилиндре успевает выравниваться. Предположим, что вверхней мертвой точке (ВМТ) давление в камере сгорания равно атмосферному. Тогда при движении поршня из ВМТ в нижнюю мертвую точку (НМТ) в цилиндр попадет количество свежей топливовоздушной смеси, точно равное объему цилиндра. Говорят, что в таком случае коэффициент наполнения равен единице. Предположим, что в вышеописанном процессе мы закроем впускной клапан в положении поршня, соответствующем 80% его хода. Тогда мы наполним цилиндр только на 80% его объема и масса заряда составит соответственно 80%. Коэффициент наполнения в таком случае будет 0.8. Другой случай. Пусть некоторым образом нам удалось во впускном коллекторе создать давление на 20% выше атмосферного. Тогда в фазе впуска мы сможем наполнить цилиндр на 120% по массе заряда, что будет соответствовать коэффициенту наполнения 1.2. Так, теперь самое главное. Вращающий момент двигателя совершенно точно на кривой момента соответствует коэффициенту наполнения цилиндра. То есть вращающий момент там выше, где коэффициент наполнения выше, и ровно во столько же раз, если, конечно, мы не учитываем внутренние потери в двигателе, которые растут со скоростью вращения. Из этого понятно, что кривую момента и, соответственно, кривую мощности определяет зависимость коэффициента наполнения от оборотов. У нас есть возможность влиять в некоторых пределах на зависимость коэффициента наполнения от скорости вращения двигателя с помощью изменения фаз газораспределения. В общем случае, не вдаваясь в подробности, можно сказать, что чем шире фазы и чем в более раннюю по отношению к коленчатому валу область мы их сдвигаем, тем на больших оборотах будет достигнут максимум вращающего момента. Абсолютное значение максимального момента при этом будет немного меньше, чем с более узкими фазами (кривая 5 на рис. 1). Существенное значение имеет так называемая фаза перекрытия. Дело в том, что при высокой скорости вращения определенное влияние оказывает инерция газов в двигателе. Для лучшего наполнения в конце фазы выпуска выпускной клапан надо закрывать несколько позже ВМТ, а впускной открывать намного раньше ВМТ. Тогда у двигателя появляется состояние, когда в районе ВМТ при минимальном объеме над поршнем оба клапана открыты и впускной коллектор сообщается с выпускным через камеру сгорания. Это очень важное состояние в смысле влияния выпускной системы на работу двигателя. Теперь, я думаю, пора рассмотреть функции выпускной системы. Сразу скажу, что в выпускной системе присутствует три процесса. Первый — сдемпфированное в той или иной степени истечение газов по трубам. Второй — гашение акустических волн с целью уменьшения шума. И третий — распространение ударных волн в газовой среде. Любой из названных процессов мы будем рассматривать с позиции его влияния на коэффициент наполнения. Строго говоря, нас интересует давление в коллекторе у выпускного клапана в момент его открытия. Понятно, что чем меньшее давление, а лучше даже ниже атмосферного, удастся получить, тем больше будет перепад давления от впускного коллектора к выпускному, тем больший заряд получит цилиндр в фазе впуска. Начнем с достаточно очевидных вещей. Выпускная труба служит для отвода выхлопных газов за пределы кузова автомобиля. Совершенно понятно, что она не должна оказывать существенного сопротивления потоку. Если по какой то причине в выпускной трубе появился посторонний предмет, закрывающий поток газов (например, соседи пошутили и засунули в выхлопную трубу картошку), то давление в выпускной трубе не будет успевать падать, и в момент открытия выпускного клапана давление в коллекторе будет противодействовать очистке цилиндра. Коэффициент наполнения упадет, так как оставшееся большое количество отработанных газов не позволит наполнить цилиндры в прежней степени свежей смесью. Соответственно, двигатель не сможет вырабатывать прежний вращающий момент. Весьма важно понимать, что размеры трубы и конструкция глушителей шума в серийном автомобиле достаточно хорошо соответствуют количеству отработанных газов, вырабатываемых двигателем в единицу времени. Как только серийный двигатель подвергся изменениям с целью увеличения мощности (будь то увеличение рабочего объема или увеличение момента на высоких оборотах), сразу увеличивается расход газа через выпускную трубу и следует ответить на вопрос, а не создает ли теперь в новых условиях избыточного сопротивления серийная выпускная система. Так что из рассмотрения первого процесса, обозначенного нами, следует сделать вывод о достаточности размеров труб. Совершенно понятно, что после некоторого разумного размера увеличивать сечение труб для конкретного двигателя бессмысленно, улучшения не будет. А отвечая на вопрос, где же мощность, можно сказать, что тут главное не потерять, прибрести же ничего невозможно. Из практики могу сказать, что для двигателя объемом 1600 куб. см, имеющего хороший вращающий момент до 8000 об./мин., вполне достаточно трубы диаметром 52 мм. Как только мы говорим о сопротивлении в выпускной системе, необходимо упомянуть о таком важном элементе, как глушитель шума. Так как в любом случае глушитель создает сопротивление потоку, то можно сказать, что лучший глушитель — полное его отсутствие. К сожалению, для дорожного автомобиля это могут себе позволить только отчаянные хамы. Борьба с шумом — это, как ни верти, забота о нашем с вами здоровье. Не только в повседневной жизни, но и в автоспорте действуют ограничения на шум, производимый двигателем автомобиля. Должен сказать, что в большинстве классов спортивных автомобилей шум выпуска ограничен уровнем 100 дб. Это довольно лояльные условия, но без глушителя ни один автомобиль не будет соответствовать техтребованиям и не сможет быть допущенным к соревнованиям. Поэтому выбор глушителя — всегда компромисс между его способностью поглощать звук и низким сопротивлением потоку.

ТЕПЕРЬ, НАВЕРНОЕ, СЛЕДУЕТ ПРЕДСТАВИТЬ СЕБЕ, КАКИМ ОБРАЗОМ ЗВУК ГАСИТСЯ В ГЛУШИТЕЛЕ.

Акустические волны (шум) несут в себе энергию, которая возбуждает наш слух. Задача глушителя состоит в том, чтобы энергию колебаний перевести в тепловую. По способу работы глушители надо разделить начетыре группы. Это ограничители, отражатели, резонаторы и поглотители.

ОГРАНИЧИТЕЛЬ

Принцип его работы прост. В корпусе глушителя имеется существенное заужение диаметра трубы, некое акустическое сопротивление, а за ним сразу большой объем, аналог емкости. Продавливая через сопротивление звук, мы колебания сглаживаем объемом. Энергия рассеивается в дросселе, нагревая газ. Чем больше сопротивление (меньше отверстие), тем эффективней сглаживание. Но тем больше сопротивление потоку. Наверное, плохой глушитель. Однако в качестве предварительного глушителя в системе — довольно распространенная конструкция.

ОТРАЖАТЕЛЬ

В корпусе глушителя организуется большое количество акустических зеркал, от которых звуковые волны отражаются. Известно, что при каждом отражении часть энергии теряется, тратится на нагрев зеркала. Если устроить для звука целый лабиринт из зеркал, то в конце концов мы рассеем почти всю энергию и наружу выйдет весьма ослабленный звук. По такому принципу строятся пистолетные глушители. Значительно лучшая конструкция, однако так как в недрах корпуса мы заставим также газовый поток менять направление, то все равно создадим некоторое сопротивление выхлопным газам. Такая конструкция чаще всего применяется в оконечных глушителях стандартных систем.

РЕЗОНАТОР

Глушители резонаторного типа используют замкнутые полости, расположенные рядом с трубопроводом и соединенные с ним рядом отверстий. Часто в одном корпусе бывает два не равных объема, разделенных глухой перегородкой. Каждое отверстие вместе с замкнутой полостью является резонатором, возбуждающим колебания собственной частоты. Условия распространения резонансной частоты резко меняются, и она эффективно гасится вследствие трения частиц газа в отверстии. Такие глушители эффективно в малых размерах гасят низкие частоты и применяются в основном в качестве предварительных, первых в выпускных системах. Существенного сопротивления потоку не оказывают, т.к. сечение не уменьшают.

ПОГЛОТИТЕЛЬ

Способ работы поглотителей заключается в поглощении акустических волн неким пористым материалом. Если мы звук направим, например, в стекловату, то он вызовет колебания волокон ваты и трение волокон друг о друга. Таким образом, звуковые колебания будут преобразованы в тепло. Поглотите ли позволяют построить конструкцию глушителя без уменьшения сечения трубопровода и даже без изгибов, окружив трубу с прорезанными в ней отверстиями слоем поглощающего материала. Такой глушитель будет иметь минимально возможное сопротивление потоку, однако и хуже всего снижает шум. Надо сказать, что серийные выпускные системы используют в большинстве случаев различные комбинации всех приведенных способов. Глушителей в системе бывает два, а иногда и больше. Следует обратить внимание на особенность конструкций глушителей, которая в случае самостоятельного изготовления не позволяет достичь эффективного снижения шума, хотя кажется, что все сделано правильно. Если внутри глушителя у его стенок нет поглощающего материала, то источником звука становятся стенки корпуса. Многие замечали, что некоторые глушители имеют снаружи асбестовую обкладку, прижатую дополнительным листом фальшкорпуса. Это и есть та мера, которая позволит ограничить излучение через стенки и предотвратить нагрев соседних элементов автомобиля. Такая мера характерна для глушителей первого и второго типов. Есть еще одно обстоятельство, которое нельзя обойти вниманием в статье о тюнинге. Это тембр звука. Часто пожелания клиента к тюнинговой компании состоят в том, чтобы посредством замены глушителя добиться «благородного» звучания мотора. Надо заметить, что если требования к выпускной системе не распространяются дальше изменения «голоса», то за дача существенно упрощается. Можно сказать, что, вероятнее всего, для таких целей больше подходит глушитель поглотительного типа. Его объем, количество набивки, а также сама набивка определяют спектр частот, интенсивно поглощаемых. Практически любая мягкая набивка поглощает в большей степени высокочастотную составляющую, придавая бархатистость звуку. Глушители резонаторного типа гасят низкие частоты. Таким образом, варьируя размеры, содержимое и набор элементов, можно подобрать тембр звучания.

ТЕПЕРЬ МОЖНО ПЕРЕЙТИ К ВОПРОСУ, НАИБОЛЕЕ ПОПУЛЯРНОМУ И БОЛЕЕ СЛОЖНОМУ. КАКИМ ОБРАЗОМ ДВИГАТЕЛЬ БЛАГОДАРЯ НАСТРОЙКЕ ВЫПУСКНОЙ СИСТЕМЫ МОЖЕТ ПОЛУЧИТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ МОЩНОСТЬ?

Как мы уже уяснили, коэффициент наполнения, вращающий момент и мощность зависят от перепада давления между впускным и выпускным коллекторами в фазе продувки. Выпускную систему можно построить таким образом, что распространяющиеся в трубах ударные волны, отражаясь от различных элементов системы, будут возвращаться к выпускному клапану в виде скачка давления или разрежения. Откуда же появится разрежение, спросите вы. Ведь в трубу мы всегда только нагнетаем и никогда не отсасываем. Дело в том, что в силу инерции газов за скачком давления всегда следует фронт разрежения. Именно фронт разрежения интересует нас больше всего. Нужно только сделать так, чтобы он был в нужном месте в нужное время. Место нам уже хорошо известно. Это выпускной клапан. А время нужно уточнить. Дело в том, что время действия фронта весьма незначительное. А время открытия выпускного клапана, когда фронт разрежения может создать полезную для нас работу, сильно зависит от скорости вращения двигателя. Да и весь период фазы выпуска нужно разбить на две составляющие. Первая — когда клапан только что открылся. Эта часть характеризуется большим перепадом давления и активным истечением газов в выпускной коллектор. Отработанные газы и без посторонней помощи после рабочего хода покидают цилиндр. Если в этот момент волна разрежения достигнет выпускного клапана, маловероятно, что она сможет повлиять на процесс очистки. А вот конец выпуска более интересен. Давление в цилиндре уже упало почти до атмосферного. Поршень находится около ВМТ, значит, объем над поршнем минимален. Да еще впускной клапан уже приоткрыт. Помните? Такое состояние (фаза перекрытия) характеризуется тем, что впускной коллектор через камеру сгорания сообщается с выпускным. Вот теперь, если фронт раз режения достигнет выпускного клапана, мы сможем существенно улучшить коэффициент наполнения, так как даже за короткое время действия фронта удастся продуть маленький объем камеры сгорания и создать разрежение, которое поможет разгону топливовоздушной смеси в канале впускного коллектора. А если представить себе, что как только все отработанные газы покинут цилиндр, а разрежение достигнет свое го максимального значения, выпускной клапан закроется, мы сможем в фазе впуска получить заряд больший, чем если бы очистили цилиндр только до атмосферного давления. Этот процесс дозарядки цилиндров с помощью ударных волн в выпускных трубах может позволить получить высокий коэффициент наполнения и, как следствие, дополнительную мощность. Результат его действия примерно такой, как если бы мы нагнетали давление во впускном коллекторе с помощью компрессора. В конце концов, какая разница, каким образом создан перепад давления, заталкивающий свежую смесь в камеру сгорания, с помощью нагнетания со стороны впуска или разрежения в цилиндре? Такой вот процесс может вполне происходить в выпускной системе ДВС. Осталась сущая мелочь. Нужно такой процесс организовать.

Первым необходимым условием дозарядки цилиндров с помощью ударных волн надо назвать существование достаточно широкой фазы перекрытия. Строго говоря, нас интересует не столько сама ширина фазы как геометрическая величина, сколько интервал времени, когда оба клапана открыты. Без особых разъяснений понятно, что при постоянной фазе с увеличением скорости вращения время уменьшается. Из этого автоматически следует, что при настройке выпускной системы на определенные обороты одним из варьируемых параметров будет ширина фазы перекрытия. Чем выше обороты настройки, тем шире нужна фаза. Из практики можно сказать, что фаза перекрытия менее 70 градусов не позволит иметь заметный эффект, а значение для настроенных на обычные 6000 об/мин систем составляет 80 — 90 градусов.

Второе условие уже определили. Это необходимость вернуть к выпускному клапану ударную волну. Причем в многоцилиндровых двигателях вовсе необязательно возвращать ее в тот цилиндр, который ее сгенерировал. Более того, выгодно возвращать ее, а точнее, использовать в следующем по порядку работы цилиндре. Дело в том, что скорость распространения ударных волн в выпускных трубах — есть скорость звука. Для того чтобы возвратить ударную волну к выпускному клапану того же цилиндра, предположим, на скорости вращения 6000 об/мин, надо расположить отражатель на расстоянии примерно 3,3 метра. Путь, который пройдет ударная волна за время двух оборотов коленчатого вала при этой частоте, составляет 6,6 метра. Это путь до отражателя и обратно. Отражателем может служить, например, резкое многократное увеличение площади трубы. Лучший вариант — срез трубы в атмосферу. Или, наоборот, уменьшение сечения в виде конуса, сопла Лаваля или, совсем грубо, в виде шайбы. Однако мы договорились, что различные элементы, уменьшающие сечение, нам неинтересны. Таким образом, настроенная на 6000 об/мин выпускная система предполагаемой конструкции для, например, четырехцилиндрового двигателя будет выглядеть как четыре трубы, отходящие от выпускных окон каждого цилиндра, желательно прямые, длиной 3,3 метра каждая. У такой конструкции есть целый ряд существенных недостатков. Во-первых, маловероятно, что под кузовом, например, Гольфа длиной 4 метра или даже Ауди А6 длиной 4,8 метра возможно разместить такую систему. Опять же, глушитель все-таки нужен. Тогда мы должны концы четырех труб ввести в банку достаточно большого объема, с близкими к открытой атмосфере акустическими характеристиками. Из этой банки надо вывести газоотводную трубу, которую необходимо оснастить глушителем.

Короче, такого типа система для автомобиля не подходит. Хотя справедливости ради надо сказать, что на двухтактных четырехцилиндровых мотоциклетных моторах для кольцевых гонок она применяется. Для двухтактного мотора, работающего на частоте выше 12 000 об/мин, длина труб сокращается более чем в четыре раза и составляет примерно 0,7 метра, что вполне разумно даже для мотоцикла.

Продолжение

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания образуется большой объем газа, нагретого до высоких температур. Глушитель – это элемент выхлопной системы автомобиля, предназначенный для уменьшения уровня шума до установленного уровня. Российским ГОСТ Р 52231-2004 установлены предельно допустимые показатели для разных типов транспортных средств и методы их измерения.

В зависимости от используемой схемы глушителя автомобиля уровень шума для легковых моделей самой массовой категории M1 не может превышать 96 дБ. Это требование также распространяется на грузопассажирские и грузовые машины класса N1. Для автобусов (M2) и грузовиков (N3) этот показатель несколько больше и составляет 100 дБ. Действие нормативного акта распространяется на транспортные средства, находящиеся в эксплуатации на территории Российской Федерации.

Для выполнения этих жестких требований упомянутого стандарта по уровню внешних шумов в конструкции автомобиля предусматриваются соответствующие системы. Речь идет о резонаторе и глушителе схема, которых подбирается конструкторами с учетом мощности силового агрегата. Существуют разные их виды, которые различаются по внешнему виду, конструкции и функционалу. При этом эти элементы выхлопной системы независимо от особенностей их устройства имеют одинаковый принцип действия.

Разобравшись, как работает глушитель легковой машины, вы будет понимать особенности функционирования его грузового аналога. Это элемент выхлопной системы, невзирая на все разнообразие конструкций, решает схожие задачи.

Назначение и функция глушителя в системе выпуска выхлопных газов

Большинство современных автомобилей оснащается четырехтактными двигателями, работающими на бензине (газу) или дизельном топливе. Выход продуктов сгорания из цилиндров осуществляется в процессе такта выпуска через соответствующие клапана. Перегретые газы попадают в систему выпуска, в которой происходит снижение температуры и уменьшение уровня шума. На фото выхлопной системы представлены все ее элементы:

• Коллектор выпускной. Изготавливается из чугуна и предназначен для сбора продуктов сгорания из нескольких цилиндров и направления в одну трубу.
• Каталитический конвертер (нейтрализатор). Применяется для уменьшения токсичности выхлопных газов и снижения содержания CO до нормативных показателей.
• Резонатор. Используется для погашения акустической волны, вызванной взрывным горение топливовоздушной смеси в цилиндре за счет эффекта наложения звуковых колебаний.

Глушитель – устройство, замыкающее цепочку элементов системы выпуска отработанных газов, и предназначенное для уменьшения уровня внешнего шума автомобиля до установленного уровня. В этом конструкционном узле реализуется ряд эффектов, обеспечивает преобразование циклического выхлопа:

• Изменение поперечного сечения газового потока. Высокочастотные колебания гасятся за счет резкого уменьшения диаметра внутренней камеры, что вызывает быстрое увеличение акустического сопротивления. Обратите внимание, как устроен глушитель автомобиля внутри: за местным сужением следует резкое расширение проходного сечения, где и происходит рассеивание звуковых волн.
• Перенаправление газовых потоков. Разбираясь в вопросе, из чего состоит глушитель, обратите внимание на наличие в нем поперечных перегородок. В них со смещением ввариваются короткие трубки. При прохождении через такую конструкцию происходит многократное разворачивание потока выхлопных газов на 90°. В результате громкость звука существенно уменьшается до приемлемых показателей.
• Интерференция акустических волн. В трубках, установленных внутри глушителя в разрезе, высверливаются множество отверстий. Перфорация обеспечивает дробление газового потока, что приводит к взаимному наложению звуковых колебаний друг на друга.
• Высоко- и низкочастотные звуковые волны, сопровождающие прохождение газового потока через глушитель в машине, поглощаются специальными материалами. Преимущественно для этих целей применяется каолиновая или базальтовая вата, которая способна длительное время выдерживать высокие температуры до 700 °C.

Использование перечисленных эффектов обеспечивает значительное уменьшение амплитуды звуковых колебание и снижение громкости выхлопа. Из пояснений становится понятно, для чего нужен глушитель и какова его функция в системе выпуска отработанных газов. Существуют разные варианты конструкции этого устройства, но и при этом назначение его остается неизменным.

Основной принцип работы глушителя автомобиля состоит в разделении и перенаправление потоков отработанных газов. Высокочастотные колебания в системе выпуска при этом гасятся с большой эффективностью за счет применения интерференционных элементов. Остаточные шумы надежно поглощаются специальными наполнителями на основе тугоплавкого минерального волокна.

Устройство глушителя автомобиля

Конструкция выхлопной системы зависит от компоновки транспортного средства и особенностей силового агрегата. На автомобилях с V-образными шести- и восьмицилиндровыми двигателями используются два выпускных коллектора. Нередко отвод продуктов сгорания в таких случаях осуществляется по двум независимым трактам.

Если рассмотреть устройство глушителя автомобиля в разрезе, то мы увидим, что этот конструкционный узел состоит из следующих элементов:

• Корпус. Объединяет все части глушителя, изготавливается обычно из стального листа с антикоррозионным покрытием. В поперечном сечении представляет собой правильный круг либо эллипс, а также может иметь более сложную форму.
• Впускная труба. Вваривается в отверстие в передней стенке корпуса и снабжается всасывающим резонатором.
• Отражающие камеры. Секционное строение глушителя автомобиля формируется за счет установки поперечных перегородок, обеспечивающих перенаправление газовых потоков.
• Интерференционные элементы. Применение в схеме глушителя машины составного элемента «труба в трубе» приводит к взаимному погашению звуковых колебаний за счет подсоса отработанных газов из следующей камеры.
• Поглотители. Материалы из тугоплавкого минерального волокна в некоторых схемах глушителей закладываются в последнюю секцию. Проходя сквозь них, выхлопные газы охлаждаются и теряют энергию.
• Выпускная труба. Выходит, непосредственно в атмосферу и может быть прямой или изогнутой к низу. Некоторые автовладельцы, для которых важно, как выглядит глушитель, надевают на нее дополнительные элементы. Они устанавливаются для красоты и делают внешний вид автомобиля оригинальным.

Описанная конструкция глушителя автомобиля применяется на самых современных моделях, и ее появление стало возможным только с появлением соответствующих материалов и технологий. На машинах, выпускавшихся на заре автомобилестроения, не были предусмотрены устройства для снижения уровня шума.

Простейшее устройство глушителя для автомобиля использовалось на большинстве советских машинах. Такие конструкции имели довольно низкую эффективность и машины были довольно шумными. Ужесточение требований к уровню внешних звуков произошло с началом экспорта автомобилей семейства LADA в европейские страны.

Физический принцип действия глушителя реализуется в его конструкции. В каждой из секций этого элемента системы выпуска последовательно уменьшается амплитуда акустических колебаний и на выходе громкость звука не превышает допустимых значений. При этом также падает температура отработанных газов, что также способствует снижению шумности легкового или грузового транспорта.

Современная конструкция глушителя, устанавливаемого на автомобиль, отличается долговечностью и превосходными характеристиками. Это достигается за счет применения жаропрочных сталей или специальных сплавов. Инженерами подбирается оптимальная форма элементов, производятся компьютерное моделирование поведения газовых потоков. Расчеты оптимальных площадей проходных сечений трубок, размеров интерференционных элементов, диаметров и расположения отверстий перфорации выполняются по специальным методикам с применением высокопроизводительной вычислительной техники.

Основные разновидности глушителей

Консультация бесплатно

Глушитель — важный элемент автомобиля, предназначенный для уменьшения звука выхлопа до установленного законодательством уровня, снижения вибраций и колебаний.

Конструктивно состоит из нескольких элементов, которые дополняют друг друга. Использование автомобиля без этого элемента запрещено. Ниже рассмотрим, зачем необходимо гасить звук, из чего состоит узел, как работает глушитель, из каких материалов собирается.

Для чего надо гасить звук выхлопа

Максимальный уровень шума устанавливается действующим ГОСТ под № 33997-2016. В нем сказано, что максимальный уровень шума для транспортных средств из категорий M1, N1 и L не должен быть больше 96 дБ, а для M2 и N2 — не более 100 дБ. 

Важно

Проверка уровня шума, характерного для звука выхлопа, проверяется с помощью шумомера. Результат измерений признается в том случае, если уровень шумовых помех не меньше, чем на 10 дБ. Полученный параметр округляют, после чего принимают решение о возможности использования автомобиля.

По действующим законам превышение уровня шума ТС предусматривает 500 р штрафа. Это правило прописано в административном кодексе России КоАП, ст. 8.23. В Интернете встречается информация, что норма не может применяться из-за отсутствия в гл. 12 КоАП РФ. Точку в вопросе поставил ВС РФ, который дал право штрафовать за такие нарушения.

Если водитель решил тюнинговать машину, он обязан обратиться в ГИБДД и получить разрешение. После этого нужно обратиться в лабораторию и добиться разрешения на внесение изменений в конструкцию. На завершающем этапе придется пройти технический осмотр и обратиться в ГИБДД для регистрации и внесения изменений в ПТС.

В случаекогда звук выхлопа превышает норму, работник ГАИ вправе запретить водителю эксплуатировать машину. Чтобы ехать дальше, придется устранить неисправность. Если автовладелец второй раз попадается с одним нарушением, ему может грозить ответственность по КоАП РФ, ч. 1, ст. 19.3. В таком случае размер штрафа увеличивается до 1000 р, и можно оказаться под арестом на 15 дней.

Важно понимать, что громкий звук выхлопа негативно влияет на окружающих людей. Он может сильно напугать взрослого или ребенка, что может привести к негативным последствиям. Кроме того, в условиях повышенного городского шума использование «громких» автомобилей является недопустимым.

Функции глушителя в выхлопной системе

Производители автомобилей выделяют две базовые функции, которые берет на себя глушитель или по-простому, глушак:

1. уменьшение уровня шума газов, выходящих из двигателя в окружающую среду;
2. преобразование основных параметров: скорость, пульсация, температура.

После сгорания в силовом агрегате возникают отработавшие газы, которые выбрасываются из силового агрегата под огромным давлением. При движении по выпускной системе формируются звуковые колебания. Задача глушителя в том, чтобы превратить последние в тепло. Это позволяет уменьшить уровень звука до безопасного параметра. Параллельно с этим на выходе мотора создается давление, которые подавляет возможности силового агрегата. Последний теряет до 10% первоначальной мощности.

Уменьшение шума в трубе глушителя и ее элементах происходит путем следующих действий:

• преобразование и поглощение звуковых волн;
• уменьшение или расширение потока;
• корректировка направления движения выхлопа по элементам системы.

Расширение и сужение реализуется на счет камер и диафрагменного отверстия соответственно. Также в процессе перемещения выхлопные газы меняют угол от 90 до 360 градусов, что обеспечивает снижение уровня звука. Преобразование звуковых волн зависит от характера наложения, поэтому приводит повышению или снижению амплитуды колебаний.

Дополнительную функцию берет на себя специальный материал, который поглощает лишний звук. Такой способ отличается высокой эффективностью при гашении ВЧ-колебаний. Для получения максимального эффекта такие опции в глушителях применяются комплексно. 

Устройство и принцип действия разных типов глушителей

Важно понимать, что в автомобилях используются разные части глушителя, которые имеют индивидуальную конструкцию и, соответственно, выполняют определенную задачу. Ниже разберем конструктивные особенности и тонкости работы каждого из элементов.

Предварительный (резонатор глушителя)

Один из элементов системы глушения — резонатор, в задачу которого входит приглушение звука мотора. Также он отвечает за уменьшение уровня сопротивления выхлопа при движении по элементам системы. Это обеспечивается за счет внутренней конструкции детали.

Если резонатор по какой-то причине забивается, проявляются следующие симптомы:

• переход авто в аварийный режим работы;
• увеличение расхода горючего;
• усиление вибрации кузовной части;
• повышение шума.

Удаление предварительного глушителя и установка вместо него куска трубы негативно сказывается на работе системы. Из-за отсутствия главного элемента не происходит гашениязвука и сглаживания вибраций. Кроме того, температура выхлопных газов остается на высоком уровне, что негативно влияет на другие узлы. 

Конструктивно резонатор представляет собой металлический цилиндр с расположенной внутри системы перегородок. После входа в глушитель возрастает амплитуда колебаний и уменьшается их частота. Параллельно формируются преграды для прохождения выхлопных газов. Камеры, которые находятся внутри кожуха, способствуют расширению и сужению газа, а трубки и дополнительные препятствия снижают вибрации.

Некоторые резонаторы глушителя имеют более сложную конструкцию, предусматривающие разделение на несколько камер. Каждая из них выполняет определенную функцию. В таком случае крайняя камера производится с применением звукоизолирующего материала и применяется для подавления активности звуковых волн.

Основной глушитель

В отличие от резонатора средний элемент выхлопной системы имеет более сложную конструкцию. В его состав входит группа трубок с отверстиями, которые находятся в общем корпусе и разделяются перегородками.

В результате формируется от 2-х до 4-х камер. Некоторые из них заполняются материалом, который дополнительно поглощает звук. В главном глушителе поток отработавших газов много раз меняет направление, что обеспечивает преобразование и снижение уровня звука.

Прямоточный глушитель

Главный минус резонансного глушителя двигателя — создание противодействия выхлопным газом и, как следствие, снижение мощности двигателя. По этой причине автовладельцы часто подвергают его изменениям и устанавливаются прямоток. Он представляет собой прямую трубу, которая не меняет направление выхлопных газов и, соответственно, не влияет на мощность. Параллельно меняется звук, который приобретает спортивную направленность.

Прямоток представляет собой кожух, внутри которого установлена трубка с отверстиями. Сверху последняя оборачивается стальной сеткой и материалом, обеспечивающим поглощение звука.

Задача мелкой сетки состоит в защите звукопоглотителя, изготовленного из стекловолоконного материала, от выдува. Как результат, в прямоточном глушителе выхлоп проходит напрямую через сетку и отверстия, а после подавляется стекловолоконной структурой.

Материалы, из которых делают глушитель

Передней, средний и задний глушители делаются всегда из стали. Разница в том, что при изготовлении могут применяться разные марки металла. Они отличаются надежностью, эффективностью и способностью выдерживать большие нагрузки. К основным видам стали стоит отнести:

• Алюминированная. Выделяется стойкостью к появлению ржавчины и имеет срок службы до шести лет. Многие производители применяют сталь низкого качества, из-за чего она служит не более года. Если поверхность металла черная, это свидетельствует о низком качестве. Некоторые хитрят и покрывают поверхность серебрянкой, но это не продлевает ресурс изделия.
• Нержавеющая. Выхлопную трубу из нержавейки сложно найти в продаже, ведь такие детали, как правило, устанавливаются на заводе. Это объясняется более высокой ценой устройства из нержавейки. Автовладельцы просто не хотят переплачивать за «вечный» глушитель. Исключением являются прямотоки, которые часто делаются с применением нержавеющей стали, а покупатели готовы переплатить.
• Алюмооцинкованная. Представляет собой смесь алюминия и цинка. Такие глушители отличаются большей стойкостью к появлению ржавчины и прогоранию, имеют срок службы около двух-трех лет.
• Углеродистая (черная). Система глушения, изготовленная из такого материала, имеет меньший ресурс, но более доступную цену. Такая сталь имеет толщину в пределах 1.2-1.5 мм. Для улучшения характеристик таких изделий на него наносится специальная краска, которая отличается термостойкостью и способна выдерживать температуру до 400 градусов Цельсия.
• Алюмокремниевая. При изготовлении сплава на углеродистую сталь с двух сторон наносится кремний. Готовое изделие имеет высокую стойкость к коррозии, но и большую цену. В РФ такие глушители не выпускаются, но некоторые итальянские и германские производителя занимаются производством.

В реальности больше всего глушителей сделаны из алюминизированной стали. На втором месте находится алюмооцинкованная, а на третьем — углеродистая. Нержавеющие глушители занимают первое место по сроку службы и качеству, но они не могут похвастаться низкой ценой и чаще применяются для тюнинга или на машинах премиального класса.

Итог

Глушитель — важный элемент системы автомобиля, поэтому к его выбору важно подходить со всей ответственностью.

От его качества зависит эффективность снижения шума, вибраций и иных колебаний. Если узел имеет низкое качество, он быстро прогорает и требует замены. В результате повреждения одного из участков повышается уровень шума, а это чревато проблемами с инспектором ГИБДД и штрафом.

15.02.2020

Содержание статьи:

• Для чего нужен глушитель
• Устройство глушителя
• Заключение

Глушитель — устройство, входящее в конструкцию автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, и предназначенное для уменьшения уровня шума при выходе выхлопных газов, чтобы он соответствовал установленным законом стандартам. Глушитель представляет собой корпус из металла, оснащенный внутри камерами и перегородками, чтобы выхлоп выходил по максимально сложному маршруту. При этом колебания звука поглощаются и преобразуются в тепло.

Для чего нужен автомобильный глушитель

Четыре основных функции этого компонента авто:

• Уменьшение скорости движения выхлопных газов, чтобы из трубы не сильно дуло и не мешало остальным участникам дорожного движения.
• Уменьшение шума работающего двигателя. Устройство глушителя позволяет нейтрализовать шум, возникающий при сгорании топлива — оно сгорает с характерными взрывами.
• Отвод отработанных газов наружу. Система выпуска имеет такое строение, что даже вертикально поднимающиеся газы при отсутствии ветра не скапливаются под дном и не проникают в салон.
• Уменьшение температуры газов. Если посмотреть, как выглядит глушитель, то из описания можно заметить, что он оканчивается трубой, через которую проходит горячий выхлоп. Пройдя через выхлопную систему, они охлаждаются до безопасного для окружающих уровня.

А теперь рассмотрим, как устроен глушитель в машине и как он работает, чтобы достигать таких результатов.

Устройство глушителя автомобиля

Есть два основных вида глушителей, используемых в современных авто — резонансные или прямоточные. И тот, и другой зачастую монтируют вместе с предварительным глушителем, под названием «резонатор». Прямоточное устройство иногда служит заменой переднего глушителя.

Резонатор представляет из себя трубу с отверстиями, расположенную внутри герметичного корпуса соответствующего размера, при помощи перегородок поделенного на несколько камер. Компоненты резонатора:

• корпус в форме цилиндра;
• глухая перегородка, обеспечивающая поворот газового потока;
• прослойка теплоизоляции;
• труба с отверстиями;
• дроссель — элемент, помогающий менять сечение потока отработанных газов.

Что касается основного, а не предварительного, резонансного глушителя, то он изготавливается немного сложнее. Он включает в себя сразу несколько труб с отверстиями, которые располагаются в одном корпусе и разделяются между собой перегородками. Можно увидеть на картинке схему глушителя такого типа. Он собран из следующих частей:

• передняя и задняя перфорированные трубы;
• овальный корпус;
• впускная и выпускная трубки;
• три перегородки — передняя, средняя, задняя.

Это позволяет резонансному глушителю бороться со звуковыми волнами самых разных частот. Однако у него есть недостаток: во время перенаправления потока газов в нем создается противодавление. Чтобы этого избежать, зачастую владельцы ставят на машину прямоточный глушитель. Такой вид включает в себя:

• трубы на выпуск и на впуск;
• перфорированная трубка;
• герметичный корпус, где находятся все элементы;
• шумоизоляция (как правило, стекловата — этот материал обладает устойчивостью к повышенным температурам и эффективно поглощает звуки).

Принцип работы прямоточного глушителя заключается в том, что одна труба с перфорацией проложена через все камеры, что внутри конструкции бачка. Следовательно, отсутствует гашение звуковых волн при помощи изменения сечения и перенаправления газовых потоков. Шум подавляется только за счет поглощения, а также интерференции. Понятнее будет, если взглянуть на глушитель в разрезе.

Благодаря беспрепятственному прохождению выхлопных газов сквозь глушитель, противодавление минимально. Это позволяет обеспечить незначительных прирост мощности двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В то же время такое устройство внутренностей позволяет придать автомобилю «спортивное» звучание, состоящее только из низких частот. Поэтому популярна услуга по замене глушителя штатного типа на прямоток.

Заключение

Знать, из чего состоит глушитель и зачем он нужен, желательно для того, чтобы грамотно устранять поломки или усовершенствовать конструкцию. Тем не менее, ремонт своими руками обычно подразумевает существенные затраты времени и сил.

Поэтому предлагаем обратиться в «Мастер глушителей» (г. Санкт-Петербург) для решения проблем с выхлопной системой на ВАЗ или иномарке. Компания работает с 2007 года, и специалисты в штате имеют большой опыт в починке всех систем автомобилей независимо от марки и модели. Запишитесь на диагностику по телефону, указанному на сайте.

Устройство глушителя автомобиля

Автомобильный глушитель устанавливается для минимизации уровня шума выхлопных газов в выпускной системе до отметки, прописанной в международных стандартах. Устройство изготовлено в виде корпуса из металла с камерами и перегородками, формирующими канальную систему с запутанным маршрутом. При прохождении по нему отработанных газов колебания звуков частично поглощаются, а далее они преобразуются в энергию тепла.

Функции.

Конструкция глушителя.

Особенности работы и виды глушителей.

Характерные неисправности.

Функции

Глушитель расположен сразу после катализатора или сажевого фильтра для бензиновых и дизельных машин соответственно. В большинстве случаев в системе используется два компонента:

• Предварительный или резонатор глушителя, ориентированный на глубокое подавление шума и стабилизацию колебаний выхлопного потока, который стремительно вырывается из работающего мотора. Он монтируется первым, и по этой причине многие автовладельцы именуют его передним. Главной функцией для него становится равномерное распределение отработанных газов.
• Основной глушитель необходим для окончательного шумоподавления и понижения температуры вырывающихся газов до уровня, приемлемого для выпуска.

Конструкция глушителя

Для погашения мощных импульсов звука на практике существует четыре способа, которые и монтируется на различных транспортных средствах:

• Шумовое ограничение;
• Звуковое отражение;
• Резонансное подавление;
• Полное поглощение.

Наиболее простым вариантом глушителя становится ограничивающее приспособление, встречаемое в различных моделях тракторной техники. Элемент изготовлен в формате трубки с сужением, установленная внутрь бачка из металла. У изделия есть недостатки – частичное шумоподавление, сопровождаемое сильным падением мощности мотора.

Зеркальные устройства используются на скутерах и мотоциклах. Они функционируют по следующему принципу: из выхлопного колена вырываются газы, проникающие в отражающую банку, где их направление движение меняется, после чего они выбрасываются наружу. При отражении колебания звука гасятся, что обеспечивает снижение уровня шума. Элемент работает вполне успешно в сочетании с двухтактными моторами, но не позволяет достичь необходимого эффекта при установке на автомобиль.

Резонансное подавление – это способность автомобильных резонаторов. В бачке из стали установлено несколько перегородок, а между ними есть резонансные камеры, объединенные сетью трубок. Для сглаживания шумов используется совместное воздействие двух факторов:

• Звуки и газовые волны отражаются от перегородок, поэтому многократно меняют направление;
• Для камер и патрубков диаметры рассчитаны так, чтобы частота звуковых колебаний совпадала. В этом случае гашение волн достигается посредством возникающего резонанса.

Резонатор – это приспособление, конструкция которого не универсальна для автомобилей всех видов. Машины могут комплектоваться моторами различной производительности, издающими шумы с различающейся частотой и амплитудой. Под каждую марку и модель авто разрабатывается собственный звукопоглотитель.

В глушителе, как в и резонаторе, используются перемычки и перегородки во внутренней структуре. Внутри трубок есть много отверстий, а по бокам проложен материал для поглощения, совершенно не горючий. Обычно используется каолиновая или базальтовая вата, способная хорошо выдержать нагрев до 600-700 градусов без вероятности воспламенения.

Звуковые волны проникают сквозь перфорированные патрубки, размещенные по соседству, частично рассеиваются и гасятся, так как накладываются одна на другую. Наполнитель поглощает вторую порцию колебаний, а третья сглаживается за счет изменения направления потока.

На практике шум выхлопа заметно падает за счет таких преобразований, происходящих внутри глушителя:

• Изменение сечения выхлопного потока. В конструкции есть различные по диаметру камеры, обеспечивающие поглощение высокочастотных шумов. Технология базируется на простом принципе: поток движется по каналу и сужается, что формирует акустическое сопротивление, а потом происходит резкое расширение, поэтому волны звука рассеиваются.
• Отработанные газы перенаправляются. Это реализовано за счет множества перегородок и смещения оси трубок. Когда поток разворачивается на угол 90 градусов и более, обеспечивается гашение шумов высокой частоты.
• Изменение колебаний обеспечивается наличием перфорации трубок. Такая технология обеспечивает эффективное гашение шумов произвольной частоты.
• «Самопоглощение» звуков резонатором.
• Поглощение звуков. В корпусе глушителя есть не камеры и перфорация, а также особый материал со свойствами звукопоглощения, обеспечивающий изоляцию шумов.

Особенности работы и виды глушителей

В автомобильной индустрии принято использовать глушители: резонансные и прямоточные. Они оба монтируются в сочетании с резонатором. В определенных ситуациях прямоточная конструкция становится альтернативой резонатору.

Пламегаситель (резонатор) – это перфорированная труба, помещенная в герметичный корпус, разделенный на отдельные камеры различного размера. Он устроен не сложно, но в его состав входит набор компонентов:

• Корпус обычно выполнен в форме цилиндра;
• Прослойка для теплоизоляции необходима для защиты днища авто от высокой температуры отработанных газов;
• Глухая перегородка предназначена для поворота газового потока;
• Труба с множественной перфорацией;
• Дроссель используется для изменения сечения потока отработанных газов.

Резонансный глушитель от резонатора отличается более сложным устройством. Он состоит из набора трубок с перфорацией, смонтированных в едином корпусе, разделенном посредством перегородок и размещенных на различных осях:

• Передняя перфорированная трубка;
• Задняя перфорированная трубка;
• Впускная трубка%
• Передняя, средняя и задняя перегородки;
• Выпускная труба;
• Корпус с сечением в форме овала.

Резонансный глушитель работает с применением всех видов преобразования разных по частоте звуковых волн, возникающих при стремительном выходе выхлопных газов.

У резонансного глушителя есть один минус – эффект формирования противодавления, формируемый при перенаправлении потока газов при столкновении с перегородками. Из-за этого автовладельцы предпочитают тюнинговать систему выхлопа своих машин посредством монтажа прямоточных глушителей на место резонансного.

В плане конструкции прямоточный глушитель устроен проще:

• Корпус полностью герметичный;
• Впускная и выпускная трубки;
• Труба с перфорацией;
• Материал для шумоизоляции, в качестве которого обычно используется стекловолокно, стойкое к повышенным температурам, способное поглощать звуки.

Прямоточный глушитель работает за счет того, что одна перфорированная трубка внутри проходит сквозь все камеры. Нет изменения сечения и направления потока газов для гашения шума, а для подавления шума используется поглощение и интерференция.

Выхлоп проходит сквозь прямоточный глушитель без препятствий, поэтому возникает минимальное противодавление. На практике нет большого прироста мощности мотора. Автомобиль обретает звучание, характерное для спортивных машин, так как технологии шумопоглощения обеспечивают устранение лишь высоких частот.

Характерные неисправности

Автомобильный глушитель может выйти из строя только по одной причине – в результате продолжительного воздействия выходящих газов, имеющих повышенную температуру. Корпус из металла рано или поздно прогорает, что можно заметить по появлению рокота, возникающего под днищем авто.

Срок службы элемента зависит от материала – это может быть нержавеющая сталь или черный металл со специальным покрытием. Вариант из черного металла является более дешевым, он способен прогореть спустя 20-30 тысяч километров пути, а корпус из нержавейки продержится 100 тысяч км или более.

Для устранения неисправностей используется замена глушителя и ремонт посредством сварки. Это делается в рамках автосервиса, где после проведения диагностики мастера принимают решение. Глушитель, в котором выгорели все внутренности, нельзя ремонтировать, можно только заменить на новый.