Температура выхлопных газов бензинового двигателя

Какая температура выпускного коллектора автомобиля

Борьба за прибавку к мощности заставляет любителей автоспорта творить чудеса. Иногда при помощи, казалось бы, мелочей, можно добиться довольно серьезного прироста сил двигателя, но мелочей этих так много, что рядовому пользователю, как правило, не до этого. Самодеятельные тюнингеры идут по пути «все и сразу», но путь этот ущербный. Никто не запрещает, тем не менее, делать вид, что автомобиль мощный, и это многих устраивает. Сегодня поговорим о термоленте, которая приобретает все большую популярность, и о целесообразности ее применения.

Область применения термоленты

Термолента представляет собой бандаж из термостойкого материала, выполненного в виде ленты определенной ширины. Применяется для термоизоляции выпускной системы спортивных автомобилей и мотоциклов. Выглядит брутально, поэтому вписывается в рамки подкапотного тюнинга, соответственно 2110 и 2109 автоматически набирают мощность с каждым мотком термоленты на выпускной коллектор. Конечно, материал придумали не для красоты, иначе можно было бы использовать что-то поизящнее. Изначально, предназначением термоленты было:

• изоляция выпускного коллектора;
• повышение температуры выхлопных газов в выпускном тракте;
• снижение температуры подкапотного пространства.

Ради этого и мотали некрасивую ленту на красивые хромированные выхлопные трубы спортивных автомобилей. Сначала ленту изготавливали из асбестосодержащей ткани, поскольку асбест не боится высокой температуры. Но после полного запрета асбеста к применению в автомобильной технике в середине 70-х годов (кстати, очень спорный вопрос), ее стали делать на основе других термостойких материалов, о пользе для здоровья человека которых, производители предпочитают не распространяться. Но суть не в этом. Зачем понадобилось укутывать выхлопную трубу в шубу? Сейчас разберемся вместе.

Замена коллектора своими руками + Видео

Если коллектор прогорел или покрылся трещинами, то пытаться заварить его бессмысленно. Стоимость подобных работ будет в несколько раз выше установки нового коллектора в мастерской. Для замены коллектора вам понадобятся:

• домкрат;
• тазик для слива охлаждающей жидкости;
• набор рожковых, накидных и торцовых ключей;
• ключ-трещетка с удлинителем и комплектом насадок различной длины;
• плоская и крестовая отвертки;
• новый коллектор;
• новая прокладка коллектора и ГБЦ;
• новая прокладка коллектора и приемной трубы выпускной системы.

Борьба за прибавку к мощности заставляет любителей автоспорта творить чудеса. Иногда при помощи, казалось бы, мелочей, можно добиться довольно серьезного прироста сил двигателя, но мелочей этих так много, что рядовому пользователю, как правило, не до этого. Самодеятельные тюнингеры идут по пути «все и сразу», но путь этот ущербный. Никто не запрещает, тем не менее, делать вид, что автомобиль мощный, и это многих устраивает. Сегодня поговорим о термоленте, которая приобретает все большую популярность, и о целесообразности ее применения.

Содержание:

Свойства термоленты для коллектора

Температура выпускного коллектора бензинового двигателя иногда достигает 1300-2000 градусов. Это не так мало, если учесть близость выпускного коллектора к двигателю и к кузову автомобиля. Казалось бы, чем быстрее коллектор остынет, тем лучше для мотора. С одной стороны, так оно и есть. Но с другой стороны, учитывая свойства выхлопного тракта создавать разряжение при высоких температурах, ситуация меняется на противоположную. Следовательно, если температура в выхлопной трубе высокая, в ней создается довольно серьезное разряжение, которое увеличивает скорость прохождения выхлопных газов через всю систему. А раз скорость газов увеличивается, то они способны быстрее покидать камеру сгорания, освобождая ее тем самым для новой порции смеси. То есть, теоретически, наполняемость и вентиляция камеры сгорания должна улучшиться. Следовательно, при использовании термоленты теоретически мы получаем:

1. Термоизоляцию выпускного коллектора.
2. Некоторый прирост мощности.
3. Улучшенную вентиляцию камеры сгорания.

На практике так и есть, но при условии соблюдения еще очень многих условий, о которых покупатели термоленты и не догадываются. Но кроме этого, термолента позволяет снизить температуру в подкапотном пространстве. Это нужно вовсе не для комфорта, а для того, чтобы турбине было легче работать и чтобы она не так перегревалась. Если же турбины нет в принципе, то и лента тогда носит только скорее декоративно-защитный характер. Вот, что может термолента.

Что влияет на состояние коллектора

Температура газов, выходящих из ГБЦ, превышает 600 градусов. Если мотор работает на максимальной мощности, неправильно выставлен угол опережения зажигания или топливная система готовит слишком обогащенную или обедненную смесь, то температура выходящих газов превышает 1500 градусов. Из-за этого выпускной коллектор нагревается до температуры 200–300 градусов. В режиме максимальной мощности, при неправильной работе систем зажигания или подготовки топлива, его температура может достигать 600 градусов, из-за чего коллектор приобретает тусклый малиновый цвет.

Если все системы двигателя работают нормально, то срок службы выпускного коллектора превышает 40 лет. Исключение составляют гоночные автомобили и машины, двигатель которых постоянно работает в режиме максимальной мощности. Прохождение раскаленных газов приводит к постепенному выгоранию металла. На скорость выгорания влияют:

• температура;
• открытое пламя (когда топливовоздушная смесь догорает в коллекторе);
• содержание кислорода в выхлопе.

Выпускной коллектор изготовлен из чугуна, основа которого железо и углерод. Чем выше температура коллектора, тем сильней железо вступает в реакцию с кислородом и атмосферной влагой. Со временем это приводит к тому, что металл коллектора прогорает и выхлопные газы вместо выпускной трубы или катализатора, попадают в моторный отсек. В результате воздух в нем нагревается, что приводит к росту температуры двигателя, перегреву и другим проблемам. Часть дыма из моторного отсека попадает в салон, негативно влияя на самочувствие водителя и пассажиров. Если во время сильного нагрева коллектора вы проехали по луже и, вода попала на чугун, то изделие с большой долей вероятности, покроется трещинами и потребует замены.

Виды термоленты

Как и большинство деталей, купленных в наших магазинах или в сети, термолента делится на две большие группы: хорошая термолента и откровенная дрянь, за которую берут деньги бессовестные продавцы термотряпок. Такие ленты выгорают даже при температуре до 500 градусов, а то какие запахи они излучают, не приснится и во сне. Причем избавиться от запаха потом гораздо сложнее, чем от термоленты. Поскольку запах горелой термоленты плохого качества рекламируется не так широко, то мало кто о нем и догадывается.

А вообще выпускают термоленту разной ширины и цвета. Бронзовая термолента чаще всего применяется в автомобилях с более высокой температурой коллектора, а черные и белые — на усмотрение покупателя. Также вместе с термолентой можно купить и термокраску для придания детали более законченного вида. В комплекте с термолентой должны идти специальные металлические хомуты, которыми лента прижимается к глушителю или к коллектору.

Температура выхлопных газов бензинового двигателя в коллекторе

Re: Какая температура выпускного коллектора? [Re: Bohdan75] 19 августа 2020 в 16:40 Ветвями https://youtu.be/TmN_Q4YS55gвсе краснеет если сильно переживаешь обмотай как советуют термолентой для выпуска, можно будет рукой держаться. 15 метров 2,5см в ширину стоит 40 долларов Re: Какая температура выпускного коллектора? [Re: Bohdan75] 20 августа 2020 в 08:10 Ветвями С видео не согласен. Тачка тюнингованная, там топливо может еще и в глушителе догорает. Вариант обмотать лентой коллектор или шланги — норм, можно еще стекловолокном шланги защитить…Но вопрос про температуру УГ все равно интересный)) Re: Какая температура выпускного коллектора? [Re: Bohdan75] 20 августа 2020 в 08:46 Ветвями А в чём собственно проблема посмотреть температуру? Обычный блютуз сканер ELM327 без проблем показывает на большинстве машин параметр температура лямбда-зонда…

Установка термоленты

Есть две технологии установки термоленты — мокрая и сухая. Мокрая установка предполагает предварительной вымачивание ленты в воде для того чтобы она при нагревании и высыхании более плотно уселась на коллекторе. Обматывается труба лентой с напуском в 10-15 мм в один слой, а края ленты скрепляются хомутами. Поверхность коллектора должна быть обработана термостойкой краской перед тем как обмотать коллектор лентой. После установки ленты также рекомендуется задуть ее термокраской. Следует помнить о том, что термолента — это расходный одноразовый материал и вторичному использованию она не подлежит.

Особенной прибавки в мощности термолента сама по себе, безусловно, не даст, но самолюбие потешит. Поэтому в качестве визуального тюнинга выхлопного коллектора и с точки зрения техники безопасности, лента имеет право на жизнь под капотом. Тюнингуйтесь обертыванием внимательно и не перегревайте двигатель. Удачных и прямых дорог!

Кроме того, керамика – хрупкий материал и повреждение катализатора может привести к его разрушению, а повредить его не так уж и сложно, учитывая, что элементы выхлопной системы расположены под днищем автомобиля. Резкое изменение температуры в меньшую сторону (попадание в лужу) также может его погубить. Именно за счет катализатора производителям двигателей удается соблюдать требуемые экологические нормы. Наличие этого элемента является сегодня обязательным почти во всех странах мира. Рис.3 Типы глушителей: а) — ограничитель, б) — отражатель, в) — резонатор, г) — поглотитель Для правильной работы катализатора необходимо чтобы в отработавших газах содержалось определенное количество кислорода, при котором поддерживается рабочая температура каталитического нейтрализатора. Анализирует это лямбда-зонд.

Температура выхлопа

• 27.01.2006 07:01 #18 Прочитал, хорошая статья. Если будет сегодня время переведу и выложу тут.
• 27.01.2006 07:46 #19 А есть у кого достоверная инфа скок живет термопара ,в месяцах или киллометрах ?а то что т частенько попадаеться ,что мол сгорит она если близко к голове ,а куда её например на четверке моторе ставить то ,тут колектора длинна до турбы 10 см всего.

GT-T 5MTGarrett Edition

• 27.01.2006 08:02 #20 а куда правильно ставить до турбы или после турбы ? S15 spec R https://www.brn-gt-club.ruhttps://www.kels.ru
• Вернуться к списку тем Продажа GT-авто Toyota Altezza1998 год320000 руб. Toyota Celica2000 год355000 руб. Toyota Celica1998 год333000 руб.

Преимущества коллекторной головки

Во многих двигателях вместо литого чугунного выпускного коллектора используется коллектор сварной конструкции из стальных труб (так называемая коллекторная головка). Применение легкой коллекторной головки позволяет добиться плавной, почти идеальной формы выпускного коллектора, способной пропустить мощный поток отработавших газов, образующихся при работе двигателя на высоких скоростях.

Преимущества коллекторной головки заключаются в следующем:

1. Коллекторная головка снижает сопротивление системы выпуска. Снижение сопротивления, создаваемого системой выпуска, облегчает выброс отработавших газов из двигателя, снижая потери мощности, расходуемой на продувку отработавших газов через систему выпуска.
2. Сразу же после выброса через выпускное окно головки блока порции отработавших газов, находящейся под высоким давлением, в цилиндре создается пониженное давление. Резонансные коллекторные головки сконструированы таким образом, что отдельные импульсы отработавших газов сливаются в один, больший по длительности импульс, с соответственно более продолжительным участком пониженного давления после него. Это пониженное давление реально способствует тому, что в цилиндр всасывается большее количество топливно-воздушной смеси.

Этот эффект обратного наддува лучше всего проявляется при скорости вращения двигателя выше определенного порога, который зависит от длины патрубков коллектора и объединительной секции, в которую они сходятся. Чем они длинней, тем ниже порог скорости, на котором эффект коллекторной головки начинает работать. В некоторых конструкциях коллекторных головок используются патрубки изменяемой длины. Самый короткий используется на высоких.

Дизель и экология: трубочист для дизеля

У бензинового двигателя нейтрализатор эффективно преобразует токсичные соединения СО, СН, NOх в безвредные компоненты СО2, H2O и N2. При кратковременных отклонениях состава топливовоздушной смеси от оптимального или нарушениях воспламенения могут появляться микрочастицы несгоревшего углерода — проще говоря, сажа. Но пока нет серьезных неисправностей, ее доля в отработавших газах невелика и в нейтрализаторе она дожигается до углекислого газа. За автомобилем с исправным нейтрализатором черного дыма не бывает.

С выхлопом дизеля не все так просто! При работе с небольшими нагрузками температура газов на входе в нейтрализатор бывает гораздо ниже, чем у бензинового двигателя, и сажа просто не успевает сгорать. Но выбрасывать канцерогены в атмосферу — дурной тон, вот и получил дизель в придачу к нейтрализатору особый, сажевый фильтр. На современных двигателях оба узла размещены в едином корпусе — катколлекторе, расположенном рядом с двигателем. Рядом потому, что чем ближе к выпускным клапанам, тем выше температура отработавших газов, необходимая для эффективной работы системы очистки.

Схема выпускной системы дизельного двигателя:

Схема выпускной системы дизельного двигателя

1 — блок управления двигателем;

2 — датчик массового расхода воздуха;

3 — датчик температуры газов на входе в турбокомпрессор;

4 — турбокомпрессор;

5 и 9 — датчики температуры газов перед сажевым фильтром и после него;

6 — датчик состава смеси (широкополосный датчик кислорода);

7 — фильтр-нейтрализатор;

8 — датчик перепада давления газов;

10 — глушитель.

Но все же со временем фильтр постепенно заполняется сажей. Чтобы она намертво не закупорила соты, от нее нужно периодически избавляться, дожигать. Используют два способа. В первом система управления двигателем никак не вмешивается в рабочий процесс — это так называемая пассивная регенерация. Она протекает при температуре газов на входе в фильтр не ниже 350 градусов, в присутствии катализатора — платины, нанесенной на его керамические соты. Последние похожи на хорошо известные соты современных нейтрализаторов, но имеют существенное отличие, показанное на рис. 2. Каналы делятся на впускные и выпускные. В первые, открытые со стороны двигателя, поступают газы со всем букетом отравляющих веществ, в том числе и сажей. Вторые же открыты с противоположной стороны — из них очищенные от сажи газы идут дальше, в нейтрализатор. Каналы расположены в шахматном порядке и разделены тонкими фильтрующими стенками, непроницаемыми для сажи (она остается во впускных), но пропускающими газы. Их материал — пористый карбид кремния, покрытый смесью оксидов алюминия и церия, он-то и служит опорной поверхностью для слоя платины.

Схема организации каналов (сот) сажевого фильтра:

Схема организации каналов (сот) сажевого фильтра. Сажа скапливается во впускных каналах, а газы, пройдя через пористые стенки, уходят в выпускные каналы.

Сажа скапливается во впускных каналах, а газы, пройдя через пористые стенки, уходят в выпускные каналы.

Необходимую для дожига сажи температуру отработавших газов обеспечить в дизеле удается не всегда — при малых нагрузках в цилиндры поступает много воздуха, а топлива мало! Достаточно тепла выделяется лишь в случае работы при относительно высокой мощности — например, на скорости 60–80 км/ч, а то и выше. Но зачастую это невыполнимо, особенно в городе, и самоочистки сажевого фильтра не происходит. Если полагаться только на нее, то со временем сажа полностью закупорит впускные каналы (соты) и рабочие процессы в двигателе нарушатся. Чтобы этого не произошло, от сажи нужно избавляться, а для этого держать высокую температуру газов внутри сажевого фильтра.

Второй способ очистки фильтра — активная регенерация. При необходимости (об этом — ниже) блок управления двигателем начинает подавать в цилиндры немного дополнительного топлива уже после основной дозы, незадолго до открытия выпускного клапана. «Лишняя» солярка сработать не успевает и вылетает в сажевый фильтр, где в присутствии платины бурно горит. Температура газов увеличивается, и сажа сгорает фактически по команде блока управления.

Вернемся к рис. 1. Блоку управления 1 нужно решить, когда и на какое время включать режим активной регенерации фильтра. Но как он сообразит? Очень просто: по падению давления газов на нейтрализаторе. Для этого с обеих его сторон встроены трубки, соединенные с датчиком 8 перепада давления. Когда дельта превысит заданную величину, включится режим регенерации. Обычно он длится 10–15 минут.

На самом деле не все так просто. Перепад давлений на сажевом фильтре связан с объемным расходом отработавших газов, который, в свою очередь, зависит от их температуры. Поэтому перед сажевым фильтром и после него установлены и температурные датчики 5 и 9. Ну и конечно же, для полноты информации блок управления учитывает массовый расход воздуха, датчик 2 которого традиционно размещен во впускной трубе.

Непосредственно на выпускной трубе двигателя есть еще датчик 3. Он отслеживает температуру отработавших газов на входе в турбокомпрессор. Если она приблизится к пределу, за которым возможен перегрев и разрушение весьма дорогостоящего узла, блок управления ограничит подачу топлива — и температура снизится.

Разумеется, очистка фильтра происходит наиболее эффективно, когда в него поступают газы с оптимальным соотношением воздух/топливо. Блок управления контролирует состав смеси, опираясь на показания широкополосного датчика кислорода (датчик состава смеси) 6, следящего за содержанием кислорода в отработавших газах. В конечном счете, переработав всю полученную информацию, блок управления корректирует подачу топлива в цилиндры двигателя.

Состояние всех компонентов, отвечающих за очистку выхлопных газов, контролирует бортовая система самодиагностики. Если выявит неисправности, зажжет Check Engine. К примеру, в пробках из-за низкой температуры выхлопных газов, несмотря на все старания блока управления, регенерация не запускается! Фильтр переполняется сажей — и в комбинации приборов горит сигнал с изображением фильтра (если он предусмотрен конструкцией) либо мигает лампа «проверь двигатель». Тогда остается попробовать выжечь сажу пассивным способом — поездить минут десять-пятнадцать при более высоких мощностях. Если после этого контрольная лампа не погаснет, придется ехать к «трубочистам» в сервис.

Как погода влияет на настроение двигателя вашего автомобиля

Невероятно, но факт: на настроение двигателей внутреннего сгорания действительно влияет погода. Всё дело в воздухе, который поступает в цилиндры мотора, а именно в его качестве, температуре и давлении.

Топливовоздушная смесь горит благодаря наличию в составе воздуха, а точнее, кислорода, который входит в состав воздуха. Повлиять на качество и объёмы подачи топлива водитель может – достаточно выбрать правильную заправку и нужное октановое число, а также с нужной силой давить на гашетку. А вот с воздухом всё обстоит немного сложнее. Количество кислорода в воздухе регулирует сама природа – иногда его больше, иногда – меньше. Разбег температуры воздуха может достигать в российских условиях почти сотни градусов (летом воздух прогревается до плюс 30 и выше, зимой – на те же величины в обратную сторону). Влажность воздуха также вносит свою лепту в работу ДВС. Максимальное количество воздуха, которое может попасть в цилиндры сильно ограничено.

По теме

Описать влияние количества кислорода в топливовоздушной смеси на мощность мотора можно буквально двумя словами: чем больше кислорода попадает в цилиндры, тем выше температура горения, а значит, и отдача самого ДВС. Кислород засасывается во впускной коллектор прямо с улицы – в тех количествах, в которых он доступен. Поэтому первостепенное значение имеет масса кислорода, содержащегося в воздухе. На этот параметр, в свою очередь, влияют температура и влажность.

К примеру, при нуле градусов в одном кубометре воздуха может содержаться 1,7 кг кислорода, а при +25 – только 1,2. Разница огромна! Машина становится заметно более флегматичной. По умолчанию в воздухе содержится в среднем 78% азота, 21% кислорода и 1% углекислого газа. Если азот при повышении и понижении температуры почти никак не изменяется, то кислород — сильно расширяется и сжимается. Так, при повышении температуры воздуха с 0 до +30 градусов по Цельсию его содержание в 1 кг воздуха падает на 20%. Автомобилю, как и человеку, становится трудно дышать.

При повышении атмосферного давления содержание кислорода в воздухе возрастает, а значит, растёт и мощность мотора. Водитель чувствует, что отдача мотора увеличивается, а машина – просто летит. Этот эффект особенно заметен в горах: чем выше вы будете подниматься, тем больше сил будет терять движок, и наоборот. К примеру, на уровне моря давление составляет 760 мм ртутного столба, а на высоте 100 м — 751 мм. Если подняться до уровня 1 км, давление упадёт до 674,1 мм. Нетрудно представить, как это скажется на моторе. Каждые 100 метров высоты будут забирать около 1% мощности.

По теме

Высокая влажность уменьшает объём содержания кислорода в воздухе. В сухую погоду автомобиль будет ехать бодрее. Объясняется это просто: при повышении влажности происходит вытеснение сухого воздуха и кислорода негорючими парами воды. Это, в свою очередь, снижает отдачу мотора. Также негативное влияние оказывает увеличение соотношения горючее-сухой воздух в смеси.

Однако здесь важно учесть один момент: вода, влияющая на отдачу мотора, — это не капли дождя и не туман. Она находится в воздухе в газообразном состоянии. Обычная же вода не просто не снижает мощность, но и может её повышать: в конденсированном состоянии она иногда специально применяется для снижения детонации при большом давлении наддува. Понижение температуры увеличивает плотность воздуха, а значит – и кислорода. Движок обретает дополнительные силы. Повышение температуры поступающего в двигатель воздуха на 10° F снижает мощность примерно на 1%. Сильно влияет температура воздуха и на турбированные моторы.

Максимальное снижение мощности ДВС можно заметить, поднявшись в ясную жаркую погоду высоко в горы. Там машина будет недополучать кислород по естественным причинам, а датчики, влияющие на смесеобразование, начнут фиксировать повышенное содержание побочных продуктов горения в выхлопе и уменьшать подачу топлива в камеры сгорания в угоду экологическим нормам.

Как бы то ни было, в большинстве ситуаций при эксплуатации автомобиля влияние погоды на мощность настолько незначительно, что его едва ли заметит рядовой водитель. Скорее, потеря или увеличение мощности будут зависеть от настроения самого драйвера, нежели от настроения мотора.

Сравнительный анализ токсичности выхлопных газов автомобилей и пути ее снижения

Произведен анализ загрязнения атмосферы выбросами выхлопных газов автомобилей, описаны их вредные воздействия на окружающую среду и человека, предложено использование природного газа как альтернативного вида топлива в решении экологических проблем.

ABSTRACT

The analysis of atmospheric pollution emissions of exhaust gases of automobiles, described their harmful effects on the environment and humans, there is provided the use of natural gas as the alternative fuel in solving environmental problems.

Ключевые слова: экологические проблемы; отработавшие газы; вредные компоненты; автомобильный транспорт; загрязнение; природный газ; пассажирские перевозки.

Keywords: ecological problems; exhaust gases; harmful components; automobile transport; pollution; natural gas; passenger transportation.

С ускорением развития производства автомобилей увеличивается количество машин, что является причиной образования пробок на улицах. Это, в свою очередь приводит к резкому росту массового количества токсичного дыма, выходящего из автомобилей, что оказывает вредное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. В выхлопных газах содержится около 220 вредных веществ, в том числе окись углерода (CO), углеводород (CH), оксид азота (NOx) и другие газы. Наиболее опасны для здоровья человека: оксид углерода, диоксид азота, которые оказывают отрицательное влияние на сердечно сосудистую и дыхательную системы. В течение суток автомобиль выбрасывает до 1 кг выхлопных газов. Химический состав выхлопных газов опасен не только для здоровья человека, но и животных, растений, почвы, воды. Кроме того в республиках СНГ в связи с засушливостью погоды в атмосферном воздухе в течении 8-9 месяцев содержится пыль, частицы которой так же вредны для организма человека и являются причиной болезни дыхательных путей, дерматитов, конъюнктивитов и др. заболеваний.

В отработавших газах может содержаться свинец, который опасен для умственного развития людей и особенно губителен для детей, поскольку дети более чувствительны к воздействию токсичного металла. Он опасен еще тем, что накапливается в организме.

Содержащаяся в выбросах сера окисляется и образуются два соединения — диоксид серы (SO2) и триоксид (SO3) серы. При растворении в воде диоксид серы образует кислотные дожди, которые губят растения, увеличивают кислотность озер. Даже при среднем содержании оксидов серы в воздухе (100 мкг/м3), что нередко имеет место в больших городах, растения приобретают желтоватый оттенок. Повышение уровня оксидов серы в воздухе приводит к учащению заболевания дыхательных путей. При совместных концентрациях диоксида серы и взвешенных частиц (в виде сажи и пыли) в у взрослых и детей могут наблюдаться изменения в работе легких.

Химические элементы попадают в организм с выхлопными газами и с выбросами промышленных объектов. Доля загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу от автомобилей составляют 75-90 %. Опасности от выхлопных газов превалируют в крупных городах. Выхлопные газы влияют на демографию, рост инвалидности, на здоровье населения. Стремительное развитие автомобильной промышленности, потоки машин в мегаполисах, многочасовые пробки, все это в конечном итоге наносит огромный вред здоровью населения. Загрязнение окружающей среды отрицательно влияет на организм, если физические и химические параметры превышают предельно допустимые концентрации (ПДК) [1].

В настоящее время мировой автомобильный парк насчитывает более 750 млн единиц и продолжает расти. По статистике каждые две секунды с конвейеров автомобильных заводов сходит новый автомобиль, что приводит к резкому повышению автомобилизации населения мира. В 2005 г. на 1000 человек в мире приходилось около 120 автомобилей, а в 2025 г. эта цифра увеличится до 160 единиц [2].

По оценкам зарубежных специалистов, если сегодняшний темп прироста автомобилей сохранится в ближайшие 20 лет, то уже к 2025 г. в мире будет свыше 1,5 млрд автомобилей. Естественно, что столь интенсивное развитие автотранспорта стало оказывать серьёзное негативное воздействие на все компоненты биосферы, причем наибольшая доля загрязнения атмосферы выхлопными газами приходится легковому автомобилю (рис.1).

Рисунок 1. Структурные доли загрязнения окружающей среды различными видами автомобилей, %

Так, только один легковой автомобиль поглощает из атмосферы за год в среднем больше 4 т кислорода, выбрасывая с отработавшими газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов.

Только в России общее количество вредных веществ, ежегодно выбрасываемых автомобильным транспортом в атмосферу, превышает цифру в 30 млн т.[ 2 ].

Состав и объёмы выбросов во многом зависят от типа двигателя автотранспортного средства. В табл. 1 показан состав вредных веществ в отработавших газах карбюраторных и дизельных двигателей.

Таблица 1.

Состав вредных веществ в отработавших газах карбюраторных и дизельных двигателей. [ 2 ].

Зачем отработавшие газы направляются обратно в цилиндры двигателя

Система рециркуляции отработавших газов (EGR – Exhaust Gas Recirculation) предназначена для снижения в выхлопных газах оксидов азота за счет возврата части отработавших газов во впускной коллектор и далее в цилиндры двигателя.

Отработавшие газы, образующиеся при сгорании топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, содержат загрязняющие вещества, такие как оксид углерода (CO), оксиды азота (NOx), углеводороды (HC) и твердые частицы (PM), которые очень вредны для человека и окружающей среды.

Особо токсичны оксиды азота, которые образуются при высокой температуре и избытке кислорода. Оба эти условия присутствуют в процессе сгорания топлива в любом двигателе, но особенно много их образуется в высокофорсированном дизеле, поскольку воздух, поступающий в его цилиндры, не дросселируются и всегда имеется его избыток. Кроме того, в камерах сгорания возникает высокая температура, а чем она выше, тем больше образуется оксидов азота. По этим причинам дизельный двигатель выбрасывает намного больше оксидов азота в выхлопных газах по сравнению с бензиновым.

Возврат части отработавших газов (ОГ) во впускной коллектор позволяет снизить температуру сгорания топливовоздушной смеси и тем самым уменьшить образование оксидов азота. При этом соотношение компонентов в смеси остается прежними и мощностные характеристики двигателя изменяются незначительно.

Система рециркуляции отработавших газов (EGR) применяется в основном на дизельных двигателях, реже — на бензиновых.

В зависимости от требований стандарта токсичности ОГ, на дизельных двигателях применяются различные схемы системы рециркуляции ОГ: высокого давления, низкого давления и гибридная (комбинированная) система рециркуляции.

Данная система имеет высокие показатели быстродействия газового контура рециркуляции. Кроме того, поскольку выхлопной газ смешивается с всасываемым воздухом после турбокомпрессора, твердые частицы не попадают на колесо компрессора и не разрушают его. Однако охладитель EGR при этом должен выдерживать разрушительное воздействие высокого давления и высокой температуры выхлопных газов.

В такой системе для осуществления процесса перепуска имеется специальный клапан рециркуляции, который оснащен пневматическим или электрическим приводом.

Количество перепускаемых газов регулируется с помощью системы управления двигателем, которая одновременно управляет дроссельной заслонкой и клапаном рециркуляции. EGR не работает на холостом ходу, при холодном двигателе, а также при полностью открытой дроссельной заслонке.

На отдельных двигателях в EGR применяется охлаждение ОГ путем прохождения их через специальный радиатор. Вследствие этого дополнительно снижается температура сгорания в цилиндрах и, тем самым, уменьшается образование оксидов азота.

Стандарт Euro 6 повысил требования, снизив лимит выбросов NOx до 0,08 г/км по сравнению со 0,18 г/км для Euro 5. Реализация более жестких условий потребовала создания системы рециркуляции низкого давления.

Такая система обеспечивает меньшую температуру ОГ, отсутствие частиц сажи и, в конечном счете, меньшее содержание оксидов азота в выхлопе. Помимо этого, все отработавшие газы проходят через турбину компрессора, поэтому давление наддува не снижается ни на каком режиме.

Из-за более низких температур EGR низкого давления более эффективна в снижении выбросов NOx по сравнению с системой высокого давления. Но у нее есть и недостаток — более высокая инерционность выхлопных газов, поскольку все воздуховоды и компоненты расположены относительно далеко от двигателя и не могут быстро реагировать на изменение скорости рециркуляции ОГ.

Гибридная (комбинированная) EGR объединяет в одном двигателе систему рециркуляции ОГ высокого и низкого давления. Иногда такой тип называют двухконтурной системой EGR.

Гибридная EGR сочетает в себе преимущества обоих систем, переключаясь между ними в зависимости от частоты вращения и крутящего момента, а также позволяет турбонагнетателю работать с высоким КПД на любом режиме.

Недостаток двухконтурной EGR — большая стоимость, сложность и для нее требуется большее пространство для размещения (обусловленные большим количеством компонентов), а также потенциальными проблемами с управлением скоростью рециркуляции ОГ в зависимости от режима работы двигателя. Алгоритм управления становится довольно сложным, поскольку необходимо управлять несколькими исполнительными механизмами (клапаном рециркуляции ОГ высокого/низкого давления, дроссельной заслонкой на впуске/выпуске и лопатками турбины/перепускным клапаном) для подачи необходимого количества воздуха и ОГ в цилиндры на различных режимах.