Еволюція вихлопних систем: в очікуванні Євро-7

Еволюція вихлопних систем: в очікуванні Євро-7

Глушник або Вихлопна труба — неповні та не зовсім вірні розмовні назви системи випуску відпрацьованих газів. Помилково вважати, що вона виконала величезний еволюційний шлях за сто з гаком років свого існування. Адже основна частина цього шляху припала на останні двадцять років. Чому так вийшло? Давайте спробуємо розібратись у даному матеріалі.

В кінці дев’ятнадцятого століття від глушника було потрібно тільки одне-знизити шум, який неминуче виникає при займанні горючої суміші в циліндрах двигуна. Ну і по можливості відвести в сторону їдкий дим, який тоді так докучав водієві та пасажирам. Найперші автомобілі навіть цього робити не вміли: рухаються — і на тому спасибі.

Однак ревом вихлопу вони турбували піших громадян і лякали коней. Тому проблему шуму інженери вирішили без зволікання – на відміну від проблеми диму. Міста тоді жили, в основному, вугіллям. Кіптява та сморід нечисленних автомобілів мало кого хвилювали, бо були занадто нікчемним «внеском в екологію» на тлі фабричних труб і кінського гною.

Вихлопна система – на зорі епохи

Вважається, що вперше якась подоба глушника з’явилося в 1894 році на самохідному візку Panhard et Levassor. Ефект «акустичного фільтра» був настільки відчутний, що його швидко взяли на озброєння всі виробники автомобілів.

Правда, перші недосконалі глушники відбирали неабияку частину потужності у слабосильних моторів. Щоб зберегти хоч якусь динаміку, конструктори передбачили клапан, що дозволяв випускати вихлоп безпосередньо. За рекомендаціями влади того часу, в межах населеного пункту клапан слід було закривати.

У міру зростання потужності моторів клапан став зайвим, і в 1930-х роках випускна система знайшла форму, яка по суті не змінювалася півстоліття.

Схема середньостатистичної системи випуску відпрацьованих газів бензинового автомобіля. Не змінювалася десятиліттями – за винятком впровадження нейтралізатора.

Варіювалися деякі рішення, застосовувалися різні нові сплави і матеріали, але в цілому це був все той же набір металевих труб і «банок». У самих різних автомобілів – дешевих і дорогих, малолітражок і спорткарів – принципова конструкція системи випуску була приблизно однакова. І багатьом з нас вона добре знайома, бо застосовувалася на радянських Москвичах, Жигулях і Волгах.

Вихлопна система вчора

Випускний колектор (приймальні труби, «штани») збирає вихлоп з усіх циліндрів і відправляє в резонатор (полум’ягасник), який здійснює первинну боротьбу зі звуковими хвилями, «зустрічаючи» прямі хвилі з відбитими. Після резонатора наступний глушник – металева банка, яка остаточно добиває шум до потрібного рівня та попутно коригує його до необхідного тембру. На виході — вихлопна труба. Та сама, яку при бажанні можна «тюнінгувати» хромованою насадкою.

Резонаторів може бути кілька. Волгу ГАЗ-3110, наприклад, оснащували двома — основним і додатковим, а глушник розташовувався між ними. На багатьох моделях також застосовують металокомпенсатор «гофру» — коротку гнучку втулку, що гасить вібрації мотора.

Приклад лабіринтового реактивного глушника: звукові хвилі розсіюються в нагромадженні труб і перегородок
Приклад лабіринтового реактивного глушника: звукові хвилі розсіюються в нагромадженні труб і перегородок

В ході інженерного пошуку склалася чітка класифікація глушників. За конструкцією – лабіринтові і прямоточні. За використовуваним принципом шумоглушіня – реактивні (основну роль в зниженні шуму грає інтерференція) і дисипативні (шум поглинає скловолокно або інші спеціальні матеріали, що заповнюють порожнини «банки»). Глушники, де задіяні обидва принципи, називають комбінованими. На більшості машин стоять реактивні лабіринтові, так простіше та дешевше.

Прямоточні, як ви здогадуєтеся, використовують в гоночному світі, де навіть часткова втрата потужності вкрай небажана, та й сам шум потрібен для хорошого шоу.

Втім, і в багатьох гонках є жорсткі обмеження за рівнем шуму-занадто гучний автомобіль не допустять до старту. Що стосується серійних легкових машин, то для нив в кожній країні передбачені його максимально допустимі рівні. Переважно, верхня меже знаходиться на рівні в 96 дБА.

Вихлопна система сьогодні

Глушник - улюблене місце перевірки майстерності та сил майстрів тюнінгу, особливо щодо моделей зі спортивним характером.
Глушник – улюблене місце перевірки майстерності та сил майстрів тюнінгу, особливо щодо моделей зі спортивним характером.

Еволюція системи випуску шалено рвонула вперед в 1992 році завдяки введенню першого екологічного стандарту — Євро-1. Через три роки грянув Євро-2, і вже тоді почалися перші досліди з каталітичними нейтралізаторами вихлопних газів, що знижували вміст CO, CH і оксиду азоту. А при Євро-3 (2000 р.) нейтралізатори з лямбда-зондами та електронним блоком, що обробляє інформацію, стали звичайною комплектацією. В результаті закріпилася схема з двома датчиками – на вході в нейтралізатор (каталізатор) і на виході. Нейтралізатор в більшості випадків поміщають між колектором і резонатором, оскільки він ефективний тільки при високих температурах.

Euro-1, 2, 3, 4, 5, 6

Європейські екологічні стандарти (European emission standards), що визначають допустимі норми вмісту шкідливих речовин у вихлопних газах нових автомобілів, що продаються в країнах ЄС і ЕЕА (European Economic Area).

Ще цікавіше з інженерної точки зору йшли справи з дизелем, який потребує спочатку встановити сажевий фільтр. А потім на додаток до фільтру – інжектор водного розчину очищеної сечовини, який пізніше еволюціонував в систему SCR (Selective Catalytic Reduction) — складний пристрій з купою датчиків, фільтрів і окремим блоком управління. І якщо спочатку це торкнулося тільки вантажівок, то півтора роки тому (при переході на Євро-6) стало актуальним і для легкових автомобілів. Більш простого ефективного способу витримати встановлені нормативи по вмісту оксидів азоту поки не знайшли.

AdBlue – торгова марка, що належить німецькій Асоціації автомобільної промисловості VDA. В Америці аналогічний розчин називають DEF (Diesel Exhaust Fluid). По суті, це повні аналоги, як і Австралійський AUS 32. Всі вони являють собою водний розчин, що складається з 32,5% високоочищеної сечовини та 67,5% демінералізованої води. У мережі, між тим, зустрічаються «порівняльні тести», які стверджують, що DEF працює краще, ніж AdBlue, або навпаки.

Серйозні тюнінгові фірми пропонують оригінальні налаштовані системи випуску «під ключ» — в такому випадку вони повинні мати схвалення заводу.
Серйозні тюнінгові фірми пропонують оригінальні налаштовані системи випуску «під ключ» — в такому випадку вони повинні мати схвалення заводу.

«Бочка» глушника як така значних змін не зазнала, але система випуску в цілому дуже серйозно ускладнилася. І з точки зору споживача – це вже абсолютно нецікаво, так як один тільки нейтралізатор (зазвичай містить паладій та платину, іноді родій) додає до вартості машини, щонайменше, близько 500 доларів. А вже про необхідність заливати крім палива рідини AdBlue взагалі мовчимо – це додатково і витрати, і клопоти.

Вихлопна система завтра

Заводський стенд з вимірювання та налаштування параметрів випускної системи. В даному випадку працює з системою випуску моделі Audi Q7.

Якщо вірити менеджерам-утопістам, в найближчому майбутньому глушник абсолютно перестане бути потрібним, разом з усією системою випуску. Електродвигуни дуже тихі і у них немає відпрацьованих газів. Світові продажі чистих електромобілів взялися рости божевільними темпами. Але спокушатися рано, оскільки стабільність світової економіки як і раніше сильно залежить від продажів нафти та продуктів її переробки, а розвіданих (доведених) запасів вистачить років на п’ятдесят. Спалювати в ДВС можна ще і газ, і спирт.

В голові не вкладається, що Shell і Lukoil коли-небудь оголосять про повне перепрофілювання діяльності. Набагато простіше уявити чергове ускладнення випускної системи – наприклад, у зв’язку з очікуваним до кінця десятиліття переходом на стандарт Євро-7. Норматив поки знаходиться в стадії розробки, але інженери напевно вже шукають нові рішення.