Температура выхлопных газов турбированного двигателя

Обновлено: 07.07.2024

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Барский И. А., Лобан М. В., Шаталов И. К.

Предложены уравнения для расчета на ЭВМ температур газа перед и за турбиной турбокомпрессора дизеля с газотурбинным наддувом.

Diesel exhausts gases temperature

Equation for computer calculation diesel exhausts gases temperature on the inlet and outlet of turbocharger is given.

ТЕПЛОТЕХНИКА И ТУРБОМАШИНЫ

ТЕМПЕРАТУРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЕЙ

Барский И.А., Лобан М.В., Шаталов И.К.

Кафедра теплотехники и турбомашин Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Выхлопными газами будем называть газы в выхлопном коллекторе дизеля (перед турбиной турбокомпрессора), температура которых ТТ. Отработавшие газы - это газы выходящие из турбины турбокомпрессора, температура которых Тт. Связь между этими температурами дает уравнение

где ят - степень понижения давления в турбине, т]т - КПД турбины, к = Ср/Су - показатель адиабаты газа.

Заметим, что обычно температура Тт 50-100°С ниже, чем Гг, причем эта разница тем больше, чем выше лт Определению Тг посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых - Н.Р. Брилинга, В.А. Ваншейдта, Д.А. Портнова, Эйхельберга, В.В. Уварова, Феенберга и др. Большинство исследователей пришло к выводу, что наиболее надежный способ определения температуры выхлопных газов - это метод теплового баланса.

Для определения энтальпии выхлопных газов С.И. Погодин предложил формулу [1]:

- индикаторный КПД дизеля;

Ос = аср - суммарный коэффициент избытка воздуха;

Найдя из (6) Тг, по уравнению (1) вычисляют температуру Гт, необходимую для определения тепла, которое можно получить в теплообменнике за счет утилизации тепла отработавших газов дизеля.

На рис. 1 приведена зависимость температуры выхлопных и отработавших газов в зависимости от мощности дизеля 12ЧН 18/20 (М-756Б), работающего по кривой винта Ne =

Nton Точками на графиках обозначены экспериментальные точки. Видно хорошее совпадение расчета с экспериментом.

1. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия.

- М.: Машгиз, 1963, - 640 с.

2. Погодин С И. Приведение мощности дизеля к стандартным условиям. - М. Машиностроение, 1973, -140 с.

DIESEL EXHAUSTS GASES TEMPERATURE

I.A. Barsky, M.V. Loban, I.K. Shatalov

Department of Heat Engineering and Turbomashinery Peoples’ Friendship University of Russia Mikluk.ho-Mak.laya St., 6,117198, Moscow, Russia

Equation for computer calculation diesel exhausts gases temperature on the inlet and outlet of turbocharger is given.

Простыми словами: почему турбомоторы все чаще встречаются на автомобилях?

По мере того, как правительства самых автомобилизированных стран мира продолжают бороться за экономию топлива и регулирование выбросов, двигатели с турбонаддувом среднего и малого объема становятся все более распространенными.

Считается, что компактные двигатели с турбонаддувом могут сочетать в себе превосходную топливную экономичность при аккуратном использовании в городском потоке (по крайней мере, на бумаге) и при этом иметь высокую пиковую мощность (как минимум на бумаге) на максимальных оборотах. По этой причине автопроизводители повсеместно начали использовать этот тип моторов для того, чтобы их продукция могла соответствовать все более строгим стандартам по экологичности выбросов и, как прежде, давать клиентам тот же уровень мощности, каким он был раньше, а иногда предлагать даже более высокий.

Но прежде сделаем небольшое отступление: в наши дни турбированные двигатели можно обнаружить на всех типах транспортных средств, включая спорткары, кроссоверы, внедорожники и даже пикапы, поэтому мы надеемся, что этот пост вооружит вас полезными базовыми знаниями, которые вам понадобятся при выборе нового или подержанного современного автомобиля.

Что такое турбодвигатель, и как работает турбированный мотор?

Если говорить простыми словами, работа турбины заключается в следующем: турбокомпрессор втягивает воздух, сжимает его, а затем подает сжатый воздух во впускной коллектор вашего двигателя. Этот плотный, насыщенный кислородом воздух под давлением затем резко поступает в камеру сгорания в тот момент, когда поршень совершает движение вниз. С большим количеством кислорода, поступающего в двигатель на более высокой скорости, можно сжечь больше топлива за один и тот же временной промежуток. А сжигая больше топлива, вы получаете больше энергии. Мощность растет, автомобиль становится более восприимчивым к нажатию на педаль газа.

Однако это только одна часть процесса наддува. Второй, не менее важный этап инициируется после завершения цикла сгорания. Раскаленные отработавшие газы на большой скорости устремляются по выпускному коллектору, выходят из камеры сгорания через выпускное отверстие. По мере продвижения на определенном отрезке выпускного канала (у разных автомобилей это расстояние разное, но по общему правилу чем оно меньше, тем больше мощности отдается турбине) газы встречаются с лопастями турбонагнетателя и начинают вращать колесо турбины за счет очень большого давления и, конечно же, скорости потока.

Вращающееся колесо компрессора втягивает новую прохладную часть атмосферного воздуха с противоположной стороны турбины при помощи аналогичных лопастей, начиная процесс сначала.

Это не сложный процесс, но новичку его, может быть, будет трудно представить, поэтому взгляните на эту диаграмму:

Все работает на первый взгляд, как часы, но с процессом доставки есть одна небольшая проблема: прохладный атмосферный воздух во время сжатия нагревается, тепло отнимает мощность вашего двигателя.

Плюсы и минусы турбированного двигателя

Поскольку турбонагнетатель позволяет небольшому двигателю производить больше мощности, разработчики могут использовать силовые агрегаты меньшего объема.

Меньший по объему двигатель, как правило, потребляет меньше топлива, чем более объемный мотор (данный постулат сейчас активно подвергается сомнениям, особенно ввиду множественных скандалов, связанных с занижением экономичности и экологичности), что способствует некоторой экономии топлива на определенных режимах работы агрегата (обычно это неспешная работа мотора на низких оборотах в городских условиях).

Двигатели с турбинами, нагнетая больше обогащенного кислородом воздуха внутрь цилиндров, улучшают сгораемость горючей смеси, уменьшая объем количества выбрасываемых вредных отходов. По этим причинам двигатель с турбонаддувом может быть более эффективным, чем атмосферный двигатель (без установленной турбины) при аккуратном движении.

Современные двигатели оснащены датчиком детонации и программным обеспечением, которые помогают предотвратить предварительное воспламенение, обнаруживая его и распыляя дополнительное топливо в камеру, способствуя дальнейшему увеличению расхода топлива.

По этой причине многие современные турбированные двигатели также будут рассчитаны на работу на премиальном бензине. Топливо с более высоким октановым числом имеет меньше шансов к детонации, что делает его идеальным для небольших турбомоторов с высокой степенью сжатия.

Вы можете выяснить, какой бензин подходит для вашего автомобиля, в руководстве пользователя. Но если это современный турбированный двигатель, есть хороший шанс, что он использует 95 или 98 бензины.

В то время как многие современные двигатели довольно надежны, турбированные двигатели поставляются с рядом дополнительных компонентов на пути к самому турбокомпрессору: интеркулера и всех трубопроводов, необходимых для доставки сжатого охлажденного воздуха в двигатель. Это может сделать ремонт двигателя или его обслуживание дороже по сравнению с традиционным атмосферным мотором.

В плане надежности все зависит от транспортного средства. Надежнее всего изучить рейтинги надежности и затраты на ремонт приглянувшегося турбированного автомобиля, поскольку эти цифры варьируются от модели к модели. В целом вам больше не нужно беспокоиться о том, что автомобиль с турбонаддувом ненадежен – технология прошла долгий путь с 1980-х годов.

Напомним плюсы и минусы турбированного двигателя:

За:

Больше мощности и крутящего момента от двигателя меньшего объема;

Больше крутящего момента на низких оборотах;

Может обеспечить лучшую топливную экономичность при движении в спокойном режиме

Против:

Может потребоваться дорогое топливо премиум-класса (скорее всего, так и будет);

Увеличится стоимость ремонта и обслуживания

Надежны ли турбированные двигатели?

По общепринятому правилу чем проще мотор, тем он надежнее. Атмосферный двигатель без турбины проще, значит, и надежнее.

Как я могу определить отказ турбины?

Ниже приведем подробную табличку наиболее распространенных отказов турбин. Чтобы узнать больше, переходите по ссылке выше.

При увеличении скорости слышен свист турбины. Возможно, поврежден вал турбины. Свист вызван из-за металлического трения.

Утечка масла в турбокомпрессоре. Возможно на валу есть сколы (износ). Масло попадает в выхлопную систему.

Возможно, турбине не хватает воздуха для подачи в двигатель. В результате в камере сгорания неправильная смесь топлива и кислорода. В итоге в процессе сгорания топлива образовывается черный дым. Скорее всего, в автомобиле есть утечка, поступаемого в двигатель, воздуха.

Что такое наддув?

Турбонагнетатель и нагнетатель предназначены для достижения одной и той же цели: увеличить мощность двигателя, нагнетая воздух в двигатель вашего автомобиля.

Мы надеемся, что эта статья ответила вам на все основные вопросы, которые у вас могли возникнуть относительно двигателей с турбонаддувом. Приятной езды на хороших автомобилях!

Говорить о некой оптимальной температуре для всех дизельных моторов было бы крайне неправильно. Очень многое зависит от типа, модели и предназначения конкретной силовой установки, что в свою очередь связано с особенностями процессов образования топливно-воздушной смеси и ее сгорания, а также с особенностями функционирования вспомогательных систем двигателя.

Рабочей температурой считается та, при достижении которой время испарения топлива сокращается до оптимального значения и уменьшается до минимума время задержки самовоспламенения. При рабочей температуре воздушно-топливная смесь сгорает полностью и равномерно, обеспечивая максимально достижимые для данного двигателя максимальный КПД, минимальный расход топлива и минимальный показатель токсичности выхлопа. Как утверждают специалисты, большинство дизельных двигателей, в том числе моторы Cummins по параметру оптимальной рабочей температуры укладываются в промежуток от 70 до 90 градусов. При этом оптимальным максимумом, который допустим при работе двигателя под нагрузкой, является температура в 97 градусов. Преодоление этой отметки уже будет считаться перегревом.

Что же касается точных параметров оптимальной рабочей температуры для каждого конкретного двигателя, то они указаны в паспорте двигателя, в руководстве пользования, а также зачастую прямо на приборной панели, если таковая имеется.

Эксплуатация двигателя с неоптимальной температурой

Как уже было сказано выше, холодный двигатель вполне способен работать и выполнять поставленные перед ним задачи. Однако сам факт того, что он еще не достиг оптимальной температуры, говорит о том, что максимальной эффективности холодный мотор достичь не может в принципе. Кроме того, нагружая холодный мотор, мы значительно ускоряем его износ. Ввиду этого холодный двигатель рекомендуется прогревать перед тем, как использовать с максимальной нагрузкой. В частности не рекомендуется резко разгонять машину, наращивать обороты выше среднего уровня, загружать машину грузом и т.д.

Что касается эксплуатации перегретого двигателя, то здесь всё еще драматичнее. Если нагрузка на холодный мотор является нежелательной, хотя и штатной ситуацией, то перегрев — это уже своего рода неисправность, которая требует принятия экстренных мер, то есть остановки и глушения. В лучшем перегрев чреват ускоренным износом деталей двигателя, в худшем — серьезной поломкой и дорогостоящим ремонтом.

Если перегрев был незначительным и непродолжительным, то достаточно просто дать мотору остыть и после устранения причины перегрева он вновь будет работать нормально. Если имел место значительный перегрев в течение продолжительного времени, то последствия будут уже серьезными. При должной степени везения можно отделаться небольшим оплавлением поршней, но, скорее всего, нужно готовиться к искривлению или растрескиванию головки блока цилиндров, прогоранию прокладок ГБЦ, разрушению межкольцевых перегородок на поршнях и другим последствиям.

К сожалению, многие водители (особенно новички) так увлечены процессом управления машиной, что забывают посматривать время от времени на показатели температуры двигателя. Ну а если прохлопать нужный момент и позволить двигателю долго проработать при значительном перегреве, последствия могут быть действительно катастрофическими. Сильный перегрев может вызвать:

Температура – отработавший газ

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.

На сегодняшний день двигатели, работающие на дизельном топливе так же популярны, как и бензиновые движки. В работе такого агрегата есть свои особенности и показатели, которые следует учитывать и контролировать. Одним из важных показателей является рабочая температура дизеля.

Особенности дизельного двигателя

Перед тем, как говорить о конкретных параметрах, нужно сказать, что вообще из себя представляю двигатели, работающие на дизельном горючем. Идея создания такого вида моторов появилась в 1824 году. Тогда известным французским физиком была выдвинута теория, согласно которой горючее будет нагреваться до нужной температуры за счет стремительного сжатия.
Но такой принцип стал применяться на практике только через несколько десятков лет, а первый дизельный мотор был выпущен в 1897 году. Концепт был разработан Рудольфом Дизелем. Работает такой двигатель по принципу самовоспламенения распыленного горючего, которое взаимодействует с воздухом, который нагревается в процессе сжатия. Такой двигатель устанавливается во многие модели машин, например, в стандартные автомобили, грузовики, сельскохозяйственную технику, танки и другие виды транспортных средств.

Достоинства и недостатки дизельного мотора

Обязательно стоит сказать о том, какие у дизельных моторов достоинства и недостатки. Начать следует с плюсов. Для таких моторов не нужно какого-то особенного горючего, к его качеству нет серьезных требований. Чем больше в топливе будет атомов углерода и чем больше будет его масса, тем выше будет показатель теплотворности, с которым работает двигатель, от чего будет повышаться и эффективность устройства. Иногда коэффициент полезного действия такого двигателя превышает отметку в 50%.

Еще одним значительным недостатком дизелей является повышенная вероятность того, что зимой топливо может застывать, если в том регионе, где Вы живете, температура опускается достаточно низко. Выше описано, что серьезных требований к качеству топлива нет, но это относится только к масляным примесям, а вот ситуация с механическими примесями более серьезная. Детали двигателя очень восприимчивы к таким добавкам. Если примеси низкокачественные, то элементы движка могут выйти из строя, а их замена обойдется Вам в кругленькую сумму.

Основные параметры агрегатов на дизеле

Перед тем, как дать ответ на вопрос относительно рабочей температуры дизельного движка, стоит обратить внимание на его основные параметры. Этими параметрами являются тип механизма, зависимо от количества тактов мотор может быть двух- и четырехтактным. Достаточно важную роль играет количество цилиндров, их локация и порядок работы. Огромное влияние на мощность машины оказывает крутящий момент.

На рабочую температуру в цилиндрах дизельного движка оказывает сильное влияние степень сжатия топливно-газовая смесь. Мотор работает за счет того, что пары горючего воспламеняются в момент взаимодействия с очень горячим воздухом. Из-за высокой температуры происходит увеличение объема, что приводит к поднятию поршня, который толкает коленчатый вал. Чем выше будет степень сжатия, то есть тем сильнее будет расти температура, тем интенсивнее будет протекать процесс, описанный выше, от чего будет расти и эффективность работы. А вот объем горючего не изменится.

Но нужно помнить, что наиболее эффективной работа будет тогда, когда топливно-воздушная смесь будет не взрываться, а равномерно сгорать. Если степень сжатия будет чрезмерно большой, что это может стать причиной очень нежелательного результата – воспламенение перестанет быть контролируемым. Плюс ко всему, такая ситуация не только сделает работу менее эффективной, но и приведет к тому, что детали поршневой группы будут сильно нагреваться, от чего быстрее выйдут из строя.

Ограничение по дымности

Ограничение по давлению сгорания

Тройной тулуп

При дополнительной подаче топлива в процессе регенерации оно попадает в моторное масло, вызывая его разжижение. Поэтому на масляном щупе дизельного двигателя иногда можно увидеть три метки: две привычные (минимум и максимум) и еще метка максимального уровня разжижения.

Модуль управления двигателем способен сам рассчитывать уровень разжижения по продолжительности и интервалам регенерации. По достижении определенного порога на щитке появляется та или иная индикация.

Полностью полагаться на электронику не стоит, нужно периодически контролировать уровень по щупу. Даже не достигнув предела разжижения, масло заметно теряет свои эффективные свойства, а продукты его сгорания дополнительно забивают сажевый фильтр. Не ждите до последнего и замените масло пораньше. При наличии DPF нужно использовать масло с пониженной зольностью, иначе интервалы регенерации с повышением расхода будут сокращаться, а масло, следовательно, станет еще быстрее терять плотность.

Ограничение по оборотам двигателя

Рукомойник?

В большинство топливных фильтров дизелей встроен датчик уровня воды. Она попадает в топливо различными путями и ведет к коррозии элементов топливной аппаратуры. Плотность воды выше плотности солярки, поэтому она скапливается в нижней части фильтра. Поплавковый датчик известит о ее переполнении. Для слива предусмотрены болт или крышка.

В некоторые фильтры встраивают подогреватель. С легкой парафинизацией солярки в мороз он справится, но только если топливо изначально зимнее.

Иногда на корпусе фильтра встретите ручной насос для прокачки системы, глотнувшей воздуха.

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.

Хитрая масленка

Индикация высокого разжижения масла зависит уже от конкретного автомобиля. Это может быть лампа DPF, привычная масленка или конкретное текстовое предупреждение. На некоторых машинах встречаются отдельные датчики высокого и низкого уровня масла. Когда индикация уже появилась, двигатель может перейти в аварийный режим работы с ограничением мощности.

Дизельный двигатель: сажа и лажа

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.

Подсвечник

Для облегчения старта в холодную погоду служит предпусковой подогрев. Специальные свечи за пару секунд нагревают камеру сгорания до 1000º. Благодаря этому облегчается испарение топлива и возгорание смеси. Но, к сожалению, неисправность даже одной из них может поставить крест на удачном пуске.

В настоящее время свечи работают в трех режимах: привычный предпусковой подогрев, сопровождающий и режим регенерации DPF. Сопровождающий режим используется на холодном моторе и длится около четырех минут. Нужен он в основном для снижения вредных выбросов. В режиме регенерации свечи могут дополнительно увеличивать температуру ОГ. Продлить их жизнь не в нашей власти, а потому лишь посоветуем не торопиться сразу пускать мотор: лучше выждать несколько секунд после того, как погаснет их индикация на щитке.

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: