Układ wydechowy do ciężarówek, autobusów i samochodów dostawczych MAN / Mercedes

Układ wydechowy w ciężarówce, autobusie lub pojeździe dostawczym MAN albo Mercedes to znacznie więcej niż tylko odprowadzenie spalin z silnika. Układ wydechowy odpowiada za bezpieczne odprowadzenie spalin, tłumienie hałasu oraz ograniczenie szkodliwych emisji, przy jednoczesnym utrzymaniu wydajnej pracy silnika. Odgrywa kluczową rolę w osiągach jednostki napędowej i ogólnej niezawodności pojazdu. W nowoczesnych pojazdach układ wydechowy jest technicznie złożony i ściśle powiązany ze sterowaniem silnika oraz elektronicznym monitoringiem. Ze względu na wysokie temperatury, różnice ciśnień i intensywną eksploatację zużycie jest nieuniknione. W Braem znajdziesz szeroki asortyment części wydechowych, dzięki którym naprawy mogą być wykonane prawidłowo, trwale i zgodnie z profesjonalnymi standardami.

Funkcja układu wydechowego w pojeździe

Przez kolektor wydechowy i turbosprężarkę spaliny z silnika są odprowadzane na zewnątrz, z dala od kabiny i podwozia. W tym celu turbosprężarka jest połączona z tłumikiem/tłumikami za pomocą rur wydechowych oraz elastycznych łączników wydechu. Tłumik wydechu absorbuje i ogranicza hałas. Hałas ten powstaje w wyniku impulsów ciśnienia spowodowanych suwami spalania silnika, gdy otwierają się zawory wydechowe i spaliny pulsacyjnie wypływają z silnika. Tłumik zamienia tę energię na ciepło. Układ wydechowy ogranicza ilość szkodliwych substancji trafiających do atmosfery. Odbywa się to poprzez wychwytywanie sadzy za pomocą filtra cząstek stałych, zwanego również Diesel Particulate Filter (DPF). Toksyczne gazy są w katalizatorze przekształcane w mniej szkodliwe substancje. Tlenki azotu są rozkładane z użyciem AdBlue w układzie SCR (Selective Catalytic Reduction).

Współpraca z silnikiem

Układ wydechowy, połączony z silnikiem, wytwarza przeciwciśnienie i opór, dzięki czemu spaliny mogą być odprowadzane w kontrolowany sposób. Dzięki temu silnik pracuje wydajnie bez utraty mocy. Bez przeciwciśnienia spaliny byłyby usuwane z silnika zbyt szybko i w sposób niekontrolowany. Skutkuje to gorszym spalaniem, a turbosprężarka nie pracuje optymalnie. Przeciwciśnienie sprawia, że ciśnienie w cylindrach pozostaje wyższe pod koniec spalania, co pomaga poprawić emisję i sprawność. Z kolei zbyt wysokie przeciwciśnienie powoduje przeciążenie silnika, przez co wzrasta zużycie paliwa. Zwiększa się też produkcja sadzy.

Najważniejsze elementy układu wydechowego i zarządzania silnikiem, aby spełnić normę Euro

Norma Euro to europejski standard środowiskowy określający, ile szkodliwych substancji pojazd może maksymalnie emitować do atmosfery. Normy Euro są stale zaostrzane, ponieważ coraz bardziej zdecydowanie przeciwdziała się zanieczyszczeniu powietrza oraz wpływowi pojazdów na zdrowie i klimat. Niektóre miasta tworzą strefy ekologiczne. Aby do nich wjechać, pojazd musi spełniać określoną normę Euro.

Jak można spełnić tę normę Euro:

• Kolektor wydechowy i turbosprężarka zbierają spaliny z silnika i kierują je do układu oczyszczania spalin.
• Katalizator, nazywany również Diesel Oxidation Catalyst (DOC), przekształca tlenek węgla (CO) i niespalone węglowodory (HC) w CO2 oraz wodę i wspomaga regenerację filtra cząstek stałych.
• Filtr cząstek stałych (DPF) wychwytuje cząstki sadzy i spala je podczas regeneracji.
• Układ AdBlue wtryskuje roztwór mocznika do strumienia spalin, dzięki czemu redukowana jest emisja tlenków azotu (NOx).
• Układ SCR (Selective Catalytic Catalyst) przekształca NOx w azot (N2) i wodę (H2O) z wykorzystaniem AdBlue.
• Układ ASC (Ammonia Slip Catalyst) wychwytuje nadmiar AdBlue, aby nie trafił do atmosfery.
• Pojazd zaprojektowany zgodnie z określoną normą Euro musi podczas pracy spełniać tę normę. Zarządzanie silnikiem zapewnia współpracę silnika i układu wydechowego, dzięki czemu norma Euro jest zagwarantowana. Czujniki silnika oraz czujniki układu oczyszczania spalin mierzą wielkości fizyczne i przekształcają je w sygnały elektryczne, które są przesyłane wiązkami przewodów do sterownika silnika, zwanego również ECU (Engine Control Unit). ECU przetwarza wszystkie dane pomiarowe z czujników i wykorzystuje je do sterowania silnikiem oraz układem oczyszczania spalin (= zarządzanie silnikiem). Przekształca uzyskane sygnały elektryczne na wartości pomiarowe, które są porównywane z wartościami referencyjnymi niezbędnymi do spełnienia normy Euro.
• W przypadku odchyleń ECU steruje systemami współpracującymi tak, aby wartości pomiarowe ponownie odpowiadały wartościom referencyjnym.

Połączenia elastyczne i punkty mocowania

Silnik porusza się podczas jazdy na skutek uruchamiania i zatrzymywania, przyspieszania i hamowania. Silnik jest zamocowany w podwoziu za pomocą silentbloków. Tłumik wydechu jest również zamocowany do podwozia, dlatego także podlega ruchom podczas jazdy. Ruchy silnika i ruchy tłumika są różne. Elastyczny łącznik wydechu montuje się pomiędzy silnikiem a tłumikiem, aby kompensować różnice w ruchu. Łącznik elastyczny kompensuje też zmiany długości rur wydechowych wynikające z rozszerzalności cieplnej. Dodatkowo zapobiega rozchodzeniu się drgań silnika w całym układzie wydechowym i do kabiny. Chroni przed powstawaniem dużych sił na turbosprężarce i kolektorze wydechowym. Tłumik nie jest mocowany bezpośrednio, lecz do podwozia poprzez silentbloki. Zapewnia to izolację drgań i zapobiega tarciu metal o metal, dzięki czemu unika się szybkiego zużycia elementów wydechu.

Typowe zużycie i rozpoznawalne objawy

Elastyczny łącznik wydechu podczas jazdy stale pracuje, aby kompensować różnice w ruchu. Ruchy te nasilają się, gdy zużyte są poduszki silnika. Wtedy łącznik pęka, gdy jest zużyty. Gorące spaliny z silnika powodują, że rury wydechowe podlegają odkształceniom termicznym i mogą się deformować. Przez to przestają idealnie do siebie pasować, co prowadzi do nieszczelności. Na skutek warunków atmosferycznych elementy rdzewieją i mogą powstawać pęknięcia oraz dziury. Woda deszczowa dostaje się wówczas do układu wydechowego i powoduje reakcję chemiczną. Siarka pochodząca z paliwa w reakcji z wodą przekształca się w kwas siarkowy, co powoduje korozję wewnętrzną. Tlenki azotu (NOx) reagują z parą wodną, tworząc kwas azotowy (HNO3). Kwas ten atakuje stal, spoiny oraz czujniki. W rezultacie pojazd wydaje syczący dźwięk podczas przyspieszania. Spaliny opuszczają układ wydechowy w komorze silnika. Pojawiają się drgania. Przeciwciśnienie staje się zbyt niskie i powoduje nieprawidłową pracę turbosprężarki. Wiele krótkich tras, słaba regeneracja, problemy z wtryskiwaczami oraz zużycie oleju przez silnik sprawiają, że Filtr cząstek stałych jest wypełniony sadzą i popiołem. DPF może się stopić lub wypalić. Powstają pęknięcia wewnętrzne. Silnik traci moc lub przechodzi w tryb awaryjny. Rośnie zużycie paliwa i pojawiają się kody błędów na zestawie wskaźników.

Działanie układu AdBlue i sygnały wskazujące na problemy

AdBlue jest dodawane do spalin w celu redukcji emisji tlenków azotu (NOx). AdBlue to mieszanina mocznika i wody demineralizowanej. Nie jest palne ani toksyczne, ale jest korozyjne dla niektórych metali i krystalizuje podczas wysychania. AdBlue jest magazynowane w zbiorniku AdBlue i dozowane przez pompę AdBlue do wtryskiwacza AdBlue. Wtryskiwacz jest zamontowany w rurze wydechowej za filtrem cząstek stałych i rozpyla AdBlue w gorących spalinach. Pod wpływem temperatury mocznik rozkłada się do amoniaku (NH3) i CO2. W katalizatorze SCR amoniak reaguje z tlenkami azotu (NOx), w wyniku czego powstaje azot (N2) i woda (H2O). Są to nieszkodliwe substancje, które po prostu trafiają do powietrza. Czujnik NOx mierzy, ile tlenków azotu (NO i NO₂) znajduje się w spalinach.

Pomiar ten odbywa się w sposób ciągły podczas jazdy i jest kluczowy dla prawidłowego działania systemu emisji Euro 6 (SCR z AdBlue). Sterownik silnika (ECU) wykorzystuje wartość NOx, aby określić, ile AdBlue należy wtrysnąć. Gdy wartość NOx jest zbyt wysoka, trzeba wtrysnąć więcej AdBlue. Gdy zostanie wtryśnięte zbyt dużo AdBlue, pojawia się zjawisko „ammonia slip”. Oznacza to, że amoniak (NH₃) przechodzi przez katalizator SCR niewykorzystany i wydostaje się na zewnątrz wraz ze spalinami, zamiast w pełni zareagować z tlenkami azotu. Nadmiar amoniaku powoduje, że katalizator SCR nie jest w stanie go przetworzyć. W silnikach Euro 6 montuje się dwa czujniki NOx. Jeden jest zamontowany przed katalizatorem SCR i mierzy, ile tlenków azotu trafia do katalizatora. Drugi jest zamontowany za katalizatorem SCR i mierzy, ile tlenków azotu wychodzi z katalizatora. ECU porównuje te wartości, aby sprawdzić, czy SCR rzeczywiście rozkłada NOx. Niesprawny układ AdBlue aktywuje kontrolkę usterki w kabinie, dzięki czemu kierowca jest informowany, a problem można rozpoznać po silnym zapachu wynikającym z nieprzetworzonego amoniaku.

Znaczenie terminowej naprawy lub wymiany elementów AdBlue

Niesprawny układ AdBlue powoduje, że silnik nie spełnia wymaganej normy Euro. Pojazd, który nie spełnia normy, emituje więcej zanieczyszczeń niż dozwolone i przekracza limity prawne. Używanie zbyt emisyjnego pojazdu jest karalne i skutkuje negatywnym wynikiem badania technicznego. Otrzymuje zakaz jazdy. Przy nieprawidłowym działaniu AdBlue pojazd przechodzi w tryb awaryjny. ECU przełącza silnik w tryb awaryjny (ograniczenie mocy), aby ograniczyć emisje, zapobiec uszkodzeniom silnika, zapewnić bezpieczeństwo i wymusić zgodność z przepisami. W skrajnym przypadku po odliczaniu może nastąpić blokada rozruchu. Oznacza to, że pojazd nie będzie mógł się uruchomić, jeśli określona usterka nie zostanie usunięta w danym czasie lub w określonym dystansie.

Skutki i przyczyny podwyższonego przeciwciśnienia dla silnika

Przeciwciśnienie układu wydechowego względem silnika jest konieczne do prawidłowej pracy silnika. Jednak zbyt wysokie przeciwciśnienie powoduje bezpośrednie skutki, takie jak spadek mocy, słabe przyspieszanie i „dławienie” silnika przy wysokich obrotach. Powoduje wyższe temperatury spalin, przez co zawory wydechowe zamontowane w głowicy cylindrów mogą się wypalać. W najgorszym przypadku głowica ulega odkształceniu. Turbosprężarka zużywa się szybciej. Powstają uszkodzenia uszczelek, przez co nie można już zagwarantować szczelności. Zbyt wysokie przeciwciśnienie powoduje słabe przepłukanie cylindrów. Gazy spalinowe nie są optymalnie usuwane, przez co spada napełnienie tlenem. Dochodzi do niepełnego spalania, co oznacza więcej sadzy i nagaru. Układ EGR jest przeciążony. Podwyższone przeciwciśnienie przed silnikiem (przeciwciśnienie wydechu) powstaje, gdy spaliny nie mogą swobodnie odpływać. Najczęściej jest to skutek zatkania w układzie wydechowym. Katalizator może być stopiony, Filtr cząstek stałych może być zapchany, elastyczny łącznik wydechu może być zapadnięty, a w rurze wydechowej może znajdować się wgniecenie. Źle pracujący silnik wskutek niesprawnych wtryskiwaczy może powodować, że mieszanka paliwowa spala się źle lub niecałkowicie. To zwiększa produkcję sadzy i prowadzi do zapychania układu wydechowego.

Naprawa, wymiana lub czyszczenie elementów układu wydechowego

Pęknięte elastyczne łączniki wydechu lub rury wydechowe należy wymienić. Podczas spawania elementów wydechu zachodzi szereg procesów technicznych, metalurgicznych i praktycznych, które są istotne dla pracy i trwałości układu wydechowego oraz silnika. Wydech jest miejscowo silnie nagrzewany. Materiał rozszerza się podczas spawania i kurczy podczas chłodzenia, przez co elementy ulegają odkształceniu. Prawidłowa szczelność elementów wydechu nie jest już gwarantowana, przez co spaliny opuszczają układ w niewłaściwym miejscu. Elementy wykonane ze stali nierdzewnej tracą wskutek spawania odporność na korozję. Filtr cząstek stałych (DPF) może być nadmiernie nasycony sadzą i popiołem, przez co regeneracja z poziomu pojazdu nie jest już możliwa. Filtry te w ciężarówkach spełniających normę Euro 6 można zdemontować. Można je czyścić w maszynie za pomocą impulsów sprężonego powietrza, dzięki czemu popiół jest wydmuchiwany z porów. Można je również czyścić termicznie, w wyniku czego sadza spala się do popiołu. Katalizatora nie da się naprawić i w przypadku uszkodzeń wewnętrznych należy go wymienić.

Układy wydechowe dopasowane do sposobu użytkowania pojazdu

W ciężarówkach zazwyczaj występują trzy możliwe zakończenia wydechu. Wybór zależy od zastosowania, typu pojazdu i otoczenia. Boczne zakończenie wydechu (side-exit) stosuje się w pojazdach dystrybucyjnych do miasta i jest mniej wrażliwe na wiatr. Wydech wyprowadzony do góry (stack/vertical) stosuje się w ciężarówkach pracujących w terenie. Gazy są odprowadzane ponad kabinę, co zmniejsza uciążliwość dla kierowcy i współpracowników na budowie. Zakończenie wydechu do tyłu (rear-exit) jest stosowane głównie w pojazdach z krótkim rozstawem osi.

Praktyczne wskazówki z doświadczenia

Wyłącz silnik i pozwól, aby silnik oraz układ wydechowy ostygły, aby mechanik się nie poparzył. Zalecane jest noszenie rękawic i okularów ochronnych. Odczytaj kody błędów przez komputer pokładowy lub przez urządzenie diagnostyczne podłączone do złącza OBD (On Board Diagnostics). Sprawdź różnicę ciśnień na filtrze cząstek stałych (DPF). Sprawdź prawidłowe działanie sond lambda i czujników NOx. Sprawdź pojazd pod kątem lampek alarmowych i kontrolek usterek na zestawie wskaźników. Wykonaj kontrolę wzrokową. Sprawdź elastyczne łączniki wydechu, rury wydechowe oraz tłumiki pod kątem rdzy, pęknięć i luźnych spoin. Sprawdź punkty zawieszenia i wymagane gumy. W razie potrzeby zleć czyszczenie filtra cząstek stałych. Sprawdź układ AdBlue. AdBlue nie jest toksyczne, ale jest korozyjne. Dlatego także tutaj używaj rękawic i okularów ochronnych. Unikaj kontaktu AdBlue z lakierem i powierzchniami metalowymi. Powoduje plamy i korozję. Zapewnij dobrą wentylację warsztatu podczas napełniania lub czyszczenia. Wymień filtr AdBlue. Sprawdź układ pod kątem zatorów. AdBlue krystalizuje, gdy woda odparowuje, co powoduje powstawanie zatorów. AdBlue może zamarzać w temperaturach poniżej -11°C. Podsumowując: AdBlue krystalizuje, gdy woda odparowuje, a mocznik pozostaje jako białe kryształy, najczęściej wokół zbiornika, przewodów lub wtryskiwaczy. Zamontuj nowe lub naprawione elementy w prawidłowy sposób. Podłącz czujniki i zawory. W razie potrzeby przeprogramuj, aby kody błędów zniknęły. Uruchom silnik do temperatury roboczej i sprawdź układ wydechowy pod kątem dymu lub nieszczelności.

Wartość dodana Braem w zakresie części wydechowych

Braem dysponuje dużym zapasem części wydechowych do ciężarówek, autobusów i pojazdów dostawczych MAN oraz Mercedes. Dzięki szybkiej dostawie i wiedzy technicznej naprawy mogą być wykonywane sprawnie.

Klienci wybierają Braem ze względu na:

• Wysoką jakość dzięki skutecznej kontroli jakości
• Braem dysponuje niezbędnym sprzętem do regeneracji filtrów DPF
• Wsparcie techniczne przy demontażu i montażu
• Szybką dostawę w Europie i poza nią
• Przejrzyste warunki gwarancji i zwrotów

Prawidłowo działający układ wydechowy jest niezbędny dla osiągów, niezawodności i zgodności z normami emisji. Dzięki odpowiednim częściom i wiedzy pojazd pozostaje optymalnie gotowy do pracy.