Эволюция системы выпуска: в ожидании Евро-7

В конце девятнадцатого века от глушителя требовалось только одно – снизить шум, который неизбежно возникает при воспламенении горючей смеси в цилиндрах двигателя. Ну и по возможности отвести в сторонку едкий дым, досаждавший водителю и пассажирам. Самые первые автомобили даже этого делать не умели: движутся – и на том спасибо.

Однако треском выхлопа они беспокоили пеших граждан и пугали лошадей. Поэтому проблему шума инженеры решили без промедления — в отличие от проблемы дыма. Города тогда жили, в основном, углем. Копоть и смрад малочисленных автомобилей мало кого волновали, ибо были слишком ничтожным «вкладом в экологию» на фоне фабричных труб и конского навоза.

На заре эпохи

Считается, что впервые некое подобие глушителя появилось в 1894 году на самодвижущейся тележке Panhard et Levassor. Эффект «акустического фильтра» был настолько ощутим, что его быстро взяли на вооружение все изготовители автомобилей.

Правда, первые несовершенные глушители отбирали изрядную часть мощности у слабосильных моторов. Дабы сохранить хоть какую-то динамику, конструкторы предусмотрели клапан, позволявший выпускать выхлоп напрямую. По рекомендациям властей того времени, в пределах населенного пункта клапан следовало закрывать. А при выезде – «Козлевич открыл глушитель, и машина выпустила шлейф синего дыма, от которого зачихали бежавшие за автомобилем собаки».

По мере роста мощности моторов клапан стал лишним, и в 1930-х годах выпускная система обрела форму, которая по существу не менялась полвека.

Варьировались некоторые решения, применялись различные новые сплавы и материалы, но в целом это был все тот же набор металлических труб и «банок». У самых разных автомобилей – дешевых и дорогих, малолитражек и спорткаров – принципиальная конструкция системы выпуска была примерно одинаковая. И многим из нас она хорошо знакома, ибо применялась на Москвичах, Жигулях и Волгах.

Вчера

Выпускной коллектор (приемные трубы, «штаны») собирает выхлоп из всех цилиндров и отправляет в резонатор (пламегаситель), осуществляющий первичную борьбу со звуковыми волнами, «встречая» прямые волны с отраженными. После резонатора следует глушитель – металлическая банка, которая окончательно добивает шум до нужного уровня и попутно корректирует до требуемого тембра. На выходе – выхлопная труба. Та самая, которую при желании можно снабдить хромированной насадкой.

Резонаторов может быть несколько. Волгу ГАЗ-3110, например, оснащали двумя – основным и дополнительным, а глушитель располагался между ними. На многих моделях также применяют металлокомпенсатор («гофру») – короткую гибкую втулку, гасящую вибрации мотора.

В ходе инженерного поиска сложилась четкая классификация глушителей. По конструкции – лабиринтные и прямоточные. По используемому принципу шумоподавления – реактивные (основную роль в снижении шума играет интерференция) и диссипативные (шум поглощает стекловолокно или иные специальные материалы, заполняющие полости «банки»). Глушители, где задействованы оба принципа, называют комбинированными. На большинстве машин стоят реактивные лабиринтные, так проще и дешевле.

Прямоточные, как вы догадываетесь, используют в гоночном мире, где даже частичная потеря мощности крайне нежелательна, да и сам шум нужен для хорошего шоу.

Впрочем, и во многих гонках есть жесткие ограничения по уровню шума — слишком громкий автомобиль не допустят к старту. Что касается серийных легковых машин, то для них в России действует ГОСТ Р 52231-2004 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения». Он предусматривает верхнюю границу в 96 дБА.

Сегодня

Эволюция системы выпуска бешено рванула вперед в 1992 году благодаря введению первого экологического стандарта — Евро-1. Через три года грянул Евро-2, и уже тогда начались первые опыты с каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов, снижавшими содержание CO, CH и оксида азота. А при Евро-3 (2000 г.) нейтрализаторы с лямбда-зондами и электронным блоком, обрабатывающим информацию, стали обычной комплектацией. В итоге закрепилась схема с двумя датчиками – на входе в нейтрализатор и на выходе. Нейтрализатор в большинстве случаев помещают между коллектором и резонатором, поскольку он эффективен только при высоких температурах.

Еще интереснее с инженерной точки зрения обстояли дела с дизелем, который потребовал сначала установить сажевый фильтр. А затем в дополнение к фильтру — инжектор водного раствора очищенной мочевины, который позже эволюционировал в систему SCR (Selective Catalytic Reduction) – сложное устройство с кучей датчиков, фильтров и отдельным блоком управления. И если сначала это коснулось только грузовиков, то полтора года назад (при переходе на Евро-6) стало актуально и для легковых автомобилей. Более простого эффективного способа выдержать установленные нормативы по содержанию оксидов азота пока не нашли.

«Бочка» глушителя как таковая значительных изменений не претерпела, но система выпуска в целом очень серьезно усложнилась. И с потребительской точки зрения это уже совершенно неинтересно, так как один только нейтрализатор (обычно содержит палладий и платину, иногда родий) добавляет к стоимости машины, по меньшей мере, порядка 500 долларов. А уж про необходимость заливать помимо топлива жидкость AdBlue вообще молчим – это дополнительно и траты, и хлопоты.

Завтра

Если верить менеджерам-утопистам, в ближайшем будущем глушитель канет в Лету вместе со всей системой выпуска. Электродвигатели очень тихие и у них нет отработавших газов. Мировые продажи чистых электромобилей взялись расти сумасшедшими темпами (549 тысяч машин в 2015 году – плюс 73% относительно 2014-го). Но обольщаться рано, поскольку стабильность мировой экономики по-прежнему сильно зависит от продаж нефти и продуктов ее переработки, а разведанных (доказанных) запасов хватит лет на пятьдесят. Сжигать в ДВС можно еще и газ, и спирт.

В голове не укладывается, что Shell и Lukoil когда-нибудь объявят о полном перепрофилировании деятельности. Гораздо проще представить очередное усложнение выпускной системы – например, в связи с ожидаемым до конца десятилетия переходом на стандарт Евро-7. Норматив пока находится в стадии разработки, но инженеры наверняка уже ищут новые решения.

Прямоток

Установку «прямотока» для улучшения параметров мощности и звука предлагают некоторые тюнинговые фирмы. Однако действующие в России законы запрещают устанавливать на обычные дорожные машины прямоточные системы выпуска. А ГИБДД по мере возможности борется с нарушителями, ссылаясь на пункт 7.18 «Перечня неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств», запрещающий произвольное внесение изменений в заводскую конструкцию. Наказание за «прямоток» – предупреждение либо штраф 500 рублей.

Также противозаконно удаление штатного нейтрализатора или его замена на «обманку», которая ничего не очищает, но умело симулирует работу кислородных датчиков. По уму, такой автомобиль при техосмотре не должен получать доступ на дороги.

Раствор мочевины

AdBlue – торговая марка, принадлежащая немецкой Ассоциации автомобильной промышленности VDA. В Америке аналогичный раствор именуют DEF (Diesel Exhaust Fluid). По сути, это полные аналоги, как и австралийский AUS 32. Все они представляют собой водный раствор, состоящий из 32,5% высокоочищенной мочевины и 67,5% деминерализованной воды. В сети, между тем, встречаются «сравнительные тесты», утверждающие, что DEF работает лучше, чем AdBlue, или наоборот.

Euro-1, 2, 3, 4, 5, 6

Европейские экологические стандарты (European emission standards), определяющие допустимые нормы содержания вредных веществ в выхлопных газах новых автомобилей, продаваемых в странах ЕС и ЕЕА (European Economic Area). Россия в число этих стран не входит, однако также придерживается европейских «выхлопных» правил, хотя с уровня на уровень переходит с задержкой по времени. Так, переход на экологический класс Евро-5 в России состоялся 1 января 2016 года (в Евросоюзе для легковых автомобилей – с 2009-го). Это позволяло автопроизводителям продавать в России машины, чуть менее «зажатые» по экологии, чем в Европе.

Фото: компании-производители