Устройство глушителя: как устроена выхлопная система автомобиля

Выхлопная система — это трубы и «банки» под днищем машины, по которым отработавшие газы уходят от двигателя наружу. Её называют глушителем по имени самой заметной детали, но задач у неё три. Первая — отвести горячие газы от мотора подальше от салона. Вторая — очистить их от самых вредных веществ, этим занимается катализатор. Третья — заглушить звук. Без глушителя каждый выхлоп цилиндра звучал бы как выстрел, а все вместе — оглушительным рёвом. Гасят звук резонатор и основной глушитель: камерами, перегородками и набивкой, которая поглощает звуковые волны. Ниже — из чего состоит выхлопная система, как она гасит звук и почему глушитель прогорает и ржавеет.

Из чего состоит выхлопная система

Пройдём по пути газов — от двигателя к задней части машины.

Часть	Где стоит	Что делает
Выпускной коллектор	Прикручен к головке блока	Собирает газы из всех цилиндров в одну или две трубы
Турбина	Между коллектором и катализатором, если мотор с наддувом	Использует энергию выхлопа, чтобы нагнетать воздух во впуск
Первый кислородный датчик	Перед катализатором	Сообщает блоку управления, сколько кислорода в выхлопе; по нему подбирается смесь
Катализатор	Сразу за коллектором или под днищем	Очищает газы химически
Второй кислородный датчик	После катализатора	Проверяет, работает ли катализатор
Гибкая вставка, «гофра»	Под передней частью машины	Гасит вибрацию двигателя, чтобы она не шла по трубам
Резонатор	В середине системы	Дополнительный глушитель; гасит часть частот и гул
Основной глушитель	Под задней частью	Большая «банка» с камерами; гасит основной шум
Подвесы	Вдоль всей системы	Резиновые подушки, на которых висят трубы
Выхлопная труба	Сзади	Выводит газы наружу, подальше от салона

У дизелей в систему добавляют ещё сажевый фильтр, а на части машин — систему нейтрализации оксидов азота. Об этом — в статье об устройстве дизельного двигателя.

Как работает выхлопная система

1. Выпуск. В конце рабочего такта открывается выпускной клапан, и газы под давлением вырываются из цилиндра в коллектор. Каждый такой выброс — это удар давления, звуковая волна.
2. Коллектор. Газы всех цилиндров сливаются в общую трубу. Здесь газы самые горячие, поэтому коллектор часто закрывают металлическим теплоэкраном, чтобы не перегревались провода и шланги рядом.
3. Кислородный датчик. Блок управления смотрит, сколько кислорода в выхлопе, и подправляет количество впрыскиваемого топлива, чтобы смесь была ровно такой, как нужно.
4. Катализатор. Газы проходят через тонкие каналы керамических сот. Их стенки покрыты тончайшим слоем платины, палладия и родия. На этом покрытии угарный газ и несгоревшее топливо догорают до углекислого газа и воды, а оксиды азота превращаются в азот.
5. Гофра. Гибкая вставка из плетёной нержавейки даёт двигателю покачиваться на опорах, а трубам — оставаться на месте.
6. Резонатор. Первая «банка» гасит часть звука и гул на определённых оборотах.
7. Основной глушитель. Газы проходят через камеры и перфорированные трубы, теряют скорость и давление, звук гаснет.
8. Выход. Спокойный, почти ровный поток уходит в атмосферу через выхлопную трубу.

Катализатор работает только горячим. Реакции на его покрытии идут при нескольких сотнях градусов. Пока катализатор холодный, он почти не очищает выхлоп. Поэтому его стараются ставить как можно ближе к двигателю: так он быстрее прогревается после пуска.

Как глушитель гасит звук

Внутри основного глушителя нет никаких движущихся деталей. Звук гасится формой и материалами.

• Отражение. Внутри «банки» — несколько камер, соединённых перфорированными трубами. Звуковая волна, влетая в широкую камеру, резко расширяется, отражается от перегородок, возвращается назад и теряет силу. Газ проходит лабиринт, а звук застревает в нём.
• Гашение встречной волной. Если две одинаковые звуковые волны встречаются так, что гребень одной приходится на впадину другой, они гасят друг друга. Резонатор подбирают так, чтобы отражённые волны определённой частоты гасили прямые — особенно неприятный гул на трассе.
• Поглощение. Часть глушителей и прямые участки набиты термостойкой волокнистой набивкой. Звуковые волны теряют энергию, раскачивая волокна, и превращаются в тепло.

Чем лучше глушитель гасит звук, тем сильнее он мешает газам выходить. Инженеры ищут компромисс: достаточно тихо и при этом без заметной потери мощности.

Две трубы, клапаны и «спортивный» звук

Почему у некоторых машин две выхлопные трубы. У V-образного мотора два ряда цилиндров и два коллектора, и часто удобнее вести от каждого свою линию до самого конца. Иногда одна линия расходится на две трубы в самом конце — ради внешнего вида и чтобы газы выходили свободнее.

Глушитель с заслонкой. В части мощных машин в основном глушителе стоит заслонка. На малых оборотах она закрыта, и газы идут через весь лабиринт камер — тихо. При резком разгоне заслонка открывается, газы идут более коротким путём, и выхлоп звучит громче и ниже.

Звук через динамики. В салонах некоторых современных машин «рёв мотора», который слышит водитель, частично синтезируется и проигрывается через аудиосистему. Сам выхлоп при этом тихий, каким его требуют нормы.

Чем отличаются части, которые путают

Резонатор и основной глушитель. Оба — «банки» с перегородками. Резонатор меньше и стоит ближе к середине машины, он гасит отдельные частоты. Основной — крупнее, стоит сзади и гасит большую часть шума.

Катализатор и сажевый фильтр. Катализатор химически превращает газы, пропуская их насквозь через открытые каналы. В сажевом фильтре каналы закрыты через один, и газ продавливается сквозь пористые стенки, оставляя на них частицы сажи. Потом фильтр прожигается, и сажа сгорает.

Выхлопная система и турбина. Турбина стоит в той же трубе, но не гасит звук и не очищает газы: она забирает у выхлопа часть энергии, чтобы нагнетать воздух в двигатель. Её устройство разобрано в статье об устройстве турбины.

Интересные факты

• Почему глушитель гниёт изнутри. При сгорании топлива образуется много водяного пара. Пока система не прогрелась, пар конденсируется на холодных стенках. Короткие поездки зимой по городу не дают глушителю просохнуть, и вода вместе с кислыми продуктами сгорания разъедает металл изнутри. Иногда в нижней части банки делают крошечное отверстие для слива.
• Почему звук изменился внезапно. Прогорела или отвалилась труба перед глушителем — газы выходят раньше, минуя «банки», и машина начинает реветь.

Почему ломается выхлопная система и на что смотреть

• Прогар и ржавчина. Громкий звук, дребезг, запах выхлопа. Самые уязвимые места — основной глушитель и стыки труб.
• Порванная гофра. Появляется громкое «шипение» или треск под передней частью машины, особенно при нажатии на газ.
• Забитый или разрушенный катализатор. Двигатель тянет хуже, на панели загорается лампа проверки двигателя, иногда внутри что-то гремит. Разрушается катализатор от перегрева и некачественного топлива.
• Оборванные подвесы. Система опускается, стучит о кузов на кочках, а труба может зацепиться за дорогу и оторваться целиком.
• Неисправный кислородный датчик. Растёт расход, мотор неровно работает, горит ошибка.

Продлить жизнь выхлопной системе помогают простые привычки. Хотя бы иногда ездить подольше, чтобы глушитель прогрелся и просох. Не цеплять трубами высокие бордюры и снежные колеи. Заправляться качественным топливом и не ездить подолгу с пропусками зажигания: несгоревшее топливо догорает в катализаторе и перегревает его соты. А при сезонной замене шин стоит заодно заглянуть под машину и посмотреть на подвесы и ржавчину на стыках.

Утечка выхлопа до выхлопной трубы опасна: газы могут попасть в салон, а в них есть угарный газ. Если в машине пахнет выхлопом, нужен осмотр в сервисе как можно скорее. Выхлопная система замыкает путь, который начинается во впуске двигателя, — весь этот путь показан в обзоре устройства автомобиля.