5.3.6. Система выпуска отработавших газов
5.3.6.1. Общие положения
На автомобилях система выпуска отработавших газов обеспечивает отвод отработавших газов в окружающую среду, а также некоторые дополнительные функции. На двигателях с наддувом от свободного турбокомпрессора отработавшими газами приводится турбина компрессора. На полноприводных автомобилях выпускные газы используются как рабочее тело моторного тормоза. На машинах с двухступенчатыми воздухоочистителями, в которых первая ступень инерционно-сухая, выпускные газы используются для отсоса пыли из пылесборника. На некоторых магистральных тягачах с эжекционной системой охлаждения отработавшие газы применяются для создания разрежения в отсеках системы охлаждения.
Основными элементами системы выпуска отработавших газов являются: выпускные коллекторы, трубопроводы (газоводы), выпускные трубы, глушители. Дополнительными элементами: эжекторы, моторные тормозы.
Выпускной коллектор имеет патрубки с фланцами и корпус. Проходные сечения корпуса и трубопровода для отвода выпускных газов, как правило, одинаковы по величине.
5.3.6.2. Последовательность расчета
1. Площадь проходного сечения может быть определена по уравнению
где mr - расход газа секундный, кг/с; Wr - скорость газа в трубопроводе;
r - плотность выпускных газов, кг/м3; iк - количество выпускных коллекторов на двигателе.
2. Секундный расход выпускных газов определяется на номинальной мощности двигателя при номинальной частоте вращения по уравнению
3. Глушители на колесных машинах выполняют по простой прямоточной схеме с резонансными камерами.
Объем камеры глушителя определяется в зависимости от конструктивных параметров двигателя
где к - эмпирический коэффициент, к = 35 103 – для грузовых автомобилей;
к = 50 103 – для легковых автомобилей; n - частота вращения min-1; Vs - рабочий объем цилиндра, дм3; i - число цилиндров.
Геометрические размеры глушителя определяют исходя из компоновочного пространства, которое может быть выделено для глушителя.
При выборе соотношения между диаметром и длиной глушителя следует учитывать, что короткий глушитель большего диаметра хорошо работает в узком диапазоне частот. Длинный глушитель работает в широком диапазоне частот, но с меньшей эффективностью.
Для коротких глушителей Д/е = 0,45 … 0,55. Для длинных глушителей Д/е = 0,18 …0,25. На гусеничных машинах глушители не устанавливают, их роль в какой то мере выполняют выпускные трубы.
Таблица
Геометрические размеры и параметры теплообмена и шахматном расположением их в пучке
Условное обозначение элемента |
Размеры и характеристики |
Параметры теплообмена |
||||||
Наружный диаметр трубы |
Наружный диаметр ребра |
Толщина ребра |
Поперечный шаг пучка |
Продольный шаг пучка |
|
|||
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
Re 103 |
A |
m |
|
СР-297 |
19 |
37 |
0,83 |
40 |
35 |
4,35…20,3 |
1,41 |
0,643 |
ККР-1 |
9,65 |
23,37 |
0,457 |
24,8 |
20,4 |
0,6…10 |
0,292 |
0,518 |
ККР-3 |
10,67 |
21,87 |
0,483 |
24,8 |
20,4 |
0,5…8 |
0,195 |
0,603 |
ККР-5 |
16,38 |
28,48 |
0,254 |
31,3 |
34,3 |
1,1…8,5 |
0,1275 |
0,666 |
ККР-8 |
19,66 |
37,16 |
0,305 |
39,6 |
44,5 |
1,4…5,5 |
0,1 |
0,644 |
ККР-13 |
26 |
44,12 |
0,305 |
49,8 |
52,4 |
1,3…8 |
0,135 |
0,62 |
Примечание: СР – спиральное оребрение; ККР – круглая труба и кругл
Таблица 2.3.
Двигатели отечественных автомобилей
-
Заданные параметры
Значения параметров
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Автомобиль
(марка)
ЗИЛ
433100
Урал 43206
МАЗ
БелАЗ
КамАЗ 5320
КамАЗ 6310
Газель
Волга
Газ-3110
ВАЗ-2112
Минивэн
УАЗ-СИМБА
Прототипы двигателя
ЗИЛ
645
ЯМЗ 236
ЯМЗ 238
ЯМЗ 238Н
КамАЗ 740
КамАЗ 7406
ГАЗ-560
ГАЗ-409
ВАЗ-2112
ЗМЗ-514
Тип двигателя
дизель
дизель
дизель
дизель
дизель
дизель
дизель
бензинов
бензиновый
дизель
Число и расположение цилиндров, порядок их работы
8V
15426378
6V
142536
8V
15426378
8V
15426378
8V
15426378
8V
15426378
4Р
1423
4Р
1423
4Р
1423
4Р
1423
Мощность двигателя, кВт
136
132,4
176
220
154
220
81
150
98
67
Частота вращения коленвала, мин-1
2800
2100
2100
2100
2600
2600
3800
5000
6000
4200
Степень сжатия, e
18,5
16,5
16,5
15,2
17
16
20,5
10
10,5
19,5
Диаметр ´ ход поршня, мм
110х
115
130х140
130х
140
130х140
120х
120
120х120
90х
80
100х
80
90х
75
90х82
Применяемое топливо
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
Дизельное
дизельное
дизельное
А95
А95
дизельное
Коэффициент избытка воздуха, a
1,55
1,57
1,57
1,8
1,6
1,9
1,7
0,85
0,9
1,6
Среднее эффективное давление
0,667
0,676
0,677
0,841
0,657
0,82
0,817
1,09
0,98
0,855
Степень повышения давления
1,8
1,7
1,7
1,6
1,8
1,55
1,8
4
3,7
1,7
Длина шатуна
207
265
265
265
223
223
154
134
144
158
Масса поршневого комплекта
3,03
3,524
3,524
3,63
3,35
3,44
1,42
0,71
1,35
1,75
Масса шатуна
3,64
4,4
4,4
4,91
3,82
4,2
1,55
0,86
1,25
1,03
Тактность
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Литраж
8,74
11,15
14,95
14,95
10,85
10,85
3,13
3,3
2
2,24
Удельный расход топлива,
225
245
245
230
224
215
215
250
260
222
Коэффициент наполнения
0,8
0,78
0,78
0,9
0,79
0,92
0,8
0,8
0,8
0,92
Угол открытия выпускн клапана
66
56
56
66
66
70
68
72
74
70
Давление в конце выпуска, МПа
0,11
0,112
0,114
0,15
0,109
0,154
0,14
0,11
0,11
0,13
Температура в конце выпуска, К
700
730
720
830
711
850
900
760
744
820
Подогрев заряда, К
22
19
20
5
19
7
6
25
22
8
Показатель политропы сжатия, n1
1,35
1,36
1,355
1,34
1,35
1,347
1,35
1,36
1,36
1,34
Показатель политропы расширения, n2
1,18
1,19
1,2
1,22
1,18
1,22
1,2
1,18
1,19
1,21
Коэфф. полезного тепловыделения, z
0,72
0,7
0,74
0,79
0,69
0,8
0,81
0,73
0,7
0,81
Наличие наддува и охладителя
нет
нет
нет
есть
Нет
есть
есть,
ОНВ
нет
нет
есть
Крутящий момент при частоте, Нм
771/1200
754/960
998/
1000
1248/
1000
874/
1200
1248/
1200
250/
1800
228/
3500
185/
2700
181/2200
Тип камеры сгорания
Объемно-плен
объемный
объемный
объемный
объемный
объемный
Объемно-плен
объемный
объемный
Объемно-плен
Таблица 2.3.
Двигатели зарубежных автомобилей
-
Параметры
Значения параметров
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Автомобиль (марка)
Автобус Мерс О 404
Автобус Мерс О 350
Прототипы двигателя
Камминз
ОМ
633
ОМ
421
ОМ
422
ОМ
423
ОМ
364
Число и расположение цилиндров, порядок их работы
6Р
12 V
153624
153624
6V
142536
8V
15426378
10V
15426378
4Р
1342
Мощность двигателя, кВт
448
522
163
263
354
66
Частота вращения коленвала, мин-1
2800
2100
2100
2100
2600
2000
2280
2300
2100
3720
Степень сжатия, e
18,5
16,5
16,5
15,2
17
14
18
18,5
22
16
Диаметр ´ ход поршня, мм
160х115
130х140
130х
140
130х140
120х
120
150х180
128х142
128х
142
128х142
97,5х
133
Применяемое топливо
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
дизельное
Коэффициент избытка воздуха, a
1,55
1,57
1,57
1,8
1,6
1,9
1,7
1,9
2
1,6
Среднее эффективное давление
0,667
0,676
0,677
0,841
0,657
0,806
0,78
0,94
1,01
0,71
Степень повышения давления
1,8
1,7
1,7
1,6
1,8
1,65
1,8
2
2
1,7
Длина шатуна
207
265
265
265
223
320
210
240
245
180
Масса поршневой группы
3,03
3,524
3,524
3,63
3,35
3,95
4,24
4,24
4,24
2,09
Масса шатуна
1,38
1,667
1,667
1,72
1,45
4,55
2,7
3,22
3,22
2,46
Тактность
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Литраж
15
11,15
14,95
14,95
10,85
38,88
11
14,62
18,27
3,0
Удельный расход топлива,
225
245
245
230
224
235
215
220
218
222
Коэффициент наполнения
0,8
0,78
0,78
0,9
0,79
0,92
0,8
0,8
0,9
0,8
Угол открытия выпускн клапана
66
56
56
66
66
70
70
72
74
59
Давление в конце выпуска, МПа
0,13
0,112
0,14
0,135
0,12
Температура в конце выпуска, К
850
792
895
880
780
Подогрев заряда
5
20
6
6
19
Показатель политропы сжатия, n1
1,35
1,36
1,35
1,35
1,365
Показатель политропы расширения, n2
1,2
1,21
1,19
1,18
1,2
Коэфф. полезного тепловыделения, z
0,8
0,78
0,8
0,82
0,79
Наличие наддува
нет
нет
нет
есть
нет
есть
Нет
есть
есть
Нет
Неразделен
раздел,
вихрекам
раздел,
вихрекамера
раздел,
вихрекамера
раздел,
вихрекамера