Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Кафедра «Технология машиностроения»

Реферат по ТКМ

На тему:

Выхлопная система автомобиля

Выполнил: Мутрисков Д.В.

Студент группы: АТсд-21

Проверил: к.т.н.,

Доцент Никитенко В.М.

Ульяновск 2015

Содержание

• Аннотация
• Введение
• 1. Назначение и общее описание современной выхлопной системы автомобиля
• 2. Конструкция выхлопной системы
• 3. Материалы и технологии, применяемые отечественными производителями при изготовлении компонентов современной выхлопной системы автомобиля
• Глава 4. О модификациях
• Заключение
• Интернет-ресурсы
• Приложение

Аннотация

В данной работе рассмотрено основное предназначение выхлопной системы легкового автомобиля, набор составляющих элементов современной выхлопной системы, назначение и роль этих элементов в работе выхлопной системы. Рассмотрена точка зрения ведущих отечественных компаний-производителей «Автоконтинет Плюс» и «Автокомплект» на текущее положение российского рынка выхлопных систем автомобилей, рассмотрены перспективные технологии и материалы, применяемые данными производителями, их технологический уровень. Также рассмотрены возможности модификации данной выхлопной системы и актуальность применения таких модификаций на стандартном легковом автомобиле.

Введение

На первый взгляд, это одна из самых незаметных и не доставляющая особых хлопот система автомобиля. Для понимания ее роли и значения, можно вспомнить кадры кинохроники, показывающие первые автомобили - грохочущие, испускающие клубы чёрного дыма, медленно передвигающиеся устройства. И сравнить их с современными, тихими, динамичными и экологически безопасными машинами. Часть, и немалую, такого преобразования обеспечила выпускная система автомобиля, которая эволюционировала от простой трубы, которая только выводила отработанные газы наружу до сложного устройства, состоящего из коллекторов, пламегасителей (резонаторов), глушителей, катализаторов, и соединительных труб далеко не прямой формы. У каждого элемента выхлопной системы автомобиля есть собственное предназначение, в совокупности образующих ту современную роль выхлопной системы автомобиля, для которой она и предназначена. Это тема также является актуальной -- следовательно, её следует изучить и обработать полученную информацию из различных источников.

1. Назначение и общее описание современной выхлопной системы автомобиля

Суть явлений, происходящих внутри двигателя внутреннего сгорания, можно кратко охарактеризовать одним словом - взрыв. Это явление сопровождается сопутствующими эффектами - звуковой волной и продуктами сгорания. Выхлопная система автомобиля предназначена для минимизации подобных вторичных явлений в работе двигателей внутреннего сгорания. Выхлопная система предназначена для следующего перечня задач:

· Вывод продуктов сгорания из цилиндров двигателя

· Снижение шума от работы мотора

· Снижение в отработанных газах вредных веществ

· Вывод за пределы автомобиля и исключения попадания в салон токсичных газов

Первоначальной задачей выхлопной системы автомобиля был отвод выхлопных газов и снижение шума работы двигателя внутреннего сгорания. Последняя функция стала осуществимой с изобретением специализированного устройства - глушителя. [1]

По мере развития двигателей внутреннего сгорания и конструкции самого автомобиля, постепенно ужесточались требования к выхлопной системе автомобиля, в первую очередь понижению уровня шума и загрязнения. Это привело как к усложнению конструкции уже имеющихся элементов выхлопной системы, так и к появлению новых - резонаторов, катализаторов, пламегасителей, коллекторов. (Рис. 1, 2)

2. Конструкция выхлопной системы

Конструкция выхлопной системы автомобиля, прежде всего, зависит от предназначения автомашины. Если это грузовая или пассажирская (автобус) автомашина, то и конструкция выхлопной системы у них будет различаться, однако общий принцип действия останется неизменным. Также конструкция зависит от марки машины, фирмы-производителя, возраста транспортного средства, т.е. то время, когда автомобиль был изготовлен и введён в эксплуатацию. Если для старых машин было достаточно обыкновенного глушителя, то в конструкции современного автомобиля появляется несколько новых, довольно специфических элементов. В общем виде устройство выхлопной системы, соответствующей т.н. «среднему автомобилю», изображено на Рис. 3 в Приложении (Рис. 3) [1]

Работа выхлопной системы производится таким образом: у двигателя внутреннего сгорания в четвертом такте открывается выпускной клапан, и остатки продуктов горения вместе с несгоревшими частицами топлива выводятся из цилиндра. Если двигатель многоцилиндровый, то используется специальное устройство - выпускной коллектор, объединяющие потоки газов из всех цилиндров в один. Приемная труба соединяет выпускной коллектор и катализатор. Последним элементом, которым оснащена система отвода выхлопных газов, и наличие которого является обязательным, является глушитель.

Вот так упрощенно выглядит схема удаления отработанных газов для обычного автомобиля. Однако имеет смысл более подробно рассмотреть отдельные узлы системы и немного коснуться отдельных ее узлов:

· Катализатор. Это специальное устройство, служащее для снижения токсичных веществ в составе отработанных газов. Он устанавливается на некоторых отечественных и большинства зарубежных автомашин. Внутри катализатора, представляющего собой металлический корпус, находится керамический блок, пронизанный множеством тонких каналов, покрытых тончайшим слоем платины с добавкой редких металлов - родия, иридия и палладия. Другая разновидность катализатора - ленточный металлический. Такая конструкция используется, чтобы площадь контакта металла и выхлопных газов была больше. (Рис. 4, 5, 6) Высокая стоимость катализатора определяется именно дороговизной драгметаллов. Цена нового катализатора составляет несколько десятков тысяч рублей. Даже при правильной эксплуатации автомобиля катализатор со временем забивается нагаром и превращается в «кирпич» в выхлопной системе, который необходимо удалить, однако такая ситуация наблюдается чаще при использовании некачественного бензина [1]. В настоящее время специалистами фирмы «ВОРОН» разработан более дешёвый аналог катализатора -- пламегаситель. [2]

· Пламегаситель. Во многих случаях, когда не предъявляются высокие требования к составу отработанных газов, например, в России, практикуют использование пламегасителя вместо катализатора, что оказывается значительно дешевле. Это своеобразная конструкция резонатора, назначение которой -- первичная разбивка потока газов из цилиндров, а также уменьшение кинетической энергии потока газа. Процесс протекает так -- газ резко расширяется, это способствует уменьшению противодавления в системе и сглаживанию ударной волны, что также приводит и к уменьшению шума. В отличие от катализатора, пламегаситель не может выполнить окисление сгоревшего топлива и не снизит в отработанных газах содержание токсичных веществ. Однако при этом он значительно дешевле катализатора и обеспечивает нормальную работу мотора. Устройство пламегасителя само по себе достаточно простое - двойной корпус, выполненный из нержавеющей стали, выдерживающей воздействие очень высоких температур, и внутри отдельные камеры. (Рис. 7, 8) Некоторые модели пламегасителя имеют в конструкции диффузорные рассекатели, которые повышают эффективность работы системы в целом. [1]

· Выпускной коллектор. Это наиболее ответственная и наиболее загруженная часть выхлопной системы. Это приёмные трубы глушителя. С него и начинается путь выхлопа по всей выхлопной системе автомобиля. В нем газы выводятся из нескольких камер сгорания в одну или несколько трубок, чтобы продолжить свой путь дальше. Во втором случае (когда газы выводятся из нескольких трубок) коллектор называется настроенным. Тогда его работу можно скорректировать таким образом, чтобы волна давления (вследствие разряжения), возникающая в выпускном трубопроводе после открытия выпускного клапана во время выпуска из одного цилиндра, не мешала выпуску из следующего по порядку работы цилиндра. Иными словами, достигая места соединения труб, скачок разряжения начинает распространяться в обратном направлении в следующий по порядку работы цилиндр в фазе выпуска. Именно разряжение позволяет загнать в цилиндр больше топливно-воздушной смеси, тем самым увеличивая мощность двигателя. Подобная технология применяется на автомобилях, где такие коллекторы устанавливают серийно: Альфа-Ромео, Хонда, Субару и на несколько спортивных модификаций (например, Опель GSi) [4], [2]. За сходство с паукообразными, направленный коллектор получил жаргонное название «паук». Обыкновенный коллектор получил название «штаны». (Рис. 9, 10)

· Глушитель. Это устройство для снижения шума от выходящих в атмосферу газов или воздуха, иначе говоря -- акустический фильтр. Глушитель представляет собой металлическую камеру, которая герметично закрыта от внешней среды. Объем камеры составляет несколько литров, чем больше объем, тем более эффективно глушитель справляется со своими задачами: [5] (Рис. 11, 12, 13)

1. Снижение шумового уровня, создаваемого выпускаемой газообразной средой;

2. Снижать кинетическую энергию отработавших газов

Работает глушитель так: выпуск отработанной газообразной среды из цилиндров силового агрегата осуществляется под высоким давлением по выхлопной трубе, расположенной на окончании глушителя. В процессе ее передвижения по выхлопной системе образуются акустические волны, скорость которых превышает скорость газов. За счет преобразования энергии в тепловую снижается шумовой уровень. На сегодняшний день известны несколько типов глушения звуков (ограничитель, отражатель, поглотитель). В современных глушителях используются все типы глушения. [6]

Существует два типа глушителя: активные и реактивные. В активных глушителях шум снижается использованием звукопоглощающего материала. Недостатком подобного глушителя является закоксование внутренней начинки. У реактивных -- используются специальные камеры, резонансные и расширительные. Они образуются благодаря системе перегородок внутри корпуса глушителя и изменяют направление движения отработанных газов, что обеспечивает снижение шума. [1]

Современные автомашины могут оборудоваться несколькими глушителями, обычно их 2, но возможно наличие от 1 до 5 деталей. Глушитель, расположенный на самом близком расстоянии от силового агрегата, определяется как «передний». Следом монтируется «задний» или основной глушитель. В силу конструктивных и технических особенностей каждая модель и марка автомашины предусматривает свое число и модели глушителей.

Глушитель не ровесник автомобиля. Он появился значительно позже. История «указывает» на 1894год. Необходимость создания устройства, способного уменьшить шум двигателя, была вызвана возмущениями пешеходов, чье спокойствие было нарушено с массовым распространением автомобилей. Создателям глушителя, чтобы снизить шум пришлось пожертвовать какой-то частью мощности двигателя. С тех пор глушитель претерпел значительную модернизацию. И современный его вариант выглядит иначе. Интересный факт: изобретателем глушителя в том виде, в котором он есть сейчас, является женщина -- Эль Долорес Джонс. Она изобрела его в 1917 году.

3. Материалы и технологии, применяемые отечественными производителями при изготовлении компонентов современной выхлопной системы автомобиля

О технологиях

Выхлопная система оказывает важное влияние на эксплуатационные качества любого автомобиля, что было показано в предыдущих двух главах. Для того, чтобы добиться преследуемых целей и решить задачи самого различного рода, используются новые материалы и новые технологии. Такие же приоритеты есть и у отечественных производителей.

Например, уже для всех отечественных производителей очевидно что закатная технология намного выгоднее штампосварной. Предприятия, которые до сих пор не используют закатку вместо сварного шва, постепенно теряют позиции в наиболее перспективных сегментах рынка -- таких, как сегмент новых автомобилей отечественного производства. [7] Выхлопной системы это также касается и отнюдь не в последнюю очередь.

Закатная технология - более выгодная: штампосварной способ производства, например, глушителей в сравнении с закатным по технологичности требует вовлечение в производство большего количества единиц оборудования, что неминуемо ведет к увеличению расхода электроэнергии, штата работников и т.д, что приводит к повышению себестоимости готовой продукции. [8] Главное технологическое отличие штампосварной технологии от закатной --отсутствие такой технологической операции как сварка. Под воздействием сварки в стали начинается электрохимическая реакция, заметно сокращающая срок службы глушителя. В закатной технологии такой недостаток отсутствует. Преимущества глушителей, изготовленных закатным способом перед штампосварными -- это большая герметичность и большая надёжность при механических ударах, т.е. выше механические свойства -- в тех ситуациях, где штампосварной глушитель расколется, закатный лишь деформируется. [8] Закатную технологию предпочитает отечественные компании «Автокомплект», «Автоконтинент Плюс»

Выгоду от закатной технологии подтверждает заместитель директора компании «Автоконтинент Плюс» Олег Соколенко. Цитата: «Закатная технология позволяет значительно повысить срок службы выхлопной системы. При закатке лист металла не подвергается деформации. Сам закатной шов не является концентратором коррозии, в отличие от сварного. Соответственно, закатной глушитель лучше защищен как от прогорания изнутри, так и от коррозии снаружи». [7]

Наряду с переходом на закатную технологию, ведущие предприятия отрасли отказались и от наполнителя внутри глушителя. Практика эксплуатации глушителей с наполнителем из базальтового волокна показала, что он является очень серьезным накопителем конденсата внутри глушителя, что предотвращает процесс гниения глушителя изнутри. В глушителях с наполнителем конденсат скапливается внутри, взаимодействует с выхлопными газами. В результате в корпусе глушителя образуются серная и азотная кислоты, которые начинают изнутри воздействовать на днище и стенки корпуса. Чтобы уменьшить влияние коррозии на внутренние элементы глушителей, производители переходят на использование конструкции из перфорированных труб. Однако производство глушителей с наполнителем непопулярно ещё и потому, что это достаточно трудоемкий процесс. Размер отверстий перфорации внутреннего узла должен составлять не более 3 мм в диаметре. В противном случае выхлопные газы запросто могут выдуть наполнитель из корпуса. Качественное волокно способно выдержать высокую температурную нагрузку (до 770С?) и, согласно тесту на старение, срок его эксплуатации составляет два года [8]

Подобный подход производители применяют и к другим элементам выхлопной системы - коллекторам, резонаторам.

О материалах

На двигателях сравнительно небольшой мощности (примерно до 100 кВт - это 135 л.с.) применяют приёмные трубы (коллекторы) из жаропрочной стали, на более мощных двигателях используют выпускной коллектор -- изготавливают его литьём из чугуна. [9]

Автомобильные глушители (а также трубы и резонаторы) обычно производятся из следующих материалов:

1. Из нержавеющей стали (практически отсутствуют в продаже из-за большой стоимости и длительного срока изготовления на заказ). Производятся для наиболее популярных марок автомобилей. Срок службы -- не менее 10-15 лет.

2. Из алюминированной стали (стали, покрытой тонким слоем алюминия, срок службы таких глушителей, изготовленной из такой стали -- 3-6 лет); [10]

3. Из чёрной стали без покрытия. Срок службы от 6 месяцев до 2 лет.

Так как элементы выпускной системы работают при высоких температурах, составляющих сотни градусов Цельсия, то обычные антикоррозионные покрытия (краска, мастика) могут защитить металл лишь при хранении и транспортировке, после установки они обгорают. Поэтому их не красят, а делают специальные покрытия на материал, из которого они изготавливаются.

Однако несмотря на плюсы новых технологий, обстановка на российском рынке выхлопных систем такая: «На российском рынке, в основном, распространены глушители из простой холоднокатаной стали. Это объясняется невысокой стоимостью такой продукции, -- констатирует Николай Яшумов, директор компании «Автокомплект» -- в России алюминированные глушители на данном этапе развития рынка не так популярны, как на Западе, и спрос на них, как правило, имеется преимущественно в секторе автомобилей иностранного производства. Наиболее дорогими считаются глушители из нержавеющей стали, по долговечности превосходящей все другие материалы, используемые при изготовлении глушителей. Так что высокая цена в данном случае оправдывает себя». [7]

«Автокомплект», в последнее время производит продукцию из алюмокремниевых и нержавеющих сталей. Материалы для изготовления алюминированных глушителей закупаются в Германии и Италии. Алюмокремниевое покрытие, содержащее кремний, обладает высокой коррозийной стойкостью в большинстве агрессивных сред и хорошей сопротивляемостью к воздействию высоких температур. Соответственно, коррозионная стойкость глушителя, изготовленного из такой стали, существенно выше, чем у обычного изделия. К тому же они дольше сохраняют свой товарный вид. Компания закупает сырье за рубежом, поскольку в России качественную сталь с такими характеристиками не производит.

Компания «Автоконтинент Плюс» при производстве глушителей не использует алюминированную сталь.

О технологическом уровне

технология модификация выхлопной легковой

4. О модификациях

Можно произвести модификацию (тюнинг) выхлопа газов. Чем лучше на автомобиле выполнен отвод выхлопных газов, тем легче поступает топливно-воздушная смесь в двигатель. Поэтому важным в доводке и тюнинге автомобиля является замена штатного выхлопа на спортивный. Спортивный выхлоп от заводского отличается следующими параметрами: [1]

· Увеличенный диаметр труб, что способствует лучшей продувке.

· Выпускной коллектор «паук» не имеет катализатора, который не позволяет выхлопу свободно циркулировать.

· Резонатор (пламегаситель) и глушитель (банка) имеют более простую форму, набиты меньшим количеством фильтрующих и звукопоглощающих элементов, именно в связи с этим, такой тип выхлопной системы называют «прямоток» то есть, движению выхлопных газов ничего не препятствует.

Прямоточный глушитель рекомендован для водителей, которые готовы смириться с повышенным шумом ради повышения мощности двигателя. Это глушители, которые оказывают наименьшее сопротивление потоку газа, но работают громче, чем стандартные приборы. Такие глушители дают прибавку мощности в 3-5%, в настроенной системе - 10-20%, не больше. [2]

У ВАЗ-2107 между выпускным клапаном двигателя и приёмной трубой расположена специальная прокладка, которая обеспечивает герметичность и не позволяет отработанным газам выходить под днищем автомобиля. Некоторые автовладельцы используют вместо прокладки гофру, которая снижает вибрацию, однако для установки такой модификации приходится подгонять по размерам все сопутствующие комплектующие. Следует отметить, что многие эксперты советуют оставлять заводскую комплектацию авто, аргументируя это тем, что конструкторы АвтоВАЗа намеренно предусмотрели прокладку, а не гофру. [11]

Также в гоночных автомобилях, где главное не тишина, а скорость -- установкой глушителей вовсе пренебрегают, чтобы не потерять какую-то часть мощности двигателя, которую глушитель способен отнять. [5]

У гоночных автомобилей моторы работают на очень высоких оборотах --5000-6000 оборотов в минуту. Благодаря такому параметру, также избавляются и от резонатора, роль которого значительно снижается с повышением оборотов двигателя до таких высоких показателей. [2] Но на стандартном легковом автомобиле такая «операция» может произвести к плохой работе двигателя (провалы при разгоне и т.д.). (Рис. 14)

Заключение

Проведя изучение материалов по выхлопным системам автомобиля и, в частности, отдельных её компонентов, я достиг поставленной цели - изучение выхлопной системы автомобиля. Таким образом, я выяснил, что выхлопная система у каждой автомашины может различаться в зависимости от её технических характеристик и задач данной автомашины, выяснил назначение основных её компонентов и самой системы, выяснил технологии, материалы и технологический уровень отечественных производителей, точку зрения ведущих компаний-производителей выхлопных систем автомобиля. Также были выяснены возможности модернизации отдельных компонентов выхлопной системы и их пригодность для установки на стандартный легковой автомобиль, и, как следствие, актуальность этих модернизаций. Считаю, что данный вопрос по выхлопным системам остаётся актуальным и в современное время и активная работа отечественных производителей над этим вопросом -- есть явное тому подтверждение.

Интернет-ресурсы

1. Сайт с кратким описанием выхлопной системы автомобиля и некоторых её составляющих

2. Сайт-справочник по автомобильной тематике, в т.ч. содержащий и статью по выхлопным системам, написанная также при помощи консультантов из фирмы «ВОРОН»

3. Сайт с кратким описанием назначений некоторых элементов выхлопной системы и возможностей модификации

4. Сайт команды из Воронежа по драг-рейсингу, содержащий статью о коллекторах, глушителях, выхлопах и методиках расчёта коллектора и глушителей на мощность.

5. Сайт со статейкой об основном предназначении глушителя

6. Сайт автосервиса «Глушак-73» по ремонту выхлопных систем автомобиля, содержащий статью о значимости глушителя.

7. Сайт с информацией о материалах и современных технологиях, применяемых при изготовлении отечественных выхлопных систем

8. Сайт со статьёй, поясняющей разницу между технологиями производства некоторых элементов выхлопной системы автомобиля

9. Глушитель (акустический фильтр) -- Википедия о глушителях и не только

10. Отрывок из журнала «За рулём»

11. Автомобильный портал Сыктывкара о ремонте и тюнинге «Жигулей» (ВАЗ-2107)

Приложение

Рис. 1: Выхлопная система современного автомобиля, с двойной системой выпуска

Рис. 2: Изображение современной выхлопной системы автомобиля с обозначением составляющих её элементов

Рис. 3. Изображение выхлопной системы, которая используется классом легковых автомобилей

Рис. 4. Ленточный катализатор и его составляющие

Рис. 5. Расположение катализатора в выхлопной системе

Рис. 6: Катализаторы под днищем автомобиля

Рис. 7: Пламегаситель «в разрезе»

Рис. 8. Внешний вид пламегасителя на практике именно такой

Рис. 9. Настроенный коллектор «Паук»

Рис. 10. Настроенный коллектор «Паук», установленный на двигателе V8

Рис. 11. Устройство глушителя и вектор потока выхлопа (с насадками)

Рис. 12: Глушитель «в разрезе» (без насадок)

Рис. 13: Глушитель «среднего автомобиля» на фоне компьютерного чертежа

Рис. 14: Гонщики на гоночных автомобилях, издающих «спортивный» выхлоп

Размещено на Allbest.ru