Konstrukce tlumiče výfuku automobilu – princip činnosti, součásti a role ve výfukovém systému

Při jízdě dělá klikový hřídel motoru automobilu 1,5 až 5–7 tisíc otáček za minutu. V souladu s tím dochází ve válcích každou sekundu k 25–120 zábleskům a mikrovýbuchům paliva. V důsledku toho se uvolňuje energie tlačící píst, výfukové plyny a silné zvukové vlny. Aby se odstranilo hlasité dunění a hluk z výfukového potrubí, který způsobuje nepříjemnosti řidiči a ostatním, bylo vynalezeno zařízení pohlcující zvuk – tlumič. Vzhledem k tomu, že nevydrží věčně, bude se automobilovým nadšencům hodit vědět, jak tento prvek funguje a zda jej lze v případě poruchy opravit.

Kde se prvek nachází a jak vypadá?

Hlavním zdrojem hluku jsou spalovací komory běžícího motoru. Vznikající zvukové vlny nemohou proniknout skrz pevné kovové stěny a mají tendenci vycházet cestou nejmenšího odporu – výfukovým potrubím spolu s výfukovými plyny. Tam je instalován tlumič ve formě kovového válce kulatého nebo oválného tvaru.

Provozní schéma výfukového systému automobilu vypadá takto:

1. Nejprve za výfukovým potrubím je instalováno zvlnění izolující vibrace. Jeho úkolem je vyhladit vibrace přenášené do potrubí od motoru.
2. Po průchodu zvlněním se kouř a zvukové vlny dostávají do katalyzátoru. Jeho úkolem je spálit zbývající hořlavé plyny, aby se nedostaly do atmosféry. Uvnitř části jsou malé keramické plástve, které částečně pohlcují a rozptylují zvuk.
3. Za neutralizátorem výfukové plyny přecházejí do nádrže rezonátoru. Toto je první fáze redukce hluku.
4. Posledním v řetězu je tlumič, který konečně tlumí zvukové vibrace.

Rezonátor je ve skutečnosti také tlumič, o jeho struktuře a principu fungování se dozvíte v další části.

Nádrž rezonátoru stojí vždy podél osy vozu a tlumič výfuku lze instalovat příčně (na zadní část vozu). Existují možnosti, kdy jsou oba prvky kombinovány v jediném krytu, aby se ušetřilo místo. Na vozech s vysoce výkonnými V-motory je instalován distribuovaný výfukový systém se 2 trubkami. Podle toho se počet všech dílů zdvojnásobí.

Návrh a princip fungování

Existují 4 způsoby, jak potlačit silné zvukové impulsy implementované na různých vozidlech:

• omezení hluku;
• odraz;
• potlačení rezonančního hluku;
• vstřebávání.

Omezovači zařízení je nejjednodušší verze tlumiče, používaná u některých modelů traktorů. Prvek je zužující se trubka umístěná uvnitř kovové nádrže. Nevýhody produktu jsou zřejmé – hluk je částečně potlačen a výkon motoru je znatelně snížen.

Na motocyklech a skútrech jsou instalovány zrcadlové prvky. Princip činnosti tlumiče je následující: plyny z kolena výfuku vstupují do reflexní nádoby, mění směr pohybu a jsou vyhazovány ven. Díky odrazu se tlumí zvukové vibrace a snižuje se hladina hluku. Díl úspěšně funguje s dvoudobými motory, ale jeho účinnost na auto nestačí.

Třetí metoda je implementována v automobilových rezonátorech. Uvnitř ocelové nádrže je několik přepážek a mezi nimi jsou rezonanční komory spojené ocelovými trubkami. Vyhlazení šumových impulsů je dosaženo dvěma faktory:

1. Plyny a zvukové vlny několikrát mění směr a odrážejí se od přepážek.
2. Rozměry komor a potrubí jsou navrženy tak, aby se frekvence zvukových vibrací shodovala. Pak jsou vlny tlumeny v důsledku výsledné rezonance.

Je třeba si uvědomit, že konstrukce rezonátoru není univerzální pro všechny stroje. Vozy jsou vybaveny motory různého výkonu, které produkují hluk různých amplitud a frekvencí. Tlumič hluku je vyvinut samostatně pro každou značku a model vozu.

Na schématu je znázorněn řez automobilovým tlumičem, pracujícím na principu pohlcování hluku.

Stejně jako v rezonátoru jsou zde instalovány přepážky a propojky ve formě trubek. Pouze ve druhém je vyrobeno mnoho otvorů různých průměrů (perforace) a po stranách je položen nehořlavý absorbující materiál. Zpravidla se pro tyto účely používá čedičová nebo kaolinová vlna, která bez problémů snese teploty plynu 600–700 °C.

Zvukové vlny, procházející sousedními trubkami s otvory, jsou částečně rozptýleny a tlumeny vzájemným překrýváním. Druhá část vibrací je absorbována plnivem a třetí je vyhlazena díky přepážkám a změně směru proudění.

O systému přímého proudění

Jakýkoli tlumič výfuku automobilu snižuje výkon motoru tím, že vytváří značný odpor vůči proudění spalin. To je cena, kterou musíte zaplatit za pohodlí a téměř tichý výfuk. Ale pro motoristy, kteří ladí své „železné koně“, existuje alternativní možnost – tlumič zvuku s přímým prouděním.

Úkolem tohoto prvku je snížit ztrátu výkonu a zároveň pokračovat v pohlcování zvukových vibrací z provozu motoru. Dopředný průtok je kompromisním řešením, protože kvůli výkonu tlumí hluk ne tak účinně jako standardní prvky automobilu. Z čeho se skládá tento tlumič:

• kovové tělo vybavené dvěma trubkami;
• uvnitř je perforovaná přímá trubka spojující vstup a výstup;
• Mezi tělem a trubkou je materiál pohlcující zvuk – kaolin nebo čedičová vata.

Zvuky šířící se přímou trubkou s otvory jsou vláknem částečně pohlceny, druhá část však bez zábran proniká, protože zde nejsou žádné přepážky ani rezonanční komory. Proto vozy vybavené dopředným prouděním vydávají dunivý zvuk, zvláště když sešlápnete plynový pedál.

Nejvyšším stupněm naladění je kombinovaný výfukový systém s tlumičem ovládaným zevnitř vozu. S jeho pomocí lze proud plynu přepínat mezi dvěma větvemi: první má klasický účinný tlumič a druhá má přímý průtok. To vám umožní využívat výkon motoru pouze v případě potřeby a za běžných podmínek jezdit po městě bez zbytečného „řevu“ z výfuku.

Typické poruchy

Existuje jeden důvod, proč tlumič výfuku automobilu selže – dlouhodobé vystavení výfukovým plynům o vysoké teplotě. Kovové tělo prvku dříve nebo později vyhoří, což je doprovázeno rachotem pod spodkem vozu (odkud se nachází vadný díl).

Životnost tlumiče velmi závisí na materiálu, ze kterého je vyroben:

• obyčejný „černý“ kov se speciálním povlakem;
• nerezová ocel.

Levnější varianta, vyrobená z „černého“ válcovaného kovu, může vyhořet po 20–30 tisíc km, zatímco tělo z nerezové oceli vydrží 100 tisíc km nebo více. Další věcí je, že po dlouhé době mohou vnitřky tlumiče vyhořet a znatelně se zvýší hladina hluku.

Poruchy lze odstranit dvěma způsoby: výměnou tlumiče a opravou svařováním. V každém případě budete muset navštívit autoservis, kde vám technici po diagnostice pomohou se správným rozhodnutím. Pokud je otvor píštěle malý, pak jej zkušený specialista svaří přímo na stroji. Druhou možností je nalepit kovovou záplatu, kvůli které bude potřeba sundat tlumič. Prvek s vypálenými vnitřnostmi nelze opravit, pouze vyměnit.

Na první pohled jde o jeden z nejnenápadnějších a nejméně obtěžujících automobilových systémů. Abychom pochopili jeho roli a význam, je nejlepší si připomenout týdeníky ukazující první auta – rachotící, vypouštějící oblaka kouře, pomalu se pohybující zařízení. A porovnejte je s moderními, tichými, dynamickými a ekologickými vozy. Část a značnou část této transformace zajistil výfukový systém.

Účel a obecný popis výfukového systému

Podstatu jevů probíhajících uvnitř spalovacího motoru lze stručně popsat jedním slovem – výbuch. To vše je doprovázeno doprovodnými efekty – zvukovou vlnou a zplodinami hoření. Právě k minimalizaci takových sekundárních jevů při provozu spalovacího motoru se využívá výfukový systém automobilu. V podstatě řeší následující problémy:

• odstraňování zplodin hoření z válců motoru;
• snížení hluku z provozu motoru;
• snížení toxických látek ve výfukových plynech;
• odstranění mimo vozidlo a zabránění pronikání toxických plynů do kabiny.

Přes veškerou svou zdánlivou jednoduchost je výfukový systém výfukových plynů instalovaný na autě poměrně složitým zařízením, a nikoli pouze sadou potrubí a některých válců neznámého účelu. Historicky se ukázalo, že původním úkolem výfukového systému bylo odvádět výfukové plyny a snižovat hlučnost spalovacího motoru. To se ukázalo být realizováno zavedením nového specializovaného zařízení do designu vozu – tlumiče výfuku.
S vývojem spalovacího motoru i samotného vozu a zpřísněním požadavků na vozidla (snížení hladiny hluku a znečištění) byl tlumič nahrazen celým systémem odvodu výfukových plynů, do kterého byly zavedeny nové prvky pro úspěšné řešení vznikajících problémů.

Návrh výfukového systému

Obecně je provedení výfukového systému, odpovídající takříkajíc průměrnému vozu, znázorněno níže na obrázku. Jmenuje se tak z jednoho důvodu – konstrukce výfukového systému pro různá auta se může značně lišit. Pokud pro stará auta stačil obyčejný tlumič, pak se v designu moderního vozu objevuje několik nových, spíše specifických prvků.

Výfukový systém funguje tímto způsobem: výfukový ventil spalovacího motoru se otevře ve čtvrtém zdvihu a zbývající produkty spalování, stejně jako nespálené částice paliva, jsou odstraněny z válce. Pokud je motor víceválcový, pak se používá speciální zařízení – výfukové potrubí, které spojuje toky plynu ze všech válců do jednoho. Výfukové potrubí spojuje výfukové potrubí a katalyzátor.

Účelem posledně jmenovaného je přeměnit toxické plyny vycházející z válců spalovacích motorů na relativně neškodné. Další prvek výfukového systému, rezonátor, má zcela jiný účel. Slouží ke snížení hluku a teploty výfukových plynů. Posledním prvkem, který je vybaven systémem odvodu výfukových plynů a jehož přítomnost je povinná, bude tlumič výfuku.

Toto je zjednodušené schéma odvodu výfukových plynů pro běžné auto. Konkrétní provedení se však může lišit v závislosti na značce vozu, výrobci a stáří vozidla. Systém tedy může obsahovat dva katalyzátory nebo může být přítomen prvek, jako je lambda sonda. Proto má smysl se podrobněji zabývat jednotlivými součástmi systému a trochu se dotknout jeho jednotlivých součástí.

Katalyzátorové zařízení

Jedná se o speciální zařízení, které slouží ke snížení toxických látek ve výfukových plynech. Uvnitř katalyzátoru, což je kovové tělo, je keramický blok, uvnitř kterého je mnoho tenkých kanálků potažených vrstvou platiny s přídavkem vzácných kovů – rhodia, iridia a palladia. Dalším typem katalyzátoru je kovový pásový katalyzátor. Tato konstrukce se používá k zajištění větší kontaktní plochy mezi kovem a výfukovými plyny.

Uvnitř katalyzátoru probíhají následující procesy: nespálené částice (NO, CH, CO) jsou při dopadu na povrch kovů oxidovány kyslíkem (dohořívání), který je přítomen ve výfukových plynech. V důsledku takových procesů probíhajících uvnitř katalyzátoru je obsah toxických látek v emisích spalovacích motorů uveden do souladu se schválenými normami toxicity.
Náklady na katalyzátor v důsledku použití vzácných kovů jsou poměrně vysoké a při použití nekvalitního benzínu se rychle zanáší, což vede k poklesu výkonu motoru.

Zařízení pro tlumení plamene

V mnoha případech, kdy se například u nás nekladou tak vysoké požadavky na složení výfukových plynů, se praktikuje místo katalyzátoru použít pojistku plamene, což vyjde mnohem levněji. Ve skutečnosti se jedná o druh konstrukce rezonátoru, účelem pojistky plamene je primární přerušení toku plynu z válců a také snížení jejich energie a teploty. Musíme si uvědomit, že nezvládne oxidovat nespálené palivo a nesníží obsah toxických látek ve výfukových plynech. Je však mnohem levnější než katalyzátor a zajišťuje normální chod motoru.

Samotná konstrukce pojistky plamene je vcelku jednoduchá – dvojité tělo z nerezové oceli, které snese velmi vysoké teploty, a uvnitř jsou samostatné komory. Některé modely pojistek plamene obsahují difuzorové přepážky, které zvyšují účinnost systému jako celku.
Použití pojistky plamene s plnivem značně usnadňuje provoz rezonátoru. Jednou z nejlepších možností je instalace pojistky plamene vyplněné keramickým vláknem. Je schopen odolat teplotám až tisíc tři sta stupňů a poskytuje dlouhou životnost pojistky plamene.

Tlumič

Existují dva typy tlumičů výfuku:

Bez ohledu na typ tlumiče je jeho hlavním účelem snížení hladiny hluku. U aktivních se hluk snižuje použitím materiálu pohlcujícího zvuk. Nevýhodou takového tlumiče je koksování vnitřní náplně.

Reaktivní tlumič využívá speciální rezonanční a expanzní komory. Vznikají díky systému přepážek uvnitř pouzdra tlumiče a mění směr pohybu výfukových plynů, což snižuje hluk.
Nezapomeňte však, že pro tlumič je typické, že ovlivňuje výkon motoru, snižuje jej.
Pro moderní automobily je povinné vybudovat schéma pro neutralizaci a odstranění výfukových plynů vozidla, což umožňuje snížit jejich toxicitu a zajistit požadovanou životnost.