ТО и ремонт автомобильного транспорта. Тема 1.2 «Устройство и основы теории двигателя»

Тема 1.2 «Устройство и основы теории двигателя»

Урок № 1.2.53. Тема: «Система выпуска отработавших газов»

Система выпуска отработавших газов предназначена для отвода отработавших тазов от двигателя в атмосферу и одновременно для снижения шумности выхлопа и снижения температуры выхлоп­ных газов. Система выпуска отработавших газов большинства легковых автомобилей схожа по конструкции (рис. 1).

Рис. 1. Основные элементы системы выпуска отработавших газов.

Выпускной тру­бопровод (коллектор) предназначен для отвода отработавших газов из цилиндров двигателя в систему выпуска газов и глушения шума.

Система выпуска отработавших газов автомобилей ВАЗ «Самара» (рис. 2) включает в себя: приемные трубы 12, соединенные через металлоасбестовые прокладки 2 с выпускным трубопроводом двигателя, основной 6 и дополнительный 4 глушители, которые соединяются между собой при помощи хомутов 8.

Рис. 2. Система выпуска отработавших газов автомобиля ВАЗ-2115: 1 – кронштейн крепления приемных груб; 2 – прокладка; 3 – прижим (скоба) кронштейна; 4 – дополнительный глушитель (резонатор); 5 – подушки подвески глушителей; 6 – основной глушитель; 7 – выпуск­ная труба; 8 – хомуты соединения труб глушителей; 9 – каталитический нейтрализатор: 10 – уплотнительное кольцо; 11– датчик концентрации кислорода; 12 – приемные тру­бы.

Глушитель и трубы системы выпуска отра­ботавших газов имеют эластичное крепление к кронштейнам пола кузова при помощи резиновых подвесок 5. В корпусах основного 6 глушителя и дополнительного 4 глушителя (резонатора) размеща­ются перфорированные трубы с перегородками.

Глушители. В глушителях используют два способа снижения уровня звука: диссипативный и реактивный. Первый основан на преобразовании звуковой энергии в тепловую за счет протекания газов через перфорированные перегородки, которые дробят поток газов и снижают его пульсацию. При реактивном способе исполь­зуется 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.

Отработавшие газы, выходящие с большой скоростью из выпускного трубопровода, поступают через приемные трубы глушителей в их корпусы, рас­ширяются и, пройдя через ряд отверстий перфорированных труб 4, 6 и 12 (рис. 3) корпусов, теряют скорость, вследствие чего уменьшается шум при последующем выходе газов из трубы в атмосферу. При этом на выталкивание отработавших газов и преодоление сопротивления в глушителях затрачивается до 4% мощности двигателя.

Рис. 3. Устройство глушителей ВАЗ: 1 – корпус дополнительного глушителя (резонатора); 2 – теплоизоляция дополнительного глушителя; 3 – глухая перегородка; 4 – перфорированная труба; 5 – диафрагма; 6 – передняя перфорированная труба; 7 – впускной патрубок; 8 – средняя перегородка; 9 – выпускной патрубок; 10 – задняя перегородка; 11 – корпус основного глушителя; 12 – задняя перфорированная труба.

Корпусы глушителей для лучшей коррозионной стойкости мо­гут изготавливаться из нержавеющей стали или из стали, плакиро­ванной алюминием и имеют теплоизоляционный слой из листово­го асбеста или других аналогичных по свойству материалов.

В системах выпуска отработавших газов автомобилей с систе­мами впрыска топлива (с обратной связью) устанавливается ката­литический нейтрализатор 9 (см. рис. 2) с датчиком концентра­ции кислорода 11.

На автомобиле КамАЗ дополнительно установлен тормоз-замедлитель 4 (рис. 4). 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.

Рис. 4. Схема системы выпуска отработавших газов дизеля: 1 – уплотнитель: 2, 3, 8 – трубы; 4 – тормоз-замедлитель; 5 – пневмоцилиндр привода тормоза-замедлителя; 6 – рукав; 7– глушитель; 9 – патрубок трубопровода к воздухоочистителю; 10 – эжектор.

Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отрабо­тавших газах токсических компонентов. Основными токсически­ми веществами в отработавших газах являются оксид углерода СО, группа оксидов азота NO_x (основной из них NО₂) и углеводороды С_mН_n.

Различают термические и каталитические нейтрализаторы. В термических нейтрализаторах происходят полное восстановление СО в СО₂ и догорание СН. Угарный газ СО 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 %.

Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы.Они основаны на понижении энергии, выделяющейся при хими­ческих процессах окисления токсических веществ, за счет приме­нения катализаторов (платины, палладия, родия).

Каталитические нейтрализаторы делят по следующим призна­кам: по типу — окислительные (для СО и СН), восстановительные (для NО_x) 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 NO_x). Эти ней­трализаторы наиболее эффективно работают с l-зондами (или датчика концентрации кислорода), однако и без них способны снизить выбросы токсинов на 50 %. l-зонд или датчик концентра­ции кислорода — это прибор, позволяющий определить в отработав­ших газах количество свободного кислорода. Датчик концентра­ции кислорода 11 (рис. 2) обеспечивает передачу на электронный блок управления (ЭБУ) информации для оптимизации состава топливовоздушной смеси, обеспечивающей наиболее благоприятные условия для эффективной работы ней­трализатора и соответственно для обеспечения минимальной ток­сичности выхлопных газов. По полученным дан­ным электронный микропроцессор определяет коэффициент из­бытка воздуха α.

Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответ­ствует очень узкому диапазону значений α = 0,98...1 (рис. 6, а). Эту эффективность можно оценить по степени преобразования компонентов:

К = (С₁ – С₂)/С₁

где С₁ 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 узкий диапазон состава смеси, устанавливают l-датчик, по сигналам которого микропроцессор обеспечивает нужную подачу топлива форсунками. Сам l-датчик также настроен на очень уз­кую зону состава смеси (рис. 6, б). Микропроцессор совместно с l-датчиком поддерживает состав смеси α = 1 с точностью ±1 %.

Рис. 6.6. Характеристики эффективности нейтрализатора (а) и l-датчика (б):

U— выходное напряжение l-датчика

Устройство каталитического нейтрализатора. Каталитический нейтрализатор представляет собой блок сотовой структуры с напыленными катализаторами: два окислительных катализатора (платина и палладий) способ­ствуют преобразованию углеводородов (СН) в водяной пар (Н₂О), а окиси углерода (СО) — в двуокись (СО₂), а восстановительный катализатор (радий) способствует преобразованию токсичных окислов азота (NO_x) в безвредный азот (N₂).

Рис. 5. Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов:

1 – датчик концентра­ции кислорода (l-зонд); 2 – цилиндр; 3 – терморасширительная прокладка; 4 – катализатор; 5 – керамический носитель; 6 – металлический корпус

В металличес­ком корпусе его находится носитель, покрытый активным катали­тическим слоем. Носитель может быть насыпной и монолитный керамический или металлический. Чаще всего применяют моно­литные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе выполнены каналы квадратного сечения. В разных конструкциях на 1см² приходится 31, 46, 62, 93 канала. Поверхности каналов покрыты тонкой пленкой катализатора — платиной, палладием, родием. Соотношение платины и родия 5:1. На один нейтрализа­тор требуется 1,5...3 г благородных металлов. Платина способству­ет окислительным процессам (переводу СО в СО₂), 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 больше, чем у керамики, термическое расширение, между корпусом и перегородками помещают набив­ку из высоколегированной проволоки.

Нормальная работа нейтрализаторов происходит при темпера­туре 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, 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.

Д.З.

1. Шестопалов С.К. Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей.

Стр. 103.

2. Богатырев А.В. и др. Автомобили. Стр. 85.