Система выпуска отработанных газов

Система выпуска отработанных газов

Основной задачей системы выпуска отработанных газов является удаление выхлопных газов из цилиндров и содействие в подаче потока впускного заряда, который должен полностью заполнить цилиндры. Все остаточные отработанные газы будут сокращать объем цилиндра, который должен был быть занят производящим мощность впускным зарядом. Однако, как уже пояснялось в предыдущих главах, это не единственная причина. Температура выхлопных газов слишком высокая. Это тепло передается впускному заряду, и, не говоря уже об увеличении риска возникновения детонации, впускной заряд значительно увеличивается в объеме, поэтому плотность заряда уменьшается. Затем во время горения топливовоздушнойсмеси выхлопные газы могут препятствовать распространению пламени, что приведет к еще большему снижению мощности, атакже к увеличению количества вредных выбросов в атмосферу.

Система выпуска отработанных газов влияет на технические характеристики турбокомпрессора

Это относится ко всем двигателям – как атмосферным, так и с различными формами наддува. Однако в случае с турбированными двигателями существует еще одна проблема, а именно свободный поток выхлопных газов для быстрого увеличения скорости вращения турбинного колеса, азатем поддержания высокой скорости вращения с целью создания высокого давления наддува. Конечно же, энергия, затраченная на преодоление препятствий на пути потока выхлопных газов, несможет использоваться для приведения в действие турбинного колеса. Из-за этого (учтите, что это касается только системы выпуска отработанных газов в автомобилях с турбированными двигателями) необходимо приложить максимальные усилия, чтобы обеспечить беспрепятственную подачу выхлопных газов при любых рабочих условиях двигателя к турбинному колесу. Любое снижение эффективности в данном случае приведет к увеличению вероятности возникновения турбоям или, возможно, потере мощности при высокой частоте вращения, если вы использовали корпус турбинного колеса меньшего размера, чтобы восстановить давление наддува при низкой частоте вращения. Обычно турбинное колесо рассматривается в качестве движущей силы турбокомпрессора. Я считаю, что это не совсем так. На самом деле турбинное колесо вместе с системой выпуска отработанных газов является движущей силой турбокомпрессора, и любые модификации, которые мы сделаем в этой области, будут непосредственно влиять не только на форму кривой мощности, но также на технические характеристики управляемости автомобиля.

Следовательно, если вы имеете дело с заводским турбированным двигателем, именно на этом участке можно выполнить модификации, которые обеспечат значительное улучшение технических характеристик. Можете быть уверены, что, потратив средства на модификацию системы выпуска отработанных газов, вы получите оптимальное увеличение мощности. При этом без ущерба прочности двигателя. Однако существует и обратная сторона медали. Если вы не обеспечите соответствующую прокладку трубопроводов, могут возникнуть проблемы с растрескиванием трубопроводов под воздействием монотонных колебаний, а также проблемы с резонансом, который можно определить по увеличению шума при определенной частоте вращения, чаще всего при движении на крейсерской скорости по шоссе. Даже если вы доверитесь профессионалам, может возникнуть проблема с затрудненным доступом со стороны выпуска в двигателе.

Даже в заводском исполнении расположение трубопроводов может быть просто ужасающим, поэтому в любом случае попытка поменять расположение трубопроводов, особенно на участке перед турбокомпрессором, обостряет проблему недостатка рабочего пространства. Но это не повод опускать руки, так как выполнение модификаций после турбокомпрессора может привести к впечатляющему увеличению мощности. На самом деле для большинства турбированных двигателей я предпочел бы выполнить модификацию трубопроводов системы выпуска отработанных газов до турбокомпрессора. Конечно же, существуют исключения. Некоторые автомобили оснащены трубопроводами, которые значительно снижают мощность, и это нельзя игнорировать. Одним из примеров может служить автомобиль Toyota Supra, в котором просто необходимо произвести замену выпускного коллектора. К тому же, если клиент хочет значительного увеличения мощности, заводской коллектор, скорее всего, придется заменить независимо от сферы применения автомобиля (в условиях городского движения или на соревнованиях).

Вот отличный пример того, как делать не нужно. Мощность на выходе в этом автомобиле Toyota Supra (IJZ-GTE) просто поразительная, учитывая крошечные выпускные коллекторы, которые блокируют поток выхлопных газов.

Турбокомпрессоры также крошечные, при этом они ограничивают поток выхлопных газов, как иотводящий трубопровод, соединяющий оба турбокомпрессора. Обратите внимание на то, как плохо совмещены впускные отверстия турбокомпрессоров и выпускных коллекторов.

Модификация заводского коллектора

Решение сохранить заводской коллектор совершенно не означает, что нам придется мириться с заводскими припусками и формами. Нам необходимо сохранить прочность заводского блока, но при этом мы можем сделать многое, чтобы улучшить пропускную способность, а иногда мы даже можем компенсировать недостатки заводской конструкции, которые могут стать причиной растрескивания в некоторых участках.

Прежде всего нам необходимо убедиться, что внутренние поверхности коллектора гладкие. Учтите, что гладкая поверхность не только облегчает прохождение выхлопных газов, но также препятствует накоплению отложений, которые сами по себе могут ограничивать интенсивность потока. Поэтому необходимо отшлифовать все неровности в каналах выпускного коллектора. Швы соединения половинок коллектора могут иметь острые края, так что их тоже необходимо отшлифовать. Обратите внимание на то, как совмещаются выпускные каналы с коллектором. Скорее всего, внекоторых каналах выступающие края будут мешать потоку выхлопных газов. Совместите данные участки должным образом, а также проверьте, нуждается ли в подрезке прокладка выпускного коллектора.

По крайней мере выпускной коллектор должен выглядеть примерно так и обладать такой же пропускной способностью, как эта половина заводского выпускного коллектора автомобиля Nissan Skyline GT-R. Обратите внимание на увеличение диаметра в точке соединения между коллектором и впускным отверстием турбокомпрессора.

Не ограничивайтесь только обработкой контактной поверхности каналов головки блока цилиндров. Некоторые коллекторы состоят из двух-трех компонентов, соединенных вместе болтами. На каждом стыке сделайте все возможное, чтобы обеспечить оптимальное прохождение потока выхлопных газов, и не забывайте о соединении коллектора с турбокомпрессором.

Часто вы можете столкнуться с ситуацией, когда просто невозможно добраться до обрабатываемой поверхности. В таком случае у вас остается два варианта. Вы можете либо устранить все возможные неровности и забыть об остальном, либо отправить выпускной коллектор на абразивное продавливание. Для тех, кто не знаком с этим методом, стоит отметить, что абразивное продавливание предусматривает отделку или зачистку путем пропускания абразивной пасты сквозь обрабатываемую деталь или вдоль нее (этот метод также может использоваться для обработки внутренней поверхности впускного коллектора и головки блока цилиндров). При помощи этого метода высможете эффективно сгладить все неровности в труднодоступных местах выпускного коллектора, но существуют некоторые опасности. Если вы будете использовать этот метод сизлишним рвением, это может ослабить деталь в важных участках, при этом результатом может стать растрескивание под воздействием высоких температур и вибрации. И даже если этого не произойдет, значительное увеличение внутреннего диаметра каналов стоит рассматривать скорее как негативный результат. Причина кроется в том, что поток выхлопных газов высокой интенсивности увеличивает скорость вращения турбинного колеса значительно эффективнее. Когда мы увеличиваем диаметр каналов, интенсивность потока снижается, в частности при низкой частоте вращения двигателя, когда сила, приводящая в движение турбинное колесо, должна быть как можно больше. И, естественно, при удалении материала с внутренней поверхности коллектора его стенки становятся тоньше. Это также имеет огромное значение, так как уменьшение толщины стенок увеличивает теплоотдачу. Тепло – это энергия, и его потеря приведет к сокращению сил, которые приводят в действие турбинное колесо. Тепло, в свою очередь, может негативно повлиять на технические характеристики других систем. Увеличение температуры в моторном отсеке может привести к проблемам в работе системы охлаждения двигателя, а также к увеличению температуры воздуха при прохождении через впускной воздуховод к впускному коллектору. Чтобы избежать этого, необходимо обратиться к специалистам по выполнению абразивного продавливания, которые учтут ваши индивидуальные пожелания, стараясь не увеличивать диаметр впускных каналов во время очистки внутренней поверхности в коллекторе.

Поперечная выхлопная труба в конструкциях с одним турбокомпрессором на оппозитных или V-образных двигателях всегда препятствует прохождению потока выхлопных газов и негативно влияет на технические характеристики турбокомпрессора.

Обработав внутреннюю сторону впускного коллектора, необходимо обратить внимание на внешнюю. Тут следует устранить все концентраторы напряжения на поверхности и обеспечить абсолютно плоские контактные поверхности на всех соединениях. Стачивая все острые края, мы устраняем вероятность растрескивания под воздействием широкого диапазона температуры, типичного для турбированных двигателей. Между тем хочу поделиться с вами личным наблюдением. Я заметил, что некоторые коллекторы отлиты таким образом, что все каналы соединены вместе вточке подсоединения к головке блока цилиндров. Это не очень хорошая идея. На первый взгляд может показаться, что это придает коллектору прочность, но обычно при изготовлении важна быстрота и скорость производства. К сожалению, подобное соединение на поверхности коллектора может стать местом концентрации напряжения по мере увеличения температуры, а также это может привести к растрескиванию шпилек коллектора. Все, что нужно, чтобы устранить эту проблему, – это ножовка, при помощи которой вы разрежете соединение между каждым каналом (рис.16.1). Эта простая модификация значительно снизит интенсивность расширения и сжатия на поверхности коллектора, а также устранит концентратор напряжения и снизит вероятность утечки через прокладку коллектора.

Рис. 16.1. Выполнение разрезов в объединенных каналах коллектора поможет предотвратить растрескивание коллектора и повреждение шпилек.

Выбор прокладки

Все прокладки на участке между головкой блока цилиндров и отводящим трубопроводом турбокомпрессора выполняют две важные задачи, хотя часто их выпускают из виду. Некоторые считают, что прокладки предназначены для предотвращения утечек. Конечно же, это одна из их важнейших функций, так как утечка выхлопных газов перед турбокомпрессором приведет к потере энергии, необходимой для раскручивания турбинного колеса. Но не менее важно то, что прокладка в зависимости от состава может выполнять роль теплового барьера или проводника. Чтобы прокладкисмогли выполнять свои основные функции, мы должны обеспечить абсолютно плоские контактные поверхности. А также подобрать подходящий материал, из которого будет изготовлена прокладка.

В некоторых соединениях прокладка не обязательно должна играть роль теплового барьера. Поэтому мы можем использовать такие материалы, как медь, при условии, что она обеспечит герметичное соединение. В качестве примера можно привести прокладку между выпускным коллектором и впускным отверстием турбокомпрессора. Обе детали работают примерно при одинаковой температуре, и тепловой поток от одного компонента кдругому не настолько важен. Соединение между головкой блока цилиндров и выпускным коллектором – это совсем другое дело. Здесь мы не должны терять тепловую энергию, и уж точно мы не хотим подвергать нагрузкам систему охлаждения двигателя, теряя тепло, которое передается от коллектора к головке блока цилиндров. В данном случае оптимальным вариантом будет прокладка, которая будет герметично закрывать иизолировать.

Прокладка из композитных материалов с металлическим каркасом послужит отличным изолятором, но в данных рабочих условиях она, скорее всего, не прослужит долго. В качестве альтернативного варианта, который, конечно же, не будет изолировать настолько эффективно, вы можете использовать прокладку с тепловым барьером, установленным между двумя металлическими поверхностями, обычно изготовленную из низкоуглеродистой стали или меди. Мы будем использовать подобную прокладку на выпускном отверстии турбокомпрессора, где необходимо сократить теплоотдачу от турбокомпрессора к отводящему трубопроводу. И, конечно же, мы не хотим, чтобы отводящий трубопровод имел более высокую температуру, чем это допустимо.

Если мы используем внешний перепускной клапан, мы также будем использовать прокладку с тепловым барьером между ним и выпускным коллектором, чтобы изолировать мембрану перепускного клапана от воздействия тепла. Однако со стороны выпуска на перепускном клапане мы можем использовать неизолирующую прокладку, если перепускной клапан оснащен отдельным трубопроводом, так как это позволит отводить тепло.