Особенности замены резонатора своими руками: диагностика и ремонт
Содержание
- Где находится элемент и как он выглядит?
- Конструкция и принцип действия
- О прямоточной системе
- Характерные неисправности
- В заключении
В процессе езды коленчатый вал двигателя авто совершает от 1,5 до 5–7 тыс. оборотов в минуту. Соответственно, в цилиндрах происходит 25–120 вспышек и микровзрывов топлива ежесекундно. В результате выделяется толкающая поршни энергия, отработанные газы и мощные звуковые волны. Чтобы убрать громкий рокот и шум из выхлопной трубы, доставляющий неудобства водителю и окружающим, было изобретено звукопоглощающее устройство – глушитель. Поскольку он служит не вечно, автолюбителям полезно будет знать, как устроен данный элемент и можно ли его отремонтировать в случае неисправности.
Где находится элемент и как он выглядит?
Главный источник шума – камеры сгорания работающего двигателя. Образующиеся там звуковые волны не могут проникать сквозь сплошные металлические стенки и стремятся выйти наружу по пути наименьшего сопротивления – через трубу выпускного тракта вместе с отработанными газами.
Там и установлен глушитель в виде металлического бочонка круглой либо овальной формы.
Схема работы выхлопной системы автомобиля выглядит так:
- Первой за выпускным коллектором установлена виброизоляционная гофра. Ее задача – сгладить колебания, передающиеся трубе от мотора.
- Пройдя гофру, дым и звуковые волны попадают в каталитический нейтрализатор. Его задача – дожечь остатки горючих газов, чтобы не выбрасывать в атмосферу. Внутри детали расположены мелкие керамические соты, которые частично поглощают и рассеивают звук.
- После нейтрализатора выхлоп проходит в бачок резонатора. Это первая ступень подавления шума.
- Последним в цепочке стоит глушитель, окончательно гасящий звуковые колебания.
По сути, резонатор – это тоже глушитель, его строение и принцип действия вы узнаете из следующего раздела.
Бачок резонатора всегда стоит вдоль оси машины, а глушитель может устанавливаться поперек (в задней части авто). Встречаются варианты, когда оба элемента совмещены в едином корпусе с целью экономии места.
На автомобилях с V-образными двигателями большой мощности устанавливается распределенная система выхлопа на 2 трубы. Соответственно, количество всех деталей удваивается.
Конструкция и принцип действия
Существует 4 способа погасить мощные звуковые импульсы, реализуемые на различных транспортных средствах:
- ограничение шума;
- отражение;
- резонансное подавление шумов;
- поглощение.
Ограничивающее устройство – простейший вариант глушителя, применяющийся на некоторых моделях тракторов. Элемент представляет собой сужающуюся трубу, помещенную внутрь металлического бачка. Недостатки изделия очевидны – шум подавляется частично, а мощность двигателя заметно снижается.
Зеркальные элементы ставятся на мотоциклы и скутеры. Принцип работы глушителя следующий: газы из выхлопного колена попадают в отражающую банку, меняют направление движения и выбрасываются наружу. За счет отражения звуковые колебания гасятся и уровень шума снижается.
Деталь успешно функционирует с двухтактными моторами, но для автомобиля ее эффективности недостаточно.
Третий способ реализован в автомобильных резонаторах. Внутри стального бачка стоит несколько перегородок, а между ними устроены резонансные камеры, соединенные стальными трубками.
Сглаживание шумовых импульсов достигается за счет двух факторов:
- Газы и звуковые волны несколько раз меняют направление движения, отражаясь от перегородок.
- Размеры камер и патрубков рассчитаны таким образом, чтобы частота колебаний звука совпадала. Тогда волны гасятся благодаря возникающему резонансу.
Необходимо понимать, что конструкция резонатора не является универсальной для всех машин. Автомобили комплектуются двигателями различной мощности, издающими шумы разной амплитуды и частоты. Звукопоглотитель разрабатывается отдельно под каждую марку и модель автомобиля.
Устройство глушителя автомобиля в разрезе, действующего по принципу поглощения шумов, изображено на схеме.
Как и в резонаторе, здесь устанавливаются перегородки и перемычки в виде трубок. Только в последних выполнено множество отверстий различного диаметра (перфорация), а по бокам уложен негорючий поглощающий материал. Как правило, для данных целей используется базальтовая либо каолиновая вата, спокойно выдерживающая температуру газов 600–700 °С.
Звуковые волны, проходя через соседние патрубки с отверстиями, частично рассеиваются и гасятся за счет наложения друг на друга. Вторая часть колебаний поглощается наполнителем, а третья сглаживается благодаря перегородкам и изменению направления потока.
О прямоточной системе
Любой автомобильный глушитель снижает мощность двигателя, создавая значительное сопротивление на пути потока дымовых газов. Такую цену приходится платить за комфорт и практически беззвучный выхлоп. Но для автомобилистов, занимающихся тюнингом своих «железных коней», существует альтернативный вариант – звукопоглотитель прямоточного типа.
Задача данного элемента – снизить потери мощности, продолжая поглощать звуковые колебания от работы двигателя.
Прямоток является компромиссным решением, поскольку в угоду мощности он гасит шум не столь эффективно, как штатные элементы авто.
Из чего состоит такой глушитель:
- металлический корпус, оснащенный двумя патрубками;
- внутри находится перфорированная прямая труба, соединяющая входное и выходное отверстие;
- между корпусом и трубой заложен звукопоглощающий материал – каолиновая или базальтовая вата.
Звуки, идущие по прямой трубе с отверстиями, частично поглощаются волокном, но другая часть беспрепятственно проходит наружу, ведь перегородки и резонансные камеры отсутствуют. Поэтому автомобили, оборудованные прямотоком, издают рокочущий звук, особенно при нажатии на педаль акселератора.
Высший уровень тюнинга – комбинированная система выхлопа с заслонкой, управляемой из салона автомобиля. С ее помощью поток газов можно переключать между двумя ветками: на первой стоит обычный эффективный глушитель, а на второй – прямоток. Это позволяет использовать мощь мотора только при необходимости, а в обычных условиях ездить по городу без лишнего «рева» из выхлопной трубы.
Характерные неисправности
Существует одна причина, по которой глушитель автомобиля выходит из строя – длительное воздействие отработанных газов, обладающих высокой температурой. Рано или поздно металлический корпус элемента прогорает, что сопровождается рокотом под днищем автомобиля (оттуда, где расположена неисправная деталь).
Срок службы глушителя сильно зависит от материала, из которого он изготовлен:
- обычный «черный» металл со специальным покрытием;
- нержавеющая сталь.
Более дешевый вариант, сделанный из «черного» металлопроката, способен прогореть через 20–30 тыс. км пробега, в то время как нержавеющий корпус отработает 100 тыс. км и больше. Другое дело, что в течение длительного срока могут выгореть внутренности глушителя и уровень шума заметно повысится.
Неисправности устраняются двумя способами: замена глушителя и ремонт с помощью сварки. В любом случае вам придется посетить автосервис, где после диагностики мастера помогут принять верное решение.
Если отверстие свища небольшое, то опытный специалист заварит его прямо на машине. Второй вариант – наложить заплатку из металла, для чего глушитель потребуется снять. Элемент с выгоревшими внутренностями ремонту не подлежит, только замене.
В заключении
Резонатор выхлопной системы без сомнения влияет на уровень комфорта водителя. Помимо этого он позволяет избежать излишнего потребления топлива и снижения мощности мотора. Обеспечение качественной работы и своевременной замены этого элемента является одной из важных задач.
Как работает резонатор глушителя в выхлопной системе машины? 3 признака его неисправности
Статьи и обзоры машин
0
Время прочтения:
Любой механизм, независимо от конструкции, обязательно издаёт характерный шум.
Бензиновые двигатели — это источник громких звуков, от которых водители стараются избавиться. Одним из средств для этого является резонатор глушителя. Он относится к выхлопной системе машины и играет роль важной комплектующей в этом узле. Совместно с глушителем резонатор подавляет возникновение сильного шума.
Разновидности устройства
Все подобные устройства можно условно разделить на несколько групп. Каждая из них используется в двигателях следующих видов:
- Двухтактный. Для такого мотора установка механизма является обязательной. При отсутствии резонатора в машине увеличится расход топлива, повысится удаление газов, резко упадёт скорость автомобиля.
- Четырёхтактный. Установка резонаторной трубы в таком двигателе гасит мощность мотора. При отсутствии детали мощность повышается на 15 %, при этом увеличивается шум.
Такие приспособления имеют и некоторые конструктивные особенности. На рынке можно увидеть моноблочные изделия. Самыми популярными остаются комбинированные модели.
В настоящее время комбинированные изделия считаются самыми производительными и эффективными. Глушители подразделяются на несколько типов:
- короткие;
- средние;
- длинные.
Каждый глушитель имеет свой объём. Этот показатель влияет на эффективность его работы. При недостатке объёма сильное нажатие на педаль акселератора сделает шум сильнее.
Для изготовления небольших глушителей используется алюминированная сталь. Она представляет собой обычный металл, на поверхность которого нанесён тонкий алюминиевый слой. Он защищает резонатор от появления коррозии. Наиболее качественными считаются модели, изготовленные из нержавеющей стали и имеющие двойной корпус. Они рассчитаны на более длительную эксплуатацию.
Из-за того, что устройство в выхлопной системе постоянно находится под воздействием высоких температур, детали быстро выходят из строя.
Особенности работы
Если взглянуть на резонатор в разрезе, можно обнаружить его сходство с обычным глушителем. Устройство резонатора выхлопной системы довольно простое. В конструкцию входит несколько камер, разделённых специальной сеткой. В результате газовые потоки начинают сужаться или расширяться, так как их поступление происходит нестабильно — резкими рывками.
Благодаря резонатору начинает происходить выравнивание пульсаций. Двигающиеся газовые потоки постепенно становятся равномерными.
Принцип работы резонатора выхлопной системы связан со смещением камер, направляющих движение токсичных газов. Оно резко меняется, благодаря чему неравномерные пульсации становятся более гладкими. Чтобы понять, как устроен резонатор глушителя, необходимо знать, для чего внутри трубы имеется специальная перфорация. Она снижает шум от звукового выхлопа.
Для достижения стабильной работы дополнительной трубы требуется постоянно проводить её диагностику.
Чтобы получить максимальную работоспособность и высокую эффективность изделия, необходимо учитывать несколько важных факторов:
- состояние катализатора, уменьшающего токсичные вещества в выхлопе;
- диаметр трубы;
- чистоту глушителя.
Принцип работы трубы состоит в использовании закрытых полостей, находящихся около трубопровода. Они соединены с изделием многочисленными отверстиями. Обычно в корпусе находятся два разных объёма, разделённых сплошной перегородкой.
Признаки неисправностей
Когда резонатор начинает выходить из строя, появляется посторонний шум. При этом падает мощность двигателя. Основными признаками неполадок в работе дополнительного глушителя считаются следующие моменты:
- Выхлопная система работает слишком громко. Звуки напоминают рёв работающего трактора.
- В местах крепления резонатора слышен характерный вибрирующий звук. Одной из причин такой неполадки может быть прогорание внутренней части изделия.
- Падение мощности двигателя.
Причиной является снижение пропускной способности специального глушителя.
Причиной является снижение пропускной способности специального глушителя.При появлении таких признаков требуется по возможности выполнить ремонт детали или установить новый резонатор. Опытные автомобилисты обычно не пытаются отремонтировать это изделие, так как его стоимость намного ниже цены ремонтных работ.
Внутреннее устройство глушителя. Шепот смерти: как устроен оружейный глушитель
Если бы не созданный французской компанией Panhar-Levassor первый в мире глушитель, то возможно сегодня бензиновых автомобилей не было бы.
Выхлопная система позволила «успокоить» ДВС и дать этому мотору «вторую жизнь».
Первоначально глушители выполняли не много функций и считались больше вспомогательной составляющей, нежели важной, как другие агрегаты. Однако с течением времени выхлопные системы начали играть более значительную роль. Сегодня благодаря глушителям удается не только значительно снижать уровень шума от работающего мотора, но и уменьшать температуру выхлопных газов, выводить отработанные газы за пределы авто и уменьшать уровень вредных выбросов в окружающую среду.
Исходя из этого, стоит обратить внимание на строение глушителя, а также на его разновидности.
Основные элементы выхлопной системы
Конструкция выхлопной системы становится более сложной, но с каждой новой моделью машины она включает в себя все те же элементы.
Коллектор
Приемная труба является промежуточным звеном между двигателем машины и нейтрализатором (катализатором). Коллектор отвечает за вывод газов.
Так как в этом случае идет очень сильная механическая и температурная нагрузка, которая может доходить до 1000 градусов, то к этой части глушителя предъявляются довольно строгие требования. Поэтому при изготовлении приемной трубы используют только самые лучшие сплавы чугуна и стали.
Также на этой детали иногда устанавливают вибро-компенсатор (гофру), благодаря которому вибрация двигателя гасится и не переходит дальше по выхлопной системе.
Нейтрализатор
В каталитическом нейтрализаторе (или катализаторе) происходит «дожиг» несгоревших остатков топлива и переработка окиси углерода. Этот элемент выхлопной системы представляет собой специальную камеру или бачок, в котором расположен керамический или металлический элемент в виде сот. Благодаря этим сотам газовые смеси очищаются за счет химических реакций.
Сейчас производители начали изготавливать многосекционные нейтрализаторы, отвечающие всем международным стандартам, которые производят обработку большего спектра вредных веществ.
Передний глушитель (резонатор)
Резонатор — по сути, является одной из тех деталей, которые принято называть глушителями. Этот элемент выполняет функцию снижения шума, но никак не очистки выхлопных газов. Когда газы проходят через резонатор, создается много шума. Поэтому внутренняя «начинка» переднего глушителя представляет собой многочисленные решетки и отверстия, которые позволяют снизить скорость вырывающихся газов, а также вибрацию. По большому счету резонатор — это бак с перфорированной трубой.
Передние глушители бывают:
- Активными. Такие глушители изготавливаются из специальных звукопоглощающих материалов, а их конструкция отличается простотой.
- Реактивными. В глушителях этого типа используются комбинации из расширительных, а также резонаторных камер.
Не стоит путать резонатор с задним глушителем, так как их конструкция сильно отличается.
Когда мы говорим «глушитель» то чаще всего в виду имеется именно задняя часть выхлопной системы.
Этот элемент производит окончательное поглощение шума, а также осуществляет завершающий вывод газов.
В отличие от резонатора, внутренняя «начинка» заднего глушителя неоднородна. Внутри него установлено несколько камер со специальными наполнителями. Благодаря пористой структуре, системе перегородок и воздуховодам удается не только избавиться от сильного шума, но снизить температуру в системе.
Говоря о снижении шума, нельзя обойти стороной другой тип системы, который снижает повышенный шум в выхлопной трубе.
Прямоточный глушитель
В обычных глушителях в процессе сопротивления отработанным выхлопным газам, теряется часть мощности мотора. Хоть этот расход и незначительный, многие автолюбители ищут способы, как сделать глушитель тише без потери мощностей двигателя. Для этих целей производители разработали специальные прямоточные модели.
Устройство такого глушителя отличается от привычной схемы. В отличие от штатных моделей, в прямоточных агрегатах мощность двигателя не только снижается, но и повышается, за счет использования энергии выходящих газов.
Суть работы «прямотоков» заключается в том, что при выходе газов из коллектора требуется меньшее сопротивление. Благодаря этому мотору не приходится затрачивать лишней энергии, чтобы преодолеть давление. Полученная разница преобразуется в полезную мощность движения.
Сам прямоточный глушитель представляет собой прямую трубу с перфорированной поверхностью. По большому счету она заключена во внешний кожух. Внутри глушителя также есть разделители и камеры, просто их меньше, чем у штатных систем. Благодаря такой конструкции, отработанные выхлопные газы движутся по прямой и не встречают сильного сопротивления. В то же время, благодаря перфорированной поверхности они расширяются и свободно выходят.
Внешний кожух прямоточного глушителя покрыт специальным поглощающим составом, за счет чего газы, находящиеся внутри, не резонируют, а звук мотора не превышает допустимых пределов. Таким образом, уровень шума сводится к минимуму.
Чтобы усилить эффект некоторые автовладельцы используют дополнительные внешние сегменты.
Как еще можно снизить уровень шума глушителя
Также для снижения шума можно установить зеркальный глушитель. Такие модели работают по такому же принципу, как и акустические зеркала. Чаще всего зеркальные глушители можно встретить в выхлопных системах двухтактных моторов мотоциклов и скутеров. Устройство глушителя в этом случае представляет собой выпускное колено и резонаторную банку, в которой отработанные газы «утихомириваются». При этом уровень сопротивления будет значительно ниже, а на мощность двигателя не будет расходоваться. Однако стоит учитывать, что из-за зеркального эффекта температура выхлопной трубы будет повышаться.
Подобный принцип используется в системах автомобилей ВАЗ 2107, Нива, 2115 и многих других.
Помимо этого существуют поглотительные и ограничительные глушители, которые также понижают шум.
В заключении
Конструкция автомобильных глушителей постоянно претерпевает изменения, хоть общий принцип работы и сама конструкция остается неизменной уже много десятков лет.
Сегодня это не обычная металлическая «банка» а полноценная система, которая обеспечивает правильную работу двигателя автомобиля. Именно поэтому, если из глушителя начинает идти пар или раздаются хлопки, необходимо незамедлительно производить диагностику и ремонт этого немаловажного узла.
Если бы не созданный французской компанией Panhar-Levassor первый в мире глушитель, то возможно сегодня бензиновых автомобилей не было бы. Выхлопная система позволила «успокоить» ДВС и дать этому мотору «вторую жизнь».
Первоначально глушители выполняли не много функций и считались больше вспомогательной составляющей, нежели важной, как другие агрегаты. Однако с течением времени выхлопные системы начали играть более значительную роль. Сегодня благодаря глушителям удается не только значительно снижать уровень шума от работающего мотора, но и уменьшать температуру выхлопных газов, выводить отработанные газы за пределы авто и уменьшать уровень вредных выбросов в окружающую среду.
Исходя из этого, стоит обратить внимание на строение глушителя, а также на его разновидности.
Основные элементы выхлопной системы
Конструкция выхлопной системы становится более сложной, но с каждой новой моделью машины она включает в себя все те же элементы.
Коллектор
Приемная труба является промежуточным звеном между двигателем машины и нейтрализатором (катализатором). Коллектор отвечает за вывод газов. Так как в этом случае идет очень сильная механическая и температурная нагрузка, которая может доходить до 1000 градусов, то к этой части глушителя предъявляются довольно строгие требования. Поэтому при изготовлении приемной трубы используют только самые лучшие сплавы чугуна и стали.
Также на этой детали иногда устанавливают вибро-компенсатор (гофру), благодаря которому вибрация двигателя гасится и не переходит дальше по выхлопной системе.
Нейтрализатор
В каталитическом нейтрализаторе (или катализаторе) происходит «дожиг» несгоревших остатков топлива и переработка окиси углерода. Этот элемент выхлопной системы представляет собой специальную камеру или бачок, в котором расположен керамический или металлический элемент в виде сот.
Благодаря этим сотам газовые смеси очищаются за счет химических реакций.
Сейчас производители начали изготавливать многосекционные нейтрализаторы, отвечающие всем международным стандартам, которые производят обработку большего спектра вредных веществ.
Передний глушитель (резонатор)
Резонатор — по сути, является одной из тех деталей, которые принято называть глушителями. Этот элемент выполняет функцию снижения шума, но никак не очистки выхлопных газов. Когда газы проходят через резонатор, создается много шума. Поэтому внутренняя «начинка» переднего глушителя представляет собой многочисленные решетки и отверстия, которые позволяют снизить скорость вырывающихся газов, а также вибрацию. По большому счету резонатор — это бак с перфорированной трубой.
Передние глушители бывают:
- Активными. Такие глушители изготавливаются из специальных звукопоглощающих материалов, а их конструкция отличается простотой.
- Реактивными. В глушителях этого типа используются комбинации из расширительных, а также резонаторных камер.
Не стоит путать резонатор с задним глушителем, так как их конструкция сильно отличается.
Когда мы говорим «глушитель» то чаще всего в виду имеется именно задняя часть выхлопной системы. Этот элемент производит окончательное поглощение шума, а также осуществляет завершающий вывод газов.
В отличие от резонатора, внутренняя «начинка» заднего глушителя неоднородна. Внутри него установлено несколько камер со специальными наполнителями. Благодаря пористой структуре, системе перегородок и воздуховодам удается не только избавиться от сильного шума, но снизить температуру в системе.
Говоря о снижении шума, нельзя обойти стороной другой тип системы, который снижает повышенный шум в выхлопной трубе.
Прямоточный глушитель
В обычных глушителях в процессе сопротивления отработанным выхлопным газам, теряется часть мощности мотора. Хоть этот расход и незначительный, многие автолюбители ищут способы, как сделать глушитель тише без потери мощностей двигателя.
Для этих целей производители разработали специальные прямоточные модели.
Устройство такого глушителя отличается от привычной схемы. В отличие от штатных моделей, в прямоточных агрегатах мощность двигателя не только снижается, но и повышается, за счет использования энергии выходящих газов.
Суть работы «прямотоков» заключается в том, что при выходе газов из коллектора требуется меньшее сопротивление. Благодаря этому мотору не приходится затрачивать лишней энергии, чтобы преодолеть давление. Полученная разница преобразуется в полезную мощность движения.
Сам прямоточный глушитель представляет собой прямую трубу с перфорированной поверхностью. По большому счету она заключена во внешний кожух. Внутри глушителя также есть разделители и камеры, просто их меньше, чем у штатных систем. Благодаря такой конструкции, отработанные выхлопные газы движутся по прямой и не встречают сильного сопротивления. В то же время, благодаря перфорированной поверхности они расширяются и свободно выходят.
Внешний кожух прямоточного глушителя покрыт специальным поглощающим составом, за счет чего газы, находящиеся внутри, не резонируют, а звук мотора не превышает допустимых пределов. Таким образом, уровень шума сводится к минимуму.
Чтобы усилить эффект некоторые автовладельцы используют дополнительные внешние сегменты.
Как еще можно снизить уровень шума глушителя
Также для снижения шума можно установить зеркальный глушитель. Такие модели работают по такому же принципу, как и акустические зеркала. Чаще всего зеркальные глушители можно встретить в выхлопных системах двухтактных моторов мотоциклов и скутеров. Устройство глушителя в этом случае представляет собой выпускное колено и резонаторную банку, в которой отработанные газы «утихомириваются». При этом уровень сопротивления будет значительно ниже, а на мощность двигателя не будет расходоваться. Однако стоит учитывать, что из-за зеркального эффекта температура выхлопной трубы будет повышаться.
Подобный принцип используется в системах автомобилей ВАЗ 2107, Нива, 2115 и многих других.
Помимо этого существуют поглотительные и ограничительные глушители, которые также понижают шум.
В заключении
Конструкция автомобильных глушителей постоянно претерпевает изменения, хоть общий принцип работы и сама конструкция остается неизменной уже много десятков лет. Сегодня это не обычная металлическая «банка» а полноценная система, которая обеспечивает правильную работу двигателя автомобиля. Именно поэтому, если из глушителя начинает идти пар или раздаются хлопки, необходимо незамедлительно производить диагностику и ремонт этого немаловажного узла.
Изобретения автомобиля дало человечеству не только массу преимуществ, но и некоторые издержки. Например, громкий рёв двигателя — он тяжело воспринимался не только водителем автомобиля, но и людьми, которые находились поблизости. Необходимость как-то решить эту проблему привела к изобретению глушителя. Эта деталь автомобиля отвечает за то, чтобы максимально приглушить работу двигателя, а также уменьшить температуру и токсичность продуктов сгорания топлива.
С момента изобретения устройство глушителя становилось всё более совершенным. На сегодняшний день он представляет собой серьёзный механизм, работающий по довольно сложной схеме. Современные законодательные нормы предусматривают очень жёсткий контроль над уровнем шума, который издаёт автомобильный двигатель, а также над степенью токсичности выхлопных продуктов сгорания топлива.
Конструкция глушителя автомобиля приблизительно одинаково выглядит у большинства автомобильных моделей. В её состав входят следующие элементы:
- Коллектор.
- Нейтрализатор.
- Передний глушитель.
- Задний глушитель.
На нижеприведённом рисунке показано, как выглядит автомобильный глушитель.
Коллектор отвечает за выведение продуктов сгорания топлива — он подключён напрямую к двигателю. Поскольку он несёт на себе очень большие нагрузки и поддаётся воздействию крайне высоких температур, к материалам для его изготовления выдвигаются очень серьёзные требования.
Для изготовления коллекторов используют высококачественные сплавы из чёрных металлов.
Так как современные экологические нормы ужесточаются с каждым годом, конструкция автомобиля предусматривает наличие узлов, отвечающих за максимальное снижение токсичности выхлопных газов. Эту задачу решает нейтрализатор или, как его ещё называют, конвертер. По сути, это отсек, где осуществляется очищение смеси газов. Его составляют несколько секций, а корпус выполнен из керамических материалов либо из металла. Структура в виде специальных ячеек даёт возможность добиться максимального контакта газов с катализатором.
Сама поверхность контакта у нейтрализатора обрабатывается палладием и платиной. Вступая с ними в соприкосновение, основная часть токсичных веществ нейтрализуется. Для того чтобы реакции происходили быстрее, катализатор располагают поближе к двигателю — высокая температура ускоряет нейтрализацию.
Остальные два элемента отвечают за подавление шума двигателя и очисткой не занимаются.
Передний носит название резонатора. Он составлен из множества решёток и отверстий — по ним движутся продукты сгорания топлива, теряя шумы и вибрацию. Для шумоизоляции используются специальные материалы с высокой степенью звукопоглощения.
Различают следующие разновидности глушителей:
- активный;
- реактивный.
Активный состоит из шумоподавляющего вещества — его устройство достаточно простое. Его недостатком является высокая степень загрязнения по прошествии некоторого времени.
Задний является практически основным, он осуществляет конечное подавление шума двигателя и отводит продукты сгорания топлива. Его конструкция состоит из отсеков с содержимым из специальных наполнителей.
Современные авто, как правило, используют комбинации нескольких средств шумоподавления: пористых стенок, решёток, каналов, перегородок. Таким образом, удаётся добиться показателей, разрешенных современными экологическими и санитарными нормами.
Прямоточный глушитель: особенности и конструкция
Для повышения мощности автомобиля некоторые водители используют прямоточный вариант.
Его преимуществом является то, что для повышения мощности машины он может использовать энергию выхлопных газов. Обычный глушитель на такое не способен.
Принцип работы заключается в том, что сопротивление при выхлопе продуктов сгорания топлива меньше чем обычно. Поэтому мощность двигателя, которая для этого расходуется, также имеет меньшее значение, а разница уходит на увеличение мощности движения авто.
Конструкция прямоточного агрегата — это прямая труба с сетчатой поверхностью, помещенная во внешний кожух. Она имеет меньше элементов для снижения шума и вибраций. Продукты сгорания идут без сопротивления по прямой, а сетчатая поверхность даёт им возможность свободно расширяться. Шум поглощается внешним кожухом — он обработан специальным звукоизолирующим веществом. Вследствие этого не происходит резонанса газов, и мы не слышим характерного рёва мотора. Для того чтобы улучшить характеристики такого устройства, можно использовать несколько отдельных внешних сегментов.
Основные причины выхода из строя глушителя
Есть несколько основных причин, вследствие которых глушитель может выходить из строя, а именно:
Эти две причины выхода из строя являются наиболее «популярными», они встречаются чаще всего.
Глушитель является одним из важнейших элементов выпускной системы. Эксплуатация современного автомобиля без глушителя просто невозможна. Функции автомобильного глушителя:
1. уменьшение шума отработавших газов;
2. преобразование самих отработавших газов, то есть уменьшение их скорости, температуры (t), пульсации.
Стоит помнить о давлении отработавших газов, оно очень высокое. При движении газов, которые уже отработали по выпускной системе могут создаваться определенный звук, который способен распространяться активнее газов. Автомобильный глушитель уменьшает звуковые колебания, преобразуя их в тепловую энергию. К тому же с использованием глушителя в выпускной системе образуется определенное противодавление, которое в итоге приводит к определенному снижению мощности двигателя.
Какие технологии в глушителе уменьшают шум?
Расширение (сужение) потока, что позволяет уменьшать звуковые колебания;
Изменение направления потока. Угол поворота потока воздуха находится в районе 80-350°, что гасит средние и значительные звуки.
Изменение звуковых волн, которое в зависимости от характера их накладывания, может приводить к изменению состояний — увеличению (конструктивная интерференция) или уменьшению (деструктивная интерференция) амплитуды колебаний. В глушителе применяются 2 вида изменений. Технология работает с помощью специальных перфорационных отверстий в самих трубах глушителя на иномарку или автомобиля ваз. Изменяя размер отверстий и объем (V) окружающей трубу камеры можно получить уменьшение звуков в значительном диапазоне частот.
Поглощение звуковых волн. Данный способ подойдет при уменьшении высокочастотных звуковых колебаний.
Часто используют два вида изменений звука.
В выпускаемых автомобилях применяют от 1 до 5 глушителей, но чаще всего – два. Близкий к мотору глушитель называется предварительным (или передним) глушителем или резонатором. Затем идет задний (главный) глушитель. Как правило, для каждой конкретной модели машины и марки двигателя применяют определенные глушители.
Как устроен резонатор
Резонатор служит для предварительного уменьшения звуковых колебаний и потока отработавших газов. Резонатор — это перфорированная труба в металлическом корпусе. Для того, чтобы эффективно уменьшить колебания в трубе применяют дроссельное отверстие.
Устройство основного глушителя
Основной глушитель значительно «гасит» шум. Он имеет более усложненное строение. В металлическом корпусе расположено небольшое количество перфорированных трубок. Корпус поделен перегородками на несколько камер. Некоторые из этих камер могут заполняться специальным звукопоглощающим материалом. В основном глушителе поток газов, которые уже много раз изменяли свое направленность – лабиринтный глушитель.
Водители, которые хотят усовершенствовать, тюнинговать выпускную систему больше всего обращают внимание на глушитель. При тюнинговых работах выпускной системы устанавливается т.н. прямоточный глушитель (одна прямоточная труба на все камеры без изменения направления потока).
Такой глушитель обладает уменьшенным противодавлением, но значительной прибавки в мощности двигателя он не дает. Основной плюс прямоточного глушителя «благородное» или «спортивное» звучание вашей машины (кому, что больше «по душе»).
Устройство прямоточного глушителя
Строение прямоточного глушителя соединяет корпус из нержавеющей стали, в котором расположена специальная перфорированная труба, которая обернута стальной сеткой и особым звукопоглощающим материалом. Стальная сетка защищает звукопоглощающий материал от выдува. В качестве звукопоглощающего материала используется простое стекловолокно. В прямоточном глушителе звуковые волны без проблем проходят через отверстия трубы, металлическую сетку и поглощаются стекловолокном (преобразуются в простую тепловую энергию).
Для того, что бы бороться со звуком выстрела, логично было бы понять, что является источником звука при выстреле. А таких источников несколько:
1)
Звук срабатывания механизма оружия, удара бойка по капсюлю, лязг затвора, и т.
д. В тихую ночь на открытой местности звук удара металлических частей механизма АК отчётливо слышен на расстоянии до 50м. Именно поэтому, когда требуется один абсолютно бесшумный выстрел, пользуются однозарядным оружием.
2) Звук, создаваемый воздухом, находящимся в стволе перед выстрелом, и вытесняемым пулей и пороховыми газами; звук, создаваемый расширяющимися (с давления около 200 кг/см 2 до обычного атмосферного 1,9 кг/см 2) и охлаждающимися (с сотен градусов до температуры воздуха) пороховыми газами в момент выхода из ствола, причём эти газы большей частью следуют за пулей, но часть их всё же прорывается в зазор между стволом и пулей, и, следовательно, опережает пулю. Именно с этой причиной звука и позволяет бороться глушитель.
3)
Акустическая ударная волна, формирующаяся за пулей, если она превышает скорость звука (~330м/с). Возникает из-за того, что пуля, проходя через воздух, создаёт в нём волны, на подобие тех, что возникают на воде, когда проплывает лодка; громкость этих волн не велика, если они движутся быстрее пули; однако если пуля движется быстрее, она как бы накапливает энергию волны, следующей за ней, и поэтому для человеческого слуха она воспринимается как удар, нечто наподобие грома при грозе.
Единственный способ избавиться от этой причины звука заключается в уменьшении скорости пули, чего можно достигнуть, используя специальные патроны с меньшим зарядом пороха или же укоротив ствол оружия.
4) Звук удара пули о цель.
Теперь, когда мы знаем причины звука выстрела, можно рассмотреть принцип работы глушителя. Основная задача глушителя снизить давление и температуру пороховых газов. Для того, что бы снизить давление – надо, что бы у газов была возможность расшириться до контакта с атмосферным воздухом. Именно этой цели служат камеры глушителя. Пороховые газы, вырвавшиеся из ствола вслед за ней, последовательно теряют энергию в каждой такой расширительно-охладительной камере. Понятно, что с ростом числа камер разность давлений выходящего газа и наружного воздуха становится все меньше и, соответственно, ослабляется звук. Однако эти рассуждения верны лишь относительно газов, идущих вслед за пулей. А как было сказано, часть газов ее опережает. Так как диаметр отверстий для пули в перегородках больше ее собственного диаметра, эта часть истекает из глушителя по-прежнему со сверхзвуковой скоростью, создавая баллистическую ударную волну.
Для отсечения и замедления сверхзвуковых газов вместо диафрагм с отверстиями применяют, например, мембраны из упругого материала со щелями, которые пропускают пулю и снова смыкаются, или ставят глухие прокладки – обтюраторы.
Простейший самодельный глушитель — обычная пластиковая бутылка, примотанная изолентой к стволу. В момент выстрела все пороховые газы окажутся в бутылке, а пуля, пробив донышко, вылетит наружу. Несмотря на громоздкость и снижение точности стрельбы, такой глушитель делает звук выстрела мелкокалиберным патроном не громче, чем треск от сломавшейся пластиковой линейки.
Есть множество разных конструкций глушителей, пользующихся различными трюками для снижения температуры и давления пороховых газов. К примеру, легендарный «Брамит» в варианте для «трехлинейки» представлял собой цилиндр диаметром 32 мм и длиной 140 мм, внутри разделенный на две камеры, каждая из которых заканчивается обтюратором – цилиндрической прокладкой из мягкой резины толщиной 15 мм.
В первой камере помещен отсекатель. В стенках камер для стравливания пороховых газов просверлены два отверстия диаметром около 1 мм каждое. При выстреле пуля пробивает поочередно оба обтюратора и выходит из прибора. Пороховые газы, расширяясь в первой камере, теряют давление и медленно стравливаются через боковые отверстия наружу. Часть пороховых газов, прорвавшаяся вместе с пулей через первый обтюратор, расширяется таким же образом во второй камере. В итоге звук выстрела гасится. Подобный глушитель с большим числом камер был разработан и для револьвера «Наган» образца 1895 года.
Достаточно типичный образец современного глушителя – отечественный ПБС, то есть «Прибор бесшумной стрельбы», который навинчивается на дульную часть ствола автоматов АКМ или АК-47. На некотором расстоянии перед дулом располагается толстая резиновая шайба. Опережающие газы задерживаются нею и через особые каналы направляются в расширительную камеру, откуда уже плавно вытекают в воздух. Когда пуля пронзает шайбу, основная часть газов следует за ней; но, последовательно пройдя через несколько расширительных камер, эти газы вырываются в атмосферу, потеряв значительную часть энергии.
ПБС снижает громкость в 20 раз. Поэтому выстрел из АКМ практически не слышен уже на расстоянии 200 м. Живучесть ПБС без замены шайбы – до 200 выстрелов, что для специального оружия вполне приемлемо. Недостаток такой конструкции – старение резины, причем стареют ведь и запасные пробки – даже не используясь в глушителе. В настоящее время появилось буквально неисчислимое количество вариантов многокамерных устройств. Вот устройство одного из зарубежных глушителей на автомат Калашникова —
Но наряду с наращиванием числа камер и усложнением их конфигурации, совершенствование конструкций идет самыми разными путями. Громоздкий корпус глушителя часто закрывает обычные прицельные приспособления, поэтому его располагают эксцентрично – ось прибора значительно ниже оси ствола. Но, разумеется, канал для прохода пули должен быть строго соосен со стволом, ибо даже при легком ее касании о внутренние перегородки резко снижается кучность огня. А ослабление узла крепления корпуса устройства на оружии вообще может привести к стрельбе через его переднюю стенку…
Плоские перегородки расширительных камер нередко заменяют выпуклыми – конусообразными или иной формы, отклоняющими поток пороховых газов к периферийной части глушителя, что не дает ему обогнать пулю.
Такой же эффект порождает винтообразная перегородка, проходящая по всей длине устройства.
Иногда расширительные камеры частично заполняют теплопоглощающим материалом – мелкой алюминиевой сеткой или просто стружкой, медной проволокой. Нагревая их, газы охлаждаются активнее. Но эти наполнители сложно очищать от порохового нагара, и их приходится периодически менять. На эффективность глушения влияет также материал самих перегородок: например, замена стальных на алюминиевые, более теплопроводные, дает заметное снижение громкости. Однако при частой стрельбе с таким глушителем, по мере роста давления в камерах и нагрева теплопоглотителя, работоспособность устройства резко снижается; если из него подряд сделать десяток-другой выстрелов, «бесшумное» оружие превращается в самое обычное. Поэтому рекомендуется вести огонь одиночными выстрелами и с большими паузами, чтобы дать остыть всей конструкции.
Порой, для улучшения работы глушителя его предварительно смачивают водой. Достаточно буквально столовой ложки.
При этом глушитель охлаждается за счёт испарения воды (принцип работы фриона в холодильнике). Так же добавление воды в глушитель немного меняет звук выстрела, с металлического «дын» на более глухой «тан». Воды обычно хватает на 10-20 выстрелов.
Эффективность глушителя повышают также путем сложных и скрупулезных расчетов внутренней газовой динамики. Например, за счет использования фигурных перегородок определенного профиля в камерах создаются противотоки и турбулентные завихрения газа. В итоге его молекулы, многократно соударяясь в разных направлениях, гасят энергию друг друга.
Разработаны оригинальные конструкции, предусматривающие отражение потока газов от внутренней поверхности передней стенки глушителя. После этого энергия газов падает за счет многократного отражения и встречного гашения ударных волн внутри корпуса. Такие приборы могут быть и многокамерными.
Изобретено и совсем уж экзотическое устройство, внешне выглядящее до смешного примитивно: всего-то надульный конус-диффузор, заключенный в трубку с открытыми торцами.
Но весьма существенное снижение звука обеспечено здесь виртуозным расчетом интерференции ударных волн внутри конуса, а главное – удивительно остроумным способом охлаждения пороховых газов. Вырываясь из конуса, они интенсивно эжектируют внешний воздух, как бы мгновенно отсасывая его из внутреннего объема трубки, отчего резко падают его давление и температура. И газы, смешиваясь с этим разреженным холодным воздухом, тут же теряют энергию. Так, наверное, прозвучал бы выстрел где-нибудь на двадцатикилометровой высоте…
Простейший надульный глушитель 1 – резиновая мембрана со щелью 2 – расширительная камера 3 – соединительная гайка | Глушитель с рефлектором отражателем 1 – параболический рефлектор 2 – корпус 3 – гайка 4 – ствол |
Многокамерный глушитель 1 – камера 2 – перегородка | Двухкамерный эксцентрический глушитель 1 – камера 2 – перегородка |
Глушитель с предварительным отводом пороховых газов из канала ствола 1 – отверстие в стволе с обратным каналом 2 – передняя многокамерная часть глушителя 3 – расширительная задняя камера | Глушитель с обтюрацией 1 – распорная втулка 2 – резиновый (эбонитовый) обтюратор 3 – расширительная камера |
Многокамерный глушитель с тепло-поглощаемым наполнителем 1 – гайка 2 – проволочная сетка |
Из чего состоит глушитель в машине
Содержание
- Глушитель в автомобиле устройство и назначение
- Устройство глушителя автомобиля
- Глушитель в разрезе
- Ремонт глушителя автомобиля
- Шумоизоляция глушителя автомобиля своими руками
- Чем покрасить глушитель автомобиля
В этой статье мы рассмотрим тему глушитель в автомобиле назначение и устройство, наверняка все водители понимают, что рецепт тихой или бесшумной работы двигателя заключается именно в качестве и методе реализации глушителя в автомобиле.
А вот как это все работает и какие, ещё дополнительные функции выполняет глушитель автомобиля мы и поговорим ниже.
Какую же основную функцию выполняет глушитель – он отводит отработанные выхлопные газы из двигателя автомобиля и при этом одновременно снижает звук работы двигателя и звук выхода выхлопных газов, посредством преобразование звуковой энергии в тепловую.
Что такое глушитель — устройство основной функцией которого является снижения шума от работы двигателя автомобиля, универсальное же значение — снижение «глушение» чего либо: звука, выбросов, вибрации. Достигается это за счет особой конструкции и материалов изготовления таких устройств.
Устройство глушителя автомобиля
Устройство всех глушителей примерно схоже и включает в себя обязательные элементы:
- Расширение и сужение потоков выходящих газов, так называемое дросселирование, из за чего изменяется и скорость выходящих газов и частота звуковых волн
- Наложение звуковых волн друг на друга из-за чего изменяется их амплитуда – интерференция
- Поглощение и рассеивание звуковых волн – происходит преобразование звуковой энергии в тепловую за счет чего наступает очень существенное снижение звука выходящего выхлопа
- Многоразовое изменение потока выходящих газов, так называемый лабиринт, так же служит для снижения скорости выхода газа, его энергии и преобразование в тепловую энергию
Глушитель в разрезе
Давайте посмотрим устройство глушителя автомобиля в разрезе на этом фото,
Тут мы видим, обязательны элементы глушителя или так сказать из чего состоит глушитель автомобиля:
- Выпускной коллектор (в народе получил название штаны или паук за схожесть в конструкции)
- Пламегаситель или резонатор
- Соединительные трубы между камерами глушителя
- Основной каркас глушителя
- И собственно сама выхлопная труба
- Выпускной коллектор – это трубы, которые непосредственно прикреплены к выводам двигателя для активного отбора выхлопных газов напрямую из цилиндров автомобиля, поэтому температуры в месте соединения коллектора и двигателя могут достигать значений в 1000 градусов по Цельсию
- Поэтому требование к выпускному коллектору всегда высокое это обязательная термоустойчивость материала и крепость по отношению к механическим нагрузкам, из за чего коллектор часто изготавливается и чугуна или жаропрочной стали.
- Резонатор глушителя как правило представляет из себя трубу с просверленными в ней отверстиями разного диаметра которая находится в закрытой камере из-за расширения и выхода газов через отверстия этой трубы и происходит их резонирование по сути затухание колебания и изменения колебательного контура звуковой волны
- Основной глушитель это по сути как многокомнатная квартира только комнаты соединяются там не дверями и полыми трубками и иногда чтоб попасть в другую комнату выхлопным газам приходится несколько раз проходить по трубам из других комнат туда и обратно– сделано это для гашения энергии газа и преобразования его в тепловую энергию, из за этого преобразования энергии и происходит снижение звуковой волны
Ну, думаю, что на вопрос глушитель в автомобиле назначение и устройство мы ответили и теперь вы имеете хотя бы представление о его устройстве.
Ремонт глушителя автомобиля
Как правило ремонт глушителя автомобиля хендай санта фе или любого другого авто сводится к заварке прогнивших дыр в основном глушителе, переваривать внутренние части как правило берутся только лютые энтузиасты.
Да и смысла переварки внутренностей на старом глушителе как такового и нет. Потому как метал уже от звука и температур устал и стал так сказать сыпучим и трухлявым, потому проще купить новый глушитель. Но, а там каждый смотрит, конечно, по своим финансовым возможностям и настроению души.
Вот еще одно фото схема глушителя автомобиля так сказать для полноты понимания, тут хорошо видны два типа глушителя обычный глушитель и прямоточный глушитель, как вы понимаете в прямоточном из за его устройства звук будет намного громче, так как в нем отсутствуют гасительные камеры для звука
Шумоизоляция глушителя автомобиля своими руками
В шумоизоляции глушителя среди водителей нет единого мнения, и это понятно, тут как говорится палка двух концов, с одной стороны шумоизоляция глушителя снизит уровень шумовых колебаний, но с другой стороны создаст перегрев всех частей глушителя.
В основном для шумоизоляции глушителя используют материалы, такие как асбестовая ткань, или более современные жаростойкие и вибростойкие материалы.
Сама шумоизоляции сводится как правило к обматыванию этим жаростойким и звукопоглощающими материалом всех частей глушителя.
Некоторые умельцы даже обматывают и выпускной коллектор глушителя автомобиля, что так же вызывает много вопрос, как по перегреву самого коллектора, так и затруднение охлаждение части двигателя в месте соединения выхлопного коллектора с двигателем. Тут стоит взвесить все за и против такой процедуры. Но то, что будет большой перегрев всего глушителя из-за его обмотки шум изоляционными материалами это сто процентов.
Чем покрасить глушитель автомобиля
Иногда некоторые автовладельцы задаются вопросом, чем покрасить глушитель автомобиля, связанно это, как правило с двумя причинами
- Желанием скрыть ржавчину на глушителе
- Придать красивый стильный вид автомобилю
В любом случае, краска для такого вида работы будет очень дорогой, так как основное требование к таковой краске будет огромная термоустойчивость и способность выдерживать большие температурные перепады, и даже при покупке такой краски если её использовать в районе коллектора где температура 1000 градусов Цельсия, то мало вероятно, что если она и устоит, то не изменит свой цвет от таких высоких температур.
Поэтому сама идея покраски глушителя имеет место быть, но как говорится на ваше усмотрение.
Наш пост глушитель в автомобиле назначение и устройство подошел к концу, надеемся, эта статья внесла некоторую ясность в понимание устройства выхлопной системы каждого автомобиля, конечно если у вас электромобиль, то у вас попросту нет глушителя в виду того, что и нет выхлопных газов.
Как вам статья?
Глушитель автомобиля – устройство, функции, из чего состоит
Еще недавно выхлопная система служила для отвода отработанных газов и снижения уровня шума во время езды. Она воспринималась как вспомогательная и не столь важная, как другие агрегаты. Сейчас устройство глушителя автомобиля играет гораздо большую роль, чем раньше.
В первую очередь – повышение эффективной работы двигателя.
Содержание
- Схема глушителя простым языком
- Как устроен глушитель и как он работает?
- Почему изнашивается глушитель автомобиля?
Схема глушителя простым языком
Выхлопная система с каждой новой моделью авто усложняется и более сильно влияет на характеристики машины. Но, принципиальной разницы в конструкции глушителя пока не существует.
Традиционный глушитель автомобиля можно разделить на четыре части:
- приемную трубу,
- катализатор,
- резонатор,
- заднюю часть, собственно – глушитель.
Приемная труба играет промежуточную роль, отводя газы из выпускного коллектора в катализатор. На ней может быть установлен виброкомпенсатор, в народе называемый «гофрой», который принимает на себя вибрацию двигателя и не дает ей передаваться на выхлопную систему.
После приемной трубы расположен катализатор, в котором дожигаются несгоревшие остатки бензина, а окись углерода переходит в менее вредную фазу.
Этот элемент системы представляет бачок, внутри которого находятся керамический или металлический элемент, выполненный в виде сот. Проходя через них выхлопные газы преобразуются за счет химической реакции.
За катализатором расположены резонатор и, собственно, глушитель. Они имеют различную внутреннюю конструкцию и снимают шум не только за счет того что гасят его, но и за счет сглаживания тактов работы двигателя. Резонатор по своей структуре прост, он представляет бачок с перфорированной трубой, ну, а устройство глушителя гораздо сложнее. Именно он выполняет основную функцию по снижению уровня шума выходящих выхлопных газов.
Как устроен глушитель и как он работает?
Все описанное выше – только основные положения. Из чего состоит глушитель зависит от многих факторов, а именно: от марки автомобиля, модели, его объема и типа двигателя, а также от производителя – не всегда вторичные производители придерживаются оригинальной геометрии. При проектировании внутренней начинки глушителя используются стандартные приемы – обустройство перфорированных патрубков, перегородок и набивка жаростойкой ватой.
Принцип работы глушителя прост – он призван замедлить поток газов, чтобы сгладить отдельные такты работы двигателя. Нет каких-либо определенных стандартов по его внутреннему строению, поэтому каждый производитель ищет свои решения. Любой глушитель в разрезе может отличаться от аналогичной детали других производителей.
Немалую роль играет то, как спроектирована выхлопная система автомобиля. Например, если объем резонатора невелик, он не сможет в достаточной мере сглаживать поток выхлопных газов. Соответственно, большая нагрузка приходится на глушитель, он должен иметь немалый объем и соответствующее строение. Глушитель в разрезе напоминает нагромождение трубок с перфорацией и перегородок, но в нем все спроектировано таким образом, чтобы максимально эффективно использовать его объем.
Через отверстия в трубках нагретые газы быстро расширяются и заполняют пространство бачка глушителя, а перегородки отражают их в обратном направлении, чтобы сгладить неравномерность поступления выхлопных газов.
Жаропрочная минеральная вата сдерживает ударные волны газов, предохраняя стенки бачка, чтобы избежать лишних шумов.
Почему изнашивается глушитель автомобиля?
Основная причина, по которой глушитель приходит в негодность – прогар сварочных швов. Устройство автомобильного глушителя таково, что в местах соединения и крепления трубок и перегородок, используется обычная сварка, которая более подвержена влиянию температуры и влаги (особенно это касается автомобилей, работающих на бензине).
Она и является слабым местом любого глушителя. Когда на шве появляется небольшая трещинка, она начинает увеличиваться за счет вибрации выхлопной системы, неизбежной при езде. Как результат – трубки обрываются, перегородки отделяются от стенок, и появляется нежелательный шум.
Но есть и вторая причина, по которой глушитель может работать громко – выгорание минеральной ваты. Выхлопные системы дешевых производителей грешат тем, что в них используется некачественная минеральная вата. Она выгорает, волокна разрушаются и их частички выходят с потоком выхлопных газов.
Как результат – появление нежелательного шума, который будет все громче с каждым новым километром пробега.
Как мы видим, глушитель это не просто металлическая «банка», подвешенная под днищем автомобиля, равно как и вся выхлопная система, частью которой он является. Его устройство рассчитывается профессионалами, чтобы обеспечить максимально: устойчивую работу двигателя авто и комфортную езду. Качественный глушитель по определению не может быть дешевым, это полноценная деталь автомобиля, которая подлежит периодической замене.
Кварцевый резонатор — Описание, принцип работы, схемы
Кварцевый резонатор — это радиоэлемент, который используется в радиотехнических цепях для генерации электрических колебаний. В этой статье мы подробно рассмотрим и развенчаем некоторые мифы, связанные с кварцевым резонатором, а также рассмотрим схемы на его основе.
Пьезоэлектрики
На самом деле, кварц — это один из самых распространенных минералов в земной коре. Его доля составляет около 60%! Если полупроводниковые радиокомпоненты в основном делают из кремния, то кварц тоже состоит из кремния но в связке с кислородом. Его химическая формула SiO2.
Выглядит минерал кварц примерно вот так.
минерал кварцНу прямо как сокровище какое-то! Но ценность этого сокровища спрятана не в самом кварце, а в том, каким свойством он обладает. И этот эффект кварца сделал революцию в прецизионной (точной) электронике для генерации высокостабильных колебаний электрического сигнала.
Еще в 19 веке два брата Кюри обнаружили интересное свойство некоторых твердых кристаллов генерировать ЭДС , деформируя эти кристаллы. Деформация — это изменение формы какого-либо тела с помощью кручения, удара, растяжения и так далее. Так вот, ударяя по таким кристаллам, они обнаружили, что те могут выдавать какое-либо кратковременное напряжение.
Но они также обнаружили еще и обратный эффект. При подаче напряжения на такие кристаллы, эти кристаллы деформировались сами. Невооруженным глазом это было практически не заметно. Такой эффект назвали пьезоэффектом, а вещества — пьезоэлектриками.
Следует заметить, что ЭДС возникает только в процессе сжатия или растяжения. Может быть вы подумали, что можно прижать такой кристалл какой-нибудь увесистой болванкой и всю жизнь получать из него энергию? Как бы не так! Кстати, радиоэлемент пьезоизлучатель тоже относится к пьезоэлектрикам, и из него можно получить ЭДС. Ниже можно рассмотреть этот случай на видео. Светодиод, подпаянный к пьезоизлучателю, зажигается при ударе самого пьезоизлучателя.
Не так давно смотрел фильм по National Geographic. Там целые пьезоэлектрические плиты устанавливали на дороге. По ним ходили люди и вырабатывали электрическую энергию, сами того не подозревая). Кстати, очень халявная, чистая и возобновляемая энергия. Ладно, что-то отвлекся… Так вот, кристаллы кварца тоже обладают пьезоэффектом и способны также вырабатывать ЭДС или деформироваться (изгибаться, изменять форму) под воздействием электрического тока.
[quads id=1]
Кварцевый резонатор
Что представляет из себя кварцевый резонатор
В настоящее время выявлены множество видов кристаллических веществ, но в электронике больше всего используют именно минералы кварца, так как он помимо того, что является пьезоэлетриком, так еще и обладает хорошей механической прочностью.
Резонатор — (от лат. resono — звучу в ответ, откликаюсь) — это система, которая способна совершать колебания с максимальной амплитудой, то есть резонировать, при воздействии внешней силы определенной частоты и формы. Получается, кварцевый резонатор в электронике, а в народе просто «кварц», — это радиоэлемент, который способен резонировать, если на него подать переменный ток определенной частоты и формы.
Кварцевые резонаторы выглядят примерно так.
Кварц является диэлектриком. А что будет если тонкий диэлектрик разместить между двумя металлическими пластинами? Получится конденсатор! Конденсатор получается очень маленькой емкости, так что замерить его емкость вряд ли получится. Зато не стали мудрить со схемотехническим обозначением кварца, и на схемах его показывают как прямоугольный кусочек кристалла, заключенный между двумя пластинками конденсатора.
обозначение на схеме кварцевого резонатораРазобрав кварцевый резонатор, мы можем увидеть воочию сам кристалл кварца. Давайте вскроем кварц советского производства вот в таком корпусе.
Здесь мы видим прозрачный кристалл кварца, размещенный между двумя металлическими пластинками, к которым подпаяны выводы.
В маленьких кварцах типа этих
кварцевый резонаториспользуются тонкие прямоугольные пластинки кварца. Физический размер и толщина кварцевой пластинки внутри кварцевого резонатора строго должна соблюдаться, так как именно ее габаритные размеры влияют на основную частоту колебаний. Здесь правило такое: чем больше толщина пластинки, тем ниже рабочая частота кварца. Поэтому, самые высокие частоты, на которые делают кварцы, составляет не более 50 МГц, так как пластинка получается очень тонкая, что создает трудности при ее изготовлении. Да и держать ее как-то надо в корпусе, не поломав. По идее, можно выжать из кварца частоту и до 200 МГц, но работать такой кварц будет на обертоне.
Обертоны кварцевого резонатора
Обертоны, или как еще их называют, моды или гармоники — это кратные частоты, выше основной частоты кварца. С помощью фильтров гасят основную частоту кварца и выделяют обертон. В кварцевом резонаторе в режиме обертонов используют нечетные обертоны. Если основная частота кварца F — это первый обертон, то его рабочие обертоны будут как 3F, 5F, 7F, 9F. Стоит также отметить, что амплитуда обертона убывает с ростом его частоты, поэтому, далее 9 обертона смысла брать уже нет, так как выделять амплитуду маленького сигнала очень проблематично.
Пример: возьмем кварц с частотой в 10 Мегагерц. Тогда мы можем возбудить его на обертонах в 30 Мегагерц (третий обертон), в 50 Мегагерц (пятый обертон), в 70 Мегагерц (седьмой обертон) и максимум в 90 Мегагерц (девятый обертон).
Чтобы хоть как-то понять, что такое обертоны, для примера послушайте основную частоту 110 Герц и ее обертоны.
Схема, которая возбуждает кварц на обертонах, сложная и не очень надежная, так как во-первых, надо «давить» главную частоту кварца и выделять обертон, а во-вторых, кварц может возбудиться в режиме случайных колебаний. На практике все-таки делают схемы с умножением главной частоты кварца, что намного проще и надежнее. Здесь также есть еще одно правило: если частота маркируется в целых числах в Килогерцах — это работа на основной гармонике, а если в Мегагерцах через запятую — это обертонная гармоника. Например: РГ-05-18000кГц — резонатор для работы на основной частоте, а РГ-05-27,465МГц — для работы на 3-ем обертоне.
Последовательный и параллельный резонанс кварца
Очень много мифов ходит по интернету именно о кварцевом резонаторе. Самый популярный миф гласит так: если подать постоянное напряжение на кварцевый резонатор, он будет выдавать переменное напряжение с частотой, которая на нем указана. Насчет «частоты, указанной на нем», я, может быть, соглашусь, но насчет постоянного напряжения — увы. Кристалл кварца просто сожмется или разожмется). Некоторые вообще до сих пор думают, что кварц сам по себе выдает переменный ток ). Ага, прям вечный двигатель).
Для того, чтобы понять принцип работы кварцевого резонатора, надо рассмотреть его эквивалентную схему:
эквивалентная схема кварцевого резонатораС — это собственно емкость между обкладками конденсатора. То есть если убрать кристалл кварца, то останутся две пластины и их выводы. Именно они и обладают этой емкостью.
С1 — это эквивалетная емкость самого кристалла. Ее значение несколько фемтоФарад. Фемто — это 10-15 !
L1 — это эквивалентная индуктивность кристалла.
R1 — динамическое сопротивление, при работе кварца может достигать от нескольких Ом и до нескольких КОм
Можно заметить, что С1, L1 и R1 образуют последовательный колебательный контур, который обладает своей резонансной частотой.
Резонансная частота такого контура вычисляется по формуле
формула последовательного резонанса кварцевого резонатора
Но все бы хорошо, но как видите, есть еще в эквивалентной схеме кварцевого резонатора один увесистый конденсатор С, который портит всю малину.
Вся эта схема превращается в сложный параллельный колебательный контур. Резонансная частота такого контура уже будет определяться формулой
формула параллельного резонанса кварцевого резонатораПоэтому, запомните: каждый кварцевый резонатор может возбуждаться на двух резонансных частотах. На частоте последовательного резонанса и на частоте параллельного резонанса. Если мы видим на кварце вот такую надпись
это говорит нам о том, что частота последовательного резонанса для этого кварцевого генератора составляет 8 МГц. Кварцевые резонаторы в электронике работают именно на частоте последовательного резонанса. На своей практике не припомню, чтобы кто-то возбуждал кварц для работы на частоте параллельного резонанса.
Часовой кварцевый резонатор
Чаще всего часовой кварц выглядит вот так.
«Что еще за часовой кварц?» — спросите вы. Часовой кварц — это кварц с частотой в 32 768 Герц. Почему на нем такая странная частота? Дело все в том, что 32 768 это и есть 215. Такой кварц работает в паре с 15-разрядной микросхемой-счетчиком. Это наша микросхема К176ИЕ5.
Принцип работы этой микросхемы такой: после того, как она сосчитает 32 768 импульсов, на одной из ножек она выдает импульс. Этот импульс на ножке с кварцевым резонатором на 32 768 Герц появляется ровно один раз в секунду. А как вы помните, колебание один раз в секунду — это и есть 1 Герц. То есть на этой ножке импульс будет выдаваться с частотой в 1 Герц. А раз это так, то почему бы не использовать это в часах? Отсюда и пошло название — часовой кварц.
В настоящее время в наручных часах и других мобильных гаджетах этот счетчик и кварцевый резонатор встроены в одну микросхему и обеспечивают не только счет секунд, но и целый ряд других функций, типа будильника, календаря и тд. Такие микросхемы называется RTC (Real Time Clock) или в переводе с буржуйского Часы Реального Времени.
Кварцевый генератор
Что такое генератор? Генератор — это по сути устройство, которое преобразует один вид энергии в другой. В электронике очень часто можно услышать словосочетание «генератор электрической энергии, генератор частоты, генератор функций » и тд.
Кварцевый генератор представляет из себя генератор частоты и имеет в своем составе кварцевый резонатор. В основном кварцевые генераторы бывают двух видов:
те, которые могут выдавать синусоидальный сигнал
и те, которые выдают прямоугольный сигнал, который чаще всего используется в цифровой электронике.
Схема Пирса
Для того, чтобы возбудить кварц на частоте резонанса, нам надо собрать схему. Самая простая схема для возбуждения кварца — это классический генератор Пирса, который состоит всего лишь из одного полевого транзистора и небольшой обвязки из четырех радиоэлементов:
схема пирса для кварцевого резонатораПару слов о том как работает схема. В схеме есть положительная обратная связь и в ней начинают возникать автоколебания. Но что такое положительная обратная связь?
В школе всем вам ставили прививки на реакцию Манту, чтобы определить, если у вас тубик или нет. Через некоторое время приходили медсестры и линейкой замеряли вашу реакцию кожи на эту прививку
Когда ставили эту прививку, нельзя было чесать место укола. Но мне, тогда еще салаге, было по барабану. Как только я начинал тихонько чесать место укола, мне хотелось чесать еще больше)) И вот скорость руки, которая чесала прививку, у меня замерла на каком-то пике, потому что совершать колебания рукой у меня максимум получалось с частотой Герц в 15. Прививка набухала на пол руки)) И даже один раз меня водили сдавать кровь в подозрении на туберкулез, но как оказалось, не нашли. Оно и неудивительно ;-).
Так что это я вам тут рассказываю хохмы из жизни? Дело в том, что эта чесотка прививки самая что ни на есть положительная обратная связь. То есть пока я ее не трогал, чесать не хотелось. Но как только тихонько почесал, стало чесаться больше и я стал чесать больше, и чесаться стало еще больше и тд. Если бы на мою руку не было физический ограничений, то наверняка, место прививки уже бы стерлось до мяса. Но я мог махать рукой только с какой-то максимальной частотой. Так вот, такой же принцип и у кварцевого генератора ;-). Чуть подал импульс, и он начинает разгоняться и уже останавливается только на частоте параллельного резонанса ;-). Скажем так, «физическое ограничение».
Первым делом нам надо подобрать катушку индуктивности. Я взял тороидальный сердечник и намотал из провода МГТФ несколько витков
тороидальная катушка индуктивностиВесь процесс контролировал с помощью LC-метра, добиваясь номинала, как на схеме — 2,5 мГн. Если не доставало, прибавлял витки, если перебарщивал номинал, то убавлял. В результате добился вот такой индуктивности.
измерение индуктивностиТранзистора у меня в загашнике не нашлось, и в местном радиомагазине его тоже не было. Поэтому, пришлось заказывать на Али. Кому интересно, брал здесь.
Его правильное название: транзистор полевой с каналом N типа.
транзистор 2n5485Распиновка слева-направо: Сток — Исток — Затвор
Ну а дальше дело за малым. Собираем схемку:
Небольшое лирическое отступление.
Как вы видите, я пытался максимально сократить связи между радиоэлементами. Дело все в том, что все радиоэлементы имеют свои паразитные параметры. Чем длиннее их выводы, а также провода, соединяющие эти радиоэлементы в схеме, тем хуже будет работать схема, а то и вовсе «не зафурычит». Да и вообще, схемы с кварцевым резонатором на печатных платах трассируют не просто так от балды. Здесь есть свои тонкие нюансы. Мельчайшие паразитные параметры могут испоганить весь сигнал на выходе такого генератора.
Итак, кварцевый генератор мы собрали, напряжение подали, осталось только снять сигнал с выхода нашего самопального генератора. За дело берется цифровой осциллограф OWON SDS6062
Первым делом я взял кварц на самую большую частоту, которая у меня есть: 32 768 Мегагерц. Не путайте его с часовым кварцем (о нем пойдет речь ниже).
Не, ну а что вы хотели? Хотели увидеть идеальную синусоиду? Не тут-то было. Сказались паразитные параметры плохо собранной схемы и монтажа.
Внизу в левом углу осциллограф нам показывает частоту:
Как вы видите 32,77 Мегагерц. Главное, что наш кварц живой и схемка работает!
Давайте возьмем кварц с частотой 27 МГц.
Частоту тоже более-менее показал верно.
Ну и аналогично проверяем все остальные кварцы, которые у меня есть.
[quads id=1]
Вот осциллограмма кварца на 16 МГц.
Осциллограф показал частоту ровно 16 МГц.
Здесь поставил кварц на 6 МГц.
Ровно 6 МГц!
На 4 МГц.
Все ОК.
Ну и возьмем еще советский на 1 Мегагерц. Вот так он выглядит.
Сверху написано 1000 КГц = 1МГц.
Смотрим осциллограмму.
Рабочий!
При большом желании можно даже замерять частоту китайским генератором-частотомером.
измерение частоты частотомером400 Герц погрешность для старенького советского кварца не очень и много, хотя дело может быть даже не кварце, а в самом частотомере.
[quads id=1]
Схема Пирса для прямоугольного сигнала
Итак, вернемся к схеме Пирса. Предыдущая схема Пирса генерирует синусоидальный сигнал
Но также есть видоизмененная схема Пирса для прямоугольного сигнала
А вот и она:
схема Пирса для меандраНоминалы некоторых радиоэлементов можно менять в достаточно широком диапазоне. Например, конденсаторы С1 и С2 могут быть в диапазоне от 10 и до 100 пФ. Тут правило такое: чем меньше частота кварца, тем меньше должна быть емкость конденсатора. Для часовых кварцев конденсаторы можно поставить номиналом в 15-18 пФ. Если кварц с частотой от 1 до 10 Мегагерц, то можно поставить 22-56 пФ. Если не хотите заморачиваться, то просто поставьте конденсаторы емкостью в 22 пФ. Точно не прогадаете.
Также небольшая фишка на заметку: меняя значение конденсатора С1 можно настраивать частоту резонанса в очень тонких пределах.
Резистор R1 можно менять от 1 и до 20 МОм, а R2 от нуля и до 100 кОм. Тут тоже есть правило: чем меньше частота кварца, тем больше значение этих резисторов и наоборот.
Максимальная частота кварца, которую можно вставить в схему, зависит от быстродействия инвертора КМОП. Я взял микросхему 74HC04. Она не слишком быстродействующая. Состоит из шести инверторов, но использовать мы будем только один инвертор.
Вот ее распиновка:
Подключив к этой схеме часовой кварц, осциллограф выдал вот такую осциллограмму:
Ну как всегда всю картинку испортили паразитные параметры монтажа. Но, обратите внимание на частоту. Осциллограф почти верно ее показал с небольшой погрешностью. Ну оно и понятно, так как главная функция осциллографа отображать сигнал, а не считать частоту)
Кстати, вам эта часть схемы ничего не напоминает?
Не эта ли часть схемы используется для тактирования микроконтроллеров?
Она самая! Просто недостающие элементы схемы уже есть в самом МК 😉
Схема Колпитца
Это также довольно распространенная и знаменитая схема.
схема КолпитцаЗа основу взять схема усилителя с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Здесь все как обычно. Резисторы R1 и R2 устанавливают рабочую точку для транзистора. Резистор RE устанавливает уровень выходного напряжения. Транзистор NPN 2N4265 может работать на частотах до 100 МГц, поэтому его и взяли. Эта схема будет работать с кварцами в диапазоне от 1 и до 5 МГц.
Готовые модули кварцевых генераторов
В настоящее время кварцевые генераторы выпускают в виде законченных модулей. Некоторые фирмы, производящие такие генераторы, достигают частотной стабильности до 10-11 от номинала! Выглядят готовые модули примерно так:
или так
Такие модули кварцевых генераторов в основном имеют 4 вывода. Вот распиновка квадратного кварцевого генератора:
распиновка кварцевого генератораДавайте проверим один из них. На нем написано 1 МГц
кварцевый генератор на 1 МГцВот его вид сзади.
Подавая постоянное напряжение от 3,3 и до 5 Вольт плюсом на 8, а минусом на 4, с выхода 5 я получил чистый ровный красивый меандр с частотой, написанной на кварцевом генераторе, то бишь 1 Мегагерц, с очень небольшими выбросами.
сигнал с кварцевого генератораНу прям можно залюбоваться).
Да и китайский генератор-частотомер показал точную частоту.
Отсюда делаем вывод: лучше купить готовый кварцевый генератор, чем самому убивать кучу времени и нервов на наладку схемы Пирса или Колпитца. Схема Пирса будет пригодна для проверки резонаторов и для ваших различных самоделок, хотя на Алиэкспрессе встречал готовый проверяльщик кварцевых резонаторов, способный замерять частоту кварцев от 1 и до 50 МГц. Посмотреть можете по этой ссылке.
Плюсы кварцевых генераторов
Плюсы кварцевых генераторов частоты — это высокая частотная стабильность. В основном это 10-5 — 10-6 от номинала или, как часто говорят, ppm (от англ. parts per million) — частей на миллион, то есть одна миллионная или числом 10-6. Отклонение частоты в ту или иную сторону в кварцевом генераторе в основном связано с изменением температуры окружающей среды, а также со старением кварца. При старении кварца, частота кварцевого генератора стает чуточку меньше с каждым годом примерно на 1,8х10-7 от номинала. Если, скажем, я взял кварц с частотой в 10 Мегагерц ( 10 000 000 Герц) и поставил его в схему, то за год его частота уйдет примерно на 2 Герца в минус 😉 Думаю, вполне терпимо.
Большой выбор кварцевых резонаторов тут.
Смотрите подробное видео про кварцевый резонатор:
Как работает резонаторная гитара