Расчет удаления выхлопных газов

Обновлено: 07.07.2024

Размещение оборудования для удаления выхлопных газов

В первую очередь, важно грамотно подойти к выбору оборудования для удаления выхлопных газов из производственного цеха. Размещение постов по обслуживанию транспорта, как правило, зависит от вида вытяжной системы в помещении.

Оборудование для удаления выхлопных газов

Существуют следующие виды систем:

устройство для малогабаритного бокса;
система на консольно-поворотном устройстве;
вытяжные барабанные катушки;
рельсовые системы;
системы вентиляции, размещенные под полом;
передвижная система вентиляции на тележке;

Первый вид оборудования состоит из вытяжного шланга с газоприемной насадкой и балансира, который крепится к стене на кронштейн. На кронштейн также крепится вытяжка, которая выводит газы из помещения. Оборудование отличается компактностью и простотой в использовании. Но стоит учитывать, что оно подходит только для фиксированных рабочих мест.

Второй вид систем так же предназначен для стационарных ремонтных постов и функционирует по тому же принципу, что и первый, но благодаря поворотному устройству охватывает большую зону обслуживания. Оба агрегата имеют невысокую стоимость.

Вытяжные барабанные катушки стали пользоваться в последнее время особой популярностью, т.к. показали себя как наиболее эффективные и удобные системы. Шланг намотан на катушку и экономит место в автомастерской. Катушка может быть подключена к вентилятору или централизованной вытяжке. Крепится система к стене, к потолку, к стойке или к поворотной консоли. В последнем случае, оборудование способно обслужить несколько постов по ремонту транспорта.

Виды вытяжных катушек

Электроприводные устройства как правило используют при работе с крупногабаритным транспортом. Управление системой происходит при помощи пульта или брелока.

Для организации свободного перемещения автотранспорта в мастерские и произвольные размещения ремонтных станций, целесообразно использовать рельсовые системы.

Системы, монтируемые под полом, стали наименее популярны за счет сложности в установке.

Передвижные системы на тележке набирают популярность, т.к. их можно подвести к любому автомобилю и вывести шланг на улицу. Вес оборудования составляет всего 25-30 кг., шланг регулируется по высоте.

Компания 4АКБ-ЮГ производит и поставляет подкатные устройства УВВГ-М по приемлемым ценам и доставкой по России.

Фотографии подкатного устройства УВВГ-М Про

Получить подробную информацию о продукте, способе его оплаты и доставки можно в разделах информация, каталог или позвонив по телефону, указанному в разделе контакты.

Современный автомобиль с турбодвигателем дал новый смысл термину "система выпуска с низким сопротивлением", подразумевающий низкое обратное давление. Современная система выпуска также неизменно имеет каталитический конвертер, с его высоким значением обратного давления. На первый взгляд, эти два пункта имеют некоторые разногласия друг с другом. Однако ситуация немного лучше чем может показаться.

Если бы турбонагнетатель мог бы диктовать условия для конструкции системы выхлопа, он бы категорически сказал бы: никакого выхлопа! Если власти могли бы диктовать условия для конструкции системы выхлопа (что они могут делать, делают, и будут делать), они сформулировали бы, что лучшая выхлопная труба - та, из которой ничего не выходит. Где-то между этими двумя несовместимыми требованиями и будет находиться хорошая система выпуска для уличного использования, которая сделает обе стороны счастливыми. Ну ладно, относительно счастливыми.

Лучший выхлоп для турбонагнетателя - наименьшее количество выхлопа. Выхлопная система автомобиля Lotus Elise.

Далее мы будем называть системой выпуска все, что располагается после турбонагнетателя. В принципе все турбины требуют специальных выхлопных систем. Штатные, не предназначенные для турбонагнетателя, выхлопные системы не удовлетворяют предъявляемым требованиям. Выхлопные системы сторонних производителей также редко оказываются удовлетворительными. Система выпуска эго совокупность оптимизированных, тщательно обдуманных деталей. Цель, которая должна быть достигнута в соответствии с этими требованиями - создание нормально работающей выхлопной системы, имеющей приемлемый уровень шума и низкое противодавление.

Турбины не любит противодавление; чем оно ниже - тем лучше. Обратите внимание на отдельные выхлопные трубы за вестгейтами.

Противодавление в системе выпуска - зло.

Соединение турбины с приемной трубой.

Эта часть системы выпуска подвержена воздействию температуры до 800° С, это причина, которая многое диктует в конфигурации узлов. Возможно это наиболее высоко нагруженная часть системы выпуска.

Ребра жесткости между каждым соединителем значительно увеличат долговечность соединения фланца и трубы.

Поэтому, прочность имеет главное значение. Прочность начинается с толщины фланца крепления выхода турбины. Этот фланец может быть толщиной около 12 мм и требует дополнительных ребер или усилителей. Поскольку фланец не закреплен на своем месте во время сварки, поверхность сопряжения с турбиной нужно обработать до его установки. Сварка вообще вредна для металла. При сварке трубы с фланцем происходит ослабление металла. Решения этой проблемы состоит в том, чтобы приварить трубу внутри фланца сплошным швом, а на внешней стороне выполнить небольшие прерывистые швы.

Диаметр трубы

При установке труб с большим диаметром в систему выпуска можно переборщить. В этом случае правило "чем больше - тем лучше" не имеет места. Как было сказано в главе "Промежуточное охлаждение", имеется скорость газа, которая не должна быть превышена. Можно предположить, что для расчетов выхлопной системы эта скорость составляет около 80 м/с. Значительное увеличение количества выхлопных i газов при увеличении температуры также требует существенного увеличения требуемого объема выхлопной трубы. Поэтому трубы для горячих выхлопных газов должны быть больше чем трубы для впуска воздуха. Основывайте свои вычисления на тех же самых условиях, что и для труб на впуске, но используйте максимальную скорость 80 м/с, а не 140 м/с. Чтобы выбрать требуемый размер выхлопной трубы, Вы можете твердо придерживаться этой скорости выхлопных газов или следовать простому принципу выбора - диаметр трубы приблизительно на 10 % больше чем диаметр выхода турбины. Рисунок показывает что размер выхлопной трубы относительно мощности, дает хорошее направление для выбора требуемого размера выхлопной трубы.

Приблизительное проходное сечение выхлопной трубы относительно выходной мощности

Положение катализатора

Наличие в выхлопной системе каталитического конвертера закреплено законодательно. Катализатор должен быть установлен там где это предусмотрено конструкцией. Смиритесь с этим, и оставьте его в покое. Современные преобразователи сотовой конструкции не очень ограничивают поток выхлопных газов. Большинство из них создает менее 0,15 бара обратного давления в выхлопной трубе. Это приемлемо.

Стыки фланца приемной труды не должны быть сварены непрерывным швом на внешней стороне трубы. Сплошной сварной шов внутри шов снаружи

При добавлении каталитического конвертера в систему, не оборудованную им предварительно, разместите катализатор так близко к турбонагнетателю насколько возможно, для того, чтобы катализатор мог быстро достичь рабочей температуры.

Хороший пример подгонки выхлопных трубопроводов к доступному пространству при обеспечении достаточного требуемого размера трубы и качественных изгибов. Здесь также показано хорошее соединение, объединяющее две отводящие трубы от турбин.

Положение датчика кислорода.

Датчик кислорода желал бы быть так близко к камере сгорания, насколько это позволяет температура. Б большинстве случаев при установке турбонагнетателя датчик кислорода должен быть расположен непосредственно за ним.

Широкие температурные колебания, испытываемые выхлопной системой двигателя с турбонаддувом, вызывают несколько большее тепловое расширение, чем оно могло бы быть. Обеспечение подвижности выхлопной грубы, при расширении и сокращении без защемления, становится необходимым для того, чтобы избежать повреждений, вызванных тепловым расширением.

Необходимо обеспечить подвижность выхлопной системы при тепловом расширении для предотвращения образования трещин.

Соединение к трансмиссии должно быть гибким.

Телескопическое соединение выхлопной трубы самое простое и наиболее универсальное из всех соединений.

Некоторая степень подвижности может быть добавлена в выхлопную систему, в виде хомутов, использованных как соединители для сегментов трубы. Хомуты также допускают небольшую угловую подвижность. Зажим грубы может также служить как крепежный кронштейн.

Кронштейны

На первый взгляд задача как подвесить выхлопную трубу под автомобилем может показаться простой. Вам нужно просто взглянуть на днище Ferrari, чтобы легко понять , что этот вопрос может получить очень серьезный подход. При размещении выхлопной трубы должным образом неожиданно возникают несколько проблем. Вибрация, температура, колебания двигателя, тепловое расширение, и конструкция кронштейнов - это проблемы, которые должны быть решены прежде, чем Вы получите хорошую долговечную выхлопную систему.

Вибрация может гаситься часто расположенными кронштейнами и подвижными точками. Подвижные точки - гибкие соединения, которые не будут передавать вибрацию. Телескопическое соединение - пример подвижной точки.

Температура будет проблемой в том случае, если уязвимый узел находится в пределах ее распространения. В общем случае, гораздо лучше и проще теплоизолировать узел, который может быть поврежден высокой температурой, чем теплоизолировать всю выхлопную трубу. Теплота может повредить такие вещи как покрытие днища, волокнистые материалы, и окрашенные поверхности. Время, потраченное на поиск таких уязвимых мест, и установка нескольких экранов, будет, в конечном счете, потрачено с пользой. Простой экран из листового металла обеспечит падение температуры на нескольких сотен градусов.

Телескопические соединения могут для обеспечения некоторой подвижности выхлопной системы.

Простой кронштейн с зажимом

Варианты глушителя, размеры, и количество.

Вообще говоря, глушитель будет единственным самым большим сужением в системе выпуска. К сожалению, требования низкого противодавления и низкого шума обычно имеют разногласия друг с другом. Часто разумный компромисс может быть достигнут при использовании нескольких больших глушителей. Потребность в больших проходных сечениях во всех секциях системы выпуска может часто быть удовлетворена путем устанавки глушителей параллельно друг другу. Проверьте проходное сечение, имеющееся в каждом случае, и убедитесь, что сумма площадей поперечного сечения превышает площадь сечения основной трубы. Это даст Вам возможность сделать проходное сечение глушителя приблизительно на 25 % больше чем у основной трубы, поскольку коэффициент сопротивления внутри глушителя обычно довольно высок.

Произведение инженерного искусства, глушитель для Porsche 966.

Сверху: Параллельное расположение глушителей с наполнением из стекловаты обеспечивает хорошее прохождение газов и низкое сопротивление. Внизу: Такое расположение глушителей может дать преимущество при плотной компоновке.

Глушители со стекловолоконным наполнением сделаны в двух различных конструкциях, с просверленными отверстиями в ядре и с проштампованным ядром. Просверленное ядро лучше.

Достаточно странно, поскольку турбонагнетатель значительно увеличивает предполагаемый срок службы этих глушителей, забирая большое количество теплоты, которая иначе бы поглощалась материалом глушителя. Два типа ядер популярны в глушителях с наполнением из стекловаты: просверленные и проштампованные. Просверленные ядра имеют более чистый, и таким образом менее ограничивающий, путь для потока газов. Если глушителя с просверленным ядром оказывается недостаточно, глушители с проштампованным ядром работают лучше когда поток направлен вдоль проштампованных отверстий. Опасение чрезмерного шума прямоточных глушителей обычно имеет основания. Дело обстоит немного не так у двигателя с турбонаддувом, поскольку турбонагнетатель можно рассматривать как приблизительно одна треть глушителя.

Установка вестгейта

Отдельная выхлопная труба - лучшее решение для вестгейта.

Вентиляционная труба вестгейта или выхлопная труба будут подвергаться большим колебаниям рабочей температуры. Это происходитоттого, что вестгейт закрыт большинство времени, и вентиляционная труба, таким образом, остается холодной, так как отсутствует поток выхлопных газов. Как только вестгейт открывается, вся вентиляционная труба испытывает быстрое повышение температуры.

Эти колебания будут происходить каждын раз при открытии вестгейта. При этом требуется, чтобы конструкция вентиляционной трубы могла расширяться и в то же время не подвергаться вызывающим трещины деформациям. Компенсационные соединяния могут иметь штампованную форму или прорези. Сильфон должен быть сделан из нержавеющей стали и иметь достаточно крепкую конструкцию, чтобы быть долговечным. Материал должен быть минимум 0,8 мм толщиной. Сильфон должен иметь поддержку для устранения вибраций, иначе он будет недолговечным из-за усталости металла. Сильфон из нержавеющей стали для предотвращения образования трещин из-за высоких температур и теплового расширения ш Должным образом затянутый хомут, чтобы сделать утечки минимальными Ж

Вентиляционная труба вестгейта подвергается сильному тепловому расширению; изменения длины должны быть компенсированы. Заметьте направление выишмповки для лучшей изоляции при работе без наддува, и в то же время для обеспечения нормального обратного давления в выхлопной трубе.

Материалы и покрытие.

Мягкая сталь - совершенно адекватный материал для изготовления системы выпуска. Нержавеющая сталь, хотя и является лучшим материалом, ставит задачу изготовления всех узлов системы из этого материала. Нержавеющие трубы, приваренные к глушителям из мягкой стали, немного дают для обеспечения долговечности.

Соединители и прокладки.

Фланцы.

Фланец несет двойную ответственность - удержание прокладки, всегда надежно зажатой и гарантии, что выхлопная труба имеет соответствующее крепление. Эти требования легко выполнимы при использовании фланцев толщиной 10 мм или больше. Небольшой фланец, вроде фланца для вестгейта, может быть тоньше, около 8 мм. Вообще, чем толще фланец, тем дольше срок его службы и выше вероятность, что прокладка останется на месте.

Насадки на выхлопную трубу

Так как единственная видимая часть всей системы выпуска - последние немногие сантиметры, соблазнительно сделать их стильными и эффектными. Стиль - почти всегда хорошо, но только не тогда, когда это стоит мощности, убедитесь, что площадь сечения насадки достаточна для расхода выхлопных газов. Мысли о насадках на выхлопные трубы, которые "извлекают" отработанные газы, могли бы очаровать нас, но подождите, пока они не появятся на гоночных автомобилях Формулы 1 перед тем как приходить в восторг от их достоинств. Большинство причудливых конструкций насадок являются меньше чем удовлетворительными.

Эстетичные глушители для Nissan 350Z - прекрасное дополнение к хорошей системе турбонаддува.

Специальные требования к переднеприводным автомобилям

Атомобили с передним приводом, как правило, имеют поперечное расположением двигателя. Это ставит новую проблему перед проектировщиком, необходимо обеспечить гибкое соединение выхлопной грубы с двигателем, так как он имеет подвижность относительно своих креплений при передаче момента. Не допустимо постоянно изгибать выхлопную трубу и ожидать, что она будет иметь длительный ресурс. Гибкое соединение трубы получает новое значение в переднеприводном автомобиле с поперечно расположенным двигателем. Не попадите в положение, при котором Вы жестко соедините две трубы, чтобы укрепить их в одном месте и попытаетесь получить от них достаточную долговечность. Задача в том, чтобы создать в достаточно гибкое соединение, такое, чтобы двигатель фактически мог двигаться и не перенапрягал выхлопную трубу. Ориентируйтесь на подвижность в пределах 10°, и старайтесь обеспечить это.

Итоги главы

Имеются ли проблемы при соединении штатной системы выхлопа с турбонагнетателем?

Почти всегда. Штатные системы разработаны для расходов газов, произведенных штатными двигателями. Чтобы прокачать через штатную выхлопную системуна на 50 % большее количество газов (приблизительно 0,5 бара наддува), придется увеличить давление в выхлопной трубе до неприемлемо высокого уровня.

При работе двигателя автомобиля образуются продукты сгорания, которые отличаются высокой температурой и токсичностью. Для их охлаждения и отвода из цилиндров, а также для снижения уровня загрязнения окружающей среды в конструкции предусмотрена система выпуска отработавших газов. Другая функция данной системы – уменьшение шума, возникающего при работе двигателя. Выпускная (выхлопная) система состоит из последовательной цепи элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Конструкция системы выпуска

Основной задачей системы выпуска является эффективный отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, снижение их токсичности и уровня шума. Зная, из чего состоит выхлопная система в автомобиле, вы сможете лучше понимать принципы ее работы и причины возможных неполадок. Устройство стандартной выхлопной системы зависит от вида используемого топлива, а также от применяемых экологических стандартов. Выхлопная система может состоять из следующих элементов:

Выпускной коллектор – выполняет функцию отвода газов и охлаждения (продувки) цилиндров двигателя. Он выполняется из термостойких материалов, поскольку температура выхлопных газов в среднем варьируется от 700°С до 1000°С.
Приемная труба – представляет собой трубу сложной формы с фланцами для крепления к коллектору или турбонагнетателю. (устанавливается в бензиновых двигателях экологического стандарта Евро-2 и выше) – устраняет из отработавших газов наиболее вредные компоненты CH, NOx, СО, преобразуя их в водяной пар, углекислый газ и азот.
Пламегаситель – устанавливается в системах выпуска отработавших газов автомобилей вместо катализатора или сажевого фильтра (в качестве бюджетной замены). Он предназначен для снижения энергии и температуры потока газов, выходящих из выпускного коллектора. В отличие от катализатора, не снижает количество токсичных компонентов в отработавших газах, а лишь снижает нагрузку на глушители. – служит для контроля уровня кислорода в составе отработавших газов. В системе может быть один или два кислородных датчика. На современных двигателях (рядных) с катализатором устанавливается 2 датчика. (обязательная часть системы выхлопа дизельного двигателя) – удаляет сажу из выхлопных газов. Может совмещать в себе функции катализатора.
Резонатор (предварительный глушитель) и основной глушитель – снижают уровень шума выхлопных газов.
Трубопроводы – соединяют отдельные элементы выхлопной автомобильной системы в единую систему.

Принцип работы системы выхлопа

В классическом варианте для бензиновых двигателей выхлопная система автомобиля работает следующим образом:

Выпускные клапана двигателя открываются, и отработавшие газы с остатками не сгоревшего топлива выбрасываются из цилиндров.
Газы из каждого цилиндра попадают в выпускной коллектор, где объединяются в один поток.
По приемной трубе отработавшие газы из выпускного коллектора проходят через первый лямбда-зонд (кислородный датчик), который фиксирует количество кислорода в составе выхлопа. На основе этих данных электронный блок управления корректирует топливоподачу и состав топливовоздушной смеси.
Далее газы попадают в катализатор, где вступают в химическую реакцию с металлами-окислителями (платиной, палладием) и металлом-восстановителем (родий). Рабочая температура газов при этом не должна быть ниже 300°С.
На выходе из катализатора газы проходят второй лямбда-зонд, с помощью которого происходит оценка исправности работы каталитического нейтрализатора.
Далее очищенные отработавшие газы попадают в резонатор, а затем в глушитель, где потоки выхлопа преобразуются (сужаются, расширяются, перенаправляются, поглощаются), что снижает уровень шума.
Из основного глушителя отработавшие газы уже попадают в атмосферу.

Система выхлопа дизельного двигателя имеет некоторые особенности:

Выходя из цилиндров, отработавшие газы попадают в выпускной коллектор. Температура выхлопных газов дизельного двигателя варьируется в диапазоне 500-700 °С.
Далее они попадают в турбокомпрессор, осуществляющий наддув.
После этого выхлоп проходит через кислородный датчик и попадает в сажевый фильтр, в котором удаляются вредные компоненты.
В завершении выхлоп проходит через автомобильный глушитель и выходит в атмосферу.

Эволюция системы выхлопа неразрывно связана с ужесточением экологических стандартов эксплуатации автомобиля. Так например, начиная с категории Евро-3, установка катализатора и сажевого фильтра для бензиновых и дизельных моторов обязательна, а их замена на пламегаситель считается нарушением закона.

Читайте также: