Система вилучення відпрацьованих газів
У цій темі розглянуто шлях відпрацьованих газів від циліндрів до виходу в атмосферу, будову основних елементів системи та особливості їхньої взаємодії під час роботи двигуна.
Призначення системи вилучення відпрацьованих газів
Система вилучення відпрацьованих газів забезпечує своєчасне відведення продуктів згоряння з циліндрів двигуна після завершення робочого циклу. Її справна робота сприяє нормальному газообміну в циліндрах, зменшенню шуму роботи двигуна, підвищенню пожежної безпеки та зниженню шкідливого впливу відпрацьованих газів на навколишнє середовище.
Загальна будова системи вилучення відпрацьованих газів
Система вилучення відпрацьованих газів складається з кількох елементів, які забезпечують відведення продуктів згоряння, зменшення шуму роботи двигуна та, на сучасних дизелях, очищення відпрацьованих газів від шкідливих речовин перед їх викидом в атмосферу.
Загальна будова системи вилучення відпрацьованих газів
1 – випускний колектор; 2 – турбокомпресор (турбіна); 3 – дизельний окиснювальний каталізатор (DOC); 4 – сажовий фільтр (DPF); 5 – форсунка (дозувальний модуль) AdBlue; 6 – каталітичний нейтралізатор SCR; 7 – глушник; 8 – випускна труба; A - бак AdBlue — резервуар для зберігання водного розчину сечовини, який подається до дозувального модуля
Склад системи вилучення відпрацьованих газів тракторних двигунів залежить від конструкції двигуна та його екологічного класу. У найпростіших системах вона складається з випускного колектора 1, глушника 7 та випускної труби 8. На сучасних дизельних двигунах до її складу також входять турбокомпресор 2, дизельний окиснювальний каталізатор (DOC) 3, сажовий фільтр (DPF) 4, форсунка (дозувальний модуль) AdBlue 5, каталітичний нейтралізатор SCR 6 та інші елементи, призначені для очищення відпрацьованих газів.
| Елемент | Призначення |
|---|---|
| Випускний колектор | Збирає відпрацьовані гази з усіх циліндрів двигуна та спрямовує їх до турбокомпресора. |
| Турбокомпресор | Використовує енергію відпрацьованих газів для приводу компресорної частини турбокомпресора, що забезпечує наддув двигуна. |
| Дизельний окиснювальний каталізатор (DOC) | Окиснює оксид вуглецю (CO) та незгорілі вуглеводні (HC), а також сприяє підвищенню температури газів для ефективної роботи наступних елементів системи. |
| Сажовий фільтр (DPF) | Затримує тверді частинки сажі, що утворюються під час роботи дизельного двигуна. |
| Форсунка (дозувальний модуль) AdBlue | Впорскує водний розчин сечовини (AdBlue) у потік відпрацьованих газів перед каталітичним нейтралізатором SCR. |
| Каталітичний нейтралізатор SCR | Перетворює оксиди азоту (NOₓ) на безпечні азот (N₂) і водяну пару (H₂O) за участю реагенту AdBlue. |
| Глушник | Знижує рівень шуму відпрацьованих газів перед їх виходом в атмосферу. |
| Випускна труба | Відводить очищені відпрацьовані гази в атмосферу. |
Випускний колектор
Випускний колектор є першим елементом системи вилучення відпрацьованих газів. Він приймає гази з усіх циліндрів двигуна, об'єднує їх у спільний потік і спрямовує до турбокомпресора або інших елементів випускної системи.
Випускний колектор дизельного двигуна
Випускний колектор являє собою литу деталь із чавуну або жароміцної сталі, яка кріпиться до головки блока циліндрів. Кожен циліндр має окремий випускний канал, а всередині колектора вони об'єднуються в один загальний потік.
Під час такту випуску відпрацьовані гази виходять із циліндрів, проходять через випускний колектор і надходять до турбокомпресора або безпосередньо до глушника (на двигунах без турбонаддуву). Конструкція колектора повинна забезпечувати мінімальний опір руху газів і витримувати високі температури, які можуть перевищувати 700 °C.
Для герметичного з'єднання випускного колектора з головкою блока циліндрів використовують жаростійку прокладку. Порушення герметичності цього з'єднання призводить до прориву відпрацьованих газів, підвищення шуму роботи двигуна та зниження ефективності турбонаддуву.
Системи очищення відпрацьованих газів
Сучасні тракторні дизелі повинні відповідати суворим екологічним нормам щодо вмісту шкідливих речовин у відпрацьованих газах. Для цього у випускній системі застосовують спеціальні пристрої, які зменшують викиди оксиду вуглецю, незгорілих вуглеводнів, твердих частинок сажі та оксидів азоту.
Дизельний окиснювальний каталізатор (DOC)
DOC (Diesel Oxidation Catalyst) є першим елементом системи очищення відпрацьованих газів. Усередині каталізатора відбувається окиснення оксиду вуглецю (CO) та незгорілих вуглеводнів (HC), унаслідок чого вони перетворюються на менш шкідливі речовини — вуглекислий газ і водяну пару.
Сажовий фільтр (DPF)
DPF (Diesel Particulate Filter) призначений для затримування твердих частинок сажі, що утворюються під час роботи дизельного двигуна. У процесі експлуатації накопичена сажа періодично спалюється під час регенерації фільтра.
Система SCR
SCR (Selective Catalytic Reduction) зменшує вміст оксидів азоту (NOₓ) у відпрацьованих газах. Для цього перед каталізатором впорскується спеціальний реагент AdBlue, який у результаті хімічної реакції перетворює оксиди азоту на безпечні азот і водяну пару.
Єдиний модуль очищення відпрацьованих газів
На більшості сучасних тракторів дизельний окиснювальний каталізатор (DOC), сажовий фільтр (DPF) і каталітичний нейтралізатор SCR зазвичай об'єднані в один модуль очищення відпрацьованих газів, хоча на навчальних схемах їх часто показують окремо для кращого розуміння принципу роботи.
На сучасних тракторах ці пристрої працюють спільно, забезпечуючи відповідність двигуна сучасним екологічним нормам і значно зменшуючи шкідливий вплив відпрацьованих газів на довкілля.
Регенерація сажового фільтра
Під час роботи дизельного двигуна в сажовому фільтрі поступово накопичуються тверді частинки сажі. Якщо їх не видаляти, опір руху відпрацьованих газів збільшується, що погіршує роботу двигуна. Для відновлення пропускної здатності фільтра застосовують регенерацію.
Принцип регенерації
Регенерація — це процес спалювання накопиченої сажі всередині фільтра за високої температури. У результаті сажа перетворюється переважно на вуглекислий газ, а пропускна здатність фільтра відновлюється.
Регенерація може відбуватися автоматично під час роботи двигуна або примусово за командою електронного блока керування. Під час цього процесу температура відпрацьованих газів значно підвищується, тому оператор повинен дотримуватися рекомендацій виробника машини.
Регулярна та своєчасна регенерація забезпечує нормальну роботу сажового фільтра, підтримує потужність двигуна та зменшує кількість шкідливих викидів в атмосферу.
Глушник
Відпрацьовані гази виходять із циліндрів двигуна під високим тиском, що супроводжується значним шумом. Для його зменшення в системі вилучення відпрацьованих газів встановлюють глушник.
Глушник системи вилучення відпрацьованих газів
Глушник являє собою металевий корпус, усередині якого розташовані перегородки, камери та перфоровані труби. Така конструкція змушує потік відпрацьованих газів багаторазово змінювати напрямок руху та поступово втрачати енергію.
Під час проходження через глушник тиск і швидкість відпрацьованих газів зменшуються, а звукові хвилі частково поглинаються та взаємно гасяться. Завдяки цьому значно знижується рівень шуму роботи двигуна без істотного збільшення опору руху газів.
На сучасних тракторах глушник часто є частиною єдиного вузла системи очищення відпрацьованих газів, до складу якого можуть входити каталізатор, сажовий фільтр та інші елементи, що забезпечують виконання сучасних екологічних вимог.
Іскрогасник
Під час роботи дизельного двигуна разом із відпрацьованими газами можуть викидатися розжарені частинки нагару. Для запобігання виникненню пожеж на тракторах, що працюють у полі, лісі або на інших пожежонебезпечних об'єктах, встановлюють іскрогасники.
Іскрогасник дизельного двигуна
Іскрогасник являє собою металевий корпус, усередині якого розміщують сітки, перегородки або інші елементи, що змінюють напрямок руху відпрацьованих газів і затримують розжарені частинки.
Під час проходження через іскрогасник розжарені частинки втрачають температуру, стикаючись із його металевими поверхнями, після чого вже не можуть стати джерелом займання сухої рослинності чи інших легкозаймистих матеріалів.
На багатьох сучасних тракторах іскрогасник інтегрований у конструкцію глушника або системи очищення відпрацьованих газів. Проте на машинах, що працюють у пожежонебезпечних умовах, його застосування є обов'язковою вимогою.
Цікаво знати
🌡️ Висока температура газів
Температура відпрацьованих газів дизельного двигуна під навантаженням може перевищувати 700 °C, а під час регенерації сажового фільтра — бути ще вищою.
🚜 Турбокомпресор працює за рахунок відпрацьованих газів
Турбіна турбокомпресора використовує енергію потоку відпрацьованих газів, яка без турбонаддуву була б втрачена, перетворюючи її на корисну роботу компресора.
🌍 Сучасні екологічні системи
Сучасні дизельні трактори можуть одночасно використовувати окиснювальний каталізатор (DOC), сажовий фільтр (DPF) та систему SCR, що дозволяє суттєво зменшити викиди шкідливих речовин в атмосферу.
Висновок
Система вилучення відпрацьованих газів забезпечує своєчасне відведення продуктів згоряння з циліндрів двигуна, зменшує рівень шуму та підвищує пожежну безпеку. На сучасних тракторах вона також очищує відпрацьовані гази від шкідливих речовин, сприяючи дотриманню екологічних вимог і зменшенню негативного впливу двигуна на навколишнє середовище.
Навчальні відео
Глушники звичайні та під турбіну
Інтерактивний тест для самоперевірки
Дайте відповіді на запитання та перевірте, наскільки добре ви засвоїли матеріал про систему вилучення відпрацьованих газів.
Реєстрація користувача
1. Яке призначення випускного колектора?
2. Чому глушник зменшує шум роботи двигуна?
3. За рахунок чого іскрогасник запобігає виникненню пожежі?
4. Яке призначення сажового фільтра (DPF)?
5. Завдяки чому система SCR зменшує вміст оксидів азоту у відпрацьованих газах?
6. Для чого проводять регенерацію сажового фільтра (DPF)?
7. Який елемент системи вилучення відпрацьованих газів використовує енергію потоку газів?
8. Який процес відбувається під час регенерації сажового фільтра (DPF)?
9. Яка послідовність проходження відпрацьованих газів у сучасній системі їх вилучення є правильною?
10. Чому сучасна система вилучення відпрацьованих газів є складнішою за випускну систему тракторів попередніх поколінь?
Студент: —
Заклад: —
Група: —
Результати тестування
Правильних відповідей: 0 з 10