Температура выхлопных газов дизельного двигателя

Обновлено: 05.07.2024

Температура отработавших газов в моторных цилиндрах двухтактных газомоторных двигателей и компрессоров колеблется от 350 до 480 С, а в четырехтактных газомоторных двигателях при номинальной нагрузке от 510 до 520 С. [1]

Температура отработавших газов в выпускной трубе четырехтактных двигателей зависит от типа двигателей и составляет для карбюраторных двигателей 750 – ь 850 К и для дизелей 600 – ь 700 К. [2]

Температура отработавших газов не должна быть ниже 70 С. [3]

Температура отработавших газов зависит в основном от тех же факторов, что и температура в конце процесса расширения. Дальнейшее обеднение смеси приводит к снижению температуры отработавших газов, так как, несмотря на увеличение продолжительности сгорания, максимальна температура цикла уменьшается. [4]

Температура отработавших газов в двигателе внутреннего сгорания достаточно высока, поэтому водяные пары, содержащиеся в них, не могут конденсироваться и уносят с собой скрытую теплоту парообразования. [5]

Температура отработавших газов ( при выпуске из цилиндра) по мере увеличения догорания на линии расширения повышается. Обычно в дизелях на участке догорания выделяется 10 – 20 % всего тепла, введенного с топливом в цилиндр. Тепло, полученное при догорании, является с точки зрения превращения его в механическую работу менее ценным. Догорание происходит в условиях уменьшенной концентрации кислорода при понижающихся давлении и температуре. В современных дизелях средняя скорость выделения тепла за процесс сгорания составляет примерно 150 – 300 ккал / кг град; за время догорания она снижается примерно с 40 – 50 ккал / кг град до нуля. [6]

Температура отработавших газов зависит от частоты вращения коленчатого вала, состава смеси, скорости распространения фронта пламени, момента зажигания или впрыска и других факторов. [7]

Температура отработавших газов зависит от нагрузки и скоростного режима двигателя. С увеличением частоты вращения и нагрузки повышается температура отработавших газов. [9]

Температуру отработавших газов регулируют путем изменения подачи порции топлива насосами, что осуществляется перемещением регулирующей рейки в ту или иную сторону. При увеличении выхода рейки путем ввертывания регулировочного винта подача топлива увеличивается, а при уменьшении ( винт вывертывают) подача топлива уменьшается. Передвижение рейки топливного насоса на одну риску изменяет температуру отработавших газов примерно на 22 – 25 С. [10]

Температуру отработавших газов регулируют изменением количества подаваемого топлива обоими насосами данного цилиндра. При этом нельзя спиливать или передвигать упор, установленный на рейке насоеа при определении его подачи на стенде. [11]

Температуру отработавших газов в нейтрализаторах повышают, уменьшая теплопотери теплоизоляцией корпуса нейтрализатора, применяя специальные экраны, используя тепло реакции окисления, а также кратковременно уменьшая угол опережения зажигания. [12]

Повышение температуры отработавших газов против максимально установленной ( 430 С) или при разности температуры между отдельными цилиндрами более 60Э С может привести к появлению трещин на головке или задиру поршней. Поэтому температуру отработавших газов проверяют при всех реостатных испытаниях дизель-генераторной установки, как правило, при максимальной мощности дизеля и 850 об / мин коленчатого вала и температуре выходящей воды из дизеля 70 – 80 С, масла 60 – 75 С. [13]

Наиболее точно определение температуры отработавших газов может быть выполнено калориметрическим методом. Но применение его в условиях обычных испытаний довольно сложно. [14]

У дизеля Д100 температуру отработавших газов и давление сгорания корректируют изменением регулируемых параметров обоих топливных насосов данного цилиндра. После регулировки нагрузки по цилиндрам проверяют величину выхода реек топливных насосов. Считают нормальным, когда разность зазоров между упором рейки и корпусом насоса для всех насосов дизеля Д100 не превышает 0 3 мм, а дизеля Д50 – 0 1 мм. [15]

Условия работы дизельного двигателя основаны на различных соотношениях, которые являются типичными для следующих процессов.

В дизельном двигателе топливо впрыскивается непосредственно в сильно сжатый горячий воздух, результатом чего будет самовоспламенение топлива. Таким образом, дизельный двигатель не связан с ограничениями по зажиганию подобно двигателю с искровым зажиганием (бензиновый двигатель). Поэтому, считая, что количество воздуха в камере сгорания остается постоянным, то необходимо будет регулировать только количество топлива.

Система впрыска топлива имеет, таким образом, решающее значение для работы двигателя. При всех оборотах и нагру нагрузках система отвечает за дозировку топлива и за его равномерное распределение при подаче. В дополнение к этому нужно принимать во внимание давление и температуру поступающего воздуха.

Таким образом, в каждый момент времени при работе двигателя требуется следующее:

правильное количество впрыскиваемого топлива;
правильный момент впрыска;
правильное давление впрыска;
правильная временная последовательность;
правильное расположение точки в камере сгорания.

В дополнение к требованиям по оптимальному смесеобразованию, для дозировки необходимо принимать во внимание такие рабочие ограничения для конкретного двигателя и конкретного автомобиля, которые перечислены ниже:

ограничение по дымности;
ограничение по давлению сгорания;
ограничение по температуре выхлопных газов;
ограничения по оборотам двигателя и крутящему моменту;
ограничения для конкретного автомобиля и нагрузок.

Ограничение по дымности

Ограничение по давлению сгорания

Ограничение по температуре выхлопных газов

Ограничение по температуре выхлопных газов дизельного двигателя определяется по высоким термическим нагрузкам деталей двигателя, окружающим горячую камеру сгорания, по тепловому сопротивлению выхлопной системы и по температурной зависимости концентрации токсичных веществ в выхлопных газах.

Ограничение по оборотам двигателя

Принимая во внимание все специфические требования, можно определить характерные кривые (графики) для рабочего диапазона двигателя. Эти графики показывают количество впрыскиваемого топлива как функцию числа оборотов и нагрузки, а также компенсации требуемой температуры и давления воздуха. Количество впрыскиваемого топлива соответствует средней потребности всех цилиндров и среднему количеству при определенном числе оборотов.

Рис. 1. Количество впрыскиваемого топлива; 2. Обороты двигателя; 3. Запуск; 4. Холостой ход; 5. Полная нагрузка; 6. Двигатель с турбонаддувом; 7. Контроль крутящего момента; 8. Двигатель без наддува; 9. Коррекция атмосферного давления; 10. Температурная компенсация; 11. Регулирование оборотов.

Как показывает следующий пример, конкретные рабочие условия предъявляют высокие требования к точности работы системы впрыска. Количество топлива при полной нагрузке для 4-цилин-дрового 4-тактного двигателя с мощностью 75 кВт и удельным расходом топлива в 200 г/кВт ч делает необходимым общий расход топлива в 15 кг/час. Это эквивалентно 288000 ходам впрыска за 1 час для 4-тактного двигателя, работающего при 2400 об/мин.

Переходя к одному ходу впрыска, это будет означать количество топлива в 59 мм3 за один ход впрыска. По сравнению с этим примером, дождевая капля имеет объем примерно в 30 мм3. Система впрыска топлива должна обеспечить такую точную дозировку для одного цилиндра и для однородного распределения в отдельном цилиндре в многоцилиндровом двигателе.

Удельный расход топлива

Рис. Удельный расход топлива:
1. Бензиновый двигатель. Дизельный двигатель: 2. Предкамера/вихревая камера; 3. Непосредственный впрыск; За. Турбонаддув; Зв. Достижимая возможность; 4. Удельный расход топлива; 5. г/кВт; 6. Число оборотов: 2500-3000 об/мин; 7. Среднее давление; 8. Бар.

Теоретически определенное количество впрыскиваемого топлива служит в качестве исходной величины для конструирования системы впрыска. Характеристика полной нагрузки ограничивается путем ограничения по дымности двигателя в диапазоне более низких оборотов и путем допустимой температуры выхлопных газов или деталей в диапазоне более высоких оборотов. Действительно требуемые количества топлива определяются на двигателе в соответствии с эмпирическими величинами. Системы обычно конструируются в предположении высоты на уровне моря, т.е. величины мощности уменьшаются до этого уровня: если двигатель работает на высоте, превышающей уровень моря, то количество топлива должно быть скорректировано в соответствии с барометрической формулой, известной из физики. Уменьшение плотности воздуха на 7% на каждые 1000 м высоты используется как исходная величина.

Однако, в противоположность удельному расходу топлива, который определяется на теплом двигателе при постоянных условиях проверки, лишь расход топлива в движении обеспечит величины, используемые на практике.

Автомобили, в частности, работают главным образом на коротких расстояниях с частыми запусками холодного двигателя и в диапазоне низких оборотов. Необходимое обогащение на холодном двигателе приведет к явным различиям в расходе топлива.

Сравнительный расход топлива после запуска холодного двигателя (10 ° С )

Рис. Сравнительный расход топлива после запуска холодного двигателя (10 ° С ):
1. Бензиновый двигатель 1,1л-37кВт; 2. Дизельный двигатель 1,5л-37 кВт; 3. Расход топлива, л; 4. Пройденное расстояние, км.

Есть много споров нужен ли EGR на дизеле, система нужная, много плюсов, но как всегда есть и минусы, чего больше, каждый в праве выбирать сам. После покупки и установки двигателя OM 603 TD, была необходимость снять турбину и выхлопной подающий газы на турбину коллектор, на этом коллекторе есть клапан EGR, при снятии и осмотре этого клапана обнаружилось около 5-8 мм липкой массы на стенках клапана и подающей воздух в цилиндры трубы. Первое решение помыть и поставить все на место, но изучив тему подробней, EGR — удалю.

Подборку статей, и рассуждений в интернете выкладываю для рассмотрения и обсуждения.

Типы конструкций
Хотя принцип работы всех систем одинаков, их конструктивное исполнение отличается большим разнообразием. В любой системе EGR главной деталью является клапан. Отличия состоят в способе управления его работой и, соответственно, составе элементов. Впервые EGR появились на американских автомобилях еще в начале 70-х годов прошлого века. Они были пневмомеханическими, то есть управлялись только разряжением впускного коллектора. Как и любая механическая система, она не отличалась высокой точностью работы. С внедрением электронных систем управления двигателем EGR стали электропневматическими (Euro-2 и -3), а в дальнейшем появились и полностью электронные (Euro-4 и -5).

Клапан EGR может устанавливаться на впускном коллекторе, во всасывающем тракте, или непосредственно на блок дроссельных заслонок. Так как в дизельных двигателях система EGR перепускает большее количество отработанных газов, то и клапаны в таких системах имеют перепускное отверстие большего диаметра по сравнению с бензиновыми. В некоторых дизелях, особенно турбированных, давление на впуске может превышать давление на выпуске, что делает невозможным рециркуляцию выхлопных газов. В таких случаях для создания необходимого пониженного давления во впускной трубопровод устанавливаются регулирующие (вихревые) заслонки.

В пневмомеханических системах клапан удерживается в закрытом состоянии пружиной. При подаче разрежения в вакуумную полость мембрана преодолевает сопротивление пружины и открывает клапан. Выхлопные газы по каналу проходят в задроссельную зону впускного коллектора. Патрубок клапана EGR подключается к впускному коллектору в области дроссельной заслонки. На холостых оборотах и при торможении дроссельная заслонка закрыта, разрежение над заслонкой практически отсутствует, клапан EGR закрыт. При средних нагрузках двигателя дроссельная заслонка приоткрыта, и так как под ней возникает разрежение, то клапан EGR открывается. При полной мощности дроссельная заслонка открыта, разрежение в области дроссельной заслонки слабое, клапан EGR будет закрыт.

В электропневматических системах работой клапана управляет контроллер двигателя на основании показаний датчиков. В зависимости от того, какой датчик является основным, различают четыре типа систем:
с датчиком противодавления выхлопных газов;
с датчиком температуры выхлопных газов;
с датчиком положения клапана EGR;
с датчиком давления на впуске МАР (либо датчиком массового расхода воздуха МАF) вместе с датчиком кислорода (лямбда — зондом).

Когда EGR начинает давать сбои, многие автовладельцы предпочитают заглушить ее. Как правило, это делается с помощью вырезанной из тонкой жести прокладки, устанавливаемой под клапан. Среди специалистов мнения о глушении системы расходятся. Одни считают его совершенно безвредным, а некоторые даже полезным. Вторые же полагают, что в результате повышается температура в камере сгорания, а это увеличивает риск появления трещин в головке блока цилиндров.

Цитата:
Вспомнил ещё… Общался я как-то с одним конструктором по этой проблемке…Так вот если подойти к автомобилю со стороны выхлопной трубы и провести пальцем по внутреннему диаметру этой трубы, то вся рука будет в саже…А сажа это несгорешее топливо, оксиды серы и грубых металлов…Так вот ЕГР и перепускает эту сажу обратно во впускной коллектор и саму камеру сгорания…Сажа как известно не горит, и все эти металлы несгоревшие царапают стенки цилиндра, ДЕГРАДИРУЮТ масло, забивают все датчики во впускном коллекторе, ухудшаю распыл форсунок и бла бла бла…

Вся эта информация приводится, чтобы вы, прочитав, сами пришли к мнению глушить вам егр или нет и каковы возможны последствия.
На своем авто я заглушил EGR, перед этим отмыл подающую трубу от сажи и нагара.
Работа была проделана в процессе Запуск двигателя OM603 и женидьба кузова.

P050E Слишком низкая температура выхлопных газов двигателя при холодном запуске

Код неисправности OBD-II Техническое описание

Слишком низкая температура выхлопных газов двигателя при холодном запуске

Что это значит?

Этот общий диагностический код неисправности трансмиссии (DTC) обычно применяется ко многим автомобилям OBD-II. Это может включать, помимо прочего, автомобили Ford (Mustang, Escape, EcoBoost и т. Д.), Dodge, Jeep, Land Rover, Nissan, VW и т. Д.

Когда код P050E сохраняется, это означает, что модуль управления трансмиссией (PCM) обнаружил температуру выхлопных газов ниже минимального порога при холодном запуске. Холодный запуск — это термин, используемый для описания стратегии управления автомобилем, используемой только тогда, когда двигатель находится при температуре окружающей среды (или ниже).

По моему профессиональному опыту, температура выхлопных газов контролируется только в транспортных средствах, оснащенных дизельными силовыми установками, работающими на экологически чистом топливе.

Этот код чаще встречается в географических регионах с очень холодным климатом.

Изменения температуры выхлопных газов имеют решающее значение для снижения выбросов в современных дизельных двигателях с экологически чистым сгоранием. PCM должен контролировать температуру выхлопных газов, чтобы убедиться, что предпринимаются желаемые действия для достижения этих резких изменений температуры.

Системы впрыска дизельной выхлопной жидкости (DEF) отвечают за введение DEF в каталитический нейтрализатор и другие участки выхлопной системы. Эти смеси DEF вызывают повышенную температуру выхлопных газов, необходимую для сжигания вредных углеводородов и частиц диоксида азота, захваченных в выхлопной системе. Система впрыска DEF управляется PCM.

Во время холодного запуска двигателя температура выхлопных газов должна быть равна температуре окружающей среды или приближаться к ней. Если PCM обнаруживает, что температура выхлопных газов ниже температуры окружающей среды, код P050E будет сохранен, и может загореться индикаторная лампа неисправности (MIL). В большинстве случаев для освещения MIL потребуется несколько отказов.

Холодная машина:

Какова серьезность этого кода неисправности?

Каковы некоторые симптомы кода?

Симптомы кода двигателя P050E могут включать:

Сниженная производительность двигателя
Сниженная топливная эффективность
Чрезмерный черный дым из выхлопной трубы
Сопровождающие коды DEF

Каковы некоторые из распространенных причин появления кода?

Причины появления этого кода могут включать:

Неисправен датчик температуры выхлопных газов
Сгоревшая или поврежденная проводка датчика температуры выхлопных газов
Влага внутри выхлопной трубы замерзла
Ошибка программирования PCM или PCM

Каковы некоторые шаги по устранению неполадок P050E?

Я бы, вероятно, начал свою диагностику с поиска соответствующих бюллетеней технического обслуживания (TSB). Если я смогу найти тот, который соответствует автомобилю, с которым я работаю, проявленным симптомам и сохраненным кодам, скорее всего, это поможет мне точно и быстро диагностировать P055E.

Для диагностики этого кода мне понадобится диагностический сканер, инфракрасный термометр с лазерной указкой, цифровой вольт / омметр (DVOM) и надежный источник информации о транспортном средстве.

Источник информации о транспортном средстве предоставит мне диагностические блок-схемы для P055E, электрические схемы, виды разъемов, схемы контактов разъемов и процедуры / спецификации тестирования компонентов. Эта информация будет способствовать постановке точного диагноза.

После визуального осмотра проводки и разъемов датчика температуры выхлопных газов (уделяя особое внимание проводке, проложенной вблизи высокотемпературных зон), я подключал сканер к диагностическому порту автомобиля и извлекал все сохраненные коды и соответствующие данные. Кодовые данные со сканера могут быть полезны в дальнейшем при постановке диагноза. Я бы записал это и сохранил в надежном месте. Теперь я бы очистил коды и тест-драйв автомобиля (при холодном запуске), чтобы увидеть, сброшен ли код. Во время тест-драйва также должна вытесняться влага, которая могла ранее оставаться в выхлопной системе.

Используйте DVOM для проверки датчика температуры выхлопных газов:

Установите DVOM на настройку Ом
Отсоедините датчик от жгута проводов.
Используйте спецификации производителя и процедуры тестирования для проверки датчика.
Утилизируйте датчик, если он не соответствует спецификациям производителя.

Если датчик температуры выхлопных газов в порядке, проверьте опорное напряжение и массу на датчике температуры выхлопных газов:

При включенном ключе и выключенном двигателе (KOEO) получите доступ к разъему датчика температуры выхлопных газов.
Установите DVOM на соответствующую настройку напряжения (опорное напряжение обычно составляет 5 вольт).
Проверьте контрольный штырь разъема температуры выхлопных газов с помощью положительного измерительного провода DVOM.
Проверьте заземляющий контакт того же разъема с отрицательным измерительным проводом DVOM.
DVOM должен указывать опорное напряжение 5 вольт (+/- 10 процентов).

Если обнаружено опорное напряжение:

Используйте дисплей потока данных сканера для наблюдения за температурой выхлопных газов.
Сравните температуру выхлопных газов, отображаемую на сканере, с фактической температурой, которую вы определили с помощью ИК-термометра.
Если они отличаются более чем на максимально допустимый порог, подозревают неисправность датчика температуры выхлопных газов.
Если они находятся в пределах спецификаций, подозревайте неисправность PCM или ошибку программирования.

Если опорное напряжение не обнаружено:

С помощью KOEO подключите отрицательный измерительный провод DVOM к заземлению батареи (при этом положительный измерительный провод все еще исследует контакт опорного напряжения того же разъема), чтобы увидеть, есть ли у вас проблема с напряжением или проблема с заземлением.
Проблема с напряжением должна быть прослежена до PCM.
Проблема с землей необходимо будет отследить до соответствующего соединения с землей.

Датчик температуры выхлопных газов часто путают с кислородным датчиком.
Соблюдайте осторожность при работе с горячим выхлопом

Связанные обсуждения DTC

В настоящее время на наших форумах нет связанных тем. Разместите новую тему на форуме сейчас.

Нужна дополнительная помощь с кодом P050E?

Если вам все еще нужна помощь по поводу кода неисправности P050E, задайте вопрос в комментариях под этой статьей..

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта информация представлена только в информационных целях. Он не предназначен для использования в качестве рекомендаций по ремонту, и мы не несем ответственности за любые действия, которые вы предпринимаете с каким-либо автомобилем. Вся информация на этом сайте защищена авторским правом.

Этот грузовик с дизельным двигателем при запуске двигателя выделяет выхлопные газы, богатые твердыми частицами черного цвета.

Выхлопные газы или дымовые газы выделяются в результате сгорания топлива, такого как природный газ , бензин (бензин) , дизельное топливо , мазут , биодизельные смеси или уголь . В зависимости от типа двигателя он выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу , дымовую трубу или сопло . Он часто распространяется с подветренной стороны по схеме, называемой выхлопным шлейфом .

Это основной компонент выбросов автотранспортных средств (и от стационарных двигателей внутреннего сгорания ), который также может включать:

Картере просачивание
Испарение неиспользованного бензина

Выбросы автотранспортных средств способствуют загрязнению воздуха и являются одним из основных компонентов смога в некоторых крупных городах. Исследование, проведенное Массачусетским технологическим институтом в 2013 году, показывает, что только в Соединенных Штатах из-за выбросов транспортных средств ежегодно происходит 53 000 случаев преждевременной смерти. Согласно другому исследованию, проведенному в том же университете, только в Соединенном Королевстве только от транспортных газов ежегодно умирают 5000 человек.

СОДЕРЖАНИЕ

Состав

Температура выхлопных газов

Температура выхлопных газов (EGT) важна для работы каталитического нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания . Его можно измерить датчиком температуры выхлопных газов . EGT также является показателем исправности двигателя в газотурбинных двигателях (см. Ниже).

Холодные двигатели

В течение первых двух минут после запуска двигателя автомобиля, который не эксплуатировался в течение нескольких часов, количество выбросов может быть очень высоким. Это происходит по двум основным причинам:

Требование об увеличенном соотношении воздух-топливо в холодных двигателях : при запуске холодного двигателя топливо не испаряется полностью, вызывая более высокие выбросы углеводородов и окиси углерода , которые уменьшаются только по мере того, как двигатель достигает рабочей температуры. Продолжительность этой фазы запуска была сокращена за счет достижений в области материалов и технологий, включая управляемый компьютером впрыск топлива , меньшую длину всасывания и предварительный нагрев топлива и / или всасываемого воздуха.
Неэффективный каталитический нейтрализатор в холодных условиях : Каталитические нейтрализаторы очень неэффективны, пока не нагреются до их рабочей температуры . Это время было значительно сокращено за счет перемещения преобразователя ближе к выпускному коллектору и, тем более, размещения небольшого, но быстро нагреваемого преобразователя непосредственно у выпускного коллектора. Небольшой преобразователь справляется с выбросами при запуске, что дает достаточно времени для нагрева большего основного преобразователя. Дальнейшие улучшения могут быть реализованы разными способами, включая электрический нагрев, тепловую батарею, предварительный нагрев в химической реакции, нагрев пламенем и суперизоляцию.

Сводка выбросов от легковых автомобилей

Оценки Агентства по охране окружающей среды США средних выбросов легковых автомобилей в США за апрель 2000 г.

Составная часть	Скорость эмиссии	Ежегодные выбросы загрязняющих веществ
Углеводороды	2,80 г / милю (1,75 г / км)	77,1 фунта (35,0 кг)
Монооксид углерода	20,9 г / миля (13,06 г / км)	575 фунтов (261 кг)
NO _x	1,39 г / миля (0,87 г / км)	38,2 фунта (17,3 кг)
Двуокись углерода - парниковый газ	415 г / милю (258 г / км)	11,450 фунтов (5,190 кг)

Соответствует европейским нормам выбросов EURO III, применявшимся в октябре 2000 г.

В 2000 году Агентство по охране окружающей среды США начало вводить более строгие стандарты выбросов для легковых автомобилей. Требования вводились поэтапно, начиная с автомобилей 2004 года, и все новые легковые и легкие грузовики должны были соответствовать обновленным стандартам к концу 2007 года.

Легковые автомобили, легковые грузовики и легковые автомобили средней грузоподъемности США - Стандарты выбросов выхлопных газов Уровня 2 (для бункера 5)

Составная часть	Скорость эмиссии	Ежегодные выбросы загрязняющих веществ
NMOG ( Летучие органические соединения )	0,075 г / миля (0,046 г / км)	2,1 фунта (0,95 кг)
Монооксид углерода	3,4 г / милю (2,1 г / км)	94 фунта (43 кг)
NO _X	0,05 г / миля (0,0305 г / км)	1,4 фунта (0,64 кг)
Формальдегид	0,015 г / миля (0,0092 г / км)	0,41 фунта (0,19 кг)

Двигатель внутреннего сгорания

Дизельные двигатели и двигатели с искровым зажиганием

В двигателях с искровым зажиганием газы, образующиеся при сгорании смеси топлива и воздуха, называются выхлопными газами. Состав варьируется от бензиновых до дизельных двигателей, но находится примерно на следующих уровнях:

Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, топливо которого включает [нитрометан], будут содержать пары [азотной кислоты], которые являются едкими и при вдыхании вызывают мышечную реакцию, из-за которой становится невозможно дышать. Люди, которые могут подвергнуться его воздействию, должны носить [противогаз].

Дизельные двигатели

Газотурбинные двигатели

Реактивные двигатели и ракетные двигатели

Другие типы

От горящего угля

Паровые двигатели

В терминологии паровых двигателей выхлопные газы - это пар, давление которого теперь настолько низкое, что он больше не может выполнять полезную работу.

Выбросы от основных автотранспортных средств

NO _x

Монооксиды азота NO и NO ₂ ( NOx ) (независимо от того, образуются ли они таким образом или естественным образом в результате удара молнии ) вступают в реакцию с аммиаком , влагой и другими соединениями с образованием паров азотной кислоты и связанных с ними частиц. Мелкие частицы могут глубоко проникнуть в чувствительную ткань легких и повредить ее, в крайних случаях вызывая преждевременную смерть. Вдыхание видов NO увеличивает риск рака легких и колоректального рака. и вдыхание таких частиц может вызвать или ухудшить респираторные заболевания , такие как эмфизема и бронхит и болезнь сердца.

Согласно исследованию Агентства по охране окружающей среды США в 2005 г., наибольшие выбросы NO
Икс поступило от дорожных автотранспортных средств, на втором месте по объему производства внедорожное оборудование, в основном бензиновые и дизельные станции.

Образовавшаяся азотная кислота может смываться в почву, где она становится нитратом , что полезно для выращивания растений.

Летучие органические соединения

Когда оксиды азота (NOx) и летучие органические соединения (ЛОС) вступают в реакцию в присутствии солнечного света, образуется приземный озон , основной ингредиент смога . В отчете Агентства по охране окружающей среды США за 2005 год дорожные транспортные средства являются вторым по величине источником летучих органических соединений в США (26%), а 19% составляют внедорожное оборудование, которое в основном состоит из бензиновых и дизельных станций. 27% выбросов ЛОС связано с растворителями, которые используются при производстве красок и разбавителей для красок и в других целях.

Озон полезен в верхних слоях атмосферы, но на уровне земли озон раздражает дыхательную систему , вызывая кашель, удушье и снижение емкости легких. Это также имеет множество негативных последствий для всей экосистемы.

Окись углерода (CO)

Отравление угарным газом - самый распространенный вид смертельного отравления воздуха во многих странах. Окись углерода бесцветна, без запаха и вкуса, но очень токсична. Он соединяется с гемоглобином с образованием карбоксигемоглобина , который блокирует транспорт кислорода. При концентрациях выше 1000 ppm считается непосредственной опасностью и представляет наибольшую опасность для здоровья при работе двигателей в плохо вентилируемом помещении. В 2011 году 52% выбросов окиси углерода было создано мобильными автомобилями в США.

Опасные загрязнители воздуха (токсины)

Хроническое (длительное) воздействие бензола ( C ₆ H ₆ ) повреждает костный мозг . Это также может вызвать чрезмерное кровотечение и подавить иммунную систему , увеличивая вероятность заражения . Бензол вызывает лейкемию и связан с другими видами рака крови и предраками крови.

Твердые частицы (ТЧ ₁₀ и ТЧ _2,5 )

В воздействие на здоровье вдыхания аэрозольных частиц были широко изучены в организме человека и животных , а также включают в себя астму , рак легких , сердечно - сосудистые проблемы, преждевременные смерти . Из-за размера частиц они могут проникать в самые глубокие части легких. По оценкам британского исследования 2011 года, 90 смертей в год из-за PM в легковых автомобилях. В публикации 2006 года Федеральное управление автомобильных дорог США (FHWA) заявляет, что в 2002 году около 1 % всех выбросов PM ₁₀ и 2% всех выбросов PM _2,5 приходилось на выхлоп дорожных транспортных средств (в основном из дизельных двигателей). двигатели ).

Углекислый газ (CO ₂ )

Углекислый газ - это парниковый газ . Выбросы CO _{2 от} транспортных средств являются частью антропогенного вклада в рост концентрации CO ₂ в атмосфере, который, по мнению подавляющего большинства научного сообщества, вызывает изменение климата . Подсчитано, что автотранспортные средства производят около 20% выбросов CO ₂ в результате деятельности человека в Европейском Союзе , а легковые автомобили составляют около 12%. Европейские стандарты выбросов ограничивают выбросы CO ₂ новыми легковыми и легковыми автомобилями. Средний показатель выбросов CO _{2 от} новых автомобилей в Европейском союзе снизился за год на 5,4% по сравнению с первым кварталом 2010 года до 145,6 г / км .

Водяной пар

Выхлопные газы автомобиля содержат много водяного пара .

Восстановление воды

Было проведено исследование способов, которыми войска в пустынях могут извлекать питьевую воду из выхлопных газов своих транспортных средств.

Снижение загрязнения

Стандарты выбросов сосредоточены на сокращении количества загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопных газах транспортных средств, а также в промышленных дымовых трубах и других источниках выхлопных газов, загрязняющих атмосферу, на различных крупных промышленных объектах, таких как нефтеперерабатывающие заводы , заводы по переработке природного газа, нефтехимические заводы и химические производственные предприятия. . Однако их часто называют дымовыми газами . Каталитические нейтрализаторы в автомобилях предназначены для устранения загрязнения выхлопных газов с помощью катализатора. Скрубберы на судах предназначены для удаления диоксида серы (SO ₂ ) из выхлопных газов судов . Нормы, касающиеся выбросов двуокиси серы из морских судов, ужесточаются, однако только небольшое количество специальных районов во всем мире предназначено для использования только дизельного топлива с низким содержанием серы.

Одним из преимуществ, заявленных для двигателей с передовой паровой технологией, является то, что они производят меньшее количество токсичных загрязнителей (например, оксидов азота), чем бензиновые и дизельные двигатели той же мощности. Они производят большее количество углекислого газа, но меньше окиси углерода из-за более эффективного сгорания.

Исследования здоровья

Исследователи из Школы общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе говорят, что предварительные результаты их статистического исследования детей, внесенных в Реестр рака Калифорнии, родившихся в период с 1998 по 2007 год, показали, что загрязнение дорожного движения может быть связано с увеличением на 5-15% вероятность некоторых видов рака. Исследование Всемирной организации здравоохранения показало, что пары дизельного топлива вызывают рост рака легких.

Локализованные эффекты

Калифорнийский совет по воздушным ресурсам обнаружено в исследованиях , что 50% или более от загрязнения воздуха ( смог ) в Южной Калифорнии из - за выбросы автомобилей. Концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, могут быть особенно высокими на сигнальных перекрестках из-за холостого хода и ускорений. В компьютерных моделях такие детали часто упускаются.

Как было показано выше доля теплоты рубашки охлаждения двигателя, а также теплота, отходящая с выхлопными газами может составлять более 50% от подводимой с топливом теплоты в двигатель. В данном обзоре для газопоршневых двигателей внутреннего сгорания автор ставит перед собой задачу оценить зависимость мощности теплоты уходящей с выхлопными газами, а также мощности теплоты, которая отводится охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения в зависимости от электрической мощности генератора. Последнее обусловлено тем, что в открытом доступе удалось найти подробную информацию по газопоршневым электростанциям. Однако, зная электрический КПД электрогенератора, а также КПД соединительных устройств, читатель без проблем сможет сопоставить предложенные зависимости для выходной мощности газопоршневого двигателя.

База данных, на базе которой проводится анализ, была взята с сайтов известных производителей газопоршневых электростанций. К ним относятся такие мировые лидеры как CATERPILLAR, DEUTZ, GE JENBACHER, MAN и прочие. Предполагается, что все двигатели используют топливо с низшей теплотой сгорания - 35,88 МДж/м³. Диапазон электрической мощности для исследуемых двигателей был выбран в пределе от 70 до 3 895 кВт электрической мощности, с турбонаддувом и интеркулером, что дало возможность оценить все отводимые тепловые мощности.

На рисунке №3 (левая шкала) показана зависимость тепловой мощности, которая может получиться при охлаждении выхлопных газов от их температуры после двигателя (включая его работу, которую он совершает в турбине турбонаддува) до температуры 120°С от электрической мощности. Красная линия показывает линию тренда для этой зависимости. В большинстве случаев температурный уровень в 120°С выбирается потому, что он гарантирует отсутствие конденсации водяных паров, которые содержатся в выхлопных газах двигателя. Там же на рисунке №3 (правая шкала) показана доля теплоты от подведённой теплоты топлива, которая уносится с выхлопными газами.

Очевидный разброс данных по правой шкале (доля теплоты) и очевидная зависимость с малой погрешностью между отводимой теплотой с выхлопными газами в зависимости от мощности двигателя по левой шкале говорит о том, что двигатели могут иметь различные режимы работы и что их эффективность в зависимости от электрической мощности может сильно различаться. Однако автор не исключает вероятность того, что данные, опубликованные на официальных русскоязычных сайтах компаний, могут быть неверно перенесены с оригинала. Также возможна погрешность измерений расхода топлива, от которой зависит теплота, подведённая двигателя с топливом.

На рисунке №4 представлены аналогичные зависимости, но для случая, когда теплота выхлопных газов утилизируется полностью, т.е. температура выхлопных газов после теплообменника равна температуре окружающей среды – 20°С. Однако в этом случае не учитывается теплота, которая может получиться при конденсации водяных паров, которые содержатся в выхлопных газах.

Анализируя данные, которые приведены в каталогах производителей электростанций на базе газопоршневых двигателей можно сделать вывод о том, что количество тепла, которое может быть получено при охлаждении выхлопных газов до температуры 20°С в среднем на 1,3 … 1,4 раза больше, чем то количество тепла, которое может быть получено при охлаждении выхлопных газов до температуры 120°С.

Здесь следует отметить, что в общем случае при работе газопоршневых электростанций в режиме когенерации, т.е. с использованием тепла выхлопных газов на нужны теплофикации – выработка горячей воды и отопления, выполняют охлаждение выхлопных газов до температуры 110 … 120°С. Часто это обусловлено тем, что вода, которая используется на нужны отопления, имеет температурный уровень прямой и обратной воды на уровне 70/90°С. Поэтому, использование температур ниже 110°С может привести к тому, что не выхлопные газы будут греть воду, а наоборот. Ещё одной причиной является выпадение конденсата, которые в большинстве случаев состоит не только из воды, а включается в себя также различные кислоты (в зависимости от содержания продуктов сгорания), которые разрушают теплообменные поверхности, что может привести к аварии.

На рисунке №5 представлена зависимость температуры выхлопных газов после турбины турбонаддува от электрической мощности.

Минимальная значение температуры выхлопных газов, приведённой на графике равно 356°С при электрической мощности 360 кВт, а максимальная температура равна 561°С при электрической мощности 70 кВт. Однако в данном случае эти температуры не являются показателями, так их значение зависит от многих параметров.

Возвращаясь к тепловой энергии, отводимой от двигателя, необходимо помнить, что до 30% (по различным данным) подведённой тепловой энергии с топливом отводится от рубашки охлаждения двигателя. Как уже было описано выше, температура охлаждающей жидкости при выходе из рубашки двигателя не должна превышать 90 … 110°С, что обусловлено оптимальным его охлаждением.

На рисунке №6 показана зависимость суммарной теплоты отводимой от рубашки двигателя и теплоты выхлопных газов, при их охлаждении до 120°С.

Из рисунка №6 видно, что при утилизации как теплоты охлаждения рубашки двигателя, так и при утилизации теплоты выхлопных газов, можно получить до 60% от всей тепловой мощности, подводимой с топливом. При КПД двигателя на уровне 30 … 35%, общий КПД использования топлива в 95% является отличным показателем.

Однако не всю теплоту можно утилизировать. Так теплоту, которая теряется при конвективном теплообмене с охлаждающей средой с поверхности двигателя утилизировать достаточно сложно.

На рисунке №7 представлена зависимость тепловой мощности, которая теряется в окружающую среду с поверхности двигателя от электрической мощности электродвигателя по левой шкале, а также её доля от подводимой тепловой мощности с топливом. Возрастание тепловой мощности, теряемой с поверхности двигателя, обусловлено тем, что с возрастанием мощности двигателя увеличиваются его размеры и, следовательно, его поверхность, что способствует увеличению теплообмена с окружающей средой.

Выше было сказано, что при увеличении мощности двигателя появляется необходимость охлаждать воздух, который поступает после компрессора турбонаддува. Воздух охлаждается в интеркулере – теплообменнике, который установлен после компрессора и перед камерой сгорания двигателя.

Так на рисунке №8 показан график зависимости тепловой мощности, отводимой от сжатого воздуха интеркулером от электрической мощности.

Приведённые выше зависимости могут послужить отправной точкой для анализа как мощности отводимого тепла, так и температурного уровня выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания, работающего на природном газе или схожих с ним по свойствам газов.

Читайте также: