Olrait.ru

Система выброса выхлопных газов

Усовершенствование системы выпуска

Конструкция выпускной системы играет заметную роль при увеличении мощности двигателя. Под выпускной системой понимается весь выпускной тракт от выпускного канала до конца выпускной трубы. Любое сопротивлению потоку отработавших газов на этом пути уменьшает мощность и экономичность двигателя, так как обратное давление в выпускной системе создает сопротивление поршню в такте выпуска.

Поток выхлопных газов начинается у выпускного клапана и конструкция выпускного канала должна обеспечивать минимальное сопротивление и соответствующую скорость, необходимые для удаления отработавших газов в момент перекрытия клапанов. Доработка выпускного канала в головке блока цилиндров для улучшения характеристик системы выпуска производится аналогично обработке впускных каналов ГБЦ и рассмотрена в разделе «Улучшение наполнения цилиндров бензовоздушной смесью». Для улучшения характеристик выпускных каналов в ГБЦ целесообразно удалить излишки металла из областей максимальной скорости, не опуская при этом чрезмерно нижнюю часть канала, удалить выступы около седел клапанов, уменьшить размеры выступающей части направляющих втулок клапанов, установить бронзовые направляющие втулки и обеспечить хорошее прилегание клапанов.

Улучшить очистку камеры сгорания от выхлопных газов также возможно установкой выпускных клапанов большего диаметра. Однако при этом необходимо соблюдать определенную пропорцию. Многочисленные эксперименты показали, что при применении в головке блока цилиндров клапанов больших размеров оптимальный поток через выпускной клапан должен составлять примерно 75% от потока через впускной клапан [19]. Если двигатель оснащен турбонаддувом или системой впрыска окиси азота, это соотношение увеличивается до величины 90%.

В любом случае к усовершенствованию системы выпуска отработавших газов целесообразно приступать лишь после того, как использованы остальные методы увеличения мощности двигателя. Стандартная система выпуска обычного двигателя в большинстве случаев обеспечивает достаточную эффективность очистки цилиндров и как правило имеет значительный запас производительности. При умеренной форсировке двигателя этого запаса бывает вполне достаточно для нормальной очистки камеры сгорания от выхлопных газов. Если система выпуска обеспечивает достаточную очистку камеры сгорания, то ее дальнейшее улучшение не приведет к сколько-нибудь заметному улучшению мощностных характеристик. Поэтому прежде, чем приступать к работам по системе выпуска, следует оценить ее целесообразность. Для этого измеряется обратное давление выпускных газов в разных точках выпускного тракта, что позволяет определить необходимость усовершенствования его тех или иных звеньев. Для этого перед резонатором (или перед катализатором, если он установлен) и перед глушителем в выпускных трубах ввариваются отборочные штуцеры для отбора выхлопных газов. Целесообразно использовать штуцеры с резьбой и формой канала аналогичные штуцерам тормозных трубок. После завершения измерений в штуцеры завинчиваются пробки-заглушки. Эти пробки желательно изготовить из латуни, чтобы обеспечить их свободное отворачивание в процессе эксплуатации. Для измерений в штуцер заворачивается тормозная трубка длиной 400-500 мм, которая будет рассеивать избыточное тепло. На обратный конец трубки надевается резиновый шланг, с другой стороны подсоединяемый к манометру с диапазоном измерений до 1 кг/с м³ . Необходимо следить, чтобы шланг не касался деталей выпускной системы.

Обратное давление измеряется при разгоне автомобиля с полностью открытой дроссельной заслонкой. Давление по манометру определяют во время разгона при росте оборотов и записывают эти значения при разных значениях оборотов. Если значения обратного давления при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой превышают 0,35 кг/с м³ в какой-либо области оборотов, то выпускная система нуждается в доработке [19].

Для усовершенствования выпускной системы проводят изменение конструкции и формы выпускных труб и замену глушителей. Каждый изгиб выпускной трубы увеличивает обратное давление и таким образом уменьшает мощность двигателя. Для снижения этого эффекта в местах сгибов желательно использовать трубы большего диаметра. Радиусы изгибов следует выполнять также как можно большими. Любые внутренние неровности в трубах также увеличивают обратное давление.

Немаловажное значение имеет имеет конструкция выпускного коллектора. Импульсы выпуска из разных цилиндров, взаимодействуя с потоком выхлопных газов, образуют сложную динамическую структуру. Движущаяся масса газов имеет значительную инерцию. Эта инерция при правильной настройке выпускного коллектора втягивает дополнительную топливовоздушную смесь через открытые впускные и выпускные клапаны при перекрытии клапанов. Кроме этого, когда происходит выброс порции отработавших газов из системы, образуется ударная волна, также позволяющая втянуть дополнительную порцию топливовоздушной смеси в момент перекрытия клапанов. Когда выпускной клапан открывается, выхлопные газы устремляются в выхлопную трубу и образуется импульс давления, движущийся со скоростью звука. Этот импульс достигает конца выпускной трубы и образует отраженную волну с давлением ниже атмосферного. Обратная волна движется назад к выпускному клапану также со скоростью звука (зависящей от температуры и имеющей в данном случае значение 350-400 м/сек [19]). Путем изменения длины первичной трубы коллектора можно изменять время, требуемое для возврата волны к выпускному клапану, таким образом можно подобрать это время для определенных оборотов двигателя так, чтобы волна возвращалась к моменту открытия выпускного клапана при перекрытии клапанов и вызывала втягивание топливовоздушной смеси через еще не закрытый впускной клапан. Регулировка длины выпускного коллектора для оптимизации продувки обратной волной называется резонансной настройкой. Такая настройка обеспечивает нужное время возврата импульса в узком диапазоне оборотов двигателя. Если труба относительно короткая, то резонансный эффект наступает на высоких оборотах, а если труба длинная — в области низких оборотов.

Читать еще:  Турбина на оку своими руками

Естественно, что для достижения резонансного эффекта во всех цилиндрах длины всех труб от разветвителя до выпускного клапана в разных цилиндрах должны быть одинаковы, а соединение труб от цилиндров в приемную трубу для четырехцилиндрового двигателя выполняться в одном месте. Характеристики выпускной системы в значительной степени определяются характеристиками распределительного вала, определяющего, в какой области оборотов двигателя будут достигаться максимальная мощность и крутящий момент. Для работы двигателя на высоких оборотах выпускная система должна иметь выпускной коллектор с трубами большого диаметра и относительно короткие приемные трубы. Для повседневной эксплуатации и улучшения топливной экономичности необходимы выпускные коллекторы с трубами небольшого диаметра и длинные приемные трубы.

Ниже показан пример исполнения настроенного выпускного коллектора для двигателя УЗАМ, сваренного из стальных труб:

Следующим элементом настройки выпускной системы является глушитель. Стандартный глушитель имеет объемный корпус и разнесенные входящую и выходящую трубы, между которыми расположена звукопоглощающая конструкция. Глушители по типу глушения имеют 3 основных типа: ограничители, поглотители и отражатели. Уменьшение шума в большинстве стандартных глушителей достигается созданием ограничения потоку выхлопных газов, что практически достигается продавливанием этих газов через большое количество отверстий малого диаметра. Такие глушители создают большое обратное давление. Глушители, работающие на поглощении, преобразуют звуковые волны в тепло при взаимодействии с поглощающим материалом. Этот метод создает меньшее обратное давление, но менее эффективно заглушает шум. Возможно также глушение шума при отражении звуковых волн от внутренних перегородок глушителя. Хорошие глушители сочетают методы отражения и поглощения.

В настоящее время широкое применение получили так называемые «прямоточные » глушители, имеющие сквозную трубу от входа к выходу и отверстия, пробитые в этой трубе под определенным углом, разрывающими поток выхлопных газов. Степень глушения шума в таких глушителях как правило ниже, чем в традиционных глушителях, к тому же существенно зависит от потока выхлопных газов, поэтому необходимо тщательно подбирать прямоточные глушители в соответствии с характеристиками потока выхлопных газов конкретного автомобиля. Есть большой выбор прямоточных глушителй, нпример, Powerfull, Remus и других.

В заключение необходимо отметить, что глушитель повседневно эксплуатируемого автомобиля должен соответствовать своему названию, т.е. глушить шум от выпуска отработавших газов двигателя. В последнее время широкое распространение получило применение на обычных автомобилях так называемых «спортивных » глушителей, по сути зачастую являющихся просто трубой с красивой хромированной насадкой, распугивающих незадачливых прохожих и соседние машины и будящий спокойно спящих дома граждан среди ночи, проносясь с оглушительным ревом по узкой дворовой дорожке на скорости 140 км/час. Ясно, что такие «конструкции » практически не улучшают мощностных характеристик двигателя, а их использование — не более чем не слишком удачный способ обратить на себя внимание любой ценой, а по сути — просто показатель отсутствия внутренней (и внешней) культуры его владельца.

СИСТЕМА ВЫПУСКА И ГЛУШЕНИЯ ЗВУКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Глушители применяют для снижения уровня звука. Используют два способа снижения уровня звука: диссипативный и реактивный. Первый основан на преобразовании энергии звука в тепловую за счет протекания газов через перфорированные перегородки, дробящие поток газов и снижающие его пульсацию. При реактивном способе используют ряд акустических камер (резонаторы), в которых энергия шума гасится за счет изменения скорости движения отработавших газов в разных по объему камерах, через которые они проходят. Чаще всего используют комбинацию этих способов.

На автомобиле КамАЗ дополнительно установлен моторный тормоз. При торможении автомобиля двигателем заслонка в выпускном трубопроводе перекрывает выход отработавших газов, что обеспечивает дополнительное сопротивление движению поршней в цилиндрах. При этом автоматически выключается подача топлива.

Читать еще:  Лада гранта дав авто

На автомобилях сельскохозяйственного назначения обязательно устанавливают искрогаситель, направляющий раскаленные частички сажи на стенки и перегородки глушителя. В результате удара их энергия передается относительно холодным стенкам и частички гаснут.

Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отработавших газах (ОГ) токсических компонентов. Основными токсическими веществами в отработавших газах являются оксид углерода СО, группа оксидов азота NOx (основной из них N02) и углеводо- роды Стн„.

Различают термические и каталитические нейтрализаторы. В термических нейтрализаторах происходят полное восстановление СО в С02 и дожигание СН. Оксид углерода СО (угарный газ) обладает значительной теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 °С. Для его сжигания в термоизолированной камере подогревают (при необходимости) отработавшие газы и подают в нее дополнительную порцию свежего воздуха. Применение дополнительной подачи топлива для подогрева и нагнетание воздуха приводят к увеличению расхода топлива до 15%.

Наибольшее распространение получили каталитические нейтрализаторы. Они основаны на понижении энергии, выделяющейся при химических процессах окисления токсических веществ в присутствии катализаторов (платины, палладия, родия).

Каталитические нейтрализаторы делят по следующим признакам: по типу — окислительные (для СО и СН), восстановительные (для NOx) и трехкомпонентные; назначению — главные и пусковые; исполнению — одно- и двухкамерные; материалу носителя — с керамическим или металлическим носителем; по типу катализатора — с благородными металлами и обычными материалами.

Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы, которые нейтрализуют все три токсина (СО, СН и NOx). Наиболее эффективно нейтрализаторы работают с А,-зондами, однако и без них способны снизить выбросы токсинов на 50%. А,-зонд (А,-датчик) — это прибор, позволяющий определить в отработавших газах количество свободного кислорода. По полученным данным электронный микропроцессор определяет коэффициент избытка воздуха а. Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответствует очень узкому диапазону значений а = 0,98—1,0 (рис. 6.7). Это можно оценить по степени преобразования компонентов

где С, и С2 — концентрации компонента на входе в нейтрализатор и выходе из него.

При отклонении состава смеси от указанной зоны эффективность действия нейтрализатора резко падает. Чтобы обеспечить такой

Рис. 6.7. Характеристики эффективности нейтрализатора (а) и Х-датчика (б):

U — выходное напряжение Х-датчика

узкий диапазон состава смеси, устанавливают ^-датчик, по сигналам которого микропроцессор обеспечивает нужную подачу топлива форсунками. Сам X-датчик также настроен на очень узкую зону состава смеси (рис. 6.7, б). Вся система поддерживает состав смеси а

1 с точностью ±1%.

Устройство каталитического нейтрализатора. В металлическом корпусе 1 (рис. 6.8) находится носитель 2, покрытый активным каталитическим слоем 3. Носитель может быть насыпной и монолитный керамический или металлический. Насыпные катализаторы с гранулами на основе керамики применяют редко. Чаще всего применяют монолитные нейтрализаторы из термостойкой керамики. Монолит пронизан каналами 4 квадратного сечения. В разных конструкциях на 1 см 2 приходится 31, 46, 62, 93 канала. Поверхности

Рис. 6.8. Нейтрализатор (а) и сечение монолита (б):

7 — корпус; 2 — носитель; 3 — каталитический слой; 4 — канал; 5 — перегородки; 6 — набивка каналов покрыты тонкой пленкой катализатора — платиной, палладием, родием. Соотношение платины и родия 5 : 1. На один нейтрализатор требуется 1,5—3,0 г благородных металлов. Платина способствует окислительным процессам — переводу СО в С02, родий — восстановлению азота из его оксидов. Слоем благородных металлов покрывают предварительно нанесенный на керамику слой из оксида алюминия, который увеличивает эффективную поверхность катализатора и стимулирует ускорение реакций.

Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам, а также компенсировать большее, чем у керамики, термическое расширение металлического корпуса, между монолитом и перегородками 5 помещают набивку 6 из высоколегированной проволоки.

Нормальная работа нейтрализатора происходит при достижении температуры 250 °С, т.е. после длительного прогрева двигателя. Наиболее эффективно они работают при 400—800 °С. При более высокой температуре происходит спекание промежуточного слоя с катализатором.

Разработаны нейтрализаторы с носителем из жаропрочных аустенитных сталей, легированных хромом, алюминием, цирконием и кальцием. Фольга из этой стали толщиной 0,04—0,05 мм свернута в рулон, который припаян к металлическому корпусу. Эти нейтрализаторы имеют следующие преимущества: быстрый прогрев до рабочей температуры; высокую статическую и динамическую прочность; термическую стойкость; малое гидравлическое сопротивление.

Чтобы обеспечить эффективную работу нейтрализатора, нужно выполнить следующие условия: поддерживать в необходимых пределах коэффициент избытка воздуха; работать в определенном диапазоне температур отработавших газов; не превышать заданного соотношения объема отработавших газов и объема нейтрализатора. При нарушении состава смеси, например при выходе из строя одной из свечей зажигания, в нейтрализатор пойдет обогащенная смесь, которая будет гореть в нем. Это может привести к выходу нейтрализатора из строя.

Читать еще:  Камера заднего вида nissan x trail t31

Вдох в большом городе: влияние выхлопных газов на здоровье человека

Что такое выхлопные газы?

Зачастую выхлопными газами называют все выбросы в городскую атмосферу, в том числе котельных, заводов и других промышленных предприятий. На самом деле этим термином правильно называть только транспортные выбросы, которые появляются в результате переработки топлива. Также их называют отходящими газами. Выхлопные газы – продукт работы двигателей внутреннего сгорания, и, учитывая стремительный рост количества транспорта за последние 50 лет и, в частности, прирост личного автотранспорта в городах, выхлопные газы в воздухе городов обосновались всерьез и надолго, а количество их только растет.

Сейчас именно отходящие газы являются основной причиной загрязнения воздуха в городе и постоянно оказывают влияние на здоровье человека. Итак, с терминологией разобрались, давайте узнаем, что именно регулярно поставляют автомобили в нашу атмосферу, чем это опасно и как защититься, если Вы чувствуете запах выхлопных газов в квартире.

Химический состав выхлопных газов

Все автомобили выбрасывают в воздух канцерогены и токсичные вещества. Состав выхлопных газов автомобиля меняется в зависимости от типа двигателя, бензиновый или дизельный, однако основной набор остается прежним.
Итак, в состав автомобильных выхлопных газов входят:

Компонент Объемная доля в
бензиновом двигателе, %
Объемная доля в
дизельном двигателе, %
Токсичность
Азот 74–77 76–78 нетоксичен
Кислород 0,3–8 2–18 нетоксичен
Водяной пар 3–5,5 0,5–4 нетоксичен
Диоксид углерода 5–12 1–10 нетоксичен
Оксид углерода 0,1–10 0,01–5 токсичен
Углеводороды 0,2–3 0,009–0,5 токсичны
Альдегиды 0–2 0,001–0,009 токсичны
Диоксид серы 0–0,002 0–0,03 токсичен
Сажа, г/м3 0–0,04 0,1–1,1 токсична
Бензапирен, г/м3 0,01–0,02 0–0,01 токсичен

Как видно, состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. Теперь давайте разберемся, какое влияние оказывают выхлопные газы на человека.

Влияние выхлопных газов на организм человека

Выхлопные газы автомобиля могут нанести вред здоровью, и достаточно серьезный. Прежде всего, оксид углерода или угарный газ, о котором мы уже писали в блоге, не имеет вкуса и запаха, но при высокой концентрации вызывает головокружение, головную боль, тошноту, может приводить к обморокам.
Сернистый бензин и создаваемый им оксид серы – одна из причин сильного запаха выхлопных газов. Дело в том, что молекулы диоксида серы очень ощутимо воздействуют на обонятельные рецепторы, поэтому этот запах чувствуется даже при невысокой концентрации, а более концентрированный “аромат” перекрывает все остальные запахи для носа человека, что может подтвердить каждый, кто зажигал в доме спички. Этилированные бензины обогащают воздух свинцом. Количество таких выхлопных газов и вред здоровью, который они наносят, сделало свинец одним из самых известных отравляющих компонентов в атмосфере. В настоящее время такой бензин в качестве топлива для автомобилей уже не используется, но довольно долго его пары наполняли все крупные города. Углеводороды в выбросах автомобилей окисляются при попадании под действие солнечных лучей и образуют токсичные соединения с резким запахом, которые особенно сильно сказываются на работе верхних дыхательных путей и приводят к обострениям хронических заболеваний дыхательной системы.
Вред от выхлопных газов автомобиля во многом объясняют канцерогены – сажа и бензопирен, которые способствуют развитию опухолей, особенно — злокачественных.

Рассматривая выхлопные газы и вред, который они приносят, нужно добавить и про влияние этого химического коктейля целиком: длительный контакт с выхлопными газами приводит к смерти, в частности — от отравления конкретно угарным газом. Наибольшая опасность этих выбросов состоит в их количестве, распространенности и мелком размере частиц, что позволяет выхлопам проходить через естественные барьеры организма и попадать в легкие. При постоянном воздействии выхлопных газов на организм может развиваться иммунодефицит, бронхиты, страдают сосуды головного мозга, нервная система и другие органы. Кроме того, большая часть токсичных веществ, входящих в состав выхлопных газов, может взаимодействовать друг с другом и с другими компонентами атмосферы, что способствует образованию смога.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector