Система выпуска осуществляет отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, уменьшение их токсичности и шума, охлаждение. Конструктивно она включает в себя выпускной коллектор, гофру, приемную трубу, каталитический нейтрализатор, резонатор, глушитель и соединительные патрубки. У дизельных двигателей дополнительно устанавливается сажевый фильтр.
Большинство элементов выпускной системы находятся под днищем автомобиля, за исключением выпускного коллектора – он расположен в моторном отсеке и крепится к блоку цилиндров двигателя.
Выпускной коллектор непосредственно отводит отработавшие газы из цилиндров двигателя и отвечает за характер колебательного процесса при продувке цилиндров. Он находится под постоянным воздействием высоких температур (порядка 1200-1400°С) и давления, а потому изготавливается из жаропрочных и нержавеющих материалов (жаропрочный чугун, нержавеющая сталь, иногда керамика).
Мощность, крутящий момент и характер работы двигателя в различных диапазонах оборотов во многом зависят от конфигурации выпускного коллектора. На современные автомобили с наиболее распространенными 4-х цилиндровыми двигателями чаще всего устанавливают коллектор, трубы которого соединены по схеме 4-2-1. В этом случае 4 трубы сначала соединяются в две и приходят в одну. Такой подход позволяет получить максимальную отдачу по крутящему моменту в широком диапазоне оборотов и на выходе получить мотор с ровным графиком момента без резких «подхватов». Это несомненный плюс для гражданского двигателя. Что касается тюнинга и форсировки – там дела обстоят несколько иначе.
Каталитический нейтрализатор (более распространенное название – катализатор) предназначен для уменьшения содержания вредных для человека веществ в отработавших газах. Чаще всего он устанавливается сразу за выпускным коллектором. Это необходимо для быстрого прогрева и поддержания температуры, так как важное условие для эффективной работы катализатора – температура не менее 300°С. Однако минус такого расположения – низкий срок службы катализатора.
Конструктивно каталитический нейтрализатор объединяет блок-носитель, корпус и слой теплоизоляции. Блок-носитель изготавливается из керамики в виде полых продолговатых сот, на которые наносятся активные вещества – палладий, родий и платина.
Палладий и платина являются окислителями. Они способствуют окислению (дожиганию) и превращению опасных углеводородов и угарного газа в безопасные углекислый газ и воду.
Родий является восстановителем. С его помощью осуществляется разложение и превращение токсичного оксида азота в газообразный азот, водяной пар и углекислый газ. С помощью каталитического нейтрализатора может разлагаться до 90% вредных веществ.
Сажевый фильтр устанавливается только в системах выпуска дизельных двигателей. При неполном сгорании дизельного топлива образуются частички сажи, имеющие ничтожно малый размер — до 1 мкм. В современных системах сажевый фильтр объединяется с каталитическим нейтрализатором и устанавливается за выпускным коллектором в зоне действия максимальных температур.
Конструктивно сажевый фильтр — это керамическая матрица, состоящая из наборов полых трубок с отверстиями в боковых стенках. Выхлопные газы проделывают сложный путь через матрицу, многократно петляя и поворачивая. При этом частички сажи осаждаются на стенках трубок.
Спустя какое-то количество времени матрица забивается сажей, препятствует выходу отработавших газов и нуждается в очистке. Процесс очистки сажевого фильтра называется регенерацией. Оная имеет два вида: пассивная и активная регенерация.
Для осуществления пассивной регенерации необходима работа двигателя под нагрузкой. Она происходит благодаря высокой температуре (около 600°С) выхлопных газов. При этом частицы сажи окисляются (сгорают). Однако двигатель не всегда находится под нагрузкой (движение по городу, длительная работа на холостом ходу) и пассивная регенерация невозможна. Для этого предусмотрен процесс активной регенерации, который осуществляется по команде блока управления двигателем.
Активная регенерация (прожиг) сажевого фильтра происходит путем искусственного увеличения температуры газов перед фильтром. Наиболее часто это осуществляется впрыском топлива на такте выпуска или дополнительным распылением топлива перед сажевым фильтром.
Кислородный датчик (иное название -лямбда-зонд) является электрохимическим датчиком, осуществляющим измерение количества кислорода в выхлопных газах.
Для эффективной работы двигателя, а также поддержания экологических показателей, соотношение топливо/воздух в топливной смеси должно находиться в пределах, заданных управляющей программой.
Оценка правильности соотношения топливо/воздух осуществляется с помощью контроля содержания кислорода в выхлопных газах, что и осуществляет кислородный датчик. На современных автомобилях используется два датчика, первый из которых устанавливается в выпускном коллекторе, а второй — после каталитического нейтрализатора. Это позволяет лучше контролировать состав отработавших газов и повысить эффективность работы нейтрализатора.
Показания от кислородного датчика поступают в блок управления двигателем, и на их основании производится корректировка топливно-воздушной смеси.
Глушитель является заключительным элементом выпускной системы и предназначен для уменьшения шума выхода отработавших газов. Конструктивно глушитель включает в себя два элемента: резонатор и основной глушитель.
Резонатор необходим для предварительного подавления шума, снижения пульсаций и выравнивания потока выхлопных газов. Он выполняется в виде перфорированной трубы с дроссельным отверстием заданного диаметра в металлическом корпусе.
Основной глушитель применяется для окончательного снижения шума. Чаще всего конструкция глушителя представляет собой несколько последовательных камер, соединенные перфорированными трубками. Потоки газов, проходя через камеры, многократно изменяют направление своего движения, благодаря чему звуковые колебания улавливаются и гасятся стенками камер.