Układ wydechowy jest kluczowym elementem każdej maszyny spalinowej, a w przypadku koparek JCB pełni szereg istotnych funkcji. Nie ogranicza się on jedynie do odprowadzania spalin powstałych w wyniku spalania paliwa w silniku, co jest niezwykle ważne ze względu na ich szkodliwość dla zdrowia. Jest to rozbudowany system, który aktywnie wpływa na pracę silnika, redukuje poziom generowanego hałasu oraz oczyszcza spaliny ze szkodliwych substancji. Niesprawny układ wydechowy może prowadzić do spadku mocy, zwiększonego zużycia paliwa, a nawet przegrzewania się silnika.
Dla maszyn JCB, takich jak koparki kołowe i gąsienicowe JS, koparko-ładowarki 2CX, 3CX, 4CX, ładowarki teleskopowe 531 oraz minikoparki 801, 802, 804, 8050, 8060, dostępne są części oryginalne, OEM oraz wysokiej jakości zamienniki, w tym kolektory, tłumiki/rury wydechowe oraz uszczelnienia. Wszystkie te elementy są wykonane z materiałów zapewniających bezpieczniejsze, łatwiejsze i dłuższe korzystanie z maszyn budowlanych JCB.
Budowa Układu Wydechowego
Ze względu na ważne zadanie, jakie spełnia układ wydechowy, jego części oraz ich parametry powinny być dobierane indywidualnie do konkretnego modelu maszyny. Mimo indywidualnego wyboru można wyróżnić elementy obowiązkowe, które będą różnić się między sobą jedynie parametrami i wyglądem.
Kolektor Wydechowy
Pierwszą częścią układu wydechowego jest kolektor wydechowy, przymocowany bezpośrednio do bloku silnika. Jego zadaniem jest odbieranie spalin z sąsiadujących ze sobą cylindrów silnika, a następnie doprowadzenie ich do wspólnego wylotu, który łączy się z następnymi elementami układu wydechowego lub z turbosprężarką układu doładowania.
Sonda Lambda
W kolektorze wydechowym często znajduje się również sonda lambda, odpowiedzialna za badanie składu spalin. Na podstawie wyników tych badań komputer sterujący pracą silnika dobiera odpowiednie proporcje mieszanki paliwowo-powietrznej.
Sonda lambda to detektor umieszczony w układzie wydechowym pomiędzy silnikiem a katalizatorem, najczęściej wyposażony w cyrkonowy czujnik zawierający elektrolit w stanie stałym, stanowiący główną część pomiarową. W skład sondy wchodzą dwie platynowe płytki, pełniące funkcję katalizatora spalin. Jedna płytka ma bezpośredni kontakt ze spalinami, a druga z otaczającym powietrzem atmosferycznym. Ceramiczna obudowa z dwutlenku cyrkonu chroni cały element przed zanieczyszczeniami, a dodatkowo w sondzie znajduje się grzałka.
Zasadniczym zadaniem sondy lambda jest utrzymanie odpowiednich proporcji mieszanki paliwa i powietrza, spalanej w cylindrach silnika. Optymalny stosunek to 14,7 jednostki powietrza na jednostkę paliwa. W przypadku wykrycia nieprawidłowych proporcji, sonda lambda przesyła informacje za pomocą przewodu do modułu sterującego pracą silnika, działając efektywnie nawet w trudnych warunkach.
Katalizator
Kolejną częścią układu wydechowego jest katalizator, w którym zachodzą reakcje chemiczne (katalityczne) prowadzące do redukcji szkodliwych związków zawartych w spalinach, co jest jego głównym zadaniem.
Tłumik Dźwięku
Tłumik dźwięku ma za zadanie tłumić hałas powstały w trakcie pracy silnika. Z zewnątrz można go pomylić z katalizatorem, ponieważ jest to również metalowa puszka, z tą jednak różnicą, że znajduje się dalej od silnika oraz różni się budową wewnętrzną.
Wewnętrzne elementy tłumika to:
- Włókno szklane lub sylikatowe: Rodzaj wypełnienia wykonanego z cienkich i ciągłych włókien szklanych. Jego główną funkcją jest zapobieganie wydmuchiwaniu poprzez perforacje. Charakteryzuje się doskonałymi właściwościami pochłaniania dźwięków oraz wysoką odpornością na ekstremalne temperatury i niekorzystne warunki chemiczne, absorbując energię dźwiękową.
- Rura perforowana: Element o strukturze rurkowej, posiadający otwory perforacyjne. Te perforacje umożliwiają kierowanie dźwięku do materiału absorbującego wewnątrz tłumika, gdzie może być pochłonięty i rozproszony, zmniejszając hałas.
- Wata stalowa nierdzewna: Materiał absorbujący dźwięki, składający się z ciągłych, cienkich włókien stalowych spiętych ze sobą w formie welonu. Wykorzystywana jest do zabezpieczenia materiału absorbującego przed wydmuchiwaniem przez perforacje. Charakteryzuje się trwałością oraz odpornością na korozję.
Filtr Cząstek Stałych (DPF/FAP/GPF)
Ze względu na wprowadzanie coraz bardziej restrykcyjnych norm emisji spalin, same katalizatory przestały wystarczać. Aby spełnić wysokie wymagania, wprowadzono filtr cząsteczek stałych, najczęściej oznaczany skrótem DPF, FAP lub GPF. Główną funkcją filtra jest filtrowanie i zatrzymywanie cząstek stałych, czyli małych drobin sadzy, a także wypalanie tych cząstek wewnątrz filtra w celu ich neutralizacji i samoregeneracji. Jest to proces niezbędny, bez którego drastycznie zmniejszyłaby się żywotność filtra, ponieważ mogłoby dojść do zatkania się kanalików wychwytujących cząsteczki sadzy.
Filtr DPF jest odpowiedzialny za ograniczenie ilości wydobywających się z rury wydechowej cząstek stałych w pojazdach z silnikiem wysokoprężnym. Działa poprzez zatrzymywanie sadzy powstałej podczas spalania oleju napędowego, co zapobiega przedostawaniu się tych cząstek do atmosfery.
Filtr DPF składa się z porowatych materiałów ceramicznych i metalowych, z niewielkimi perforacjami umożliwiającymi skuteczne zatrzymywanie sadzy, tlenku węgla i niespalonych węglowodorów. W celu prawidłowego działania, filtr jest wyposażony w czujniki ciśnienia i temperatury, a także szerokopasmową sondę lambda, które przekazują informacje do sterownika silnika. Sterownik ten reguluje poziom nasycenia filtra i kontroluje proces regeneracji.
Katalizator SCR
Z czasem normy emisji spalin zostały zaostrzone jeszcze bardziej, przez co również filtry cząsteczek stałych stały się niewystarczające. Z tego powodu do układu wydechowego dodano katalizator SCR (selektywna redukcja katalityczna). Jest to szczelna metalowa puszka z wtryskiem płynu DEF/AdBlue, który jest roztworem mocznika. Po wprowadzeniu do katalizatora SCR płyn wchodzi ze spalinami w reakcję chemiczną, podczas której redukowane są szkodliwe tlenki azotu. Do prawidłowej pracy katalizator ten potrzebuje jeszcze odczytów pomiarów z czujnika temperatury spalin i czujnika azotu NOx.
Elementy Łączące i Mocujące
Poszczególne elementy układu wydechowego połączone są ze sobą odpowiednio wyprofilowanymi rurami oraz łącznikami elastycznymi. Połączenia elastyczne są niezbędne, ponieważ silnik podczas pracy drga, co uniemożliwia sztywne połączenie.
Z tego samego powodu również układ wydechowy połączony jest z samochodem elastycznymi wieszakami. Dzięki takiemu połączeniu drgania od układu nie są przenoszone na nadwozie.
Normy Emisji i Hałasu
Normy emisji wymuszają na producentach maszyn szukanie coraz to nowszych i skuteczniejszych sposobów ograniczenia emisji tlenków azotu, węglowodorów, tlenków węgla i cząsteczek stałych do atmosfery. Normy emisji spalin to maksymalne wartości szkodliwych substancji zawartych w spalinach, jakie mogą emitować nowe maszyny na każdy przejechany kilometr. Wartości norm emisji spalin stają się coraz bardziej rygorystyczne oraz różnią się w zależności od stosowanego paliwa. Z tego właśnie powodu producenci byli zmuszeni zastosować w układach wydechowych katalizatory, następnie filtry cząsteczek stałych oraz katalizatory SCR, lecz z pewnością nie są to ostatnie modyfikacje. Innym zadaniem wprowadzenia norm emisji spalin jest zredukowanie liczby starych pojazdów, ponieważ to one są uważane za największą grupę producentów szkodliwych związków zawartych w spalinach.
Również i emisja hałasu została ograniczona poprzez wprowadzenie norm regulujących poziom natężenia dźwięku generowanego przez maszyny. Tutaj również, podobnie jak w przypadku emisji spalin, określony jest maksymalny poziom natężenia dźwięku, jaki może generować pojazd. Wartości te różnią się w zależności od rodzaju pojazdu i rodzaju stosowanego paliwa.
Pomiar Emisji Spalin i Hałasu
Kontrola emisji spalin na stacjach diagnostycznych ma na celu sprawdzanie przestrzegania norm europejskich. Dzięki analizie składu spalin można również sprawdzić stan techniczny silnika, co czyni ją ważną częścią badań okresowych. Ze względu na różną budowę i skład chemiczny spalin, pomiar emisji oraz urządzenia pomiarowe są inne w przypadku silników benzynowych, a jeszcze inne w przypadku silników wysokoprężnych.
Pomiar Emisji Spalin Silników Benzynowych
Pomiar emisji spalin emitowanych przez silniki benzynowe jest wykonywany precyzyjnymi analizatorami spalin, umożliwiającymi zmierzenie ilości tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO2), tlenu (O2), węglowodorów (CH) oraz współczynnika lambda (λ), który oznacza skład mieszanki paliwowo-powietrznej. Mimo tak dużych możliwości, podczas kontroli bierze się pod uwagę głównie zawartość tlenku węgla oraz współczynnik lambda.
Przed pomiarem należy sprawdzić kompletność i szczelność całego układu dolotowego i wydechowego. Następnie silnik musi być nagrzany do normalnej temperatury pracy. Po przygotowaniu analizatora spalin zgodnie z zaleceniami producenta, sonda analizatora spalin jest wprowadzana bezpośrednio do rury wydechowej na głębokość 30 cm dla silników czterosuwowych i 75 cm dla silników dwusuwowych. Jeśli konstrukcja to uniemożliwia, można szczelnie przedłużyć końcówkę układu wydechowego.
Pomiary na początku wykonuje się przy podwyższonej prędkości obrotowej silnika (2000-3000 obr./min.), a następnie należy zmniejszyć prędkość do prędkości obrotowej biegu jałowego. Pomiary te powinny być przeprowadzane bezpośrednio po sobie, jednak odczyt wyników pomiarów przy prędkości biegu jałowego może być dokonywany dopiero po ustabilizowaniu się wskazań urządzenia pomiarowego. Pomiary współczynnika lambda należy przeprowadzać przy podwyższonej prędkości obrotowej silnika, chyba że zalecenia producenta mówią inaczej. Uzyskane wyniki pomiarów należy porównać z wymaganiami producenta pojazdu lub, w przypadku braku tych danych, z wartościami ogólnymi. Wartości te mogą się różnić w zależności od rodzaju pojazdu i daty jego pierwszej rejestracji.
Kluczowe parametry mierzone podczas kontroli emisji spalin to:
- CO (tlenek węgla): Wskazuje ilość tlenku węgla w spalinach.
- CO2 (dwutlenek węgla): Miara ilości dwutlenku węgla w spalinach.
- CH (węglowodory): Wskazuje ilość węglowodorów w spalinach.
- O2 (tlen): Ilość tlenu w spalinach jest ważna dla oceny proporcji paliwa i powietrza.
- λ (współczynnik równoważności powietrza-paliwa): Odnosi się do stosunku ilości tlenu do ilości paliwa w mieszance spalin.
- AFR (stosunek powietrza do paliwa): Inna miara proporcji powietrza do paliwa w mieszance spalin.
Pomiar Zadymienia Spalin Silników Wysokoprężnych
W przypadku silników wysokoprężnych procedura pomiarowa jest nieco inna. Pierwszą różnicą jest urządzenie pomiarowe - do pomiarów używa się dymomierza, pozwalającego zmierzyć stopień zaczernienia. Jest to ważna funkcja ze względu na fakt, że w składzie spalin silników wysokoprężnych najgroźniejsze są cząsteczki stałe.
Procedurę pomiarową rozpoczyna się - podobnie jak w przypadku silników benzynowych - od sprawdzenia szczelności układu wydechowego, ustawienia drążka zmiany biegów w pozycji neutralnej, włączenia hamulca postojowego i rozgrzania silnika do normalnej temperatury pracy. Następnie należy przedmuchać układ wydechowy przez podwyższenie prędkości obrotowej silnika i utrzymanie jej przez około minutę.
Po takim przygotowaniu można wprowadzić sondę pomiarową na głębokość równą co najmniej trzem średnicom wewnętrznym rury wydechowej, a jeśli jest to niemożliwe, można szczelnie przedłużyć końcówkę układu wydechowego. Należy pamiętać o tym, aby sondę pomiarową ustawiać w miarę możliwości centrycznie. Po wykonaniu wszystkich czynności można przystąpić do wykonania pomiaru.
Przy pracy silnika na biegu jałowym należy szybko, ale nie gwałtownie przyśpieszyć do momentu, w którym uzyska się pełny wydatek pompy wtryskowej. Należy utrzymać ten stan do czasu uzyskania maksymalnej prędkości obrotowej i zadziałania regulatora obrotów. Po tym etapie należy puścić pedał gazu i czekać do powrotu odpowiednich wskazań wartości na dymomierzu. Czynności te wykonuje się minimum trzy razy w odstępie około 15 sekund. Za wyniki pomiaru można uznać średnią arytmetyczną wartości trzech występujących po sobie pomiarów, nieróżniących się od siebie o więcej niż 50 m-1 (współczynnik pochłaniania światła K) i nietworzących sekwencji malejącej.
Pomiar Natężenia Dźwięku Generowanego Przez Układ Wydechowy
Hałas w pojazdach generowany jest przez wiele czynników, a jednym z nich jest układ wydechowy. Pomiar hałasu jest bardzo ważny, ponieważ przekroczenie wartości granicznych tego parametru może zakończyć się mandatem. Jeśli chodzi o sam pomiar, to przebiega podobnie w przypadku różnych rodzajów silników, a jedynie odmienne są parametry maksymalne, jakie może generować dany pojazd.
Do pomiaru hałasu służy sonometr, a sam pomiar jest bardzo prosty. Po przygotowaniu urządzenia pomiarowego zgodnie z zaleceniami producenta należy je ustawić w odległości około 0,5 m pod kątem 45° od zakończenia układu wydechowego. Następnie należy podnieść prędkość obrotową silnika do około 4000 obr./min. i rozpocząć pomiar. Czynność tę należy powtórzyć minimum 3 razy.
tags: #ukladwydechowy #koparka #jcb