Основные системы обеспечения работы транспортных двигателей внутреннего сгорания

---

ЛЕКЦИЯ 13

Тема. Основные системы обеспечения работы транспортных двигателей внутреннего сгорания

План лекции: 1. Система питания.

2. Цилиндропоршневая группа, кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы.

3. Система наддува.

4. Система охлаждения и смазочная система.

5. Система выпуска отработавших газов.

1. Система питания

Система питания предназначена для хранения топлива на борту автомобиля, транспортирования, очистки от механичес­ких примесей, дозирования в соответствии со скоростным и на­грузочным режимами работы двигателя и распыления в воздуш­ном потоке для создания горючих топливовоздушных смесей.

В бензиновых двигателях с искровым зажиганием в настоя­щее время применяются карбюраторные системы питания и си­стемы дозирования и впрыскивания топлива с электронным уп­равлением. Различают системы центрального (с одновремен­ным приготовлением смеси для всех цилиндров двигателя) и ) распределенного (с приготовлением смеси для каждого цилин-дра) впрыскивания топлива. Для эффективной работы трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов ОГ управление процессом смесеобразования в современных бензиновых двигателях осуществляется по сигналам датчика свободного кислорода (λ-зонда), устанавливаемого в системе выпуска ОГ перед каталитическим конвертером.

Для питания топливом дизельных двигателей предназначе­на топливные насосы высокого давления (ТНВД), трубопроводы высокого давления и форсунки, обеспечивающие дозирование, сжатие, транспортирование и распыление топлива в объёме камеры сгорания. В настоящее время нашли применение плунжерные ТНВД рядного (с плунжерной парой на каждый цилиндр и приводом от кулачкового вала) и распределительного (с плунжерными парами на несколько цилиндров и приводом от кулачковой шайбы) типов. В двигателях большегрузных ав­томобилей находят все большее применение насос-форсунки (совмещающие в одном агрегате дозирование, сжатие и распы­ление топлива), а также системы электронного управления топливоподачей.

2. Цилиндропоршневая группа, кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

В состав системы ДВС, служащей для преобразования хими­ческой энергии топлива во вращательное движение вала, входят цилиндропоршневая группа (ЦПГ) и кривошипно-шатунный механизм (КШМ). В зависимости от конструктивного оформ­ления КШМ возможны различные способы расположения ци­линдров (рис. 1).

Рассмотрим конструктивные элементы, входящие в состав ЦПГ и КШМ.

Поршень обеспечивает передачу усилий на шатун, гермети­зирует камеру сгорания, отделяя её от картера двигателя и от­водит излишки теплоты в систему охлаждения. Форма и конструкция поршня, включая геометрические характеристики его днища и поршневого пальца, в значительной степени определя­ются формой камеры сгорания. Другие параметры зависят от типа процесса сгорания и связанного с ним максимального дав­ления в цилиндре. Приоритетным направлением конструирова­ния является создание облегченных поршней, способных в то же время противостоять значительным усилиям и рабочим тем­пературам.

Рис. 1. Рядное (а), V-образное (б), звездообразное (в), оппозитное (г), параллельное (д) и противопо­ложное (е) расположение цилинд­ров в соответствии с конструкцией кривошипно-шатунного механизма:

1 — шатун; 2 — кривошип

Для изготовления гильз цилиндров и поршней обычно при­меняют серый чугун и алюминий. Хотя поршень и гильза име­ют разные коэффициенты теплового расширения, зазор между ними должен быть минимальным, чтобы снизить шум и улуч­шить герметизацию камеры сгорания. Для уменьшения степе­ни расширения поршня при нагревании в него иногда устанав­ливают стальные пластины.

Поршневые кольца образуют плотное соединение между поршнем и цилиндром. Два верхних поршневых кольца – ком­прессионные, препятствующие прорыву газов из камеры сго­рания в картер. По меньшей мере одно кольцо маслосъемное, предотвращающее проникновение масла из картера в камеру сгорания. Из-за наличия больших радиальных давлений со стороны поршневых колец на стенки цилиндра и высоких ско­ростей скольжения эти пары являются основным источником трения в ДВС.

Шатун, обеспечивающий соединение поршня с коленчатым валом, подвергается воздействию высоких растягивающих, сжи­мающих и изгибающих усилий. Он имеет верхнюю и нижнюю головки, соединенные соответственно с поршневым пальцем и шатунной шейкой коленчатого вала. Длина шатуна определяет габариты двигателя.

Коленчатый вал вместе с шатунами обеспечивает преобра­зование возвратно-поступательного движения поршней во вра­щательное движение вала и передачу потребителям крутящего момента. Нагрузки, воздействующие на коленчатый вал, харак­теризуются высокой степенью цикличности и переменными значениями по длине коленчатого вала. Силы, изгибающие моменты и возникающая в результате их действия вибрация вы­зывают высокую концентрацию напряжений. Поэтому конст­рукция и колебательные характеристики коленчатого вала долж­ны выбираться на основе специальных расчетов.

Для равномерного распределения рабочего давления все дизе­ли изготавливают с полноопорными коленчатыми валами (в этом случае коренные подшипники расположены между всеми ци­линдрами). Такая схема применима и для высокооборотных двигателей с искровым зажиганием. Число противовесов опре­деляется количеством коренных опор.

Нагрузка двигателя является основным критерием при выборе материала и технологии изготовления коленчатых валов. Валы для высоконагруженных двигателей обычно изготавливают горячей штамповкой. В небольших малонагруженных двига­телях применяют литые коленчатые валы. Их достоинства — меньшая масса и относительно низкая стоимость.

Вибрация коленчатого вала и изгибающие колебания в наи­большей степени проявляются только при работе двигателей с небольшим числом цилиндров, так как коленчатый вал и необ­ходимый в этом случае маховик создают колебательную систе­му с низкой собственной частотой колебаний. Для двигателей с числом цилиндров, равным трем и более, изгибающие колеба­ния не являются столь опасным фактором. В двигателях с боль­шим числом цилиндров важным фактором становятся крутиль­ные колебания системы, образуемой коленчатым валом, шату­нами и поршнями. Для уменьшения крутильных колебаний применяют гасители (например, резиновые или вязкостные демпферы колебаний).

Блок цилиндров и картер двигателя являются корпусными деталями, воспринимающими усилия, которые возникают при сгорании рабочей смеси и передаются на коленчатый вал и его подшипниковые опоры. В конструкцию блока входят гильзы ци­линдров, водяная рубашка охлаждения, а также герметизиро­ванные масляные полости и каналы.

Рабочие поверхности цилиндров двигателей с искровым за­жиганием иногда растачивают непосредственно в литом блоке. В дизелях применяют сухие или мокрые (омываемые охлажда­ющей жидкостью) гильзы цилиндров. Блоки цилиндров для двигателей грузовых автомобилей изготавливают преимуще­ственно из чугуна, а для создания двигателей легковых автомо­билей все более широкое применение находят легкие алюми­ниевые блоки.

Головка цилиндров обеспечивает герметизацию блока и ци­линдров в верхней части. В ней размещаются клапанный меха­низм, свечи зажигания и (или) форсунки. Днища поршней с ог­невыми поверхностями головки цилиндров образуют камеры сгорания. У большинства двигателей легковых автомобилей в головке цилиндров размещается привод клапанов газораспреде­лительного механизма.

В зависимости от организации подвода рабочей смеси и отво­да ОГ различают две конструктивные формы головок цилиндров: с односторонним расположением каналов, наиболее рацио­нальным для автомобилей с поперечным размещением двигате­ля, и расположением каналов с противоположных сторон.

На двигателях грузовых автомобилей часто применяют от­дельные головки для каждого цилиндра. Благодаря этому более равномерно распределяются нагрузки, упрощается герметиза­ция камеры сгорания, облегчается техническое обслуживание и ремонт. Применение раздельных головок в двигателях с воздуш­ным охлаждением позволяет улучшить циркуляцию воздуха и, следовательно, повысить эффективность охлаждения.

На двигателях легковых и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности обычно устанавливают одну головку для всех цилиндров. Головки дизелей с жидкостным охлаждением для грузовых автомобилей часто изготавливают из чугуна. Хороший теплоотвод при малой массе обеспечивают алюминиевые голов­ки блоков.

Клапанный газораспределительный механизм включает в себя впускные и выпускные клапаны, пружины, обеспечиваю­щие их закрытие, и распределительный вал с приводом. В на­стоящее время почти все механизмы газораспределения являют­ся верхнеклапанными (рис. 2) и размещаются в головке бло­ка цилиндров. В дизелях и многих двигателях с искровым зажи­ганием клапаны располагаются параллельно оси цилиндра и обычно приводятся в действие от двух коромысел через толка­тели или каждый клапан — от своего коромысла.

Все большее распространение получают двигатели с искро­вым зажиганием, у которых впускные и выпускные клапаны располагаются напротив друг друга (с развалом). Это позволяет увеличить диаметры клапанов и оптимизировать конструкцию впускного и выпускного трактов. В форсированных двигателях все чаще применяют четыре клапана на один цилиндр и верхний распределительный вал с непосредственным приводом клапанов.

Рис. 2. Схемы приводов клапанов газораспределительного механизма:

а — штанговый привод; б — привод через коромысло; в — привод одним ку­лачковым валом; г — привод двумя кулачковыми валами; 1 — цилиндропоршневая группа; 2 — головка цилиндра; 3 — кулачковый вал с коромыслами

Материалы, используемые для изготовления клапанов, дол­жны обладать высокой термостойкостью; контактная поверх­ность седла клапана подвергается закалке. Для интенсификации теплопередачи выпускные клапаны заполняют натрием. Для повышения долговечности и улучшения уплотнения клапанов применяют системы их вращения. Направляющие клапанов в двигателях высокой мощности должны обладать высокой теп­лопроводностью и хорошими антифрикционными свойствами. Износ седла клапана может быть снижен при изготовлении его из чугуна или металлокерамического материала.

Кулачок распределительного вала должен обеспечивать подъем клапана на заданную высоту с наибольшей скоростью и плавностью хода. Клапанная пружина осуществляет его закры­тие, а также обеспечивает постоянный контакт сопрягаемых по­верхностей элементов от кулачка к клапану. Максимально допу­стимое контактное напряжение, составляющее 600…750 МПа, зависит от характеристик выбранных материалов.

3. Система наддува

Назначение наддува. Мощность двигателя может быть уве­личена дополнительной подачей топлива за счет предваритель­ного сжатия воздуха перед поступлением его в цилиндры дви­гателя, т.е. путем так называемого наддува.

Коэффициент наддува характеризует увеличение плотнос­ти нагнетаемого воздуха по сравнению с атмосферным давлени­ем. Одним из главных факторов при выборе параметров надду­ва является вид используемой системы наддува, определяющий возможную степень повышения давления. В двигателях с искро­вым зажиганием степень наддува ограничивается детонацией. В дизелях ограничивающим фактором является максимально допустимое давление рабочего цикла. Поэтому двигатели с над­дувом обычно имеют более низкие степени сжатия, чем двига­тели без наддува той же мощности. Рассмотрим основные сис­темы наддува.

Динамический наддув. При этом простейшем способе над­дува используются динамические свойства воздуха на впуске.

Инерционный наддув. Каждый цилиндр двигателя имеет специальный впускной канал определенной длины, который соединен с общей нагнетательной камерой.

Наддув с использованием специально сконструирован­ных (настроенных) впускных каналов. При таком варианте наддува группы цилиндров двигателя соединяются короткими трубопроводами с резонансными ресиверами, причем длины патрубков подбираются в соответствии с интервалами времени между последовательными вспышками в цилиндрах. Ресиверы сообщаются с атмосферой или общей камерой посредством спе­циально отрегулированных патрубков и работают подобно ре­зонаторам Гельмгольца.

Впускной трубопровод с изменяемой геометрией. Ряд за­рубежных фирм (BMW, Opel, Германия; Citroen, Франция; Ford, США) используют системы с динамическим наддувом, а также комбинацию разных систем наддува. Система с динамическим наддувом позволяет повысить коэффициент наполнения при малых частотах вращения коленчатого вала двигателя. В систе­ме с изменяемой геометрией впускного трубопровода использу­ются заслонки, с помощью которых обеспечивается соединение или разобщение впускных каналов, соединяющих разные ци­линдры в соответствии с изменением частоты вращения колен­чатого вала.

Механический наддув. При механическом наддуве нагне­татель приводится в действие непосредственно от двигателя (обычно с фиксированным передаточным отношением). Для управления работой нагнетателя часто используются электро­магнитные муфты.

Преимущества механического наддува таковы: относитель­ная простота конструкции нагнетателей; не используются на­гретые до высокой температуры отработавшие газы, что в целом повышает надежность работы агрегатов наддува двигателя; практически мгновенное реагирование нагнетателя на изменение нагрузки, что очень важно для стабилизации подачи возду­ха на переходных режимах работы двигателя.

Недостатком механического наддува является необходимость затраты дополнительной мощности на приведение в действие нагнетателя, что сопровождается определенным перерасходом топлива.

Турбонаддув с использованием отработавших газов. В со­временных двигателях с турбонаддувом используется турбина, приводимая в действие ОГ. Она обеспечивает преобразование тепловой энергии ОГ в механическую работу, которая в ком­прессоре расходуется на сжатие воздуха перед впуском его в цилиндры двигателя. Агрегат, называемый турбокомпрессо­ром, является комбинацией турбины и центробежного комп­рессора.

Преимущества турбонаддува состоят в следующем: увеличе­ние удельной мощности двигателя; повышение крутящего мо­мента на частотах вращения коленчатого вала, близких к номи­нальной частоте; значительное снижение расхода топлива по сравнению с двигателями без наддува равной мощности; умень­шение выбросов токсичных продуктов с ОГ.

Недостатки турбонаддува: установка турбокомпрессора в од­ном тракте с горячими отработавшими газами требует примене­ния термостойких материалов; необходимо дополнительное пространство для размещения турбокомпрессора и промежуточ­ного охладителя воздуха; недостаточный крутящий момент при малых частотах вращения коленчатого вала; высокая чувстви­тельность дроссельного управления рабочим зарядом к конст­рукции турбокомпрессора.

Наддув с использованием энергии волн сжатия. Нагнета­тель имеет ротор, который сообщается одновременно с подава­емым воздухом и отработавшими газами.

Преимущества наддува с использованием энергии волн сжа­тия таковы: высокая чувствительность, так как обмен энергией между отработавшими газами и зарядом воздуха на впуске про­исходит при скоростях газовых потоков, близких к скорости зву­ка; обеспечение относительно высоких значений коэффициента сжатия воздуха при малых частотах вращения коленчатого вала двигателя.

Недостатки наддува с использованием энергии волн сжатия: ограниченность пространства для размещения ротора из-за применения ременного привода и газоподводящих магистралей; необходимость увеличения подачи отработавших газов и проду­вочного воздуха; шумность при работе; высокая чувствитель­ность к повышению сопротивления в зоне низкого давления.

4.Система охлаждения и смазочная система

Система охлаждения. Чтобы избежать тепловых перегру­зок, повышенного выгорания смазочного масла на направляю­щей поверхности поршня и цилиндровой втулки из-за перегре­ва отдельных деталей при сгорании топлива в ДВС, все его эле­менты, расположенные вокруг камеры сгорания (гильза цилин­дра, головка блока, клапаны и в некоторых случаях сами порш­ни), должны интенсивно принудительно охлаждаться.

Непосредственное воздушное охлаждение. Охлаждающий воздух напрямую контактирует с нагретыми ча­стями двигателя и обеспечивает отвод от них теплоты. Основа данного способа охлаждения – пропускание воздушного пото­ка через оребрённую охлаждаемую поверхность. Изначально этот способ применялся на мотоциклетных и авиационных дви­гателях. В настоящее время он также используется на некото­рых дизелях и двигателях с искровым зажиганием. Преимуще­ства такого охлаждения — надежность и почти полное отсут­ствие необходимости в техническом обслуживании. Недостаток данного метода связан с невысокой эффективностью рассеяния теплоты в охлаждающем воздухе.

Жидкостное охлаждение. Так как вода или другие ох­лаждающие жидкости обладают высокой теплоемкостью и обес­печивают эффективный отвод теплоты от нагретых поверхнос­тей, большинство современных двигателей имеют жидкостные системы охлаждения. Система содержит замкнутый охлаждаю­щий контур, позволяющий применять антикоррозионные и низкозамерзающие присадки (антифризы). Охлаждающая жид­кость прокачивается насосом через двигатель и радиатор.

При движении автомобиля поток охлаждающего воздуха про­ходит через радиатор свободно и (или) с помощью вентилято­ра. Температура охлаждающей жидкости регулируется термоста­тическим клапаном (термостатом), обеспечивающим при необ­ходимости ее перепуск в обход радиатора.

Современные охлаждающие жидкости представляют собой смесь воды, антифриза (в основном этиленгликоля) и различ­ных ингибиторов коррозии, выбираемых в зависимости от на­значения двигателя. При концентрации антифриза в охлажда­ющей жидкости 30…50 % возрастает температура, соответству­ющая точке кипения этой смеси, что позволяет использовать ее при температурах до 120 °С и давлениях до 140 кПа.

Смазочная система. В ДВС для смазки и охлаждения под­вижных деталей применяется моторное масло. Кроме того, оно используется для удаления загрязняющих частиц и нейтрализа­ции химически активных продуктов сгорания, а в ряде случаев — для передачи усилий и демпфирования колебаний в специальных системах двигателя и автомобиля. Масло выполняет эти функции только при поступлении к соответствующим точкам в нужном количестве и при наличии специально оговоренных фирмами-изготовителями физико-химических свойств.

Дозированную смазку осуществляет система, подающая мас­ло порциями к точкам, где оно и расходуется. Особым вариан­том данного способа смазки (используемого в основном в не­больших двухтактных двигателях) является смешивание масла с топливом в соотношении от 1:20 до 1:100. На большинстве ав­томобильных двигателей применяется принудительная смазка. Она может осуществляться в комбинации со смазкой разбрыз­гиванием и «масляным туманом». Основным элементом прину­дительной смазочной системы является масляный насос (обыч­но шестеренный), нагнетающий масло под давлением к под­шипникам и высоконагруженным парам трения.

После отработки масла во всех подшипниках и парах трения оно стекает и собирается в масляном поддоне. Здесь происхо­дит его охлаждение, гашение пены и осаждение загрязняющих примесей. Высоконагруженные двигатели снабжаются масля­ным радиатором. Для улавливания из моторного масла твердых частиц (продукты сгорания, металлические частицы износа и пыль) в смазочной системе применяются масляные фильтры. Размеры фильтра определяются степенью загрязнения масла и интервалами между обслуживаниями, регламентированными изготовителем двигателя. Обслуживание или замена фильтра и масла должны осуществляться одновременно.

Полнопоточные фильтры защищают всю систему смазки, и поэтому посторонние частицы улавливаются этими фильтрами во время их первого прохода через систему. Полнопоточные бумаж­ные фильтры тонкой очистки обладают фильтрующей способно­стью, значительно более высокой, чем у сетчатых или щелевых фильтров. Полнопоточный фильтр имеет перепускной клапан и размещается в системе смазки за редукционным клапаном.

Через неполнопоточные фильтры в современных двигателях проходит лишь 5… 10 % масла с его возвратом после фильтрации в поддон. Большинство таких фильтров, имеющих волокнистые заполнители, следует использовать только совместно с полнопо­точными фильтрами. Неполнопоточный фильтр способен задер­живать чрезвычайно мелкие частицы (в основном нагар), кото­рые не могут быть удалены из масла полнопоточным фильтром.

5. Система выпуска отработавших газов

Система выпуска обеспечивает снижение концентрации за­грязняющих веществ в отработавших газах, выделяемых двига­телем. ОГ должны выходить в атмосферу с допустимой шумностью и при минимальных потерях мощности. Система выпуска отработавших газов легковых автомобилей (рис. 3) состоит из трех основных элементов (некоторые из этих элементов могут использоваться и в выпускных системах грузовиков).

Рис. 3. Системы выпуска отработавших газов легковых автомобилей без каталитического нейтрализатора (а) и с нейтрализаторами (б):

1 — передний глушитель; 2 — центральный глушитель; 3 — задний глушитель; 4 — каталитические нейтрализаторы

Каталитический нейтрализатор осуществляет очистку от­работавших газов двигателей с искровым зажиганием (в настоящее время нейтрализаторы используются и в дизелях). Его раз­мещают как можно ближе к двигателю для быстрого нагревания до рабочей температуры. Так как нейтрализатор должен играть роль первичного глушителя, его снабжают устройствами, кото­рые кроме очистки отработавших газов обеспечивают снижение шума выпуска. В зависимости от размеров автомобиля и двигателя предусматривают установку одного или большего числа глушителей. На V-образных двигателях левые и правые ряды цилиндров часто имеют свои нейтрализаторы или глушители, которые затем объединяются трубопроводами в одну линию с установкой в ней еще одного общего нейтрализатора.

Выпускными патрубками обеспечивается объединение всех выпускных окон в головке цилиндров в один выпускной коллектор, или большее их число, а также соединение друг с другом каталитических нейтрализаторов и глушителей. Длина и пло­щадь поперечного сечения патрубков и тип соединений влия­ют на мощность и акустические параметры двигателя. Поэтому система выпуска ДВС с большими рабочими объемами часто имеет две выпускные трубы.

Система выпуска крепится к днищу автомобиля с использо­ванием упругих элементов. Так как вибрация от труб, вызывае­мая выпуском отработавших газов, может передаваться на кузов

выпуска должны тщательно выбираться. Шум выпуска у среза выпускной трубы может также привести к возникновению ре­зонансных колебаний кузова. Общий объем глушителей на лег­ковом автомобиле должен быть приблизительно в 3 – 8 раз боль­ше рабочего объема двигателя. Масса системы выпуска состав­ляет 8…40 кг.

Каталитический нейтрализатор содержит керамические блоч­ные носители с покрытием из активного каталитического веще­ства. Для компенсации неодинакового теплового расширение стали, из которой изготавливают корпус нейтрализатора, и ке­рамического материала и для защиты блочного носителя от ударных нагрузок и вибрации применяют два типа упругих мон­тажных элементов.

Монтажный элемент в виде проволочной сетки изготавли­вают из термо- и коррозионно-стойкой стали. Он должен про­тивостоять довольно высоким температурам, а также пульсирующим воздействиям отработавших газов на режимах высоки) нагрузок и скоростей.

Монтажный элемент в виде «подушки» изготавливают и: керамического материала, состоящего из волокон силиката алюминия с вкрапленными частицами слюды, которые соединяют посредством акрилового латекса. Полученная таким образом «подушка» при высокой температуре растягивается и запрессовывается на заданное место с образованием монолита. Так как подушка сама по себе является хорошим изолятором, то исключается необходимость в дополнительной теплоизоляции.

Повышенная температура отработавших газов может привести к разрушению монолитных блоков при воздействии на них чрезмерных давлений газов. Если же температура отработавших газов недостаточно высока, то малое давление газов, воздействующее на монолитные блоки, может вызвать их перемещение и повреждение. Пульсирующий характер движения отработавших газов может стать причиной эрозии «подушки».

Часто для ограничения линейного расширения и обеспечения лучшего перемешивания отработавших газов используются несколько последовательно устанавливаемых монолитны блоков. Равномерность прохождения газов через монолитный блок достигается созданием в нейтрализаторе впускного канала определенной формы. Геометрическая форма керамического блока, определяемая монтажным пространством под кузовом автомобиля, может быть треугольной, овальной или круглой.

Альтернативой керамическому монолитному блоку являете каталитический нейтрализатор на металлическом носителе сотовой конструкции. Он изготавливается из гофрированной жаростойкой металлической фольги толщиной 0,05 мм, намотка и пайка которой твердым припоем осуществляется при высокой температуре. Поверхность фольги покрывается пористым слоем вторичного носителя с активным катализатором. Благодаря тонким стенкам фольги при тех же габаритах, что и у керамического нейтрализатора, может быть размещено большее число каналов. Это уменьшает сопротивление прохождению отработавших газов.

Каталитические нейтрализаторы создают дополнительный шум. Причина этого – наличие узких каналов, по которым распространяется газ, из-за чего образуется множество небольших источников звука. Звуковые волны частично гасятся за счёт интерференции и поглощения. При проектировании выпускной системы необходимо подбирать каталитический нейтрализатор таким образом, чтобы избежать высоких уровней сопротивления движению ОГ, в значительной мере влияющих на вибрационные характеристики всей системы выпуска ОГ и мощностные показатели двигателя.

Глушители предназначены для сглаживания пульсаций давления в потоке отработавших газов и максимально возможно снижения шума при их выпуске. В глушителях применяются основном два физических эффекта — резонанс и звукопоглощение. В большинстве глушителей используется сочетание этих эффектов. Так как глушитель вместе с выпускным трубопроводом образует звуковой генератор с собственной резонанс» частотой, его расположение влияет на уровень шумопоглощения. Желательно располагать выпускную систему под днищем кузова как можно дальше от него, чтобы ее собственные колебания не вызывали резонансных явлений в кузове автомобиля. Для максимального снижения звуковых колебаний в кузове теплоизоляции днища кузова от выпускной системы глушители часто изготавливают с двойными стенками и теплоизолирующим покрытием.

Резонаторные глушители состоят из камер различной длин соединенных между собой трубами. Различия в площадях поперечных сечений труб и камер, отклонения потока отработает газов и наличие резонаторов, образованных соединительными трубами и камерами, обеспечивают эффективное глушение шума, особенно на низких частотах. Чем больше камер, тем эффективнее процесс глушения. Однако такой глушитель имеет большую массу и характеризуется относительно большими потерями мощности.

Шумопоглощающие глушители имеют одну камеру, заполненную звукопоглощающим материалом, через которую проходит перфорированная труба. Звуковые колебания через отверстия в этой трубе взаимодействуют со звукопоглощающим материалом и преобразуются в теплоту. Звукоизолирующий материал обычно состоит из длинноволокнистой минеральной ваты (на основе базальта или силикатов), плотность которой состав­ляет 120… 150 г/дм³. Степень глушения шума зависит от плот­ности и звукопоглощающих свойств материала, а также длины и толщины стенки камеры. Глушение происходит в широком диапазоне звуковых частот.

Для обеспечения требуемых акустических параметров глуши­телей, т.е. снижения отдельных спектральных составляющих нежелательных частот в суммарном шуме выпуска, применяют различные устройства.

Резонатор Гелъмголъца (сквозного типа) осуществляет сни­жение шума в области собственных частот колебаний.

Перфорированные трубки с отверстиями действуют подоб­но разбрызгивателям воды. Один большой источник шума, а именно трубка, преобразуется в множество небольших звукоизлучающих точек, образованных отверстиями в ней (аналогично отверстиям в распылителе). При этом вследствие интерферен­ции звуковых волн и завихрения потока отработавших газов до­стигается эффект широкополосного фильтра.

Сопла Вентури уменьшают низкочастотный шум. Они скон­струированы таким образом, что скорость газового потока в горловине сопла всегда меньше скорости звука. Расширяющий­ся патрубок должен устанавливаться под таким углом, при ко­тором отсутствует свистящий звук.

Для удаления из отработавших газов дизелей твердых частиц в выпускной системе размещают сажевые фильтры: фильтры с металлической «шерстью», керамическими фильтрующими эле­ментами, спиральные фильтры с керамическим заполнителем и др.

Фильтры с керамическими элементами находят наиболее широкое применение. В отличие от каталитического нейтрали­затора со свободным проходом отработавших газов в сажевом фильтре каналы выполнены с чередованием открытых и закры­тых концов, а отработавшие газы с частицами сажи пропуска­ются через пористые стенки ячеистой конструкции без покрытия. Сажевые частицы при этом осаждаются в порах стенок. В зави­симости от пористости керамического материала эти фильтры могут задерживать 70… 90 % твердых частиц.

Для нормальной работы при длительных условиях эксплуа­тации такие фильтры должны подвергаться регенерации через определенные промежутки времени с дожиганием сажевых ча­стиц. При использовании процесса химической очистки специ­альные присадки к топливу уменьшают температуру воспламе­нения сажевых частиц до температуры отработавшего газа. Не­достатком этого процесса является дополнительный выброс вредных веществ в атмосферу из-за наличия этих специальных присадок.

При осуществлении процесса термической очистки к филь­тру подключается нагревательный элемент, с помощью которо­го температура отработавших газов повышается приблизитель­но до 700 °С. Процесс регенерации фильтра чаще всего выпол­няется при неработающем двигателе. Выбор длительности реге­нерации фильтра зависит от продолжительности его работы или противодавления выпуску. Для регенерации фильтра во время работы двигателя используют два одинаковых фильтра, которые попеременно подвергают очистке. Однако такой способ счита­ется весьма неэкономичным.

Еще один способ очистки связан с подачей части потока от­работавших газов во время регенерации через глушитель; при этом оказываются неочищенными только 5 % отработавших га­зов. Проводится разработка нагревательных элементов, позволя­ющих одновременно фильтровать газы и регенерировать фильтр (полнопоточная регенерация).

Контрольные вопросы

1. Назовите основные типы транспортных силовых энергетических установок и их классификационные признаки.

2. В чем состоят различия между идеальным, теоретическим и дей­ствительным (рабочим) циклами транспортных силовых установок?

3. Что понимают под индикаторными и эффективными показате­лями работы транспортных ДВС?

4. Перечислите составляющие уравнения внешнего теплового ба­ланса ДВС.

5. Каков оптимальный характер тепловыделения в дизельных дви­гателях и какими мерами он обеспечивается?

6. Назовите достоинства двигателей на ТЭ. Чем они обусловлены?

7. Какие основные агрегаты входят в состав топливной аппаратуры бензиновых транспортных двигателей и дизелей?

8. Как классифицируют транспортные ДВС по конструктивным особенностям исполнения ЦПГ и КШМ?

9. Каким требованиям должны удовлетворять система охлаждения и смазочная система транспортных ДВС и какими конструктивными приемами обеспечивается их выполнение?