Разработка системы выпуска для атмосферной и турбированной версии силовой установки

Приоритетной задачей на настоящее время стала компоновка задней части автомобиля. Одним из узлов, значительно влияющих на компоновку задней части является выпускная система. На данном этапе была осуществлена проработка различных вариантов компоновки выпуска, как для атмосферной версии двигателя, так и для наддувной. Цель проработки – подобрать оптимальную вариацию выпуска и зарезервировать место для него во избежание конфликтов с будущей несущей системой.
Выпускная система для атмосферного двигателя.
Для будущего прохождения сертификации и прохождения требования по шуму в выпускную систему потребовалось вписать заводской резонатор калины. Первый вариант выпуска был смоделирован из узлов стандартного Калиновского глушителя, включающего в себя упругую муфту, резонатор и банку глушителя. Модели этих узлов, полученных образмериванием показаны ниже.

Кроме того, были использованы Калиновские отводы. Система выпуска, переделанная из глушителя Калины представлена на рисунке ниже.

Данная конфигурация была отбракована из-за больших габаритов, а так же, это потребовало увеличения в длину задней части автомобиля. Для получения более компактной версии выпуска, а также, с целью повышения безопасности – размещения его между задними энергопоглощающими лонжеронами, решено было использовать короткие нержавеющие отводы на 90 градусов с радиусом сгиба – 51 мм. Благодаря этому была получена компактная версия выпуска, не увеличивающая задний свес и помещающаяся между энергопоглощающими элементами. Представлено ниже.

Кроме того данная конфигурация вписывается в геометрию проведённой ранее топологической оптимизации будущей рамы.

Компоновка выпускной системы для наддувной версии двигателя.
С целью наддува двигателя предполагается использовать турбокомпрессор фирмы «Турботехника» ТКР-50. И первой задачей стало размещение турбокопрессора вблизи выпускного коллектора. Одним из требований по расположению – получить минимальную длину выпускных патрубков от цилиндров. Это даст меньшую излучающую площадь коллектора и большую температуру отработавших газов. В качестве примера коллектора 4 в 1 представлен коллектор наддувных четырёхцилиндровых двигателей VAG 1,8 . Представлен на рисунке ниже.

При этом видна значительная неравнодлинность патрубков. Это объясняется тесной компоновкой серийного переднеприводного автомобиля и, вероятно, не критичным влиянием данного параметра на работу турбокомпрессора. В нашем случае, выпуск смотрит назад и мы не ограничены местом за двигателем. Поэтому, решено было разместить турбокомпрессор по середине выпускного коллектора, максимально близко к выходам цилиндров, но с возможностью нарастить средние патрубки вверх для соблюдения равнодлинности – как следствие более грамотного режима работы двигателя и турбокомпрессора. Кроме того, данный турбокомпрессор необходимо располагать так, чтобы сливное отверстие масла подшипника смотрело вертикально вниз. Также, на расположение турбокомпрессора влияет близкое расположение масляного фильтра. Выходной патрубок смотрит вбок, вдоль линии цилиндров. В случае необходимости использования водо-масляного куллера в паре с фильтром, увеличится его высота. Поэтому решено было увести патрубок назад, затем вниз. На рисунке представлено примерная конфигурация коллектора 4 в 1 без учёта равнодлинности ( это требует расчётов и времени проработки на следующем этапе) и выход из турбокомпрессора.

Далее возник вопрос о применении каталитического нейтрализатора с целью прохождения норм токсичности выхлопных газов. На атмосферной версии двигателя Калины катализатор выполнен заодно с выпускным коллектором 4 в 1. В случае с наддувным вариантом, необходимо изготавливать свой коллектор и использовать универсальный катализатор, устанавливающийся после турбокомпрессора. Так как целью данного этапа является резервирование места в будущей несущей системе, много времени на подбор катализатора не тратилось и был рассмотрен универсальный вариант www.auspuff.ru/katalizator-avtomobilnyj-kupit/

Также, одним из важных моментов для катализатора является близость расположения его к турбокомпрессору. Как известно, эффективность его работы зависит от температуры отработавших газов. Чем выше, тем лучше. Поэтому было предложено несколько вариантов компоновки.
Первый – с близким расположение катализатора. Плюсы – эффективная работа катализатора (быстрый прогрев) ; защищённость его от брызг луж ( нет температурных перепадов для керамического наполнителя); защищённость при мелких авариях . Минусы — тесная компоновка; сложная замена масляного фильтра; нагрузка на фланец крепления к турбокомпрессору. Данный вариант представлен ниже.

Как видно, катализатор вписывается в отверстие топологии будущей рамы, но создаёт трудности при установке-снятии и мешает обслуживанию двигателя. Поэтому был проработан второй вариант: катализатор вынесен в одну плоскость с глушителем и резонатором. Плюсы – не мешает снятию масляного фильтра; легко монтируется вместе с остальными элементами выпуска. Минусы – не защищённость от мелких аварий, риск попадания брызг луж, медленно прогревается и менее эффективно работает. Данный вариант компоновки представлен ниже.

Учитывая минусы и плюсы выше представленных вариантов был проработан третий. Данная конфигурация показана ниже.

Как видно, катализатор расположен достаточно близко к турбокомпрессору, что говорит о больших температурах отработавших газов и его более эффективной работе. Кроме того, он отвязан от вибрационных нагрузок двигателя упругой муфтой. Катализатор находится внутри топологии будущей несущей системы, а значит он не будет повреждён при небольших авариях при ударе сзади и не будет подвержен воздействию внешней среды. Но данная компоновка требует большого количества отводов и перегибов, что увеличивает трудоёмкость его изготовления. Демонтаж внешней части – глушителя и резонатора предполагается осуществлять обжимным хомутом в нижней части.
Рассмотренные выше варианты выпускной системы имеют важное значение при оптимизации пространства в задней части автомобиля. Необходимо учесть все возможный влияющие на компоновку факторы, касающиеся как безопасности, экологических норм так и удобства эксплуатации и обслуживания. Работы над данной системой продолжаются.