Uklady wylotowe silnikow po korekcie

Układy wylotowe silników Kompendium praktycznej wiedzy Autor: mgr inż. Stefan Myszkowski

Spis treści

dodatek techniczny do WIADOMOŚCI Inter Cars S.A. nr 33/Grudzień 2009

1. Drgania i dźwięk w teorii 1.1. Drgania mechaniczne 1.2. Co to jest dźwięk?

1.3. Wielkości charakterystyczne dla dźwięku 1.4. Subiektywna ocena dźwięku przez człowieka 2. Konstrukcja układu wylotowego 2.1. Cechy charakterystyczne spalin 2.2. Zadania i cechy nowoczesnego układu wylotowego 2.3. Silnik a emisja hałasu 2.4. Ograniczenie emisji hałasu 2.5. Typy tłumików układu wylotowego 2.6. Funkcje konwertera katalitycznego 2.7. Miejsce montażu czujnika tlenu w układzie wylotowym 2.8. Odprowadzanie spalin do atmosfery 2.9. Kondensat - powstawanie i skład 2.10. Przeciwdziałanie powstawaniu kondensatu i jego usuwanie z tłumika 2.11. Przeciwciśnienie spalin 2.12. Ograniczenie strat energii cieplnej 2.13. Połączenia elementów układów wylotowych 3. Układy wylotowe - jakość wykonania, efektywność, uszkodzenia, wskazówki montażowe 3.1. Rozwiązania konstrukcyjne tłumików 3.2. Elementy tłumików i ich wykonania 3.3. Tłumiki podobne z wyglądu a jednak inne 3.4. Wpływ tłumików na moc i głośność silnika 3.5. Badanie zdolności tłumienia układów wylotowych 3.6. Uszkodzenia tłumików 3.7. Uwagi naprawczo-montażowe dotyczące układów wylotowych

2

4

14

Układy wylotowe silników

Od autora Szanowni Czytelnicy, Układy wylotowe silników, nazywane też wydechowymi, to temat tego „Dodatku technicznego”.

Opinie o nich zmieniały się. Początkowo królował pogląd, że silnik osiąga najwyższe osiągi bez układu wylotowego, czyli z tzw. wolnym wydechem, a układy wylotowe, z konieczności, ograniczają hałas towarzyszący wylotowi spalin. Pogląd ten zweryfikowały najpierw silniki dwusuwowe, które bez dobrze dobranego układu wylotowego są „słabe”. Rozwój wiedzy o akustyce, silnikach oraz o wpływie dźwięku na człowieka, spowodował, że dobrze dobrany układ wylotowy poprawia osiągi silnika czterosuwowego, szczególnie w zakresie małych i średnich obciążeń, a dźwięk towarzyszący pracy silnika można kształtować, tak, aby układ wylotowy spełniał wymagania odpowiednich przepisów oraz... oczekiwania użytkowników pojazdów.

Wątpliwości dotyczyły też konwertera katalitycznego. Jest prawdą, że w pierwszych latach jego wykorzystywania, ograniczał nieco moc silnika, co dla „tuningowców” było argumentem do jego usuwania. Wówczas jednak konwerter katalityczny był dodawany do istniejącego układu wylotowego. Obecnie konwerter katalityczny jest projektowany razem z całym układem wylotowym. Nie „dławi” on silnika, a ponadto pełni też funkcję tłumika.

Co w przyszłości? Szerzej będą stosowane układy wylotowe o zmiennej geometrii - inna część pracuje w zakresie małych i średnich obciążeń, a inna w zakresie dużych obciążeń silnika. Kolejną nowinką, znaną od strony teoretycznej od lat, a oferowaną już obecnie w samochodach „z górnej półki”, są aktywne układy tłumiące. Zasada jest prosta - układ elektroniczny generuje dźwięki o takich częstotliwościach i natężeniu, aby po „spotkaniu” dźwięków generowanych przez układ wylotowy silnika, zostały one wygaszone. Taki układ prezentuje zdjęcie na okładce, pochodzące z firmy Eberspächer.

Do przygotowania tego „Dodatku Technicznego” wykorzystałem materiały firmowe, niemiecką książkę o tłumikach układów wylotowych, pt. „Abgasschalldämpfer für Kraftfahrzeuge”, autorstwa specjalistów z nieistniejącej już firmy Leistritz, oraz materiały, zebrane przed kilkoma laty, podczas wizyty w firmie Asmet.

Skupiłem się na zagadnieniach konstrukcyjnych, ale przy wyborze dostawcy części do układów wylotowych, oprócz ceny, decyduje jakość wykonania, łatwość montażu, szczelność połączeń i odporność na korozję, powodowaną przez kondensat ze spalin oraz wodę „spryskującą” układ wylotowy z zewnątrz. Końcowa ocena elementu układu wylotowego obejmuje również ocenę barwy emitowanego dźwięku (subiektywną). Należy też zwrócić uwagę, czy nie wpada on w drgania, dudnienia lub przydźwięki, np. przy odjęciu gazu czy gwałtownym przyspieszaniu.

Oczekuję na Państwa propozycje tematów kolejnych „Dodatków technicznych” na adres stefan.myszkowski@ neostrada.pl Stefan Myszkowski

2

Dodatek techniczny

1. Drgania i dźwięk w teorii 1.1. Drgania mechaniczne Jeśli sprężynę o długości początkowej lO (rys.1a) ściśniemy siłą F, a następnie nacisk usuniemy, to zacznie ona wykonywać drgania. Gdy z chwilą usunięcia nacisku zaczniemy rejestrować czas, to zmianę długości sprężyny w trakcie drgań, można przedstawić na wykresie - rys.1b. Zaznaczone są na nim wszystkie charakterystyczne punkty dla drgań sprężyny, pokazane na rys.1a. Cykl zmiany długości sprężyny od punktu 1 do 5 nazywamy jednym pełnym drganiem, a czas, w którym to nastąpiło, okresem drgań T. Będziemy się jednak dalej posługiwać pojęciem częstotliwości drgań f.

Obliczamy ją ze wzoru: 

Częstotliwość informuje nas, ile pełnych drgań jest wykonanych w ciągu 1 sekundy.

W rzeczywistości, gdy wymusimy drgania sprężyny, to każde następne drganie będzie coraz słabsze (sprężyna mniej się ugnie i wydłuży), a po pewnym czasie drgania zanikną - nazywamy to tłumieniem drgań. Możemy o nim na chwilę zapomnieć, dla uproszczenia rozważań.

Reasumując - drganie to powtarzająca się czasie zmiana określonych wielkości. W przypadku sprężyny z rys.1a, są to zmiany: długości sprężyny (przedstawiona na rys.1b), prędkości oraz przyspieszenia górnego końca sprężyny.

Rys.1 Drgania mechaniczne zaobserwujemy gdy do drgań pobudzimy np. sprężynę (a).

Zmianę długości sprężyny o długości początkowej lO, w trakcie jednego pełnego drgania, przedstawia wykres (b). Cyfry od 0 do 5 oznaczają charakterystyczne stany sprężyny w trakcie drgań, zaznaczone na wykresie.

Układy wylotowe silników

1.2. Co to jest dźwięk?

Zagadnienie dźwięku wiąże się ściśle z układem wylotowym, więc poznajmy czym jest dźwięk. Weźmiemy rurę 2 (rys.1a), wypełnioną gazem 3, np. powietrzem, o ciśnieniu początkowym pP Do lewego końca rury włóżmy tłok 1 i rozpocznijmy wykonywanie szybkich ruchów, wsuwając i wysuwając tłok.

W momencie szybkiego wsunięcia tłoka, w strefie gazu położonej w jego sąsiedztwie następuje lokalne sprężenie gazu (strefa S, rys.2b), tak że ciśnienie gazu pS w tej strefie będzie większe od ciśnienia początkowego pP. Po osiągnięciu maksymalnego wsunięcia tłoka 3, wysuwa się on do pozycji wyjściowej, co w strefie gazu położonej w sąsiedztwie tłoka, wywołuje lokalne rozprężenie (strefa R, rys.2b), tak że ciśnienie gazu pR w tej strefie będzie niższe od ciśnienia początkowego p . Gdy tłok zostanie ponownie wsunięty do rury (rys.2d), to w jego sąsiedztwie powstanie następna strefa sprężenia „S”.

Obie strefy: sprężenia „S” i rozprężenia „R” przemieszczają się w kierunku 4. Jest to wynik tego, że cząsteczki ze strefy sprężenia S „naciskają” na cząsteczki gazu po prawej stronie, powodując lokalny wzrost ciśnienia. Cząsteczki w następującej po niej strefie rozprężenia „R”, przemieszczają się w lewą stronę, czego następstwem jest lokalny spadek ciśnienia.

Jeśli tłok będzie wykonywał cykliczne ruchy, tak jak na rys.2, a na prawym końcu rury będzie mierzone ciśnienie, to zostaną zarejestrowane nadchodzące kolejno strefy: o podwyższonym ciśnieniu „S” i o zmniejszonym ciśnieniu „R”. Zjawisko przemieszczania się tych stref ciśnień, określamy jako falę dźwiękową.

Jeśli taka fala miałyby odpowiednie natężenie i częstotliwość, (dlaczego ten warunek, wyjaśnię dalej), to ucho ustawione po prawej stronie rury, usłyszy ją jako dźwięk, bowiem dźwiękiem w ogólnym znaczeniu, nazywamy wszystkie fale dźwiękowe, które oddziaływują na nasze organy słuchu. „Narzędziem” wymuszającym drgania, może być np. membrana głośnika, nasze struny głosowe lub inne zjawiska powodujące nagłe zmiany ciśnień. Ucho ludzkie słyszy przeciętnie dźwięki o częstotliwości od 20 do 20000 Hz. O częstotliwościach dżwięku, które człowiek słyszy indywidualnie, zaświadczyć może jedynie badanie, tzw. audiogram.

1.3. Wielkości charakterystyczne dźwięku Natężenie dźwięku. Natężenie dźwięku to ilość energii przenikającej w jednostce czasu przez powierzchnię jednostkową. Podajemy je np. w W/m2. Dla określenia natężenia dźwięku (głośności) przyjęto jednak nie liczbowe jego określanie ale porównanie natężenie danego dźwięku z tzw. natężeniem standardowym IO. Natężenie dźwięku β, określa więc wzór:

Za wartość natężenia standardowego IO, przyjmujemy natężenia dźwięku o częstotliwości 1000 Hz, wynoszące 10-12 W/m2. Jednost dziesięć razy mniejszą, czyli decybel [dB], tak więc:

Dźwięk ma natężenie równe 1B, gdy jego natężenie jest większe dziesięciokrotnie od natężenia standardowego (logarytm dziesiętny z liczby 10 wynosi 1). Natomiast natężenie dźwięku wynosi 1dB, gdy jego natężenie jest większe 1,26 raza (w zaokrągleniu) od natężenia standardowego (logarytm dziesiętny z liczby 1,26 wynosi 0,1 Bela czyli właśnie 1dB).

Tu istotna uwaga. Często w prasie samochodowej jest błędnie podawane, że wzrost głośności np. we wnętrzu samochodu, o 1dB oznacza dziesięciokrotny wzrost głośności.

Wzrost głośności o 1dB to wzrost natężenia dźwięku jedynie o 1,26 raza. Natomiast wzrost głośności o 3dB, np. od 76 do 79 dB, oznacza dwukrotny wzrost natężenia dźwięku.

Rys.2 Tłok 1 wykonujący cykliczne ruchy na końcu rury 2 powoduje drgania słupa np. powietrza 3 wypełniającego tę rurę, które przenoszą się w kierunku 4. Poszczególne etapy powstawania drgań przedstawiają rysunki od a do d - opis w tekście. Oznaczenia: S - strefa sprężenia gazu; R - strefa rozprężenia gazu; pP - ciśnienie gazu panujące w rurze, gdy drgania jeszcze nie występowały; pS - ciśnienie gazu w strefie sprężenia gazu; pR - ciśnienie gazu w strefie rozprężenia gazu.

Granica słyszalności dźwięku. To najmniejsze natężenie dźwięku, o określonej częstotliwości, który jeszcze słyszymy.

Dla każdej częstotliwości dźwięku, natężenie to jest inne.

Granica bólu. Jest to natężenie dźwięku, przy którym fali dźwiękowej nie odbieramy jako określony dźwięk, ale sprawia nam ona ból ucha.

Dodatek techniczny

3

Układy wylotowe silników

1.4. Subiektywna ocena dźwięku przez człowieka Wrażenia słuchowe człowieka, różnią się od wskazań przyrządów pomiarowych. Nasza ocena głośności jest subiektywna, zależy bowiem od jego częstotliwości. Przedstawiony na rys.3 wykres pokazuje, jak człowiek ocenia natężenie słyszanego dźwięku, zależnie od jego częstotliwości, mimo że natężenia wszystkich dźwięków, określone w jednostkach fizycznych, są takie same. Za dźwięk, względem którego porównujemy, przyjęto dźwięk o częstotliwości 1000Hz, dlatego na pionowej osi wykresu, natężenie tego dźwięku przyjęto jako „0”. Słysząc dwa dźwięki: o częstotliwościach 1000Hz i 100Hz, mimo że w rzeczywistości mają one te same natężenia, my ocenimy, że dźwięk o częstotliwości 100Hz jest o ok. 20dB cichszy (-20dB na skali). Z kolei porównując dźwięki o częstotliwościach 1000Hz i 2000Hz stwierdzimy, że ten o wyższej częstotliwości, jest o około 2dB głośniejszy (+2dB na skali), mimo że w rzeczywistości dźwięki te mają te same natężenia.

Krzywa z rys.3 jest tzw. krzywą korekcyjną A, która przy pomiarach głośności pozwala uwzględnić tę omówioną cechę ucha ludzkiego. Stosuje się w tym celu tzw. filtr korekcyjny A, a podając zmierzoną wartość informuje się, że z pomocą tego filtra wykonano pomiar, dodając obok jednostki literę A [dB(A)]. Tak podawaną jednostkę już zapewne widzieliście Państwo wielokrotnie, np. przy danych o głośności w kabinie samochodów.

2. Konstrukcja układu wylotowego 2.1. Cechy charakterystyczne spalin W wyniku spalenia mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku, powstaje energia, która w przybliżeniu, w trzech równych częściach:

• jest wykorzystywana do napędu samochodu; • przenika do układu chłodzenia i w większości jest tracona; • ulatuje ze spalinami i w większości jest tracona.

• Strumień spalin ma więc w sobie określoną ilość energii, pod różnymi postaciami. O ich obecności świadczą:

• temperatura spalin - jest miarą energii cieplnej spalin; może osiągnąć wartość do 1000°C;

• nadciśnienie spalin (na biegu jałowym oraz w zakresie małych i średnich obciążeń silnika, naprzemiennie z nadciśnieniem występuje też podciśnienie) - jest miarą energii potencjalnej; nadciśnienie spalin jest konieczne do pokonania oporów przepływu spalin w układzie wylotowym;

• prędkość przepływu spalin - jest miarą energii kinetycznej płynących spalin;

• drgania słupa spalin - towarzyszą przepływowi spalin, a część energii jest z nimi związana.

Spaliny są mieszaniną gazów i cząstek stałych. Cząstkami stałymi to wszystkie składniki spalin, które opuszczają rurę wylotową w postaci innej niż gazowa, dlatego składniki spalin w formie płynnej, to cząstki stałe. Składniki spalin są w większości szkodliwe. Spaliny zawierają również wodę, będącą produktem spalania paliwa. Występuje ona w postaci pary, ale wykrapla się częściowo na chłodnych elementach układu wylotowego.

2.2. Zadania i cechy nowoczesnego układu wylotowego Są one następujące: Rys.3 To, jak człowiek ocenia natężenia dźwięków o różnych częstotliwościach, mimo że mają one w rzeczywistości te same natężenia, przedstawia powyższa krzywa. Jest ona nazywana krzywą korekcyjną A. Pozwala ona w pomiarach uwzględnić fakt, że dźwięki o częstotliwościach poniżej 1000Hz i powyżej 5000Hz, słyszymy jako cichsze od dźwięku o częstotliwości 1000Hz i takim samym natężeniu. Natomiast dźwięki o częstotliwościach pomiędzy 1000 a 5000Hz odbieramy jako głośniejsze od dźwięku o częstotliwości 1000Hz i o takim samym natężeniu. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

4

Dodatek techniczny

• doprowadzenie spalin do miejsca w pojeździe, w którym mogą zostać one odprowadzone do atmosfery;

• redukcja hałasu towarzyszącego odprowadzaniu spalin; • oczyszczenie spalin dla osiągnięcia zawartości składników szkodliwych poniżej wartości określonych przepisami danego kraju;

Układy wylotowe silników

Rys.4 Silnik i jego układy to źródło hałasu. Literami od A do G są zaznaczone źródła emisji hałasu, omówione w tekście.

Oznaczenia elementów na rysunku: 1 - filtr powietrza, 2 - kanały dolotowe powietrza, 3 - układ zasilania, 4 komora spalania silnika, 5 - tłumik środkowy, 6 - rura prowadząca spaliny, 7 - tłumik końcowy.

• charakterystyka układu wylotowego, pozwalająca na najsprawniejszą pracę silnika w całym zakresie obciążeń;

• minimalne opory przepływu, określane wartością przeciwciśnienia spalin, umożliwiające osiągnięcie silnikowi mocy maksymalnej;

• minimalne promieniowanie cieplne z elementów układu wylotowego, co pozwala utrzymać możliwie wysoką temperaturę spalin;

• długi czas eksploatacji; • możliwość powtórnego przerobu zastosowanych materiałów;

• niskie koszty produkcji.

Widać z tego wykazu, że tak jak i inne układy silnika, również układ wylotowy uległ komplikacji, zarówno w fazie projektowania jak i wykonania.

2.3. Silnik a emisja hałasu Rys.4 prezentuje źródła emisji hałasu (oznaczone literami), związane bezpośrednio z pracą silnika spalinowego. Są one omówione poniżej. Źródło A. Silnik zasysa powietrze, które przepływa przez filtr powietrza 1 i układ dolotowy 2. Przepływ zasysanego powietrza ma charakter pulsacyjny, tzn. powietrze płynie (w uproszczeniu) tylko wówczas, gdy któryś z cylindrów jest aktualnie w suwie ssania (suwy w poszczególnych cylindrach nakładają się na siebie). Układy dolotowe są tak konstruowane, aby hałas i pulsacje związane z przepływem powietrza minimalizować. Źródłem hałasu może być również urządzenie 3 wytwarzające mieszankę. Źródło B. Proces spalania w silniku odbywa się w sposób eksplozywny, więc towarzyszy mu hałas. Jego natężenie zależy od tego, jak szybko narasta ciśnienie spalania i jakie wartości maksymalne osiąga. Tzw. spalaniu stukowemu

w silnikach ZI (niepożądanemu, występującemu przy obciążeniu silnika) towarzyszy charakterystyczny, nieregularny dźwięk, zwany potocznie dzwonieniem. Spalanie stukowe występuje również w silnikach ZS, ale jego przyczyna jest inna niż w silnikach ZS. Często występuje w silnikach z bezpośrednim wtryskiem paliwa, w pierwszych chwilach po rozruchu zimnego silnika. Źródło C. W momencie otwarcia zaworu wylotowego w komorze spalania jest jeszcze znaczne nadciśnienie.

Wylot spalin odbywa się więc ze znaczną prędkością - dlatego towarzyszy mu hałas. Źródła D, E, F. Przepływowi spalin przez tłumiki 5 i 7 oraz rurę prowadzącą spaliny 7 towarzyszy emisja hałasu. Drgania spalin w tych elementach powodują drgania ich ścianek, dlatego stają się one dodatkowym źródłem dźwięku. Źródło G. Wylotowi spalin z końcówki rury wylotowej do atmosfery towarzyszy hałas.

Na rys.4 nie pokazałem innych źródeł hałasu, np. pompy wtryskowej silników ZS, osprzętu silnika czy klimatyzacji.

2.4. Ograniczenie emisji hałasu Układ wylotowy, pod względem funkcjonalnym, stanowi pewną całość. Jego każdy element ma określoną funkcję.

Jego kształt i budowę określa oczekiwana charakterystyka silnika oraz miejsce do zabudowy elementów układu wylotowego pod podwoziem samochodu, tak by nie zakłócały one przepływu powietrza pod samochodem.

Wspomniałem, że wraz ze spalinami tracimy około 30% energii, uzyskanej ze spalenia paliwa. Jej część można odzyskać, montując w układzie wylotowym turbosprężarkę lub sprężarkę systemu Comprex. W przypadku turbosprężarki, energia spalin jest wykorzystywana częściowo do napędu turbiny, która z kolei napędza sprężarkę, „pomagającą” silnikowi zassać świeżą mieszankę.

Dodatek techniczny

5

Układy wylotowe silników

2.5. Typy tłumików układu wylotowego Tłumik absorpcyjny W przekroju przedstawia go rys.6. Spaliny przepływają tylko przez rurę perforowaną 1, a poprzez wykonane w niej otwory mają kontakt z przestrzenią wypełnioną watą tłumiącą 2. Gdy przez rurę 1 wpływa fala spalin o podwyższonym lub obniżonym ciśnieniu (patrz rys.2), to chce ona tak przemieścić cząsteczki spalin wypełniające obudowę tłumika 3, by odpowiednio wzrosło lub zmalało ciśnienie. Utrudnia to wata wypełniająca tłumik, która nie jest sprężysta i ma znaczną powierzchnię (w rozwinięciu, w skali mikro) i tłumi ruchy cząstek. Następuje przy tym wydzielanie ciepła.

Rys.5 Objętościowe natężenie przepływu spalin przez zawór wylotowy, w trakcie jego otwarcia, zależy od tego, czy silnik posiada (linia B wykresu) lub nie (linia A wykresu) układ wylotowy. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

Możliwe jest również podniesienie mocy, momentu obrotowego silnika i obniżenie zużycia paliwa, przez dobry dobór układu wylotowego. Rys.5 przedstawia przebieg zmian natężenia przepływu spalin przez zawór wylotowy silnika, w trakcie jego otwarcia, dla silnika bez układu wylotowego - linia A wykresu, oraz dla silnika z prostym układem wylotowym - linia B wykresu. Układ wylotowy zwiększa natężenie wypływu spalin w dwóch fragmentach wykresu, chodź również w dwóch nastąpił spadek natężenia wypływu spalin. Po dodaniu układu wylotowego wypływ spalin nabrał wyraźniejszego charakteru pulsującego.

Jeśli układ wylotowy jest dobrany prawidłowo, to:

• w zakresie małych i średnich obciążeń silnika, powinna pozostać w komorach spalania nieco większa ilość spalin, dla poprawienia warunków spalania (tzw. recyrkulacja wewnętrzna);

• w zakresie dużych obciążeń silnika, należy usunąć z komór spalania maksymalnie dużo spalin, aby można wprowadzić do nich jak najwięcej mieszanki.

Podstawowym zadaniem układu wylotowego jest ograniczenie hałasu towarzyszącego wyrzutom spalin. Powtarzają się cyklicznie, z różną częstotliwością. Hałas im towarzyszący składa się z dźwięków o różnych częstotliwościach.

Aby hałas wyrzutu spalin obniżyć do wartości dopuszczonych przepisami, układ wylotowy musi zmniejszyć jego natężenie o 50 dB, czyli 100000 razy. Służą do tego następujące typy tłumików, montowanych w układzie wylotowym: 1. absorpcyjne; 2. refleksyjne; 3. interferencyjne; 4. kombinowane, które łączą w sobie dwa lub trzy wymienionych powyżej typów tłumików.

6

Dodatek techniczny

Rys.6 Przykład budowy tłumika absorpcyjnego. Podstawowe jego elementy: 1 - rura perforowana, 2 - wata tłumiąca, 3 - obudowa tłumika. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co)

Do wypełniania tłumików absorpcyjnych używa się: waty stalowej, mineralnej i waty szklanej. Nowoczesna wata szkalna, np. o nazwie Advantex (napełnia nią tłumiki absorpcyjne np. krajowa firma Asmet) ma średnicę 0,024 mm. Cechuje się dobrymi zdolnościami do pochłaniania energii zawartej w strumieniu spalin, nie nasiąka wodą i wytrzymuje wysokie temperatury. W takcie wprowadzania do wnętrza puszki ułożonych równolegle względem siebie włókien szklanych, są one „przetwarzane” w wełnę, z tym, że każde z włókien ją tworzących, ma jeden wspólny początek i jeden wspólny koniec. Dzięki temu, ta wełna tłumiąca nie jest wydmuchiwana z układu wylotowego w trakcie eksploatacji, tak jak stosowana wcześniej np. wełna bazaltowa. Ubytek wełny tłumiącej z wnętrza tłumika, jeśli jest ona „wydmuchiwania” przez strumień spalin, obniża jego skuteczność oraz zanieczyszcza środowisko naturalne.

Zdolność do tłumienia dźwięków o różnych częstotliwościach przez tłumik absorpcyjny, przedstawia rys.7. Zasadniczo tłumi on dźwięki o częstotliwościach powyżej 500 Hz. Ze wzrostem częstotliwości jego zdolności tłumiące rosną, aż do dźwięków o takiej częstotliwości, dla której długość fali odpowiada średnicy obudowy tłumika. Dla dźwięków o częstotliwościach powyżej tej wartości granicznej – na rys.7 wynosi ona 2500 Hz, zdolność tłumika absorpcyjnego do tłumienia drgań maleje.

Układy wylotowe silników

Rys.7 Zdolność tłumika absorpcyjnego do tłumienia fal o różnych częstotliwościach.

Omówienie w tekście. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

Tłumik refleksyjny Zasada działania polega na wielokrotnym odbijaniu poruszającej się wraz ze spalinami fali dźwiękowej. Utrata części energii przy każdym odbiciu, powoduje tłumienie fali. Odbicie fali następuje gdy zmienia się przekrój przewodu prowadzącego spaliny lub jakiś element stoi na drodze spalin.

Jak widać na rys.8, pojedyncza zmiana przekroju kanału, którym płyną spaliny, ma niewielkie działanie tłumiące, trzeba więc ustawić w szeregu kilka zmian przekroju.

Fala ulega odbiciu w każdym z miejsc zmiany przekroju, a fale powstałe wskutek odbicia w każdym z tych miejsc,

Rys.9 Zdolność tłumika refleksyjnego, typu rezonator szeregowy, do tłumienia fal o różnych częstotliwościach. Omówienie w tekście. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

Tłumik refleksyjny - rezonator szeregowy. Najprostszym typem takiego tłumika jest pusta komora zamontowana na przewodzie prowadzącym spaliny (rys.9, w prawym górnym rogu). Zdolność do tłumienia drgań (określona w dB), czyli informacja o ile zmniejsza się natężenie drgań wpływającej fali spalin zależnie od częstotliwości tych drgań, jest podana na rys.9. Dla fal o częstotliwościach, przy których powstaje najsilniej zjawisko rezonansu, tłumienie jest najsilniejsze, natomiast gdy zjawisko rezonansu nie jest wzbudzane, spaliny przepływają bez tłumienia.

Tłumik refleksyjny - rezonator bocznikowy. Zgodnie z nazwą, tłumik ten ma na odgałęzieniu dodatkową komorę.

Może być ona utworzona poprzez wsunięcie rury wylotowej spalin do wnętrza tłumika (rys.10, górny rysunek pod wykresem). Uzyskujemy wówczas komorę pierścieniową.

Dla określonych częstotliwości drgań, przy których występuje rezonans, osiągane jest silne tłumienie (wykres na rys.10).

Rys.8 Każdorazowo, gdy skokowo zmniejsza się lub zwiększa przekrój przewodu, którym płyną spaliny, następuję wytłumienie drgań. Jego wartość jest zależna od stosunku powierzchni przekrojów A1 i A2 obu przewodów. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

przemieszczają się wielokrotnie pomiędzy dwoma sąsiednimi miejscami zmiany przekroju. Powoduje to powstanie zjawiska rezonansu, gdy częstotliwość tych drgań pokryje się z częstotliwością drgań własnych spalin w komorze, w której fale te przemieszczają się.

Zależnie od miejsca występowania zjawiska rezonansowego rozróżniamy dwa typy tłumików refleksyjnych:

• rezonator szeregowy, w którym zjawiska rezonansowe zachodzą w głównym przewodzie prowadzącym spaliny;

• rezonator bocznikowy, w którym zjawiska rezonansowe zachodzą w przewodzie odgałęzionym od głównego przewodu prowadzącego spaliny.

Rys.10 Porównanie zdolności do tłumienia fal o różnych częstotliwościach, przez tłumik refleksyjny, typu rezonator bocznikowy - wykonanie z rurą wylotową wsuniętą do wnętrza tłumika, z zdolnością do tłumienia drgań tłumika refleksyjnego typu rezonator szeregowy - wykonanie z rurą wylotową zakończoną przy ściance tłumika. Omówienie w tekście. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

Dodatek techniczny

7

Układy wylotowe silników

To, przy jakich częstotliwościach to nastąpi, zależy od wartości wsunięcia rury do środka tłumika. Na rys.10 jest przedstawione porównanie tego typu tłumika z tłumikiem typu rezonator szeregowy (rys.10, dolny rysunek pod wykresem), w którym rura wylotowa nie jest wsunięta do środka tłumika.

Innym typem tłumika refleksyjnego, jest tzw. rezonator bocznikowy Helmholtza. Tłumik tego typu jest zbudowany z rury z nawierconymi otworami, przechodzącej przez pustą puszkę tłumika (rys.11a, w prawym górnym rogu). Nazwa tłumika wywodzi się od tzw. rezonatora Helmholtz-a, którego zasadę pracy przedstawia rys.11b. Butelka 1 wypełniona np. powietrzem, jest układem drgającym. Zawarte w szyjce butelki powietrze 2 o masie mP, gdy zostanie pobudzone do drgań falą dźwiękową 5, zaczyna drgać tak jakby ciężarek o masie mP był przymocowany do sprężyny 4. Oczywiście w butelce żadnej sprężyny nie ma, a jej rolę spełnia

Rys.12 Przykład budowy tłumika refleksyjnego typu bocznikowego, składającego się z trzech komór rezonansowych. W tłumiku tym, do tłumienia drgań, zostały wykorzystane również zjawiska interferencyjne (patrz punkt pt. „Tłumik interferencyjny”).

W tym celu, niektóre komory są pomiędzy sobą połączone. Elementy tłumika: 1- rura doprowadzająca spaliny, 2 - komory rezonansowe, 3 - przegrody wewnętrzne, 4 - rura wylotowa spalin, 5 - obudowa tłumika. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co)

Tłumik interferencyjny Gdy spotkają się dwa, lub więcej drgań, nakładają się one na siebie, czyli interferują. Drgania te mogą się wzmacniać lub wygaszać. Druga z tych możliwości została wykorzystana w tłumiku interferencyjnym. Wpływający do tłumika, drgający strumień spalin, zostaje rozdzielony na dwa strumienie (rys.13a). Jeden strumień płynie kanałem krótszym, o długości L1, a drugi płynie kanałem dłuższym o długości L2, a następnie oba strumienie spotykają się i interferują.

Rys.11 Zdolność tłumika refleksyjnego, typu rezonator bocznikowy Helmholtz-a, do tłumienia fal o różnych częstotliwościach (a). Zjawiska rezonansowe zachodzące w tym tłumiku są takie same jak w tzw. rezonatorze Helmholtz-a (b). Omówienie w tekście. (Źródło rys.a: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

powietrze 3 wypełniające bańkę butelki o objętości Vb. Jeśli częstotliwość fali dźwiękowej 5 pokryje się z częstotliwością drgań własnych układu: ciężarek 2 (powietrze w szyjce butelki) zamocowany do sprężyny 4 (powietrze w bańce butelki), to wystąpi zjawisko rezonansu.

W tłumiku typu rezonator bocznikowy Helmholtza, rolę szyjki butelki pełnią nawiercenia w rurze przechodzącej przez tłumik, a rolę bańki butelki pełni objętość puszki tłumika.

Zdolność do tłumienia drgań tego tłumika, przedstawia rys.11a. Widać, że jest on najbardziej skuteczny dla określonej częstotliwości drgań. Jego zaletą jest tłumienie dźwięków o niskich częstotliwościach. Przykład konstrukcji tłumika typu refleksyjnego, jest zamieszczony na rys.12.

8

Dodatek techniczny

Rys.13 Praktyczne wykorzystanie zjawiska interferencji do tłumienia drgań strumienia spalin. Jeśli strumień spalin zostanie rozdzielony na dwa strumienie (a), które po przebyciu dróg o odpowiednio dobranej różnicy długości spotkają się, to przy określonych częstotliwościach drgań, nastąpi ich znaczne wygaszenie (b). Oznaczenia literowe: L1, L2 - kanały, którymi płyną spaliny, o określonej różnicy długości; S - strefa sprężenia gazu; R - strefa rozprężenia gazu. Oznaczenia cyfrowe: 1 - strumień dopływających spalin; 2 - strumień spalin, który płynął drogą L1; 3 - strumień spalin, który płynął drogą L2; 4 - strumień spalin po połączeniu i interferencji strumieni 2 i 3, w idealnym przypadku, gdy nastąpiło pełne wytłumienie drgań.

W dopływającym strumieniu spalin 1 (rys.13b) występują drgania, czyli przemieszczają się w nim na przemian strefy sprężenia S i strefy rozprężenia spalin R. Po rozdzieleniu strumienia 1 na dwa, drgania, a więc przemieszczające się strefy sprężenia S i rozprężenia spalin R, są obecne nadal. Ponieważ drogi L1 i L2, przebywane przez strumienie spalin są różne, więc gdy strumienie spotkają się ponownie, fazy drgań w każdym z nich mogą być różne. Dla określonych częstotliwości

Układy wylotowe silników

drgań strumienia spalin, można tak dobrać różnicę dróg L1 i L2, że w chwili połączenia strumieni spalin 2 i 3 (rys.13b):

• strefa rozprężenia R strumienia spalin 2 (panuje w niej obniżone ciśnienie) spotka się ze strefą sprężenia S strumienia spalin 3 (panuje w niej podwyższone ciśnienie);

• strefa sprężenia S strumienia spalin 2 spotka się ze strefą rozprężenia R strumienia spalin 3.

W następstwie takich spotkań, dla częstotliwości drgań, dla której została dobrana różnica długości kanałów L1 i L2, nastąpi całkowite wygaszenie drgań (4, rys.13b). Charakterystykę tłumika interferencyjnego przedstawia rys.14. Pokazuje ona cechy wynikające z zasady działania: 1. tylko dla tych częstotliwości, dla których drgania spotykających się strumieni spalin mają przeciwne fazy drgań (spotykają się strefa sprężenia i rozprężenia) tłumienie osiąga maksymalną wartość; 2. w innych przypadkach niż opisane w pkt.1, gdy przeciwne fazy drgań strumieni pokrywają się tylko częściowo, lub strumienie spotykają się w tych samych fazach drgań, to odpowiednio, tłumienie jest mniejsze lub nie ma go wcale.

Rys.14 Zdolność tłumika interferencyjnego do tłumienia drgań o różnych częstotliwościach. Omówienie w tekście. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

Tłumik „kombinowany” Żaden z opisanych typów tłumików, nie tłumi dźwięków o wszystkich częstotliwościach. Podsumujmy:

• tłumiki absorpcyjne tłumią dźwięki w pewnym zakresie częstotliwości, bowiem nie tłumią dźwięków o niskich częstotliwościach, a możliwość tłumienia dźwięków o wysokich częstotliwościach, ogranicza średnica tłumika;

• tłumiki refleksyjne i interferencyjne potrafią tłumić dźwięki o niskich oraz o wyższych częstotliwościach, ale generalnie są skuteczne tylko dla drgań o określonych zakresach częstotliwości.

Z powyższych powodów są budowane tzw. tłumiki kombinowane, w których stosuje się kilka różnych metod tłumienia drgań, przenoszonych przez spaliny. Przykład takiego tłumika pokazuje rys.15. Gorące, poruszające się ze znaczną prędkością spaliny dopływają rurą 1. Aby w rurze dolotowej nie występowały zjawiska rezonansowe, mogące powodować wibracje, komora oznaczona jako 2, ma za zadanie

Rys.15 Dla tłumienia dźwięków o różnych częstotliwościach, są opracowywane tzw. tłumiki kombinowane, w których wykorzystuje się różne metody ograniczania energii drgań. Opis rysunku w tekście. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co)

likwidować powstające zjawiska rezonansowe. Do drugiej komory, oznaczonej cyfrą 10, spaliny wpływają przez zakończoną licznymi otworami końcówkę 11, której zadaniem jest „uspokoić” i rozprowadzić w komorze napływające spaliny.

Komora 10 to komora refleksyjna. Jest ona połączoną rurą 9 z drugą komorą refleksyjną 4, co zapewnia tłumienie dźwięków o niskich i średnich częstotliwościach. Jednak część spalin wypływających z komory 10 i płynących rurą 9, nie dopływa do komory 4, lecz wypływa otworami do komory 8. Zaraz po wypłynięciu z tych otworów, spaliny spotykają się z drugą częścią tego strumienia spalin, która też wypłynęła z komory 10, ale najpierw popłynęła rurą 9 do komory 4, a następnie rurą 7 powróciła do komory 8. Oba strumienie spalin interferują ze sobą (płynęły drogami o różnych długościach), a następnie wpływają do komory refleksyjnej 8. Spaliny wypływają z niej rurą 5, przepływają przez tłumik absorpcyjny 6, aby następnie rurą 3 przepłynąć do dalszej części układu wylotowego. Tłumiki tzw. kombinowane, tłumią drgania o częstotliwościach od 50 do 8000 Hz.

2.6. Funkcje konwertera katalitycznego Podstawową funkcją konwertera katalitycznego jest „wspomaganie” reakcji zmniejszających zawartość składników szkodliwych w spalinach. W tym celu, jest on przeważnie wspomagany przez inne układy, np. dotłaczania powietrza do układu wylotowego oraz recyrkulacji spalin.

Drugą funkcją konwertera katalitycznego jest praca jako tłumik. Jego działanie tłumiące wynika z następujących cech konstrukcyjnych:

• stożki wlotowe i wylotowe konwertera katalitycznego, działają jak tłumik absorpcyjny (następuje duża zmiana przekroju przepływu spalin);

• kanaliki wkładu konwertera katalitycznego, przez które przepływają spaliny, cechują się znaczną powierzchnią rozwiniętą (katalizator do silnika o pojemności 1,5 dm3 ma powierzchnię ok. 17000 m2), dlatego działają one jak tłumik absorpcyjny;

Dodatek techniczny

9

Układy wylotowe silników

• jeśli konwertera katalitycznego jest zbudowany z kilku wkładów, czyli w jednej obudowie, zamiast jednego znajdują się dwa lub nawet trzy bloki ceramiczne lub metalowe, pomiędzy którymi są puste przestrzenie, to działają one jak tłumik refleksyjny, ponieważ spaliny wypływają z kanalików jednego wkładu do pustej przestrzeni, a następnie wpływają do kanalików następnego wkładu.

Zdolność konwertera katalitycznego do tłumienia drgań wypływających spalin, przedstawia rys.16. Widać więc wyraźnie, że demontaż konwertera katalitycznego, oprócz zwiększonej emisji składników szkodliwych, powoduje wzrost głośności silnika.

Oczywiście jest ona najmniejsza na biegu jałowym a największa przy prędkości obrotowej mocy maksymalnej. Gdy prędkości wylotu spalin są nadmierne wtedy przyczynia się to do wzrostu hałasu emitowanego przez przejeżdżający samochód. Z akustycznego punktu widzenia, dobrze jest by częstotliwość dźwięków towarzyszących wylotowi spalin z końcówki układu wylotowego była jak najniższa.

Końcówka układu wylotowego powinna być umieszczona w takim miejscu, aby niemożliwe było przedostanie się spalin do wnętrza pojazdu. Ponadto ważne jest, aby spaliny szybko mieszały się z powietrzem i ulegały rozrzedzeniu (maleje ich stężenie, co zmniejsza ich szkodliwość na organizmy żywe, aczkolwiek masa emitowanych składników szkodliwych nie ulega zmianie). Końcówkę rury wylotowej umieszcza się więc tak, aby strumień spalin był odprowadzany w wir powietrza powstający za tylnym kołem pojazdu.

2.9. Kondensat – powstawanie i skład

Rys.16 Konwerter katalityczny, oprócz swojej zasadniczej roli, ma również zdolność do tłumienia drgań w przepływającym strumieniu spalin. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

2.7. Miejsce montażu czujnika tlenu w układzie wylotowym Miejsce montażu czujnika zawartości tlenu w spalinach, czyli tzw. sondy λ, nie jest przypadkowe. Przeważnie jeden czujnik tlenu, jest wspólny dla od 2 do 5 cylindrów. Czujnik tlenu mierzy średnią zawartość tlenu w spalinach z tych cylindrów, dla których jest on wspólny. Sygnały z każdego czujnika tlenu są wykorzystywane do korekcji wielkości dawki paliwa, o taką samą wartość, w tych cylindrach, dla których dany czujnik tlenu jest wspólny. Dlatego też miejsce montażu czujnika tlenu musi być tak dobrane, aby element pomiarowy czujnika tlenu opływały dobrze wymieszane spaliny z tych cylindrów silnika, dla których dany czujnik tlenu jest wspólny. Aby spełnić ten wymóg, niekiedy w starszych konstrukcjach silników, czujnik tlenu był montowany w miejscu odległym od silnika, co nie jest korzystne z punktu widzenia szybkości pracy układu regulacji składu mieszanki.

2.8. Odprowadzanie spalin do atmosfery Ze względu na hałas, który towarzyszy wylotowi spaliny do atmosfery, prędkość wypływu spalin (ściślej: masowe natężenie przepływu), powinna mieć możliwie małą wartość.

10

Dodatek techniczny

Oprócz dwutlenku węgla CO2 i innych składników spalin, których zawartości w spalinach można zmierzyć analizatorem spalin, spaliny zawierają również wodę. Jej zawartość nie jest mierzona.

Gdy spaliny są gorące, to woda występuje w postaci pary wodnej. Natomiast im dalej od silnika, tym temperatura spalin maleje i rośnie ryzyko wykraplania się wody w formie płynnej. Wykraplanie następuje wówczas, gdy temperatura jakiegoś elementu układu wylotowego, mającego kontakt ze spalinami, spadnie poniżej tzw. punktu Rosy, czyli mówiąc w uproszczeniu (nie jest to dokładny opis fizyczny), temperatura danego elementu będzie równa lub niższa od temperatury, przy której para wodna zawarta w spalinach zaczyna się wykraplać. Dla spalin, temperatura ta wynosi ok.

50°C. Wykraplanie występuje więc na wszystkich chłodniejszych elementach układu wylotowego. W tłumikach refleksyjnych wykraplanie to występuje np. w pobliżu przegród wewnętrznych. Najbardziej podatne na to zjawisko są tłumiki końcowe, bowiem w nich temperatura spalin jest najniższa. Wykraplająca się ciecz nie jest czystą wodą. Określa się ją mianem kondensatu. Na każdy litr spalonego paliwa powstaje 1 litr kondensatu. Szczególnie dużo kondensatu wykrapla się podczas jazd miejskich i jazd na krótkich odcinkach (do 20 km), bowiem niskie temperatury spalin nie są w stanie nagrzać układu wylotowego do temperatur, które zapobiegną wykraplaniu pary wodnej ze spalin. W tłumiku końcowym może po jakimś czasie zgromadzić się do 1,5 l kondensatu.

Skład chemiczny kondensatu, gromadzącego się po miesiącu eksploatacji samochodu w tłumiku końcowym samochodu, przedstawia rys.17. Przedstawione trzy grupy związków, pochodzą od pierwiastków zawartych w powietrzu i paliwie.

Są to sole:

• kwasu siarkowego H2SO4 (siarczany); • kwasu azotowego HNO3 (azotany);

Układy wylotowe silników

Rys.17 Skład kondensatu gromadzącego się w tłumiku końcowym, po jednym miesiącu eksploatacji samochodu. (Źródło: Ernst-Apparatebau GmbH & Co)

• kwasu chlorowodorowego HCI (chlorki).

Odczyn chemiczny kondensatu jest kwaśny, może osiągnąć nawet wartość pH = 2. Jest więc on powodem korozji we wnętrzu tłumika. Korozję można ograniczyć przez stosowanie materiałów na nią odpornych (stale nierdzewne, blachy aluminiowane), ale przede wszystkim, usuwając kondensat z wnętrza tłumika i ograniczając jego powstawanie.

2.10. Przeciwdziałanie powstawaniu kondensatu i jego usuwanie z tłumika Podstawowym środkiem zapobiegającym wykraplaniu kondensatu jest zapewnienie równomiernego nagrzewania elementów układu wylotowego, tak by nie było tzw. chłodnych miejsc, w których wykrapla się kondensat. Jeśli silnik jest „zimny” lub pracuje pod małym obciążeniem, temperatura spalin jest niewystarczająca by zapobiec wykraplaniu kondensatu i zbiera się on w tłumikach (szczególnie końcowym).

Aby usunąć kondensat stosuje się specjalną konstrukcję tłumika, pozwalająca z wykorzystaniem zjawisk przepływowych odessać kondensat z wnętrza tłumika (rys.18). W tym

celu w rurze 3 odprowadzającej spaliny z tłumika, są wykonane lokalne przewężenia (dla zwiększenia prędkości przepływu spalin i zmniejszenia ciśnienia) oraz chwyty 4 do zasysania kondensatu z dołu obudowy tłumika. Ponadto część kondensatu, wskutek występowania zawirowań, zostaje rozpylona w spalinach i uchodzi razem z nimi. Drogi mechanicznego usuwania kondensatu są pokazane na rys.19.

W ten sposób udaje się usunąć znaczną część kondensatu.

Odsysanie mechaniczne kondensatu nie jest skuteczne w stosunku do przegród tłumika i elementów położonych w górnej jego części. Pozostałą część kondensatu należy więc odparować. Może to nastąpić tylko, gdy temperatura spalin jest odpowiednia, dlatego też w warunkach ruchu miejskiego, wilgotne miejsca w tłumiku utrzymują się nawet przez 0,5 godziny.

Pomocne w ogrzewaniu tłumika są wszystkie środki ograniczające emisję ciepła z układu wylotowego na zewnątrz.

Na wykraplanie kondensatu i powodowaną przez niego korozję, bardziej narażone są tłumiki absorpcyjne, ze względu na izolacyjne działanie wypełniającego je materiału tłumiącego, wskutek czego mają one chłodniejsze ścianki obudowy. Ponadto materiał tłumiący sprzyja dyfuzji pary wodnej, co dodatkowo zwiększa ilość kondensatu powstającego przy ściankach obudowy.

Rys.19 Na przekroju tłumika, prócz linii pokazujących przepływ spalin, linie zielone i niebieskie pokazują miejsca odsysania kondensatu z wnętrza tłumika i drogi jego przepływu. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co)

2.11. Przeciwciśnienie spalin Przepływ spalin, jak każdy przepływ, odbywa się wskutek występowania różnicy ciśnień, pomiędzy ciśnieniem panującym w komorze spalania, podczas otwarcia zaworu wylotowego a ciśnieniem atmosferycznym lub nieco niższym, panującym na końcu układu wylotowego. Różnica ciśnień jest niezbędna do:

• uzyskania takiej prędkości przepływu spalin, przy której komorę spalania opuści wymagana ilość spalin;

• pokonania oporów przepływu, towarzyszących przepłyRys.18 Tłumik typu refleksyjnego, z rurą wylotową spalin o konstrukcji umożliwiającej odsysanie kondensatu z dolnej części wnętrza tłumika. Elementy tłumika: 1 - rura doprowadzająca spaliny, 2 - rura pośrednia, 3 - rura wylotowa spalin, 4 - miejsca odsysania kondensatu, 5 - komory tłumika oddzielone przegrodami. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

wowi spalin.

Opór przepływu spalin zależy od prędkości przepływu spalin.

Im większa jest prędkość przepływu spalin tym większy jest opór przepływu.

Dodatek techniczny 11

Układy wylotowe silników

Nie w każdych warunkach pracy silnika zależy nam, aby z komory spalania usunąć wszystkie spaliny. Gdy silnik pracuje przy małym lub średnim obciążeniu, zależy nam na pozostawieniu w komorze spalania określonej ilości spalin. Ich zadaniem jest zwiększenie ciśnienia podczas procesu spalania, przez częściowe wypełnienie komory spalania spalinami, w zdecydowanej większości niepalnymi (spaleniu ulegają tylko pozostałe węglowodory), co zwiększa sprawność procesu spalania (uzyskujemy lepsze osiągi silnika, obniża się zużycie paliwa). Aby pozostawić pożądaną ilość spalin w komorze spalania, gdy silnik pracuje w zakresie małych i średnich obciążeń, opór przepływu spalin przez układ wylotowy jest tak dobierany, aby hamować wypływ spalin.

Dla silnika pracującego przy pełnym obciążeniu, czyli przy pełnym uchyleniu przepustnicy, gdy zależy nam na osiągnięciu maksymalnej mocy silnika, jak najmniejsza masa spalin powinna pozostać w komorze spalania, aby napłynąć mogło jak najwięcej świeżej mieszanki. Wówczas prędkość wypływu spalin musi być możliwie duża, a więc opór przepływu spalin powinien być możliwie mały.

Opór przepływu spalin przez tłumik, lub sumaryczny przez cały układ wylotowy, to różnica ciśnień pomiędzy mierzona pomiędzy wlotem i wylotem tłumika lub całego układu wylotowego, dla silnika pracującego przy prędkości obrotowej mocy maksymalnej. Opór przepływu spalin jest nazywany przeciwciśnieniem spalin.

Jeśli jest znana wartość przeciwciśnienia spalin, wymagana przez producenta silnika, to przy ocenie tłumika powinien być wykonany jego pomiar. Można wówczas stwierdzić, czy badany tłumik umożliwi silnikowi osiągnięcie wartości jego mocy maksymalnej, czy nie. Na podstawie tego pomiaru nie można jednak ocenić wartości momentu obrotowego i mocy silnika pracującego w warunkach małych i średnich obciążeń. Z tego powodu przewagę mają układy wylotowe, pochodzące od firmy, która projektowała je do danego pojazdu, na zlecenie jego producenta, bowiem jego charakterystyka jest wówczas dobierana do charakterystyki silnika.

Dla typowego układu wylotowego z konwerterem katalitycznym, przeciwciśnienie spalin wynosi od 30 do 40 kPa. Typowy tłumik ma przeciwciśnienie spalin rzędu 10 kPa, a w specjalnym wykonaniu np. do sportu, wartość tę można obniżyć do 5 kPa.

2.12. Ograniczenie strat energii cieplnej Ograniczenie strat energii cieplnej, umożliwia podniesienie temperatury spalin przepływających przez układ wylotowy.

Pozwala to podnieść temperaturę pracy konwertera katalitycznego, a przede wszystkim przyspieszyć jego nagrzewanie, co każdorazowo po uruchomieniu silnika pozwala mu szybciej osiągnąć minimalną temperaturę pracy (250 do 280°C). Ponadto wyższa temperatura spalin ogranicza ilość kondensatu wykraplającego się w układzie wylotowym.

Elementami ograniczającymi promieniowanie ciepła są:

12

Dodatek techniczny

• spawany z blachy kolektor wylotowy, posiadający dwie ścianki, pomiędzy którymi jest warstwa materiału izolacyjnego lub powietrza (rys.20);

Rys.20 Przekrój przez nowoczesny kolektor wylotowy o konstrukcji dwuściankowej, blaszanej. Szczelina powietrzna lub warstwa materiału izolacyjnego ogranicza straty ciepła przez promieniowanie na zewnątrz. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co)

• rura prowadząca spaliny od kolektora wylotowego do konwertera katalitycznego, składająca się z rury wewnętrznej 4 (rys.21) prowadzącej spaliny, i rury zewnętrznej 2, która pełni rolę elementu nośnego; pomiędzy oboma rurami jest warstwą powietrza 3.

Rys.21 Rura prowadząca spaliny od kolektora wylotowego do konwertera katalitycznego, o konstrukcji dwuściankowej. Rozwiązanie to, do temperatury ok. 600°C, ogranicza straty ciepła, a powyżej tej temperatury, odprowadzanie ciepła jest intensywniejsze. Oznaczenia elementów na rysunku: 1 - kołnierz mocujący, 2 - rura zewnętrzna, 3 - szczelina powietrzna, 4 - rura wewnętrzna. (Źródło: Leistritz AG & Co)

Cechą szczególną rury prowadzącej spaliny jest to, że grubość warstwy powietrza 3 jest tak dobrana, aby do temperatury 600°C ograniczała ona emisję promieniowania cieplnego, natomiast po przekroczeniu tej temperatury warstwa powietrza traci własności izolacyjne i więcej ciepła jest odprowadzane na zewnątrz, co chroni konwerter katalityczny przed przegrzaniem.

Inne korzyści wynikające ze stosowania kolektorów wylotowych spalin i rur prowadzących spaliny, o budowie dwuściankowej, są następujące:

• zmniejszenie masy tych elementów o 40%; • obniżenie ich temperatury zewnętrznej, a więc również zmniejszenie temperatury urządzeń leżących w ich sąsiedztwie.

Układy wylotowe silników

2.13. Połączenia elementów układów wylotowych Połączenia te winny zapewniać: 1. szczelność w całym zakresie temperatur pracy; 2. możliwość korekty błędów ustawienia kątowego poszczególnych elementów układu wylotowego; 3. łatwość montażu układu wylotowego.

Rys.22 Przykładowe połączenia kolektora wylotowego z rurą prowadzącą spaliny: a - kolektor wylotowy zakończony kulistym gniazdem, połączony bez użycia uszczelki z rurą prowadzącą spaliny, zakończoną przyspawanym kołnierzem, z gniazdem wykończonym ścięciem o kącie 45°; b - kolektor wylotowy zakończony kulistym gniazdem, które jest dociskane do stożkowej końcówki rury prowadzącej spaliny, za pośrednictwem swobodnego kołnierza (nie jest przyspawany), z gniazdem wykończonym ścięciem o kącie 45°; c - zarówno kolektor wylotowy jak i rura prowadząca spaliny są zakończone przyspawanymi kołnierzami i połączone za pośrednictwem uszczelki; d - kolektor wylotowy zakończonym gniazdem kulistym, połączony bez użycia uszczelki z rurą prowadzącą spaliny, zakończoną przyspawanym blaszanym kołnierzem; do połączenia są użyte śruby, osadzone w gniazdach o kształcie kulistym, „obciążone” sprężynami. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

Na rys.22 są przedstawione przykłady połączeń kolektora wylotowego i „przedniej” rury prowadzącej spaliny. Szczelność tylko w przypadku połączenia z rys.22c gwarantuje uszczelka. W przypadku rozwiązań z rys.22a, b i d nie ma jej, tak więc poluzowanie śrub połączeniowych spowoduje nieszczelność. Aby zmniejszyć to ryzyko, śruby złącza z rys.22d są zaopatrzone w sprężyny. Pozwalają one zachować łączonym elementom możliwość przemieszczania się (wystąpi niewielka nieszczelność) a przy niewielkim poluzowaniu śrub zapewniają złączu szczelność.

Korekcję wzajemnego kątowego ustawienia łączonych elementów, umożliwiają połączenia z rys.22a, b i c. Jest to ważne, bowiem układ wylotowy ma ok. 3 do 4 metrów długości (mierząc od połączenia z kolektorem wylotowym), tak więc nawet niewielki błąd kątowy jego mocowania do kolektora wylotowego powoduje znaczne odchyłki na końcu układu wylotowego, co może uniemożliwić jego montaż na zaczepach podwozia. Doginanie układu wylotowego, tak aby można go zamocować, jest niedopuszczalne, bowiem może powodować tzw. przydźwięki słyszalne w kabinie pasażerskiej oraz pęknięcia, wskutek drgań układu wylotowego (niewłaściwa praca elementów amortyzujących drgania układu wylotowego).

Ponadto pożądane jest, aby połączenie kolektora wylotowego z przednią rurą prowadzącą spaliny tłumiło drgania pochodzące od silnika oraz ograniczało ruchy układu wylotowego, wywoływane przez ruchy poprzecznie zamontowanego zespołu napędowego. Są specjalne konstrukcje połączenia kolektora wylotowego z układem wylotowym, o takich cechach, ale w tym celu stosuje się również złączki elastyczne (rys.23a), łączone (spawane lub mocowane obejmami) z przednią rurą prowadzącą spaliny (rys.23b). Złączki elastyczne są nierdzewne i szczelne.

Rys.23 Przenoszenie drgań i ruchów silnika na część układu wylotowego zawieszoną pod podwoziem, ogranicza złączka elastyczna (a). Jest ona elementem przedniej rury prowadzącej spaliny, która jest zamocowana do kolektora wylotowego (b). (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co)

Dodatek techniczny 13

Układy wylotowe silników

Rys.24 Przykładowe połączenia elementów układu wylotowego: a - oba łączone elementy są zakończone przyspawanymi kołnierzami i łączone za pośrednictwem uszczelki; b - jeden z elementów ma przyspawany kołnierz (na rysunku - prawy), z gniazdem wykończonym ścięciem o kącie 45°, a drugi jest zakończony stożkowo i ma swobodny kołnierz dociskowy (na rysunku - lewy), połączenie jest uszczelnione pierścieniem, który z obu stron ma powierzchnie kuliste; b - jeden z elementów ma przyspawany kołnierz (na rysunku - prawy) a drugi jest zakończony stożkowo i ma swobodny kołnierz dociskowy (na rysunku - lewy); połączenie jest uszczelnione pierścieniem, który z jednej strony ma powierzchnię kulistą, oraz jest skręcone śrubami, które są „obciążone” sprężynami; c - połączenie za pomocą opaski zaciskowej; d - połączenie z dodatkowym łącznikiem rurowym i dwoma opaskami zaciskowymi. (Źródło: Leistritz AG & Co/Verlag moderne industrie)

Na rys.24 są przedstawione przykłady połączeń stosowanych pomiędzy elementami układu wylotowego. Tylko w połączeniu z rys.24a jest stosowana uszczelka, ale nie umożliwia ono korekty kątowego ustawienia łączonych elementów.

Taką korektę umożliwiają połączenia z rys.24b i c. Połączenie z rys.24c umożliwia w niewielkim zakresie przemieszczanie połączonych elementów, przy dopuszczeniu niewielkiej nieszczelności.

Połączenia za pomocą pojedynczej obejmy (rys.24d) lub podwójnych obejm i łącznika (rys.24e) umożliwiają korekcję długości układu wylotowego podczas montażu. Ponadto potrzebują mało miejsca do montażu. Wadą ich jest to, że trudniej uzyskać szczelność, porównywalną do złączy typu kołnierzowego.

Rys.25 Końcowy tłumik, o owalnym kształcie puszki, wykonany z dwóch warstw blachy, zwiniętych i zawalcowanych z boku. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

14

Dodatek techniczny

3. Układy wylotowe jakość wykonania, efektywność, uszkodzenia, wskazówki montażowe W ofercie rynkowej są elementy układów wylotowych renomowanych i mniej znanych producentów. Nie każdy oferuje jednak tłumiki gwarantujące uzyskanie podobnego natężenia emitowanego dźwięku, zadowalających parametrów pracy silnika i okresu eksploatacji. Aby z oferty rynkowej właściciele serwisów mogli wybrać tłumiki, które zyskają uznanie klientów i nie będą stwarzać problemów przy montażu, w tym rozdziale są informacje o konstrukcji, produkcji i montażu tłumików.

3.1. Rozwiązania konstrukcyjne tłumików Są dwa typy tłumików, o konstrukcji:

• zwijanej (rys.25); • dwupołówkowej (rys.26).

Płaszcz obudowy tłumików zwijanych, o przekroju okrągłym lub owalnym, jest najpierw zwijany, a następnie łączony wzdłużnie, poprzez utworzenie zakładki i jej zawalcowanie. Jej widok i przekrój przedstawia rys.27. Następnie do wnętrza płaszcza obudowy jest wprasowywany przygotowany uprzednio zespół elementów wewnętrznych tłumika, a jeśli jest to tłumik typu absorpcyjnego, do środka

Rys.26 Tłumik końcowy tzw. dwupołówkowy. Obudowa składa się z dwóch elementów, połączonych w płaszczyźnie poziomej. Są one wykonane w technologii głębokiego tłoczenia. Widoczne dodatkowe poprzeczne przetłoczenia, usztywniają konstrukcję tłumika i zmniejszają emisję hałasu. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

Układy wylotowe silników

Rys.27 Wzdłużne zawalcowanie zakładki łączącej blachę płaszcza tłumika wykonanego w technologii zwijania: w widoku (a) i w przekroju (b). Jakość tłumika zależy od jakości wykonania tego zawalcowania, co prezentuje ilustracja 30. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

wkładany jest materiał tłumiący. Pokrywy zamykające oba końce obudowy tłumika, są łączone z płaszczem obudowy przez zawalcowanie. Przez pokrywy te, są wyprowadzone rury, będąca częścią osadzonego „wnętrza” tłumika. Rury te, zostają przyspawane do pokryw obudowy tłumika.

Projektując lub zabudowując do samochodu tłumik typu zwijanego, należy wykonać to tak, by pryskająca pod samochodem woda, miała utrudniony dostęp do „otwartej” strony zawalcowania, w której może zbierać się woda i przyspieszać korozyjne niszczenie tłumika (rys.27b).

Tłumiki o konstrukcji dwupołówkowej (rys.26), są nowocześniejszą konstrukcją. Bardziej dowolnie można kształtować ich obudowy, dopasowując je kształtu płyty podłogowej samochodu, tak aby uzyskać jak najmniejsze opory przepływu powietrza pod samochodem. Tłumiki o konstrukcji dwupołówkowej składają się z dwóch połączonych części obudowy. Są one wykonywane poprzez tzw. głębokie tłoczenie z wykrojonych arkuszy blachy lub z taśmy stalowej.

Przeprowadzane jest ono kilkuetapowo, z zastosowaniem specjalnych stempli, form oraz pras, o nacisku do 1000 ton.

Dlatego też wadą tłumików o konstrukcji dwupołówkowej jest konieczność wykonania i użycia wielu drogich narzędzi w procesie produkcji.

Po wykonaniu dwóch części obudowy, do środka jednej z nich montuje się przegrody i perforowane przewody prowadzące spaliny. Do tłumików absorpcyjnych wkłada się matę tłumiącą. Pomiędzy nią a perforowanymi przewodami prowadzącymi spaliny, umieszcza się dodatkowo „drobną” matę, wykonaną z wiórów stali szlachetnej. Jej zadaniem jest ochrona maty tłumiącej przed erozją oraz trwałym odkształceniem powodowanym przez wydmuchiwane spaliny. Kolejnymi etapami produkcji jest:

Rys.28 Dwie części obudowy tłumika dwupołówkowego, o podwójnych ściankach, mogą być łączone za pomocą poziomego zawalcowania (a) lub spawane, z wykorzystaniem tzw. spoiny obrzeżowej (b), która jest też wykorzystywana do łączenia połówek obudowy ceramicznego konwertera katalitycznego (c). Elementy oznaczone na rysunku a: 1 - podwójne blachy górnej części obudowy; 2 - podwójne blachy dolnej części obudowy; 3 - zawinięte i zawalcowane połączenie obu połówek; 4 - przestrzeń utworzona po poziomym zawalcowaniu. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

• trwałe połączenie obu skorup poprzez zawinięcie i zawalcowanie pozostawionego brzegu (rys.28a) lub przez spawanie, z wykorzystaniem tzw. spoiny obrzeżowej (rys.28b);

• przyspawanie rur wyprowadzonych na zewnątrz tłumika, do jego obudowy.

Jeśli obudowy tłumika dwupołówkowego są łączone poprzez ich zwinięcie i zawalcowanie, to zamknięta przestrzeń 4 tego połączenia (rys.28a) powinna być po zamontowaniu skierowana ku dołowi, tak, aby nie mogła gromadzić się tam woda, ponieważ nie ma ona możliwości odpływu.

Niezależnie od technologii wykonania, produkcja kończy się przyspawaniem uchwytów oraz malowaniem, ale często tylko końcówki tylnego tłumika, który wystaje po za nadwozie.

Dodatek techniczny 15

Układy wylotowe silników

Rys.30 Wzdłużne zawalcowania, łączące blachy obudowy tłumika, chodź zewnętrznie podobne, mogą być szczelne (a), lub nieszczelne (b), co uwidaczniają ich przekroje.

Omówienie w tekście. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co / Leistritz AG & Co Abgastechnik).

Rys.29 Szczelność puszek tłumików jest sprawdzana na stanowisku kontrolnym.

Elementy na ilustracji: 1 - sprawdzana puszka tłumika, 2 - przewód doprowadzający powietrze pod ciśnieniem 0,5 at, 3 - rotametr do pomiaru natężenie przepływu powietrza wypływającego przez ewentualne nieszczelności puszki tłumika, 4 - manometr do pomiaru ciśnienia powietrza, tłoczonego przewodem 2. Ilustracja przedstawia stanowisko kontrolne w firmie Asmet. Tłumiki jej produkcji wykazują całkowitą szczelność, to stwierdziłem podczas wizyty w zakładach, na losowo wybranej z produkcji puszce tłumika.

Rys.31 Spoina obrzeżowa, wykorzystywana do łączenia np. połówek obudowy katalizatora (patrz rys. 28c), wykonana prawidłowo (a) i wadliwie (b). Omówienie w tekście. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

3.2. Elementy tłumików i ich wykonania Płaszcz obudowy tłumika Niezależnie od konstrukcji tłumika, płaszcz obudowy może składać się z pojedynczej (rys.27b, 28b) lub podwójnej warstwy blachy (rys.28a). Podwójna warstwa blachy, w porównaniu z pojedynczą:

• pozwala zastosować blachy z różnych materiałów: wewnętrzna ze stali nierdzewnej, by mogła „oprzeć się” agresywnym wpływom kondensatu, a zewnętrzna pokrywana aluminium;

• ogranicza emisję hałasu z wnętrza tłumika; • zwiększa czas potrzebny na przekorodowanie płaszcza tłumika, więc przedłuża jego żywotność.

Wzdłużne zawalcowanie zakładki łączącej płaszcz tłumika Takie zawalcowanie i jego przekrój pokazuje rys.27. Porównując zawalcowania na tłumikach różnych producentów, można nie dostrzec nic szczególnego. Dokładniejsza obserwacja pozwoli jednak dostrzec na krawędziach zewnętrznych niektórych zawalcowań mikrorysy lub pęknięcia.

Powstają one w wyniku działania nadmiernych naprężeń, towarzyszących zaginaniu blachy, niewłaściwemu ukształtowaniu narzędzi lub zastosowaniu blachy o złej jakości. Pęknięcia te zmniejszają przekrój blachy, co stwarza zagrożenie zerwania takiego połączenia przy obciążeniu.

Od zawalcowania zakładki blach, wymagana jest określona szczelność. Zależy od niej natężenie hałasu emitowanego przez pracujący tłumik. Sprawdzenie szczelności połączenia, odbywa się Sprawdzana puszka tłumika 1 jest mocowana w uchwycie urządzenia, i uszczelniana, tak, aby ewentualny wypływ powietrza możliwy by był tylko przez ewentualne nieszczelności puszki. Przewodem 2 tłoczone jest do puszki tłumika powietrze, pod ciśnieniem 0,5 at, mierzonym przez

16

Dodatek techniczny

manometr 4. Natężenie powietrza wypływającego przez ewentualne nieszczelności puszki tłumika, mierzy rotametr 3. Na stanowisku kontrolnym (rys.29), przez prawidłowo wykonane zawalcowanie zakładki blach (rys.30a) przenika nie więcej niż 10 litrów powietrza na minutę. Jeśli to połączenie jest wykonane nieprawidłowo (rys.30b) - nie jest dostatecznie dociśnięte i płaskie, a przez połączenie przenika więcej niż 35 litrów powietrza na minutę (maksymalna wartość, możliwa warunkowo do zaakceptowania), to tłumik taki podczas pracy będzie dodatkowym źródłem hałasu.

Spoina obrzeżowa Jest ona używana do połączeń części obudowy tłumików o konstrukcji dwupołówkowej lub obudów ceramicznych konwerterów katalitycznych (rys.28c). Zewnętrzny wygląd spawu nie gwarantuje prawidłowego wykonania - ważny jest wygląd przekroju. O prawidłowo wykonanym połączeniu (rys.31a) decydują:

• mała szczelina powietrzna pomiędzy łączonymi elementami,

• prawidłowa grubość blachy; • szerokość obrzeża pozostawionego na wykonanie połączenia,

• prawidłowa szerokość i wysokość szwu spawalniczego.

Układy wylotowe silników

Istotne jest też płynne przejście obrzeża w spoinę. Pozwala to uniknąć zmian przekroju poprzecznego spoiny oraz nierównomiernej sztywności połączenia, która obniża wytrzymałość złącza na zginanie i zwiększa ryzyko powstania pęknięć. Wymienione czynniki obniżają okres eksploatacji tłumika lub konwertera katalitycznego.

Przekrój nieprawidłowo wykonanej spoiny obrzeżowej pokazuje rys.31b. Jej wady to:

• za szeroka szczelina powietrzna pomiędzy łączonymi elementami;

• nieprawidłowe parametry spawania.

3.3. Tłumiki podobne z wyglądu, a jednak inne Każdy z tłumików oferowanych na rynku krajowym powinien spełniać wymagania określone w następujących przepisach:

• regulamin 59 EKG ONZ; • polska norma PN-92/S-34050.

Klient może wybrać między wyrobem droższym a tańszym.

Różnica w cenie nie zawsze wynika jednak z pozycji rynkowej firm, ale również z tego, że tłumiki te różnią się konstrukcją, zastosowanymi materiałami, parametrami pracy oraz nakładami poniesionymi przez firmy przy ich opracowaniu. Elementy układów wylotowych z firm dostarczających swoje wyroby producentom samochodów, są przeważnie droższe. Muszą one bowiem spełnić surowsze wymagania niż te określone dla produktów na rynek części zamiennych.

Nie oznacza to jednak, że elementy układów wylotowych

Rys.32 Dwa różne tłumiki wstępne, dla tego samego modelu samochodu - wygląd zewnętrzny zbliżony, ale dzielą je różnice konstrukcyjne i parametry pracy, omówione w tabeli 1. Oba są tłumikami absorpcyjnymi (na przekrojach brak jest maty tłumiącej).

Tłumik z rys.a, jest produkowany przez firmę Eberspächer. Ma on konstrukcję dwupołówkową i podwójne blachy płaszcza tłumika. Wewnętrzna blacha o grubości 0,7 mm jest aluminiowana od strony wewnętrznej, a blacha zewnętrzna o grubości 0,7 mm jest aluminiowana od strony zewnętrznej. Masa tłumika 8,1 kg. Tłumik z rys.b, to wyrób innego producenta, dopuszczony do sprzedaży jako część zamienna. Ma on konstrukcję zwijaną oraz pojedynczą, obustronnie aluminiowaną blachę płaszcza tłumika, o grubości 1,1 mm. Masa tłumika 6,12 kg. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

Rys.33 Prezentowane tłumiki końcowe dla tego samego modelu samochodu, są zewnętrznie niemal identycznie. Dopiero przekrój ujawnia istotne różnice konstrukcyjne - omawia je tabela 1. Oba są tłumikami absorpcyjnymi (na przekrojach brak jest maty tłumiącej) o konstrukcji zwijanej. Tłumik z rys.a, jest produkowany przez firmę Eberspächer. Ma on podwójne blachy płaszcza tłumika. Wewnętrzna blacha o grubości 0,8 mm jest aluminiowana od strony wewnętrznej a blacha zewnętrzna o grubości 0,7 mm jest aluminiowana od strony zewnętrznej. Masa tłumika 6,27 kg. Tłumik z rys.b, to wyrób innego producenta, dopuszczony do sprzedaży jako część zamienna. Ma on pojedynczą, obustronnie aluminiowaną blachę płaszcza tłumika, o grubości 1,2 mm. Masa tłumika 4,4 kg. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

produkowane tylko na rynek części zamiennych, są gorsze.

Wszystkie oferowane na rynku muszą spełniać wymagania regulamiu 59 EKG ONZ, ale w tym dokumencie nie ma wymagań odnośnie trwałości, dlatego tu producenci elementów układów wylotowych mogą szukać sposobów na obniżenie ich cen.

Znany producent układów wylotowych, niemiecka firma Eberspächer, dostarczająca elementy układów wylotowych zarówno na linie montażowe samochodów jak i na rynek części zamiennych, zleciła organizacji TÜV porównanie swoich tłumików z tłumikami innych firm, które są sprzedawane na rynku części zamiennych, bowiem odpowiadają obowiązujące je wymaganiom. Rysunki 32 i 33 przedstawiają przekroje i opis porównywanych tłumików, a w tabeli 1 jest ujęta ich ocena wg. różnych kryteriów.

Dodatek techniczny 17

Układy wylotowe silników

Tabela 1

Ocena porównawcza tłumików układu wylotowego, wykonana przez organizację TÜV na zlecenie firmy Eberspächer (patrz rys.32 i 33) Tłumiki firmy Eberspächer, dostarczane producentowi samochodu na tzw. pierwszy montaż oraz jako części zamienne na rynek wtórny

Tłumiki innego producenta, dostarczane na rynek wtórny części zamiennych, przebadane i spełniające obowiązujące wymagania

Konstrukcja tłumików Taka sama jak tłumika montowanego przez producenta samochodu. Wysoka wytrzymałość tłumika wstępnego została uzyskana dzięki konstrukcji dwupołówkowej, a tłumika końcowego przez zastosowanie podwójnej rury sitowej.

Podwójne blachy płaszcza obu tłumików zmniejszają emisję hałasu i zwiększają odporność korozyjną.

Konstrukcja znacznie uproszczona w porównaniu do tłumików montowanych przez producenta samochodu. Cieńsze i pojedyncze blachy płaszcza tłumików, zwiększają ryzyko przekorodowania. Oba tłumiki nie posiadają we wnętrzu przegród, co zwiększa ryzyko odłamania rury na wejściu lub wyjściu z tłumika.

Uchwyty mocujące tłumiki Prawidłowo skonstruowane i przyspawane. Dodatkowo usztywnione mocowanie tłumika wstępnego.

Prawidłowo skonstruowane ale za mała ilość spoin mocujących, stąd niebezpieczeństwo ich odłamania.

Ochrona przed korozją Zastosowanie blach aluminiowanych. Rura wewnętrzna (sitowa) tłumika wstępnego wykonana z wysokogatunkowej stali, o zwiększonej odporności na korozję. Kompletne tłumiki są lakierowane.

Zastosowanie blach aluminiowanych na obudowę tłumika. Rura wewnętrzna tłumika ze stali bez pokrycia ochronnego czyni ją podatną na korozję. Spoiny bez antykorozyjnego pokrycia ochronnego, są również narażone na korozję.

Jakość wykonania Wykonanie bez uwag - dobra jakość spoin, brak pozostawionych końcówek drutu spawalniczego i brak rozprysków materiału spoiny.

Widoczne zmiany wymiarów spoin, co obniża ich wytrzymałość. Występują rozpryski materiału spoiny, a ostre krawędzie spoin osłon termicznych, stwarzają ryzyko skaleczenia podczas montażu.

Natężenie emitowanego hałasu (Badania według obowiązujących przepisów w Niemczech)

Podczas ruchu samochodu i badań stanowiskowych zgodne z wymaganiami.

Podczas przyspieszania i hamowania silnikiem, natężenie emitowanego hałasu najniższe wśród sprawdzanych tłumików.

Podczas ruchu samochodu zgodne z wymaganiami, ale podczas badań stanowiskowych przekracza o 1 dB(A) wartość dopuszczalną. Podczas przyspieszania, natężenie emitowanego hałasu wyraźnie wyższe, a podczas hamowania silnikiem takie samo jak dla tłumików firmy Eberspächer.

Natężenie hałasu towarzyszącemu wylotowi spalin z tłumika końcowego (Pomiar stacjonarny, w zakresie od prędkości obrotowej biegu jałowego do 3/4 nominalnej prędkości obrotowej silnika

Najniższe w badanym zakresie prędkości obrotowej, wśród sprawdzanych tłumików końcowych.

W dolnym zakresie prędkości obrotowej, porównywalne z tłumikiem firmy Eberspächer, ale w górnym zakresie prędkości obrotowych wyraźnie wyższe.

Przeciwciśnienie spalin Zmierzona wartość 70 mbar (0,070 at), jest bardzo niska i gwarantuje uzyskanie przez silnik maksymalnych wartości momentu obrotowego i mocy.

Zmierzona wartość 62 mbar (0,062 at), jest bardzo niska i gwarantuje uzyskanie przez silnik maksymalnych wartości momentu obrotowego i mocy.

Łatwość montażu Bez zastrzeżeń

Bez zastrzeżeń

3.4. Wpływ tłumików na moc i głośność • tłumiki od trzech innych producentów dostarczane na rynek części zamiennych; silnika W reklamach tłumików końcowych, szczególnie tzw. sportowych, podawana jest często informacja, że pozwalają one zwiększyć moc silnika o 8 do 10 %. Jest prawdą, że zastosowanie tłumika o niższych oporach przepływu, czyli tzw. przeciwciśnieniu spalin, zwiększa moc silnika, ale czy aż o taką wartość jak podają ich producenci i bez niekorzystnych zmian np. natężenia emitowanego hałasu? Aby sprawdzić jak jest to w rzeczywistości, firma Eberspächer poddała badaniom:

• tłumik końcowy dostarczany producentowi samochodu do pierwszego montażu, zwany dalej „oryginalnym” (tłumik ten najprawdopodobniej był produkcji firmy Eberspächer, chodź nie jest to podane w wynikach badań);

18

Dodatek techniczny

• tzw. tłumik sportowy.

Przekroje badanych tłumików pokazuje rys.34a. Poniżej są omówione wyniki badań.

Przeciwciśnienie spalin z moc silnika. Przeciwciśnienie spalin kompletnego układu wylotowego z konwerterem katalitycznym, wynosi od 300 do 400 mbar (ok. 0,3 do 0,4 at). Dla pojedynczego, typowego tłumika, przeciwciśnienie spalin wynosi ok. 100 mbar (ok. 0,1 at), a dla tłumików o obniżonych oporach przepływu, wartość ta może wynosić ok. 50 mbar (ok. 0,05 at).

Ponieważ wzrost przeciwciśnienia spalin o każde 100 mbar (ok.

0,1 at), oznacza:

• dla silników małolitrażowych, spadek mocy o ok. 1 kW,

Układy wylotowe silników

Rys.35 Pomiar natężenia emitowanych dźwięków, na hamowni podwoziowej. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

Rys.34 Porównanie konstrukcji tłumików końcowych, pochodzących od różnych producentów (a) i natężenia emitowanych przez nie dźwięków, w zależności od prędkości obrotowej silnika (b), względem tłumika nazwanego „Wzorzec”, którym był tłumik dostarczany producentowi samochodu do pierwszego montażu. Tabela 2 prezentuje wartości maksymalnej mocy silników, zmierzone dla prezentowanych tłumików końcowych, po zamontowaniu ich do samochodu. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

• dla silników o pojemności skokowej powyżej 3000 cm3, spadek mocy o ok. 3 kW, więc zastosowanie tłumików o obniżonych oporach przepływu, zależnie od pojemności skokowej, pozwala zyskać od 0,5 do 1,5 kW mocy silnika. Są jednak samochody, w których zysk mocy może być większy, gdyż seryjnie są one wyposażane w niedopracowane układy wylotowe. U kilku producentów samochodów kształtowaniem przebiegu układu wylotowego zajmowali się projektanci podwozia. Prowadzili oni układ wylotowy przez miejsca pozostałe po zabudowie mechanizmów podwozia, względnie projektowali układy wylotowe we „własnym zakresie” i nie korzystali ze specjalistycznych firm.

Pomiar mocy silnika. Wykonywany był na stanowisku pomiarowym, dla wszystkich sprawdzanych tłumików, montowanych kolejno do samochodu VW Golf III z silnikiem 1,6 l, o mocy 55 kW (deklarowana przez producenta), osiąganej przy prędkości znamionowej 5200 obr/min. Zmierzone wartości mocy, przeliczone dla tych samych wartości ciśnienia i temperatury powietrza, są zebrane w tabeli 2. Różnice mocy maksymalnej silnika, zmierzone dla poszczególnych tłumików, leżą w granicy błędu pomiarowego, a maksymalny wzrost mocy, wynoszący 0,4 kW, był zgodny z przewidywaniami.

Aby różnice osiąganej mocy silników stały się wyraźniejsze, próby powtórzono dla samochodu VW Golf z silnikiem o pojemności 1,8 l i mocy 70 kW (deklarowana przez producenta). Również dla tego silnika osiągnięto maksymalny przyrost mocy o 0,4 kW. Pomiar głośności tłumików. Był przeprowadzony na stanowisku rolkowym (rys.35), a zmierzone natężenie emitowanego hałasu, w całym użytecznym zakresie prędkości obrotowej silnika, przedstawia rys.34b. Oceniając wyniki pomiarów należy się zapytać, w jakim zakresie prędkości obrotowej ta głośność jest istotna?

Dla większości kierowców (i pasażerów) istotny jest zakres od 2000 do 4000 obr/min, gdyż w tym zakresie większość z nich eksploatuje silniki. Również producenci silników starają się przeważnie tak je projektować, aby w tym zakresie prędkości obrotowych wartość momentu obrotowego była wystarczająca do sprawnego poruszania się, co pozwala uzyskać

Tabela 2

Zmiany mocy silnika uzyskiwanej przy wykorzystaniu tłumików końcowych pochodzących od różnych producentów Badany tłumik

Maksymalna zmierzona moc silnika [kW]

Różnica mocy zmierzonej przy zastosowaniu badanego tłumika względem mocy zmierzonej przy zastosowaniu tzw. tłumika wzorcowego [kW]

Wzorzec

56,7

0

Od producenta 1.

57,1

0,4

Od producenta 2.

56,7

0

Od producenta 3.

56,5

-0,2

Tzw. sportowy

56,9

0,2

Dodatek techniczny 19

Układy wylotowe silników

możliwie niskie zużycie paliwa. W tym zakresie prędkości obrotowej, dźwięki o najniższym natężeniu, emituje tylko tłumik oryginalny, a zbliżone wyniki uzyskał tylko tłumik producenta nr 3 (rys.34b). Tłumik, który pozwala na uzyskanie najwyższej mocy silnika, emituje dźwięki o natężeniu wyższym o ok.

5 dB(A), a tzw. tłumik sportowy, przy prędkości obrotowej 2500 obr/min jest głośniejszy od tłumika oryginalnego o 10 dB(A), co subiektywnie jest odbierane jako dwukrotny wzrost głośności.

W zakresie prędkości obrotowej powyżej 4000 obr/min, sytuacja ulega zmianie - oryginalny tłumik nie jest najcichszy, a najlepszy wynik uzyskał tzw. tłumik sportowy, który przy niższych prędkościach obrotowych jest najgłośniejszy.

Ten zakres prędkości obrotowych jest jednak wykorzystywany przez większość kierowców jedynie krótkotrwale, celem wykorzystania pełnych osiągów silnika.

Podsumowanie. Ponownie okazało się, że technika to sztuka kompromisu, a eksponowanie jednego parametru np. mocy silnika jest nieprawidłowe. W tych badaniach okazało się, że parametry akustyczne, bardziej pożądane dla większości kierowców, oferuje tłumik oryginalny.

Można oczywiście montować tłumiki tzw. nieoryginalne, ale powinny one zapewniać silnikowi uzyskanie tej samej wartości mocy, a natężenie emitowanego dźwięku w użytkowym zakresie prędkości obrotowych silnika, nie powinno nadmiernie przekraczać wartości osiąganych dla tłumików oryginalnych. Jest trudniejsze do zapewnienia, niż spełnienie pierwszego podanego warunku.

Zysk ułamka lub więcej kilowatów mocy maksymalnej, po zamontowaniu tzw. tłumika sportowego, będzie odczuwalny jedynie w górnym zakresie prędkości obrotowych. Kto często będzie korzystał z tego zakresu obrotów, zużyje więcej paliwa. Natomiast narażanie się na hałas o większym natężeniu jest niekorzystne, bo gdy ma to miejsce np. w czasie podróży, potęguje zmęczenie i osłabienie reakcji kierowcy.

Określenie „sportowy” dla tłumika przeznaczonego do ruchu drogowego, jest wg. mnie raczej określeniem marketingowym niż technicznym. Silnik przeznaczony do zastosowań sportowych, jest oceniany wg. innych kryteriów. W czasie zawodów pracuje on przeważnie tylko w górnym zakresie prędkości obrotowych (w zakresie niższych obrotów oddaje niewielką wartość momentu obrotowego). Hałas, szczególnie we wnętrzu samochodu, jest sprawą drugorzędną, bowiem tak przeważnie te samochody są pozbawione izolacji dźwiękochłonnej, a o zużyciu paliwa nikt nie myśli (dochodzi ono w czasie zawodów do 60 l/100km).

3.5. Badania zdolności tłumienia układów wylotowych Konstrukcja układu wylotowego od podstaw, nie jest prosta, dlatego są firmy specjalizujące się w niej. Oprócz wymagań

20

Dodatek techniczny

dotyczących „głośności” silnika współpracującego z danym układem wylotowym, trzeba też zapewnić, aby silnik miał założone osiągi i zużycie paliwa. Producenci elementów układów wylotowych na rynek części zamiennych, bazują więc na konstrukcji układów wylotowych montowanych przez fabryki produkujące samochody. Mniej ambitne robią tylko kopie tych układów. Bardziej ambitne, wprowadzają zmiany konstrukcyjne, jeśli są one konieczne. Ocenę przygotowywanego do produkcji lub produkowanego układu wylotowego lub tłumika, pod względem zdolności tłumienia dźwięków, można przeprowadzić w tzw. badaniu porównawczym.

W badaniu porównawczym, za wzorcowy przyjmuje się układ wylotowy lub tłumik, montowany przez producenta samochodu na tzw. pierwszy montaż (na linii montażowej), który, jak zakładamy spełnia wszystkie wymagania przepisów i producenta samochodu. Z wzorcowym układem wylotowym lub tłumikiem, porównywany jest badany układ wylotowy lub tłumik. Badanie jest wykonywane w tzw. komorze bezechowej. Określenie „bezechowa” oznacza, że w tej komorze nie ma dźwięków odbitych, echa lub pogłosu, które zakłócają pomiar. Metodę tę wykorzystuje między innymi krajowa firma Asmet, która posiada własną bezechową komorę pomiarową (rys.36).

Rys.36 Tłumik, przygotowany do badań w komorze bezechowej, w firmie Asmet. Oznaczenia na rysunku: 1 - „głośnik” szumu białego (źródło szumu); 2 - mikrofon rejestrujący dźwięk w rurze dolotowej tłumika; 3 - badany tłumik; 4 - mikrofon rejestrujący dźwięk w rurze wylotowej tłumika.

Zasada wykonywania pomiaru zdolności tłumienia całego układu wylotowego lub tłumika, zarówno wzorcowego jak ocenianego, jest następująca. Do badanego tłumika 3 (rys.36) wpływają dźwięki z tzw. „głośnika” szumu białego 1, o zakresie częstotliwości od 63 do 5000 Hz i natężeniu 128 dB. Dodam, ze szumem białym nazywamy szum, którego poszczególne dźwięki składowe, mają to samo natężenie. „Głośnik” szumu białego 1, jest zasilany sygnałem przez generator i wzmacniacz. Dźwięki wpływające do tłumika 3 są rejestrowane przez mikrofon 2. Natężenie dźwięków jest obniżane przez tłumik 3, zgodnie z jego zasadą działania (tłumik absorpcyjny, refleksyjny, interferencyjny lub o budowie kombinowanej). W rurze wylotowej tłumika jest zamontowany drugi mikrofon 4, który rejestruje dźwięki opuszczające tłumik. Częstotliwość i natężenie dźwięków mierzonych przed i za tłumikiem, są niezależnie analizowane przez dwukanałowy analizator. Miarą skuteczno-

Układy wylotowe silników

ści danego tłumika, czyli tzw. zdolność do tłumienia dźwięków, jest to średnia wartość tłumienia, obliczona jako różnica pomiędzy średnim natężeniem dźwięku mierzonym przed i za tłumikiem.

Jak wykazały pomiary w firmie Asmet, potwierdzone badaniami w dziale układów wylotowych i akustyki firmy TÜV Automotive GmbH, można wyprodukować tłumik o porównywalnej z tłumikiem przeznaczonym do pierwszego montażu, lub większej, zdolności do tłumienia dźwięków - patrz rys.37. Taką poprawę można uzyskać przez:

• zmiany konstrukcyjne (jeśli są potrzebne) • dokładniejsze wykonanie - szczelne połączenia zagniatane, spawy z gładkim licem, otwory rur sitowych z gładkimi otworami, dobre pasowanie łączonych elementów itp.).

Rys.38 Przekrój tłumika końcowego o budowie kombinowanej (refleksyjno - absorpcyjny) uszkodzonego wskutek korozji. Materiał tłumiący, wypełniający wnętrze tłumika absorpcyjnego (prawa strona przekroju), zatrzymuje wilgoć oraz kondensat o odczynie kwaśnym. Przyspiesza to procesy korozyjne blach, które stykają się z materiałem tłumiącym. Ponadto na przegrodach tłumika refleksyjnego (lewa strona przekroju) intensywniej wykrapla się kondensat, dlatego w ich rejonie, intensywniej przebiegają procesy korozyjne. (Źródło: ERNST-Apparatebau GmbH & Co).

Rys.37 Porównanie zdolności tłumienia tłumików końcowych, montowanych przez producentów samochodów na tzw. pierwszy montaż, z tłumikami produkcji firmy Asmet, dla wybranych modeli samochodów. Im wyższa wartość tłumienia dla danego tłumika, tym lepiej, bowiem silnik po ich zamontowaniu pracuje ciszej. Proszę zauważyć, że badane 2 różne egzemplarze tłumików „na pierwszy montaż”, dla tego samego modelu samochodu (Daewoo Nubira 1,6 Sedan; Opel Astra G), miały różne średnie wartości tłumienia.

3.6. Uszkodzenia tłumików Każdy tłumik, również ten wykonany wzorcowo i z wysokogatunkowych materiałów, ulegnie zniszczeniu. Od wewnątrz i od zewnątrz, niszczy go korozja. Narażony jest on również na znaczne obciążenia, bowiem gdy samochód jedzie po nierównej drodze, to zwłaszcza w kierunku pionowym działają na niego dodatkowe siły bezwładności.

Korozję od środka powoduje agresywny chemicznie kondensat, o odczynie kwaśnym, czyli wodny roztwór kwasów: siarkowego, azotowego i chlorowodorowego, oraz ich soli (patrz pkt. 2.9. i rys.17). Jego większe ilości gromadzą się w tłumiku końcowym. Jeśli samochód jest eksploatowany w mieście, na krótkich odcinkach, zimny układ wylotowy sprzyja pozostawaniu kondensatu w całym układzie wylotowym. Jego duża część pozostaje jednak w układzie wylotowym - pożądane jest, aby kondensat ulatywał do atmosfery wraz ze spalinami.

Rys.39 Przekrój uszkodzonego tłumika końcowego typu refleksyjnego (a) ukazuje bezpośrednią przyczynę ułamania rury (b). Była nią postępująca we wnętrzu tłumika korozja rury sitowej. Spowodowało to jej osłabienie, tak więc nie mogła sprostać obciążeniom mechanicznym występującym podczas jazdy, co spowodowało ułamanie rury.

Takie uszkodzenie tłumika bywa błędnie przypisywane błędnemu wykonaniu spawu łączącemu rurę z obudową tłumika. (Źródło: ERNST-Apparatebau GmbH & Co).

W tłumikach typu absorpcyjnego, kondensatem nasiąka mata tłumiąca i wzmaga od wewnątrz korozję płaszcza tłumika oraz rury sitowej (rys.38). W tłumikach typu refleksyjnego lub o budowie kombinowanej, kondensat wykrapla się ponadto na przegrodach wewnętrznych tłumika, przyspieszając ich korozję i korozję płaszcza tłumika w ich rejonie.

Korozja zmniejsza przekrój elementów tłumika, czyli je osłabia. Obciążenia, którym poddany jest tłumik, powodują często ostateczne zniszczenie tłumika, ale jego pierwotną przyczyną bywa korozja (rys.39).

Dodatek techniczny 21

Układy wylotowe silników

Jeśli natomiast dodatkowe powietrze dostaje się przed czujnikiem tlenu, to zakłóca ono pracę czujnika tlenu, a jego sygnały powodują wzbogacenie mieszanki podawanej do silnika lub przejście przez układ regulacji składu mieszanki, do pracy w tzw. pętli otwartej, czyli bez uwzględniania sygnałów czujnika tlenu.

2. W każdym przypadku powietrze przedostające się do układu wylotowego uniemożliwia przeprowadzenie prawidłowej analizy spalin lub regulacji silnika na jej podstawie.

3. Stosowanie do naprawy układów wylotowych specjalnych past uszczelniających lub taśm, powinno być traktowane tylko jako naprawa doraźna.

Rys.40 Czasami wystarczy kilka miesięcy, by woda opryskująca obudowę tłumika od zewnątrz, ale głównie kondensat zwilżający ją od środka, spowodowały powstanie w niej otworów (a i b). Tłumik taki staje się nieprzydatny do użytku, mimo że elementy wewnętrzne nie są zniszczone korozją (c). (Źródło: ERNST-Apparatebau GmbH & Co).

4. Pokrycia lakiernicze współczesnych układów wylotowych są przewidywane na cały okres eksploatacji, bowiem mało kto trudni się ich malowaniem. Jeśli ktoś to wykonuje, to powinien pamiętać, że powierzchnia powinna być przed malowaniem oczyszczona i odtłuszczona. Do malowania należy używać tylko farb typu żaroodpornego, wytrzymujących temperatury min. 800°C oraz przestrzegając zaleceń producenta farby (np. uruchomienia silnika i wypalenia pierwszej warstwy lakieru).

Woda, spryskująca obudowę tłumika, również powoduje jej korozję, szczególnie gdy rozpuszczona jest w niej sól. Jednak do przekorodowania płaszcza tłumika „na wylot”, bardziej przyczynia się agresywne działanie kondensatu, szczególnie gdy jest to tłumik końcowy, bez układu samoodsysania kondensatu z jego wnętrza (rys.40). Tłumiki z takim układem niektórzy producenci określają jako „bezkondensatowe”.

O żywotności tłumika decyduje więc głównie rodzaj stali, zastosowanej na elementy mające kontakt z kondensatem - powinna to być blacha ze stali nierdzewnej lub blacha pokrywana warstwą aluminium.

3.7. Uwagi naprawczo-montażowe dotyczące układów wylotowych 1. Każda nieszczelność układu wylotowego ma wpływ na pracę silnika. Im nieszczelność ta jest bliżej silnika wpływ jest większy. W układach wyposażonych w konwerter katalityczny i czujnik tlenu, nieszczelności powodują dalej idące konsekwencje. Jeśli nieszczelność występuje za konwerterem katalitycznym, to jej wpływ na pracę silnika jest taki sam jak w samochodach bez konwertera katalitycznego i czujnika tlenu. Gdy nieszczelność ta jest pomiędzy czujnikiem tlenu a konwerterem katalitycznym, to dodatkowe powietrze powoduje, że katalizator nie jest w stanie usunąć ze spalin silnie toksycznych tlenków azotu NOX.

22

Dodatek techniczny

Rys.41 Opaska zaciskowa używana do zaciskania połączeń rur, musi mieć właściwie dobraną średnicę - nie może być ona za mała lub za duża (a. Nie jest też dopuszczalne, aby jakieś z nacięć zaciskanej końcówki rury nie było zasłonięte przez opaskę (b. Prawidłowo założoną opaskę zaciskową pokazuje rys.c. Śruba ściągająca opaskę zaciskową musi być zabezpieczona przed odkręceniem. Należy sprawdzić, czy założona opaska nie będzie dobijała do podwozia samochodu lub czy nie ma ryzyka zahaczenia nią o krawężnik lub nierówność drogi. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co / Leistritz AG & Co Abgastechnik.

Układy wylotowe silników

Rys.42 Dla zapewnienia szczelności połączenia typu rura w rurę, zalecane jest stosowanie pasty uszczelniającej. Według mojego doświadczenia, gdy do otworu wewnętrzneg o rury 1 wkładamy rurę 3, to warstwę pasty uszczelniającej 2 należy nanieść na część zewnętrzna rury o mniejszej średnicy (b-1), pozostawiając bez pokrycia odcinek rury o długości ok.

5 mm, co ułatwia wsunięcie łączonych rur. Takie postępowanie umożliwia usunięcie nadmiaru pasty uszczelniającej (b-2).

Jeśli pasta uszczelniająca 2 zostanie nałożona na stronę wewnętrzną rury 1, o większej średnicy (a-1), to nie będzie później możliwości usunięcia jej nadmiaru (a-2). Spowoduje on niepotrzebny wzrost oporów przepływu.

5. Jeśli układ wylotowy jest seryjnie spawany, to jako części zamienne są przeważnie dostarczane elementy układu wylotowego przeznaczane do skręcania z resztą układu, za pomocą opasek zaciskowych. Należy wówczas wyciąć z układu wylotowego uszkodzony element, pozostawiając odpowiednie odcinki rur, umożliwiające montaż nowego elementu za pomocą opasek zaciskowych.

6. Opaska zaciskowa używana do montażu układu wylotowego, musi być prawidłowo dobrana i założona - szczegóły na rys.41.

Rys.43 Montując i zawieszając zimny układ wylotowy na ostatnim wieszaku od końca, należy pamiętać o jego przesunięciu w stronę silnika, o ok. 20 mm, oraz wstępnym napięciu wieszaków układu wylotowego (a). Po zagrzaniu układu wylotowego, wydłuży się on, a wieszaki przyjmą właściwe położenie (b). (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

7. Dla zapewnienia szczelności połączeń rurowych, zalecane jest używanie pasty uszczelniającej - patrz rys.42.

8. Układ wylotowy w czasie pracy nagrzewa się. Jest to szczególnie intensywne w samochodach z konwerterem katalitycznym spalin, gdyż pracujący konwerter katalityczny zwiększa temperaturę spalin. Nagrzewanie powoduje wydłużanie się układu wylotowego, które może wynieść nawet do 20 mm. Dlatego montując i zawieszając układ wylotowy na końcowym wieszaku, należy przesunąć mocowanie tylnego tłumika o tę wartość, aby nawet gdy układ wylotowy osiągnie ekstremalne temperatury, końcówka rury nie uderzała o nadwozie samochodu - patrz rys. 43 i 44.

Rys.44 Jeśli tłumik końcowy 1, posiada zamocowanie 2 umożliwiające zmianę długości układu wylotowego, rosnącej wraz z jego nagrzewaniem, to w trakcie montażu zimnego układu wylotowego należy tak wyregulować jego długość, aby końcówka wieszaka 2 wystawała od strony końca rury o 2 do 5 mm względem wieszaka gumowego 3. Pozostawiony zapas „z” umożliwi układowi wylotowemu swobodną zmianę długości wraz z wzrostem jego temperatury. (Źródło: J. Eberspächer GmbH & Co).

Dodatek techniczny 23