Корки Белл - Maximum Boost Турбонаддув (Система выпуска) Глава 11

(3)
0
2152

Современный автомобиль с турбодвигателем дал новый смысл термину "система выпуска с низким сопротивлением", подразумевающий низкое обратное давление. Современная система выпуска также неизменно имеет каталитический конвертер, с его высоким значением обратного давления. На первый взгляд, эти два пункта имеют некоторые разногласия друг с другом. Однако ситуация немного лучше чем может показаться.

Если бы турбонагнетатель мог бы диктовать условия для конструкции системы выхлопа, он бы категорически сказал бы: никакого выхлопа! Если власти могли бы диктовать условия для конструкции системы выхлопа (что они могут делать, делают, и будут делать), они сформулировали бы, что лучшая выхлопная труба - та, из которой ничего не выходит. Где-то между этими двумя несовместимыми требованиями и будет находиться хорошая система выпуска для уличного использования, которая сделает обе стороны счастливыми. Ну ладно, относительно счастливыми.

lotus

Лучший выхлоп для турбонагнетателя - наименьшее количество выхлопа. Выхлопная система автомобиля Lotus Elise.

Далее мы будем называть системой выпуска все, что располагается после турбонагнетателя. В принципе все турбины требуют специальных выхлопных систем. Штатные, не предназначенные для турбонагнетателя, выхлопные системы не удовлетворяют предъявляемым требованиям. Выхлопные системы сторонних производителей также редко оказываются удовлетворительными. Система выпуска эго совокупность оптимизированных, тщательно обдуманных деталей. Цель, которая должна быть достигнута в соответствии с этими требованиями - создание нормально работающей выхлопной системы, имеющей приемлемый уровень шума и низкое противодавление.

garrettundersideshot

Турбины не любит противодавление; чем оно ниже - тем лучше. Обратите внимание на отдельные выхлопные трубы за вестгейтами.

Противодавление в системе выпуска - зло.

Соединение турбины с приемной трубой.

Эта часть системы выпуска подвержена воздействию температуры до 800° С, это причина, которая многое диктует в конфигурации узлов. Возможно это наиболее высоко нагруженная часть системы выпуска.

трубка

Ребра жесткости между каждым соединителем значительно увеличат долговечность соединения фланца и трубы.

Поэтому, прочность имеет главное значение. Прочность начинается с толщины фланца крепления выхода турбины. Этот фланец может быть толщиной около 12 мм и требует дополнительных ребер или усилителей. Поскольку фланец не закреплен на своем месте во время сварки, поверхность сопряжения с турбиной нужно обработать до его установки. Сварка вообще вредна для металла. При сварке трубы с фланцем происходит ослабление металла. Решения этой проблемы состоит в том, чтобы приварить трубу внутри фланца сплошным швом, а на внешней стороне выполнить небольшие прерывистые швы.

Диаметр трубы

При установке труб с большим диаметром в систему выпуска можно переборщить. В этом случае правило "чем больше - тем лучше" не имеет места. Как было сказано в главе "Промежуточное охлаждение", имеется скорость газа, которая не должна быть превышена. Можно предположить, что для расчетов выхлопной системы эта скорость составляет около 80 м/с. Значительное увеличение количества выхлопных i газов при увеличении температуры также требует существенного увеличения требуемого объема выхлопной трубы. Поэтому трубы для горячих выхлопных газов должны быть больше чем трубы для впуска воздуха. Основывайте свои вычисления на тех же самых условиях, что и для труб на впуске, но используйте максимальную скорость 80 м/с, а не 140 м/с. Чтобы выбрать требуемый размер выхлопной трубы, Вы можете твердо придерживаться этой скорости выхлопных газов или следовать простому принципу выбора - диаметр трубы приблизительно на 10 % больше чем диаметр выхода турбины. Рисунок показывает что размер выхлопной трубы относительно мощности, дает хорошее направление для выбора требуемого размера выхлопной трубы.

грпфик

Приблизительное проходное сечение выхлопной трубы относительно выходной мощности

Положение катализатора

Наличие в выхлопной системе каталитического конвертера закреплено законодательно. Катализатор должен быть установлен там где это предусмотрено конструкцией. Смиритесь с этим, и оставьте его в покое. Современные преобразователи сотовой конструкции не очень ограничивают поток выхлопных газов. Большинство из них создает менее 0,15 бара обратного давления в выхлопной трубе. Это приемлемо.

швы

Стыки фланца приемной труды не должны быть сварены непрерывным швом на внешней стороне трубы. Сплошной сварной шов внутри шов снаружи

При добавлении каталитического конвертера в систему, не оборудованную им предварительно, разместите катализатор так близко к турбонагнетателю насколько возможно, для того, чтобы катализатор мог быстро достичь рабочей температуры.

timthumb

 Хороший пример подгонки выхлопных трубопроводов к доступному пространству при обеспечении достаточного требуемого размера трубы и качественных изгибов. Здесь также показано хорошее соединение, объединяющее две отводящие трубы от турбин.

Положение датчика кислорода.

Датчик кислорода желал бы быть так близко к камере сгорания, насколько это позволяет температура. Б большинстве случаев при установке турбонагнетателя датчик кислорода должен быть расположен непосредственно за ним.

Компенсационные швы.

Широкие температурные колебания, испытываемые выхлопной системой двигателя с турбонаддувом, вызывают несколько большее тепловое расширение, чем оно могло бы быть. Обеспечение подвижности выхлопной грубы, при расширении и сокращении без защемления, становится необходимым для того, чтобы избежать повреждений, вызванных тепловым расширением.

крепление

 Необходимо обеспечить подвижность выхлопной системы при тепловом расширении для предотвращения образования трещин.

 

крепление к кузову

Соединение к трансмиссии должно быть гибким.

направление потока

Телескопическое соединение выхлопной трубы самое простое и наиболее универсальное из всех соединений.

Некоторая степень подвижности может быть добавлена в выхлопную систему, в виде хомутов, использованных как соединители для сегментов трубы. Хомуты также допускают небольшую угловую подвижность. Зажим грубы может также служить как крепежный кронштейн.

Кронштейны

На первый взгляд задача как подвесить выхлопную трубу под автомобилем может показаться простой. Вам нужно просто взглянуть на днище Ferrari, чтобы легко понять , что этот вопрос может получить очень серьезный подход. При размещении выхлопной трубы должным образом неожиданно возникают несколько проблем. Вибрация, температура, колебания двигателя, тепловое расширение, и конструкция кронштейнов - это проблемы, которые должны быть решены прежде, чем Вы получите хорошую долговечную выхлопную систему.

Вибрация может гаситься часто расположенными кронштейнами и подвижными точками. Подвижные точки - гибкие соединения, которые не будут передавать вибрацию. Телескопическое соединение - пример подвижной точки.

Температура будет проблемой в том случае, если уязвимый узел находится в пределах ее распространения. В общем случае, гораздо лучше и проще теплоизолировать узел, который может быть поврежден высокой температурой, чем теплоизолировать всю выхлопную трубу. Теплота может повредить такие вещи как покрытие днища, волокнистые материалы, и окрашенные поверхности. Время, потраченное на поиск таких уязвимых мест, и установка нескольких экранов, будет, в конечном счете, потрачено с пользой. Простой экран из листового металла обеспечит падение температуры на нескольких сотен градусов.

подвижность

Телескопические соединения могут для обеспечения некоторой подвижности выхлопной системы.

схема 1

Простой кронштейн с зажимом

Варианты глушителя, размеры, и количество.

Вообще говоря, глушитель будет единственным самым большим сужением в системе выпуска. К сожалению, требования низкого противодавления и низкого шума обычно имеют разногласия друг с другом. Часто разумный компромисс может быть достигнут при использовании нескольких больших глушителей. Потребность в больших проходных сечениях во всех секциях системы выпуска может часто быть удовлетворена путем устанавки глушителей параллельно друг другу. Проверьте проходное сечение, имеющееся в каждом случае, и убедитесь, что сумма площадей поперечного сечения превышает площадь сечения основной трубы. Это даст Вам возможность сделать проходное сечение глушителя приблизительно на 25 % больше чем у основной трубы, поскольку коэффициент сопротивления внутри глушителя обычно довольно высок.

Выбор типа глушителя ограничен прямоточными типами с наполнением из стекловаты или относительно популярными "турбо" глушителями. Вообще, прямоточные глушители обеспечивают лучшее прохождение газов, в то время как «турбо» глушители с перегородками обеспечивают лучшее глушение. Глушители с наполнением из стекповаты или из тонкой стальной проволоки имеют репутацию как сжигающие материал наполнения за короткий срок.

tubi996ttex3big

 

 Произведение инженерного искусства, глушитель для Porsche 966.

банки1

                                                                                Сверху: Параллельное расположение глушителей с наполнением из стекловаты обеспечивает хорошее прохождение газов и низкое сопротивление.                                                                                  Внизу: Такое расположение глушителей может дать преимущество при плотной компоновке.

направление сечения

Глушители со стекловолоконным наполнением сделаны в двух различных конструкциях, с просверленными отверстиями в ядре и с проштампованным ядром. Просверленное ядро лучше. 

 

 

Достаточно странно, поскольку турбонагнетатель значительно увеличивает предполагаемый срок службы этих глушителей, забирая большое количество теплоты, которая иначе бы поглощалась материалом глушителя. Два типа ядер популярны в глушителях с наполнением из стекловаты: просверленные и проштампованные. Просверленные ядра имеют более чистый, и таким образом менее ограничивающий, путь для потока газов. Если глушителя с просверленным ядром оказывается недостаточно, глушители с проштампованным ядром работают лучше когда поток направлен вдоль проштампованных отверстий. Опасение чрезмерного шума прямоточных глушителей обычно имеет основания. Дело обстоит немного не так у двигателя с турбонаддувом, поскольку турбонагнетатель можно рассматривать как приблизительно одна треть глушителя.

Установка вестгейта

Вестгейт будет обсуждаться более внимательно в главе «Управление наддувом», он не предъявляет никаких особых требований к глушению, но дает возможность, которая может быть полезна для всей системы. В любом автомобиле, оборудованном каталитическим нейтрализатором, газы из вестгейта должны быть возвращены обратно в выхлопную трубу перед нейтрализатором, потому что все отработанные газы должны проходить через нейтрализатор. Там, где каталитический нейтрализатор отсутствует, существует возможность сделать полностью отдельную выхлопную трубу исключительно для вестгейта. Может потребоваться небольшой глушитель, чтобы ограничить шум в необходимых пределах, когда система работает при максимальном наддуве. Смысл установки отдельной выхлопной трубы состоит в увеличении эффективного проходного сечения системы выпуска. Вообще, вестгейт будет более иметь лучшую реакцию и несколько более эффективно управлять давлением наддува, когда будет иметь свою собственную выхлопную трубу.

 отдельные трубки веста

Отдельная выхлопная труба - лучшее решение для вестгейта.

Вентиляционная труба вестгейта или выхлопная труба будут подвергаться большим колебаниям рабочей температуры. Это происходитоттого, что вестгейт закрыт большинство времени, и вентиляционная труба, таким образом, остается холодной, так как отсутствует поток выхлопных газов. Как только вестгейт открывается, вся вентиляционная труба испытывает быстрое повышение температуры.

Эти колебания будут происходить каждын раз при открытии вестгейта. При этом требуется, чтобы конструкция вентиляционной трубы могла расширяться и в то же время не подвергаться вызывающим трещины деформациям. Компенсационные соединяния могут иметь штампованную форму или прорези. Сильфон должен быть сделан из нержавеющей стали и иметь достаточно крепкую конструкцию, чтобы быть долговечным. Материал должен быть минимум 0,8 мм толщиной. Сильфон должен иметь поддержку для устранения вибраций, иначе он будет недолговечным из-за усталости металла. Сильфон из нержавеющей стали для предотвращения образования трещин из-за высоких температур и теплового расширения ш Должным образом затянутый хомут, чтобы сделать утечки минимальными Ж

вентиляция

Вентиляционная труба вестгейта подвергается сильному тепловому расширению; изменения длины должны быть компенсированы. Заметьте направление выишмповки для лучшей изоляции при работе без наддува, и в то же время для обеспечения нормального обратного давления в выхлопной трубе.

Материалы и покрытие.

Мягкая сталь - совершенно адекватный материал для изготовления системы выпуска. Нержавеющая сталь, хотя и является лучшим материалом, ставит задачу изготовления всех узлов системы из этого материала. Нержавеющие трубы, приваренные к глушителям из мягкой стали, немного дают для обеспечения долговечности.

Соединители и прокладки.

Болтовые соединения, конечно наиболее неприятные части любой системы выпуска. Если они правильно сконструированы, прокладки и соединители, которые скрепляют соединения, могут обеспечить длительную эксплуатацию и дать уверенность, что эти детали не доставят проблем. Создание правильной системы - в значительной степени результат нескольких «как надо делать» и «как не надо делать», перечисленных в главе "Выхлопной коллектор".

Фланцы.

Фланец несет двойную ответственность - удержание прокладки, всегда надежно зажатой и гарантии, что выхлопная труба имеет соответствующее крепление. Эти требования легко выполнимы при использовании фланцев толщиной 10 мм или больше. Небольшой фланец, вроде фланца для вестгейта, может быть тоньше, около 8 мм. Вообще, чем толще фланец, тем дольше срок его службы и выше вероятность, что прокладка останется на месте.

Насадки на выхлопную трубу

Так как единственная видимая часть всей системы выпуска - последние немногие сантиметры, соблазнительно сделать их стильными и эффектными. Стиль - почти всегда хорошо, но только не тогда, когда это стоит мощности, убедитесь, что площадь сечения насадки достаточна для расхода выхлопных газов. Мысли о насадках на выхлопные трубы, которые "извлекают" отработанные газы, могли бы очаровать нас, но подождите, пока они не появятся на гоночных автомобилях Формулы 1 перед тем как приходить в восторг от их достоинств. Большинство причудливых конструкций насадок являются меньше чем удовлетворительными.

hks 350z exhaust 1

 Эстетичные глушители для Nissan 350Z - прекрасное дополнение к хорошей системе турбонаддува.

Специальные требования к переднеприводным автомобилям

Атомобили с передним приводом, как правило, имеют поперечное расположением двигателя. Это ставит новую проблему перед проектировщиком, необходимо обеспечить гибкое соединение выхлопной грубы с двигателем, так как он имеет подвижность относительно своих креплений при передаче момента. Не допустимо постоянно изгибать выхлопную трубу и ожидать, что она будет иметь длительный ресурс. Гибкое соединение трубы получает новое значение в переднеприводном автомобиле с поперечно расположенным двигателем. Не попадите в положение, при котором Вы жестко соедините две трубы, чтобы укрепить их в одном месте и попытаетесь получить от них достаточную долговечность. Задача в том, чтобы создать в достаточно гибкое соединение, такое, чтобы двигатель фактически мог двигаться и не перенапрягал выхлопную трубу. Ориентируйтесь на подвижность в пределах 10°, и старайтесь обеспечить это.

Итоги главы

Имеются ли проблемы при соединении штатной системы выхлопа с турбонагнетателем?

Почти всегда. Штатные системы разработаны для расходов газов, произведенных штатными двигателями. Чтобы прокачать через штатную выхлопную системуна на 50 % большее количество газов (приблизительно 0,5 бара наддува), придется увеличить давление в выхлопной трубе до неприемлемо высокого уровня.

 

Прочитано 2152 раз

Понравилось?! Не забудь поделиться! ;-)

    

Есть что рассказать? Тогда вам сюда...

--->

Мы в соцсетях