Как работает система выпуска отработавших газов

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.
• Каталитический нейтрализатор (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.
• Лямбда-зонд – 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.
• Сажевый фильтр (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.

lelikzvena

lelikzvena

ВЕНТИЛЯЦИЯ ГАРАЖА
Вентиляция гаражей предназначена для обеспечения воздухообмена в используемых помещениях и удаления выхлопных газов.

Для вентиляции гаража на один или два автомобиля необходим качественный воздухообмен. Создание комфортного микроклимата в гараже обеспечивает вытяжная вентиляция и система удаления выхлопных газов.

Вытяжная вентиляция гаража может быть как естественной так и принудительной, с использованием вентилятора. Принцип устройства естественной вентиляции следующий:

— на стене у ворот или в самих воротах устанавливаются регулируемые жалюзи или щелевые решетки, через которые поступает свежий воздух.
— в самом гараже, на противоположной от ворот стене, вертикально монтируем вытяжной воздуховод.
— на воздуховод устанавливаем две щелевые решетки. Одну у пола, вторую под потолком.
-воздуховод выводим из гаража, на 50-70 сантиметров.

Если гараж находится в подвале или пристроен к жилому дому, воздуховод необходимо вывести выше уровня кровли, для того, чтобы избежать попадания загрязненного воздуха через окна в жилые помещения.

На окончание воздуховода устанавливаем вытяжной зонт или, что более эффективно — дефлектор. Дефлектор создает область пониженного давления в воздуховоде.

При наличии в гараже смотровой ямы, от приточной жаллюзийной или щелевой решетки прокладываем воздуховод к самой яме. Вытяжной воздуховод, соответственно, опускаем ниже, к краю смотровой ямы гаража.

Приточный и вытяжной воздуховоды, зонт и дефлектор изготавливаются из оцинкованной стали.

При устройстве принудительной вытяжной вентиляции в гараже, принцип устройства системы такой же как и у естественной вентиляции, но с монтажом в вытяжной воздуховод канального вентилятора. Регулировка количества поступающего и удаляемого воздуха осуществляется с помощью жаллюзийных и щелевых решеток.

При регулярном выполнении в гараже ремонтных работ требуется более серьезный подход к вентиляции. В помещении гаража от работающих двигателей выделяются вредные вещества содержащиеся в выхлопных газах автомобиля. В этом случае помимо системы общеобменной вентиляции необходима система удаления выхлопных газов.

Система удаления выхлопных газов устанавливается отдельно от системы общеобменной вентиляции.

Газоприемная насадка надевается на выхлопную трубу автомобиля и крепится к гибкому, термостойкому вытяжному шлангу. При наличии достаточного пространства в гараже, желательно под потолком или на стене установить вытяжную катушку на которую после окончания работ с заведенным двигателем шланг вместе с газоприемной насадкой сматывается и не мешает проведению дальнейших работ.

От вытяжной катушки воздуховод из оцинкованной стали подводится к вытяжному высокооборотному вентилятору. При включении вентилятора выхлопные газы удаляются из помещения гаража. При недостатке свободного пространства в гараже вытяжной шланг непосредственно крепится к воздуховоду и подвешивается к потолку с помощью подвеса после окончания работ.

Газоотводы для удаления выхлопных газов от работающих двигателей автомобилей

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

Здравствуйте коллеги,
Ввиду отсутствия данных и методики расчета для МО от двигателей внутреннего сгорания мощностью свыше 240 л.с. (ВСН 01-89 п.4.13 заканчивается данными «св. 240 л.с. — 800 м3/ч), предлагаю на рассмотрение свой вариант расчета для определения объема воздуха МО для двигателя самосвала каръерного Cat777G (один из самых мощных). У заказчика естественно никаких исх. данных кроме католожных нет, надо как то рассчитать систему. Если что прошу поправить.

Расчет газоотвода выхлопных газов производится на примере карьерного самосвала CAT 777G.
Исходные данные:
Мощность самосвала …………. 1025 л.с (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Температура выхлопных газов…. 570 C (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Максимальная температура работы вентилятора газоотвода…….90 С (данные производителя “Совплим”)
Температура воздуха внутри помещения…………………………. 20 С

Расчет:
Количество удаляемого воздуха от работающих двигателей в зависимости от их мощности следует принимать (ВСН 01-89): ….. св. 175 кВт (240 л.с.) — 800 м3/ч.
Ввиду отсутствия данные для двигателя мощностью 1025 л.с., найдем множитель n=800/240

4.
Lгазоотвода CAT777=800*4=3200 м3/ч
Найдем количество теплоты, которое необходимо затратить чтобы ассимилировать температуру выхлопных газов 570 C до рабочей температуры вентилятора 90 C.
Q=(c*ρ*∆t)/860
С- удельная теплоемкость воздуха при t=570 C …………. 1,12 кДж/кг*С
t=20 С…………….1,005 кДж/кг*С
ρ=353/(273+t)=353/273+570=0,42 кг/м3
Q=(1,12*0,42*(570-90))/860

Расчет подмеса свежего воздуха, необходимого для ассимиляции температуры от 20 до 90 C
Lпод=(3,6*Q)/(ρ*c*(t_(пр-t_(вн ) )))=(3,6*53000)/(1,2*1,005(90-20))=2300 м3/ч

Lсум= Lгазоотвода CAT777+Lпод=3500+2300

6000 м3/ч
Вывод : для вытяжного вентилятора системы газоотвода необходим вентилятор производительностью L=6000 м3/ч.

Группа: Участники форума
Сообщений: 173
Регистрация: 24.9.2008
Пользователь №: 22867

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

4 раза, далее 800*4=3200 м3/ч).
Я исхожу из того, что если теоретически к одному трубопроводу подключить 4 последовательных потребителя по 240 л.с., то на выходе будет мощность 960 л.с., что не противоречит требованиям ВСН.
Если есть какие-то соображения или иная методика расчета (со СНиП или учебников, пособий), прошу ее указать

Группа: Участники форума
Сообщений: 372
Регистрация: 25.6.2013
Пользователь №: 197092

Для расчёта мощность не даёт полезной информации — нужен рабочий объём двигателя. Из него считается объём приточки и выхлопных газов.

Сообщение отредактировал AVFRZN — 9.2.2014, 15:21

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

Группа: Участники форума
Сообщений: 3890
Регистрация: 19.3.2009
Из: Минск
Пользователь №: 30769

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

Группа: Участники форума
Сообщений: 3890
Регистрация: 19.3.2009
Из: Минск
Пользователь №: 30769

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

понял, спасибо за помощь,
Нашел ошибку в своем расчете, заодно подкорректировал неправильные данные которые дали в Совплим (рабочая температура вентилятора не 90 C, а 200 C).
Кстати наша родная «Веза» тоже выпускает вентиляторы, подходящие для этих целей (радиальные, в термостойком взрывозащищенном
исполнении). Откорректированный расчет прилагаю:

Расчет газоотвода выхлопных газов производится на примере карьерного самосвала CAT 777G.
Исходные данные:
Мощность самосвала …………. 1025 л.с (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Температура выхлопных газов…570 C (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Максимальная температура работы вентилятора газоотвода……200 С (данные производителя “Совплим”)
Температура воздуха внутри помещения…………………………20 С
Расчет:
Количество удаляемого воздуха от работающих двигателей в зависимости от их мощности следует принимать (ВСН 01-89): ….. св. 175 кВт (240 л.с.) — 800 м3/ч.

Ввиду отсутствия данные для двигателя мощностью 1025 л.с., найдем множитель n=1025/240

4.
Lгазоотвода CAT777=800*4=3200 м3/ч

Найдем количество теплоты, которое необходимо затратить чтобы ассимилировать температуру выхлопных газов 570 C до рабочей температуры вентилятора 200 C (Требования производителей вентиляторов “Совплим”, «Веза»).
Q=(c*ρ*L*∆t)/860
С- удельная теплоемкость воздуха при t=570 C …………..1,12 кДж/кг*С
t=20 С……………1,005 кДж/кг*С
ρ=353/(273+t)=353/273+570=0,42 кг/м3 (плотность воздуха при t=570 C)
Q=(1,12*0,42*3200*(570-200))/860

Расчет подмеса свежего воздуха, необходимого для ассимиляции температуры от 20 до 200 C
Lпод=(3,6*Q)/(ρ*c*(t_(пр-t_(вн ) )))=(3,6*648000)/(1,2*1,005(200-20))=10746 м3/ч
Lсум= Lгазоотвода CAT777+Lпод=10746+3200

Вывод : для вытяжного вентилятора системы газоотвода необходим вентилятор производительностью L=14000 м3/ч.

Отдельное пояснение для монтажников:
Данный расчет пока не опробован на практике. Если возьмете эти данные за исходные, не забудьте про компенсацию вытяжки притоком,
ибо L=14000 м3/ч расход огромный.
Берите Вытяжку L=14000 м3/ч, Приток L=11200 м3/ч (по ВСН 01-89, п.4.17).