Как выхлоп влияет на мощность двигателя

Как выхлоп влияет на мощность двигателя?

Каждый опытный автомобилист знает, что для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания существует два основных пути. Во-первых, необходимо заставить топливо работать более эффективно, во-вторых, можно увеличить его потребление. Других прямых способов прибавки мощности не существует, поскольку всю свою энергию автомобильный двигатель черпает исключительно из бензина или дизтоплива. Поэтому в распоряжении автомобилиста остается вариант распорядиться энергией сгорания как можно эффективнее. В этом отношении немаловажную роль играет выхлопной тракт автомобиля. В данной статье мы расскажем о том, какое влияние оказывает выхлоп на мощность мотора.

Система избирательной каталитической нейтрализации SCR.

С каждым годом требования к токсичности отработанных газов в дизельных двигателях становятся все жестче. И производители автомобилей не стоят на месте. Разработки по снижению вредных выбросов ведутся постоянно. Основными направлениями в данной области являются процесс оптимизации сгорания топлива и процесс нейтрализации отработанных газов.

В этой статье рассмотрим одну из систем нейтрализации отработанных газов под название SCR.

Сокращение SCR означает Selective Catalytic Reduction (избирательное каталитическое восстановление). В данной технологии химическая реакция восстановления (нейтрализации) происходит избирательно. Это означает, что в составе отработавших газов целенаправленно снижается только содержание оксидов азота (NOx).

Содержащиеся в отработавших газах оксиды азота (NOx) в катализаторе восстановления превращаются в азот (N₂) и воду (H₂O). Для этого в поток отработавших газов перед катализатором впрыскивается восстановитель (мочевина).

Схематически это можно изобразить следующим образом:

Принцип действия системы нейтрализации SCR

При нагреве примерно до 200°C катализатор восстановления достигает рабочей температуры. Блок управления двигателя получает данные о температуре ОГ.

Раствор мочевины AdBlue® забирается насосом из бака мочевины и под давлением примерно 5 бар прокачивается через обогреваемый трубопровод мочевины к форсунке мочевины.

Форсунка мочевины управляется блоком управления двигателя и впрыскивает её в дозируемом количестве в трубопровод системы выпуска ОГ. Впрыснутая мочевина подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером в отработавших газах. На участке к восстановительному катализатору, так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH₃) и углекислый газ (CO₂).

В восстановительном катализаторе аммиак (NH₃) вступает в реакцию с оксидами азота (NOx), образуя азот (N₂) и воду (H₂O).

• Восстановительный катализатор достиг рабочей температуры примерно 200°C.
• При низкой температуре окружающей среды обеспечено достаточное количество жидкой мочевины для впрыска.

• При малом объёмном потоке ОГ, например на холостом ходу
• Когда температура ОГ снижается слишком сильно и рабочая температура восстановительного катализатора не достигается.

Давайте разберемся с химией процесса:

Гидролизный участок

Гидролизный участок находится между форсункой мочевины и восстановительным катализатором. Там из восстановителя (водного раствора мочевины) образуется необходимый для восстановления оксидов азота аммиак (NH₃). Это происходит в результате реакции термолиза и гидролиза впрыснутой мочевины.

Термолиз — химическая реакция, при которой в результате нагревания исходное вещество распадается на несколько веществ.

Гидролиз — распад химического соединения в результате реакции с водой.

Когда мочевина впрыскивается в поток горячих ОГ, вначале испаряется вода.

При термолизе восстановитель (водный раствор мочевины) распадается на аммиак и изоциановую кислоту.

мочевина → аммиак + изоциановая кислота

За этим следует реакция гидролиза, при которой изоциановая кислота реагирует с содержащейся в ОГ водой. При этом возникает ещё одна молекула аммиака и углекислый газ.

изоциановая кислота + вода → аммиак + углекислый газ

Тщательное смешивание и равномерное распределение мочевины и отработавших газов очень важно! До входа в катализатор SCR мочевина должна полностью испариться. Чем выше равновесное распределение, тем выше коэффициент полезного действия восстановительного катализатора.

Восстановительный катализатор

Принцип восстановления оксидов азота

В восстановительном катализаторе происходит восстановление оксидов азота. Это означает, что в процессе восстановления оксид азота (NO_x) отдаёт молекулы кислорода или, другими словами, у оксида азота забираются молекулы кислорода. В восстановительном катализаторе оксиды азота (NO + NO₂) вступают в реакцию с аммиаком (NH₃) с образованием азота (N₂) и воды (H₂O).

Важное для процесса восстановления соотношение оксидов NO и NO₂ в отработавших газах образуется в окислительном катализаторе. Покрытие окислительного катализатора адаптировано под систему нейтрализации SCR.

моноксид азота + диоксид азота + аммиак → азот + вода

После процесса восстановления в отработавших газах содержатся следующие вещества:

Вот собственно и есть принцип работы системы SCR. Стоит отметить, что не все масла совместимы с современными системами очистки ОГ, так что перед приобретением масла нужно обязательно проверить подходит ли данный продукт Вашему двигателю. Это можно сделать либо на нашей страничке ПОДБОР МАСЛА , либо ПРОКОНСУЛЬТИРОВАТЬСЯ с сотрудниками нашей компании.

Устройство конструкции и назначение её составных частей

Детали, составляющие данную конструкцию, имеют различную функциональную нагрузку и собственные обозначения, отражающие этапность их работы. Сама схема выхлопной системы и наименования её частей, выглядят следующим образом:

; выхлопных газов;
1. катализатор или по-другому каталитический нейтрализатор; или пламегаситель; .

Коллектор выпускной, представляет собой навесной тип оборудования силового агрегата, и предназначен для поступления в него отработавших частиц и газов топливной смеси с камер сгорания каждого из цилиндров, и изготавливается в основном из керамики, сплавов чугуна или нержавеющей стали, обладающих повышенной термоустойчивостью.

Приёмная труба, именуемая автолюбителями как «штаны», из-за схожего внешнего вида, предназначена для объединения нескольких потоков выхлопных газов в один, и для дальнейшего их продвижения к каталитическому нейтрализатору (катализатору). Труба зачастую оснащается так называемой гофрой, с помощью которой происходит гашение вибрации, передаваемой на всю конструкцию выхлопной системы работающим мотором.

Катализатор, представляет собой керамические соты, поверхность которых покрыта слоем сплава из платины и иридия, что позволяет вступить в химическую реакцию с ними выхлопным газам, в результате чего происходит их разделение на кислород и оксид азота. Выделенный кислород в катализаторе помогает более эффективно сгорать остаткам топливной смеси, в результате чего к глушителю подаётся исключительно азотно-диаксидноуглеродная смесь. Работу каталитического нейтрализатора контролирует специальный датчик лямбда зонд, передавая сигнал на блок управления силового агрегата автомобиля. Аналогичный датчик, устанавливается и на выпускной коллектор, для анализа показателей токсичности поступающих в катализатор отработанных газов.

Резонатор или пламегаситель, предназначен для понижения высокой температуры отработанных выхлопных газов, что достигается с помощью его ячеистого внутреннего строения. Последней деталью в конструкции, является глушитель, задача которого заключена в понижении шума работающего двигателя за счёт перфорированной трубы внутри его корпуса.

Все составные части выхлопной системы соединены друг с другом через фланцы с помощью крепёжных болтов и термостойких уплотнителей, отвечающих за герметичность данной конструкции, без которой невозможна полноценная работа двигателя современного автомобиля.

Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4—5 % от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается. Непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения — составляющие смогов.

Качество дожигания на современных катализаторах таково, что доля СО после катализатора обычно менее 0,1 %.

Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды — сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен, кроме него обнаружены производные антрацена:

• 1,2—бензантрацен
• 1,2,6,7—дибензантрацен
• 5,10—диметил—1,2—бензантрацен

Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входить оксиды серы, при применении этилированных бензинов — свинец (Тетраэтилсвинец), бром, хлор, их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога.

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма — иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы.

Отравления в замкнутом пространстве

Довольно часты случаи отравления выхлопными газами, в том числе с летальными исходами автомобилистов в гаражах, закрытых стоянках и внутри автомобилей (при утечке в салон), при плохой вентиляции. Также бывали случаи отравления выхлопными газами в квартирах домов, находящихся вблизи автостоянок (вдыхание выхлопных газов приводит к накоплению токсичных веществ в организме человека). Для борьбы с такими случаями вводятся строительные нормы вентиляции стоянок и сооружений, связанных с эксплуатацией и обслуживанием автомобилей.

О токсичности отработавших газов дизеля

По возникновению ОГ дизельного топлива делят на:

• Продукты неполного сгорания горючего. К таковым относятся: сажа, угарный газ, некоторые углеводороды и альдегиды.
• Продукты окисления некоторых химических соединений дизельного топлива и воздуха. Прежде всего это оксиды азота. Присутствуют также оксиды серы.

Угарный газ

Самый известный, представляющий угрозу для жизни, компонент ОГ. Он вытесняет кислород из крови. Она теряет способность переносить этот животворный элемент и человек может погибнуть от удушья.

Даже при кратковременном, но регулярно происходящем периодическом воздействии угарного газа у человека происходит изменение состава крови. При слабых концентрациях CO в воздухе 0,01% человек чувствует головную боль, снижение своей работоспособности. При повышении количества угарного газа может развиться атеросклероз и случиться инфаркт миокарда, плюс ко всему этому – хронические лёгочные заболевания. При концентрации CO в 1% человек теряет сознание.

Оксиды азота

Самый токсичный и один из самых значительных компонентов ОГ дизеля. В обычных условиях азот совершенно инертный газ, им можно спокойно и без опасений дышать, но в камере сгорания двигателя создаются очень высокие температуры и давление. При них азот вступает с кислородом в химические реакции.

В основном образуются оксиды NO и NO2. Эти соединения оказывают крайне пагубное влияние на нервную и сердечно-сосудистую систему человеческого организма, раздражают слизистые оболочки носа и глаз.

При контакте с водой монооксид и двуокись азота образуют азотистую и азотную кислоты. Даже в слабых концентрациях они постепенно, но верно разрушают лёгочную ткань.

При контакте оксидов азота с не успевшими сгореть в солярке олефиновыми углеводородами образуются токсичные нитролефины. Они вызывают нервные расстройства и болезни дыхательных путей.

Несмотря на всё выше сказанное, без дизельного горючего во многих случаях не обойтись. Наша организация осуществляет продажу дизельного топлива с доставкой на выгодных для клиента условиях. Стоимость дизельного топлива вас не разочарует. Мы стремимся к взаимовыгодному сотрудничеству, а не нажиться на покупателе всеми доступными способами.

Конструкция выхлопной системы автомобиля

В строение системы выхлопа современных машин входят около 5 элементов, каждый из который выполняет свою функцию. В схему выхлопной системы входит:

1. Выпускной коллектор.
2. Приемная труба выхлопных газов, она же «штаны».
3. Каталитический нейтрализатор или катализатор.
4. Пламягаситель или резонатор.
5. Глушитель.

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор служит для приемки отработанных газов из камер сгораний цилиндров. Материал: чугун или нержавеющая сталь, или керамика.

Приемная труба

Приемная труба, которую обычно называют штанами служат для объединения выхлопных газов, поступивших из разных цилиндров в один общий коллектор. Дальше смесь выхлопных газов проходит через катализатор. На этом участки часто устанавливают гофру, чтобы гасить вибрации, которая передается на конструкцию выхлопной системы двигателем через жесткое соединение.

Катализатор или каталитический нетрализатор

Катализатор напоминает пчелиные соты из керамики. Сверху катализатор покрыт сплавом иридия и платины. Такие вещества позволяют вступать в химическую реакцию с веществами, содержащимися в выхлопных газах. Здесь происходит разделение на кислород и оксид азота. Отделенный чистый кислород помогает сжигать остатки топливно-воздушной смеси, в результате этого к глушителю подается азото-диоксидоуглеродная смесь. Датчик лябда зонд передает данные работы катализатора на блок управления (ЭБУ). Похожий датчик устанавливается на выпускной коллектор, чтобы анализировать показатели токсичности газов, которые поступили в катализатор.

Резонар или пламегаситель

Это устройство служит для уменьшения температуры отработанных газов. Понижение температуры происходит за счет ячеистой конструкции.

Глушитель

Конечной секцией вывода выхлопных газов является глушитель. В его корпусе находится перфорированная труба (то есть труба с отверстиями), задача которой уменьшить шум. Все секции соединяются между собой болтами через фланцы. Соединения частей должны быть герметичными, поэтому устанавливаются термостойкие уплотнители.

Ремонт выхлопной системы

При неисправности одного из элементов выхлопной системы все остальные работают с повышенной нагрузкой, кузов может страдать из-за вибраций, громкий звук выхлопа пугает и нервирует, серьезный дискомфорт причиняет запах тухлых яиц в салоне, да и вообще появляется риск отравления выхлопными газами. Так что чинить поврежденную систему нужно незамедлительно. В большинстве случаев нет необходимости прибегать к слесарному ремонту в автосервисе, устранить повреждения можно самостоятельно.

Обычно для ремонта необходимо полностью демонтировать выхлопную систему, это довольно продолжительный процесс, хотя ее удерживает относительно небольшое количество крепежных элементов.

• иногда проблемы связаны с тем, что между корпусом выхлопной системы и днищем автомобиля набилась грязь. Если в результате не произошло механических повреждений и коррозии, грязь достаточно просто вычистить;
• прогоревшие уплотнительные прокладки между элементами необходимо заменить;
• небольшие трещины, отверстия в трубах завариваются. При крупных повреждениях проблемный участок вырезается и закрывается заплаткой из листового металла, которую приваривают по периметру. Перед началом сварки обрабатываемый участок нужно тщательно очистить от ржавчины и загрязнений;
• при засорении, оплавлении, разрушении корпуса каталитического нейтрализатора его необходимо менять полностью. Ремонту и восстановлению эта деталь не подлежит;
• гофра с нарушенной герметичностью также подлежит замене;
• если оборвались, ослабли эластичные крепления, их необходимо заменить, если такое происходит в дороге, можно временно зафиксировать глушитель подручными средствами;
• при отрыве разделительной перегородки внутри глушителя его необходимо вскрыть болгаркой или фрезой, приварить отвалившиеся элементы и заварить шов на корпусе.

Контроль состояния штатных подвесов, использование качественного топлива, своевременный ремонт системы зажигания продлят срок службы выхлопной системы. При появлении первых подозрительных признаков нужно ее обследовать и произвести необходимый ремонт. Если возникают затруднения с самостоятельной диагностикой и ремонтом этой системы, можно обратиться к специалистам компании JapZap. Также здесь можно приобрести контрактные запчасти для замены пришедших в негодность.