Двигун і система вихлопу автомобіля: будова, симптоми несправностей і діагностика

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Двигун і система вихлопу працюють як єдиний комплекс. Двигун перетворює енергію пального на механічну роботу, а випускна система відводить відпрацьовані гази, знижує шум, бере участь в очищенні вихлопу та забезпечує дані для електронного керування двигуном.

Тому втрата потужності, підвищена витрата пального, нестабільний холостий хід, дим, помилки по суміші або надмірний шум не завжди означають несправність тільки самого двигуна. Причина може бути у впуску, паливній системі, запалюванні, турбонаддуві, каталізаторі, DPF, EGR, датчиках або негерметичності випуску.

Як двигун перетворює пальне на рух

У двигуні внутрішнього згоряння теплова енергія, що утворюється під час згоряння пального, перетворюється на механічну роботу.

У типовому чотиритактному двигуні цикл складається з чотирьох етапів:

Впуск - циліндр заповнюється повітрям або паливно-повітряною сумішшю залежно від типу системи живлення.
Стиснення - поршень стискає заряд у циліндрі.
Робочий хід - після займання тиск газів переміщує поршень.
Випуск - відпрацьовані гази виходять через випускний клапан у систему вихлопу.

Поршні через шатуни передають зусилля на колінчастий вал, а далі крутний момент через трансмісію передається до коліс.

Які системи забезпечують роботу двигуна

Сучасний двигун не може працювати ізольовано. Його роботу забезпечують:

система впуску;
паливна система;
система запалювання - для двигунів, де вона передбачена;
газорозподільний механізм;
система мащення;
система охолодження;
вентиляція картера;
турбонаддув - якщо він передбачений;
система випуску та післяочищення газів;
датчики та електронний блок керування.

Несправність однієї системи часто змінює роботу інших. Наприклад, пропуски займання можуть перегрівати каталізатор, негерметичний впуск впливає на паливні корекції, а обмежений вихлоп може погіршувати наповнення циліндрів.

Бензиновий і дизельний двигун: у чому різниця

Бензиновий двигун

У більшості бензинових двигунів займання суміші ініціюється свічкою запалювання.

Для систем із трикомпонентним каталізатором особливо важливе точне регулювання складу суміші. Електронний блок використовує сигнали кисневих датчиків та інших сенсорів, щоб коригувати подачу пального.

Надмірно багата суміш може спричиняти:

зростання витрати пального;
підвищений вміст незгорілих компонентів у вихлопі;
нагар;
перегрів каталізатора при серйозних порушеннях згоряння.

Надмірно бідна суміш також може викликати нестабільну роботу, втрату потужності та підвищене теплове навантаження в певних режимах.

Дизельний двигун

У дизелі повітря стискається в циліндрі, після чого паливо впорскується в нагріте стисненням повітря та самозаймається.

Сучасні дизельні двигуни можуть використовувати складну систему контролю викидів, до якої залежно від конструкції входять:

EGR;
окиснювальний каталізатор;
DPF;
SCR;
датчики температури;
датчики диференційного тиску;
NOx-датчики;
інші елементи системи післяочищення.

Основні механічні вузли двигуна

Блок циліндрів

Блок є основною несучою частиною двигуна. У ньому або в пов'язаних із ним елементах розташовуються циліндри, канали мащення, канали охолодження та опори колінчастого вала.

Конструкція може використовувати чавун, алюмінієві сплави, гільзи або спеціальні робочі покриття.

Головка блока циліндрів

У головці можуть розташовуватися:

впускні та випускні клапани;
розподільні вали;
елементи привода клапанів;
форсунки;
свічки запалювання або розжарювання;
канали впуску та випуску;
частина камери згоряння.

Циліндропоршнева група

Поршні, кільця, пальці, шатуни та робочі поверхні циліндрів забезпечують перетворення тиску газів на механічне зусилля.

Зношування цієї групи може проявлятися:

зниженням компресії;
підвищеною витратою моторної оливи;
димністю;
падінням потужності;
підвищеним проривом газів у картер.

Жоден із цих симптомів сам по собі не визначає конкретну несправну деталь.

Колінчастий вал

Колінчастий вал перетворює зворотно-поступальний рух поршнів на обертання.

Його опори та шийки працюють у системі гідродинамічного мащення, тому для ресурсу критично важливі правильна олива, достатня подача мастила, чистота каналів і справність системи мащення.

Газорозподільний механізм

ГРМ забезпечує узгоджене відкриття і закриття клапанів відносно положення поршнів.

Привод може використовувати:

ремінь;
ланцюг;
шестерні;
комбінацію механічних елементів.

У сучасних двигунах також широко застосовуються системи зміни фаз та підйому клапанів.

Порушення фаз газорозподілу може проявлятися:

важким запуском;
нестабільною роботою;
втратою тяги;
підвищеною витратою;
помилками синхронізації;
зміною характеру вихлопу.

Наслідки обриву або перескоку привода ГРМ залежать від конструкції конкретного двигуна.

Як працює турбокомпресор

Турбокомпресор використовує частину енергії потоку відпрацьованих газів. Турбінне колесо у випускному тракті приводить компресорне колесо, яке підвищує тиск повітря у впускній системі.

Робота турбіни залежить від:

подачі моторної оливи;
стану повітряного фільтра;
герметичності впуску;
роботи системи керування наддувом;
стану випуску;
охолодження - якщо воно передбачене конструкцією.

Чому несправність вихлопу може впливати на турбіну

Якщо після турбіни виникає надмірний опір потоку газів, умови її роботи змінюються. Причиною може бути, наприклад, критично забруднений або пошкоджений елемент системи післяочищення.

Тому при проблемах із наддувом потрібно перевіряти не лише сам турбокомпресор, а й впуск, випуск, датчики та систему керування.

Компоненти двигуна, турбонаддуву та системи вихлопу

Система вихлопу: які функції вона виконує

Випускна система має декілька завдань:

відводити відпрацьовані гази;
зменшувати рівень шуму;
компенсувати рух силового агрегату;
контролювати склад вихлопу;
знижувати викиди шкідливих речовин;
забезпечувати дані для електронної системи керування.

Конкретний склад системи залежить від типу двигуна та екологічного виконання автомобіля.

Випускний колектор

Колектор збирає гази від окремих циліндрів і спрямовує їх далі у випускну систему або до турбокомпресора.

Тріщина, прогар прокладки або інша негерметичність можуть спричиняти:

підвищений шум;
запах вихлопу;
спотворення показань датчиків залежно від місця витоку;
сліди сажі біля негерметичного з'єднання.

Гофра вихлопної системи

Гофра компенсує частину переміщень двигуна відносно кузова та зменшує передачу механічних навантажень на труби й з'єднання.

Пошкодження гофри може проявлятися:

гучнішим вихлопом;
металевим або шиплячим звуком;
запахом вихлопних газів;
слідами сажі;
помилками суміші - якщо негерметичність впливає на вимірювання кисню.

Резонатор і глушник

Резонатор та глушник використовують акустичні камери, перфорацію, об'єм і звукопоглинальні матеріали для зменшення небажаних частот і загального рівня шуму.

Пошкодження може виникати через:

корозію;
термічні цикли;
механічні удари;
пошкодження підвісів;
конденсат усередині корпусу;
втому матеріалу.

Запах вихлопних газів у салоні потребує негайної уваги. Негерметичний випуск може створювати ризик потрапляння токсичних газів у пасажирський простір.

Як працює каталітичний нейтралізатор

Каталізатор не є звичайним механічним фільтром. Він прискорює хімічні реакції, внаслідок яких склад вихлопу змінюється.

У бензинових системах із трикомпонентним каталізатором відбуваються реакції окиснення чадного газу та вуглеводнів і відновлення оксидів азоту.

Активний шар може містити благородні метали, зокрема платину, паладій та родій.

Чому каталізатор виходить із ладу

Можливі причини:

тривалі пропуски займання;
потрапляння незгорілого пального у випуск;
значна витрата моторної оливи;
механічне руйнування носія;
перегрів;
хімічне забруднення активної поверхні;
інша несправність двигуна, яка змінює склад і температуру вихлопу.

Тому заміна каталізатора без пошуку першопричини його пошкодження може призвести до повторної несправності.

Лямбда-зонд: що він вимірює

Кисневий датчик оцінює вміст кисню у вихлопі. Його сигнал використовується електронним блоком для контролю суміші та діагностики системи.

У багатьох автомобілях застосовують декілька кисневих датчиків із різними функціями.

Умовно:

датчик перед каталізатором може використовуватися для керування сумішшю;
датчик після каталізатора може брати участь у контролі ефективності нейтралізатора.

Помилка по лямбда-зонду не завжди означає несправний датчик

Відхилення сигналу можуть бути наслідком:

негерметичного впуску;
витоку вихлопних газів;
неправильного тиску пального;
несправних форсунок;
пропусків займання;
проблем із компресією;
іншого порушення процесу згоряння.

DTC фіксує виявлене системою відхилення, а не автоматично визначає деталь, яку потрібно замінити.

EGR: для чого потрібна рециркуляція вихлопних газів

Система EGR повертає контрольовану частину відпрацьованих газів у впуск у певних режимах роботи двигуна. Це використовується для зменшення утворення оксидів азоту.

У процесі експлуатації в системі можуть накопичуватися відкладення із сажі та компонентів масляного туману.

Можливі наслідки:

обмеження руху клапана;
зміна фактичної витрати рециркульованих газів;
забруднення впускного колектора;
помилки системи керування;
погіршення роботи двигуна.

DPF: як працює сажовий фільтр

DPF затримує значну частину твердих частинок із дизельного вихлопу.

Під час експлуатації сажа накопичується у фільтрі, тому система періодично виконує регенерацію. Її алгоритм залежить від автомобіля.

Для коректної роботи DPF важливі:

справна паливна система;
коректні сигнали датчиків температури та тиску;
справний EGR;
правильна робота турбонаддуву;
відповідна моторна олива;
можливість завершувати передбачені системою цикли регенерації.

Чому DPF швидко заповнюється

Причиною може бути не лише режим коротких поїздок. Потрібно перевіряти:

форсунки;
турбонаддув;
EGR;
датчики диференційного тиску;
датчики температури;
процес згоряння;
витрату моторної оливи;
умови та історію регенерацій.

Високе розрахункове або виміряне заповнення DPF є підставою для діагностики причини, а не лише для спроби примусово очистити фільтр.

SCR та AdBlue

SCR використовується для зниження викидів оксидів азоту в частині дизельних автомобілів.

У систему дозується AdBlue - водний розчин сечовини, з якого в умовах вихлопного тракту утворюються сполуки, що беруть участь у перетворенні NOx переважно на азот і воду.

Для роботи системи важливі:

якість рідини;
справність дозатора;
датчики NOx;
температурний режим;
відсутність критичної кристалізації;
справність електронного керування.

Що означає колір диму з вихлопу

Колір вихлопу може бути корисною діагностичною ознакою, але не є остаточним діагнозом.

Синюватий дим

Часто пов'язаний із потраплянням моторної оливи в процес згоряння.

Можливі причини:

циліндропоршнева група;
маслознімні ковпачки;
турбокомпресор;
система вентиляції картера;
інші джерела потрапляння оливи.

Чорний дим

Може вказувати на надмірне утворення сажі через порушення співвідношення повітря та пального або процесу згоряння.

Перевіряють:

паливну систему;
подачу повітря;
датчики повітря;
турбонаддув;
EGR;
стан фільтрів;
інші параметри конкретного двигуна.

Білий вихлоп

Легка водяна пара після холодного запуску може бути нормальним наслідком конденсації.

Стійкий густий білий вихлоп після прогріву може потребувати перевірки, зокрема системи охолодження, паливної системи та процесу згоряння.

Чому двигун втрачає потужність

Причину потрібно шукати системно.

Можливі групи несправностей:

недостатня подача повітря;
порушення подачі пального;
несправність запалювання;
низька компресія;
порушення фаз газорозподілу;
несправність турбонаддуву;
надмірний опір випуску;
некоректні дані датчиків;
аварійний режим системи керування.

Забруднений DPF або пошкоджений каталізатор є лише одними з можливих причин.

Чому вихлоп став гучним

Перевіряють:

випускний колектор;
прокладки;
гофру;
труби;
резонатор;
глушник;
фланці та хомути;
підвіси системи.

Металевий дзвін усередині системи може бути пов'язаний із механічно пошкодженим внутрішнім елементом, але джерело звуку потрібно локалізувати.

Запах вихлопу в салоні

Цей симптом не слід ігнорувати. Необхідно перевірити герметичність випускної системи, особливо її передньої частини, а також ущільнення кузова та систему вентиляції.

Вихлопні гази можуть містити чадний газ та інші небезпечні компоненти. Якщо запах вихлопу потрапляє в салон, проблему потрібно усунути до нормальної експлуатації автомобіля.

Нестабільний холостий хід і пропуски займання

Можливі причини:

свічки;
котушки;
форсунки;
негерметичний впуск;
неправильний тиск пального;
компресія;
фази газорозподілу;
датчики;
інші порушення процесу згоряння.

Тривалі пропуски займання небезпечні для каталізатора, оскільки незгоріле пальне може потрапляти у випуск і спричиняти надмірне теплове навантаження.

Як правильно діагностувати двигун і вихлоп

Діагностика повинна починатися з фіксації симптомів та умов їх появи.

Зчитати DTC і зберегти супутні дані, якщо вони доступні.
Перевірити фактичні параметри датчиків.
Оцінити паливні корекції для систем, де вони застосовуються.
Перевірити герметичність впуску.
Перевірити герметичність випускної системи.
Оцінити роботу паливної системи.
Перевірити запалювання для бензинового двигуна.
Оцінити компресію або герметичність циліндрів, якщо симптоми цього потребують.
Перевірити турбонаддув і його керування.
Оцінити стан каталізатора, DPF, EGR та SCR відповідно до конструкції автомобіля.

Код несправності не слід використовувати як команду на заміну деталі. Він визначає напрямок подальшої перевірки.

Що може показати діагностичний сканер

Залежно від автомобіля можна аналізувати:

температури;
паливні корекції;
тиск пального;
масову або розрахункову витрату повітря;
тиск наддуву;
сигнали кисневих датчиків;
диференційний тиск DPF;
історію або стан регенерації;
положення EGR;
NOx-параметри;
інші доступні дані.

Електронна діагностика не замінює механічні вимірювання та огляд.

Механічні перевірки двигуна

Залежно від симптомів можуть застосовуватися:

вимірювання компресії;
тест витоку циліндра;
перевірка тиску моторної оливи;
перевірка паливного тиску;
огляд свічок;
ендоскопія;
перевірка фаз газорозподілу;
димогенератор для пошуку негерметичності;
вимірювання параметрів випуску.

Точні процедури та допустимі значення необхідно брати з технічної документації конкретного двигуна.

Обслуговування двигуна

Базове обслуговування має безпосередній вплив на ресурс.

Важливо:

використовувати моторну оливу потрібної специфікації;
замінювати фільтри за регламентом;
контролювати систему охолодження;
використовувати відповідне пальне;
стежити за станом системи запалювання;
не ігнорувати пропуски займання;
усувати витоки оливи та охолоджувальної рідини;
реагувати на зміни шуму, диму та витрати рідин.

Олива для двигунів із DPF і каталізатором

Для частини сучасних двигунів виробник встановлює спеціальні вимоги до складу моторної оливи, зокрема до сульфатної золи, фосфору та сірки.

Необхідність Low SAPS або іншої конкретної специфікації визначається документацією автомобіля.

Не слід підбирати оливу тільки за SAE - однакова в'язкість не означає однакову сумісність із системою післяочищення.

Повітряний фільтр і ресурс двигуна

Повітряний фільтр повинен одночасно забезпечувати достатній потік і затримувати забруднення.

Надмірно забруднений елемент може обмежувати потік повітря, а неякісний або неправильно встановлений - пропускати пил.

Для турбованого двигуна чистота впускного повітря також важлива для компресорної частини турбокомпресора.

Як обслуговувати вихлопну систему

Під час огляду перевіряють:

корозію;
тріщини;
сліди сажі біля негерметичних стиків;
гофру;
фланці;
хомути;
підвіси;
теплові екрани;
проводку датчиків;
механічні пошкодження.

Особливо важливо усувати негерметичність у зоні датчиків, оскільки вона може впливати на результати вимірювання складу вихлопу.

Як правильно підбирати запчастини двигуна та вихлопу

Для точного підбору потрібно враховувати:

VIN;
OE-номер;
код або модифікацію двигуна;
рік випуску;
ринок автомобіля;
екологічне виконання;
тип паливної системи;
тип турбонаддуву;
розташування деталі;
конструктивну ревізію.

Свічки запалювання

Мають відповідати вимогам двигуна за конструкцією, різьбою, довжиною, тепловими характеристиками та іншими параметрами.

Форсунки

Зовні схожа форсунка не обов'язково сумісна. Важливі тип системи, характеристики подачі, електричне виконання, калібрування та OE-відповідність.

Датчики

Лямбда-зонд, датчик тиску, температури або NOx потрібно підбирати за конкретною системою. Невідповідний датчик може фізично встановлюватися, але мати іншу характеристику або інтерфейс.

Каталізатор і DPF

Потрібно враховувати відповідність двигуну, екологічній версії, датчикам, геометрії та пропускній здатності системи.

Гофра, труби та глушники

Мають точно відповідати геометрії, діаметру, фланцям, кріпленням та підвісам. Монтаж системи з механічним напруженням може скоротити ресурс з'єднань.

Типові помилки під час ремонту

заміна лямбда-зонда лише за DTC без перевірки суміші;
заміна каталізатора без пошуку причини його пошкодження;
примусова регенерація DPF без перевірки причин заповнення;
ігнорування пропусків займання;
пошук проблеми турбіни без перевірки впуску й випуску;
підбір деталей тільки за моделлю автомобіля;
використання моторної оливи без потрібного допуску;
ігнорування негерметичності випуску;
спроба усунути механічну несправність присадкою.

Симптоми, які потребують швидкої перевірки

раптове значне падіння потужності;
інтенсивні пропуски займання;
миготіння індикатора несправності двигуна;
сильний дим після прогріву;
різке збільшення витрати моторної оливи;
запах пального або вихлопу в салоні;
сильний металевий шум;
перегрів каталізатора або елементів вихлопу;
аварійний режим разом із критичними симптомами роботи двигуна.

Поширені запитання

Чи означає помилка каталізатора, що його потрібно одразу міняти?

Ні. Потрібно перевірити сам каталізатор і причини, які могли вплинути на його роботу: суміш, пропуски займання, витрату оливи, датчики та герметичність випуску.

Чи означає DTC по лямбда-зонду несправність самого датчика?

Не обов'язково. Причиною можуть бути порушення суміші, негерметичність впуску або випуску, паливна система та інші фактори.

Чому дизельний автомобіль часто регенерує DPF?

Потрібно оцінити фактичне заповнення, режим експлуатації, роботу датчиків, EGR, форсунок, турбіни та процес згоряння. Часті регенерації є симптомом, а не окремим діагнозом.

Чи може забитий каталізатор або DPF зменшити потужність?

Так, значне обмеження потоку вихлопних газів може впливати на роботу двигуна. Але втрату потужності можуть спричиняти й багато інших систем, тому потрібна діагностика.

Чому з вихлопу йде біла пара після холодного запуску?

У холодну погоду водяна пара може бути звичайним результатом конденсації. Якщо густий білий вихлоп не зникає після прогріву або супроводжується іншими симптомами, систему потрібно перевірити.

Чи можна визначити несправність двигуна тільки за кольором диму?

Ні. Колір допомагає сформувати напрямок діагностики, але для висновку потрібні додаткові перевірки.

Товарна група TESMA

Двигун та система вихлопу

Висновок

Двигун і система вихлопу є взаємопов'язаним комплексом. Якість згоряння впливає на каталізатор, DPF та датчики, а стан випускної системи може впливати на потужність, турбонаддув і роботу електронного керування.

Найважливіший принцип діагностики - не замінювати деталь лише за кодом помилки або одним симптомом. Спочатку потрібно визначити, чи правильно двигун отримує повітря і пальне, чи має достатню компресію, чи коректно відбувається займання, чи справний турбонаддув і чи може вихлоп вільно проходити через систему післяочищення.