Реферат на тему:
Модернізація системи випуску відпрацьованих газів
У сучасному автомобілі на систему випуску відпрацьованих газів (ОГ)
покладається декілька важливих функцій:
глушення шуму при випуску ОГ до рівня, що не перевищує встановлених
санітарних норм;
зменшення кількості токсичних компонентів в ОГ до значень, що не
перевищують гранично допустимих концентрацій.
Разом з виконанням цих функцій система випуску повинна забезпечувати:
хороше очищення і продування циліндрів двигуна;
мінімальні втрати енергії ОГ на шляху від випускних клапанів до лопаток
соплового апарату турбіни;
роботу турбіни при мінімальних пульсаціях потоку ОГ.
Крім того, система випуску повинна мати відносно просту конструкцію і
бути технологічною у виготовленні. Виконання названих вимог дозволяє
отримати прийнятну витрату палива, понизити вірогідність поломки лопаток
турбіни, зменшити металоємність системи випуску і полегшити її
обслуговування.
Основною проблемою при прагненні оснастити автомобіль ефективною
системою глушення шуму є трудність розміщення глушника достатньо великих
розмірів. Зазвичай ця проблема вирішується шляхом установки на
автомобіль декількох (до три) послідовно сполучених глушників з меншими
габаритами замість одного великого. Важливою вимогою, що пред’являється
при цьому до випускного тракту, є наявність мінімального опору руху ОГ і
зменшення за рахунок цього втрат потужності двигуна.
Для зменшення кількості токсичних компонентів в ОГ у випускний тракт
сучасних автомобілів встановлюється каталітичний нейтралізатор.
Особливість розроблених конструкцій каталітичних нейтралізаторів в тому,
що ефективну нейтралізацію тих, що містяться в ОГ токсичних компонентів
вони здійснюють лише при значенні коефіцієнта надлишку повітря а = 0,994
± 0,003. З метою визначення кількості що міститься в ОГ кисню і корекції
(при необхідності) складу топлівовоздушной змішай, забезпечує ефективну
роботу каталітичного нейтралізатора, у випускному тракті встановлюється
датчик зворотного зв’язку, так званий лямбда-зонд, який називають також
кисневим датчиком. На деяких автомобілях фірми Toyota такий датчик
встановлюється як на вході газів в каталітичний нейтралізатор, так і на
виході з нього. Це дозволяє блоку управління оцінювати ефективність
роботи каталітичного нейтралізатора.
Слід відмітити, що при установці каталітичного нейтралізатора опір
випускного тракту неминуче зростає, що супроводжується деяким зменшенням
ефективної потужності двигуна (на 2-3 кВт). Щоб загальний опір
випускного тракту при установці каталітичного нейтралізатора сильно не
зростав, останній розміщують зазвичай на місці попереднього глушника.
Оскільки максимальна економічність двигуна має місце при роботі на
збіднених сумішах (а ~ 1,05…1,15), то вимушена робота двигуна у всьому
діапазоні навантажень на суміші практично стехіометричного складу
неминуче веде до зниження економічності (до 5%).
Випускний тракт системи прагнуть виконати так, щоб при здійсненні
покладених на нього основних функцій він сприяв би повнішому очищенню
камер згорання від залишкових газів і повнішому наповненню циліндрів
двигуна свіжим зарядом. Залежно від способу організації руху потоку ОГ
на ділянці від випускних клапанів до входу в турбіну турбокомпресора
випускні системи розділяють на системи постійного тиску, імпульсні,
імпульсні з перетворювачами імпульсів і ежекционниє однотрубні.
Випускні системи постійного тиску із-за наявних серйозних недоліків на
автомобільних двигунах практично не Застосовуються. Найбільшого
поширення тут набули системи імпульсні і імпульсні з перетворювачами
імпульсів. Розглянемо ці системи докладніше.
Через циклічність протікання робочого процесу в поршневих ДВС у
випускному тракті, як і у впусканні, виникає коливальний рух газів, в
результаті якого утворюється хвиля тиску.
Завдяки великій різниці тиску газу в циліндрі і випускному тракті, в
перший момент з початку відкриття випускного клапана з циліндра виходить
значна кількість газів. У цей період, званий попереднім випуском,
створюється хвиля тиску, що розповсюджується із швидкістю звуку. Ця
хвиля, відбиваючись від стінок випускного трубопроводу, при певних
обставинах може перешкодити подальшому витіканню газу з циліндра,
обумовленому великою різницею тиску в початковий період випуску.
Подальше очищення циліндра від залишкових газів здійснюється в цьому
випадку лише за рахунок виштовхуючої дії поршня. Очевидно, що за таких
умов кількість газів, що залишаються в камері згорання від попереднього
циклу, буде найбільшою. Це негативно позначиться на подальшому
наповненні циліндра свіжим зарядом і відповідно на потужності,
економічності і екологічних показниках двигуна.
Проте, хвилю тиску, що утворюється, можна використовувати і для
створення за випускним клапаном умов, сприяючих поліпшенню очищення
циліндра від залишкових газів. Для цього випускну систему необхідно
набудувати так, щоб до кінця процесу випуску в період наявної фази
перекриття клапанів за випускним клапаном при проходженні хвилі
утворилося розрідження. Це приведе до збільшення кількості витікаючих з
циліндра залишкових газів і поліпшення наповнення його свіжим зарядом.
Настройка випускної системи здійснюється шляхом підбору довжини і площі
перетину випускних трубопроводів. На початковому етапі робіт названі
параметри випускної системи заздалегідь можуть бути визначені
розрахунковим методом, проте потім необхідна перевірка і уточнення
отриманих результатів на випробувальному стенді. При виконанні цих
достатньо трудомістких робіт з метою скорочення кількості дослідів для
отримання очікуваного результату слід скористатися прийомами, відомими з
теорії планування експерименту.
Практика конструювання випускних систем показує, що ніж більше циліндрів
об’єднує один випускний трубопровід, тим результуюча амплітуда тиску, що
менше виникає в трубопроводі, утворюється в результаті накладення
окремих хвиль. Тому, щоб уникнути небажаного накладення хвиль, випускну
систему виконують у вигляді декількох розташованих віялом (один над
іншим) трубопроводів, в кожний з яких здійснюється випуск газів не
більше ніж з трьох циліндрів. Для запобігання небажаному накладенню
хвиль потоки газу з циліндрів об’єднуються трубопроводами так, щоб
забезпечити чергування випусків газу в кожен трубопровід з максимально
можливими інтервалами.
При цьому необхідно прагнути забезпечити однакову довжину випускних
трубопроводів (на практиці це не завжди вдається реалізувати із-за
наявних габаритних обмежень). Виконання названих умов можливе при
віялоподібному розташуванні випускних трубопроводів, коли вони
розташовуються один над іншим. Забезпечення однакової довжини
трубопроводів дозволяє набудувати систему випуску на певний діапазон
частоти обертання Кв. В імпульсній випускній системі підвод ОГ до
турбіни здійснюється окремими трубопроводами від кожної групи циліндрів.
У імпульсній випускній системі з перетворювачем імпульсів трубопроводи,
об’єднуючі випуск з двох або трьох циліндрів, переходять в ту, що
виконує перетворення імпульсів Y-образну трубу, два тракти якої через
певну відстань об’єднуються в один. В порівнянні з класичною імпульсною
випускною системою імпульсна система з перетворювачем імпульсів програє
за габаритними показниками, але дозволяє підвищити ККД турбокомпресора і
збільшити ресурс турбіни.
У двигунах з турбонаддувом вихід Y-образної труби з’єднується з входом в
турбіну, а в двигунах без наддуву – з трубопроводом, що йде до глушника.
Довжина Y-образної труби робить значний вплив на характеристику
потужності двигуна. Підбір довжини, при якій двигун розвиває максимальну
потужність, можна виконати тільки на випробувальному стенді. Викликано
це тим, що довжина Y-образної труби залежить до того ж від
конструктивних особливостей системи впускання і фаз газорозподілу,
обумовлених профілем кулачків встановленого на двигуні розподільного
валу.
Слід відмітити, що для забезпечення протікання об’єму відпрацьованих
газів, що збільшився, поперечний перетин Y-образної труби в місці
об’єднання два її трактів повинно бути більше.
?
?
e
e
?
e
В). При порядках роботи циліндрів, що зустрічаються в цих двигунах,
1-3-4-2 і 1-2-4-3 названій вище вимозі за наявності 4-х випускних
каналів відповідатиме об’єднання одним випускним трубопроводом
відповідно циліндрів 1 і 4, а також 2 і 3. При цьому буде забезпечена
рівномірність чергування випусків газу в один трубопровід з максимально
можливим інтервалом 360°.
У деяких 4-циліндрових двигунів обидва середні випускні канали (для
циліндрів 2 і 3) об’єднано вже в головці циліндрів. Ілюстрацією такого
розташування випускних каналів може, зокрема, служити двигун Д-243, що
встановлюється на трактори “Білорусь”. При такій конструкції каналів
досягти правильного узгодження досить важко, але отримати добрі
результати за наявності Y-образної випускної труби для циліндрів 1 і 4 і
загальної труби для циліндрів 2 і 3 цілком можливо. При цьому необхідно
забезпечити, щоб загальна для циліндрів 2 і 3 труба до місця її
об’єднання з Y-образною трубою мала б приблизно такий же об’єм, що і
остання. Таке ж розташування випускних каналів зустрічається і у деяких
англійських двигунів (MGB, Mini і ін.).
У однорядних 6-циліндрових двигунах має місце порядок роботи циліндрів
1-5-3-6-2-4, а на двигунах фірми Audi і деяких двигунах фірми Mercedes
циліндри працюють в послідовності 1-4-3-6-2-5. І у першому, і в другому
випадках спалахи слідують рівномірно з інтервалом 120°. Виконання
названих вище умов тут досягається застосуванням двох розташованих
віялом випускних трубопроводів. Один трубопровід об’єднує циліндри 1-3,
а інший – відповідно циліндри 4-6. Таким чином, чергування випусків газу
в один трубопровід тут відбувається рівномірно з інтервалом 240°.
Очевидно, що для V-образних і оппозітних (з кутом розвалу блоків
циліндрів 180°) 12-циліндрових двигунів, що мають колінчастий вал з
рівномірною подовжньо-симетричною схемою розташування кривошипів,
об’єднання потоків газу випускними трубопроводами на кожному блоці
циліндрів може виконуватися аналогічно.
Декілька важче йде справа з V-образним 8-циліндровим двигуном, що має
хрестоподібну (несиметричну) схему розташування кривошипів колінчастого
валу. При такій схемі розташування кривошипів послідовність роботи
циліндрів в лівому і правому блоках циліндрів неоднакова, у зв’язку з
чим ці двигуни не можна розглядати як два однорядні 4-циліндрові
двигуни. Іноді через нестачу місця в моторному відсіку цією обставиною
нехтують, що знижує ефективність випускної системи. Для оптимальної
настройки випускної системи в цьому випадку необхідно направляти
трубопровід від циліндра одного блоку до циліндра іншого блоку, так щоб
після об’єднання випуск кожного з двох циліндрів в загальний для них
трубопровід відбувався через рівні і по можливості максимальні інтервали
часу. Хай такий двигун має найбільш порядок роботи циліндрів, що часто
зустрічається на практиці, показаний в таблиці нижче. Інтервали між
спалахами в циліндрах по двигуну складають 90° ПКВ.
Блок циліндрів двигуна
Номер циліндра в блоці
Лівий (Л)
1
4
2
3
Правий (П)
1
2
3
4
При теоретичному розгляді для випуску в один трубопровід циліндри слід
попарно об’єднати таким чином: 1Л – 2П, 2Л – 4П, ЗЛ – 1П і 4Л – ЗП. В
цьому випадку випуски ОГ в один трубопровід слідуватимуть рівномірно з
інтервалом 360° ПКВ.
Набагато простіше, як у двох однорядних 4-циліндрових двигунів, виконати
настройку випускної системи для V-образного 8-циліндрового двигуна з
плоским колінчастим валом з рівномірною подовжньо-симетричною схемою
розташування кривошипів. Набудувати випускну систему в цьому випадку
можна окремо для кожного блоку циліндрів, як це зроблено у двигунів
гоночних автомобілів Формули, наприклад, в Ford Cosworth V8.
Особливий інтерес представляє випускна система 5-циліндрових двигунів.
Концерн Volkswagen, наприклад, встановлює їх на мікроавтобуси Caravelle
і Transporter. Вхідна в цей концерн фірма Audi оснащує такими двигунами
деякі свої легкові автомобілі. У цих двигунах має місце порядок роботи
циліндрів 1-2-4-5-3. Таким чином, спалахи слідують з інтервалом 144°. В
цьому випадку циліндри 1 і 4, 2 і 3 можна об’єднати попарно,
забезпечивши мінімальний інтервал між послідовними випусками в один
трубопровід в 288°, а випуск з циліндра 5 здійснити в окрему трубу
зменшеного перетину. На певному видаленні від блоку циліндрів всі три
труби об’єднуються в одну, по якій далі ОГ слідують в глушник.
В порівнянні із стандартною системою випуску настройка випускних
трубопроводів шляхом підбору їх довжини дозволяє збільшити коефіцієнт
наповнення циліндрів практично у всьому діапазоні зміни частоти
обертання Кв. При цьому збільшення потужності двигуна на номінальному
режимі може досягати 6% .
Тепер зупинимося декілька докладніше на ежекционной однотрубній
випускній системі, яка з успіхом може застосовуватися на 4-, 6- і
8-циліндрових двигунах як з наддувом, так і без наддуву. Гідністю цієї
випускної системи є те, що вона задовольняє практично всім вимогам,
викладеним на самому початку розділу. Система може виконуватися по одній
з схем, приведених на малюнку.
Схеми можливого виконання ежекционной однотрубної випускної системи:
1 – випускний патрубок; 2 – випускний колектор
Потік ОГ по випускному патрубку 1 поступає в однотрубний випускний
колектор 2. Слідуючи по колектору, потік ОГ викликає ежекцію у випускних
патрубках. У свою чергу, газові потоки у випускних патрубках викликають
ежекцію у випускному колекторі. Завдяки наявності ежекції під час
перекриття клапанів у випускних патрубках двигуна з турбонаддувом
відбувається пониження тиску щодо рівня тиску перед турбіною. При
правильно підібраних фазах газорозподілу це дозволяє поліпшити очищення
циліндрів і їх наповнення, що позитивно позначається на потужності і
економічності двигуна.
Оснащення одноблочного дизельного двигуна 6ЧН12/14 з турбокомпресором
ТКР-8,5 ежекционной однотрубною випускною системою замість штатної
імпульсної системи дозволило зменшити питому ефективну витрату палива на
7-8 г/(кВт.ч) при роботі на підвищених навантаженнях і приблизно на 4
г/(кВт.ч) при роботі на малих навантаженнях. При тих, що залишилися
практично незмінними витраті повітря через двигун і температурі ОГ перед
турбіною тиск наддуву зріс на 0,015-0,02 Мпа, а середня температура ОГ у
випускних патрубках зменшилася на 10-15°С. Завдяки наявності ежекції
тиск у випускних патрубках під час перекриття клапанів впродовж 50-100°
ПКВ виявлявся на 0,005-0,05 Мпа нижче за тиск у впускному колекторі.
У разі двигуна без наддуву завдяки наявності ежекції тиск у випускних
патрубках під час перекриття клапанів стає нижчим атмосферного. При
цьому, як і у двигуна з наддувом, відбувається поліпшення очищення і
наповнення циліндрів.
В порівнянні з класичною імпульсною випускною системою ежекционная
однотрубна система при її істотно менших габаритах дозволяє зменшити
габарити двигуна в цілому, підвищити ККД турбокомпресора, а також
збільшити ресурс турбіни.
Зазвичай настройка випускної системи двигуна виконується комплексно з
настройкою впускного тракту. При правильно підібраних параметрах обох
систем можна добитися дуже ефективного наповнення циліндрів свіжим
зарядом.
Комплексна настройка систем впускання і випуску автомобільних дизельних
двигунів з наддувом дозволяє добитися поліпшення їх прийомистості. Для
цього обидві системи сполучають трубопроводами, завдяки яким частина
наддувочного повітря може подаватися на вхід турбіни. Така схема
дозволяє плавно змінювати витрату газоповітряної суміші через турбіну
залежно від режиму роботи двигуна.
При збільшенні різниці тиску наддувочного повітря і відпрацьованих газів
вище заданого значення перепускний клапан відкривається, внаслідок чого
частина наддувочного повітря поступає на вхід турбіни. Таке регулювання
забезпечує необхідну робочу характеристику двигуна при роботі на
часткових навантаженнях. Для забезпечення виходу двигуна на номінальну
потужність в приводі перепускного клапана є пристрій для його блокування
в закритому стані.
Джерело: pajero.us
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
