Температура выхлопных газов дизельного двигателя на выходе

Автомобили

Температура выхлопных газов дизельного двигателя на выходе

В предыдущих частях своего опуса я расписал как мог процессы смесеобразования и горения в дизельном двигателе, так сказать, сами по себе. Сферический конь в вакууме.

На самом же деле и сгорание и подготовка к нему происходят во вполне реальных "климатических" условиях.

Одним из факторов, сильно влияющих на эти условия, является ЕГР — система рециркуляции выхлопных газов.

Я уже писал, что в дизельном двигателе из-за того, что топливо сгорает локально, в зонах с сильно обогащённой и переобогащённой смесью — дифференциация температур чрезвычайно высока. Вокруг каждой частички топлива ЛОКАЛЬНЫЕ температуры сгорания сильно выше чем в "бензиновых" моторах. Именно поэтому в дизельном двигателе вместе с топливом сгорает даже инертный в обычных условиях азот.

Азота окисляется мизер(от общего количества азота в воздухе), бОльшая часть его окислов при снижении температуры тут же разлагается — потому особого прихода энергии от его сгорания заметить невозможно, но те соединения азота, что выбрасываются с выхлопными газами даже в малом количестве являются основной головной болью дизелестроителей. Эффективных средств нейтрализации всех получающихся соединений азота в выхлопных газах придумать пока не удалось — и потому основным направлением снижения азотистых выбросов является минимизация их образования. А для этого нужно МАКСИМАЛЬНО ЗАМЕДЛИТЬ скорость сгорания топлива — чтобы энергия сгорания каждой капельки топлива успевала рассеиваться в окружающее пространство.

Вариантов замедления сгорания есть несколько, но эффективнейший на сегодняшний день — подмешать часть выхлопных газов к свежему воздуху во впускном коллекторе.

На "бензинках" этот трюк получается хорошо — так как в их выхлопных газах кислорода практически не остаётся ни на одном из режимов. Выхлопные газы дизеля содержат много кислорода даже на максимальной мощности, но тем не менее при рециркуляции КОНЦЕНТРАЦИЯ кислорода в камере сгорания заметно снижается и на режимах частичной мощности, что влечёт за собой и снижение скорости сгорания топлива. Бинго!

Правда на режимах частичной мощности кислорода в выхлопе дизеля настолько много, что для получения хоть какого-то эффекта к свежему воздуху приходится подмешивать до 50% выхлопных газов — потому при рециркуляции выхлопных газов СРЕДНЯЯ температура в камере сгорания ДИЗЕЛЯ значительно ПОВЫШАЕТСЯ(!) даже при наличии охладителя рециркулируемых газов — задержка воспламенения дизельного топлива уменьшается, жёсткость дизельного цикла снижается. Полная аналогия повышения степени сжатия двигателя.
Но при этом МАКСИМАЛЬНЫЕ температуры снижаются из-за замедления сгорания топлива — давление в камере сгорания нарастает плавнее — это тоже снижает жёсткость дизельного цикла.
Лепотенюшка?

К сожалению у рециркуляции полно отрицательных последствий:

1). Снижение эффективности сгорания топлива негативно воздействует на КПД дизельного двигателя.
Часть дизельного топлива просто не успевает сгорать в условиях бОльшего дефицита кислорода в камере сгорания — это уменьшает количество выделяющейся тепловой энергии. Медленно сгорающее топливо больше энергии успевает передать стенкам камеры сгорания — потому и система охлаждения нужна несколько более мощная, потому и меньшее количество тепловой энергии преобразуется в механическую.
Увеличивается расход топлива.
2). Раскалённые выхлопные газы значительно повышают температуру воздуха, поступающего в цилиндры — плотность воздуха снижается. Кислорода в смеси свежего воздуха и выхлопных газов тоже значительно меньше, чем в свежем воздухе. Ну а чем меньше кислорода — тем меньше топлива мы можем сжечь. Тем меньше мощности мы получим на коленвалу двигателя.
Работа ЕГР вызывает снижение эффективной мощности двигателя.
Снижение это настолько велико, что при приближении к максимальной мощности дизельного двигателя рециркуляцию полностью блокируют несмотря на то, что именно на этом режиме образование окислов азота максимально.
3). Рециркуляция значительно меняет тепловой баланс двигателя.
Считается, что с выхлопными газами двигатель избавляется от 32% выделяющегося тепла. Система охлаждения выводит из двигателя в районе 27% образующегося тепла:

Читайте также:  Старлайн а61 не закрывает двери с брелка

Температура выхлопных газов дизельного двигателя на выходе

Считаем на пальцах:
Если закольцевать около половины выхлопных газов — то отвод теплоты через систему выхлопа тоже уменьшится в два раза. Системе охлаждения двигателя придётся дополнительно отводить 16% выделяющейся теплоты — уже не 27, а 43% от общего количества. Почти в два раза больше обычного. Получается, что система охлаждения вынуждена работать с полной отдачей и на режимах частичной мощности. Но привод системы охлаждения редко рассчитан на такие трюки — помпа, вентилятор — всё активное оборудование чаще всего имеет привод от коленвала и вращается со скоростью, пропорциональной не нагрузке на систему охлаждения(как это делают системы с электроприводом), а оборотам коленвала. Всё это приводит к тому, что система охлаждения перестаёт справляться с теплоотводом ИМЕННО на режимах частичной мощности, когда этого безобразия от неё совсем не ждут.
4). Рециркуляция лавинообразно увеличивает выбросы недогоревшего топлива. Главный их представитель на дизельном двигателе — сажа. Кристаллы углерода являются замечательным абразивом. И если абразивы из свежего воздуха отфильтровывают воздушным фильтром, то абразивы из выхлопушки гоняются по кругу. На некоторых режимах ЕГР до 50% выхлопных газов подаёт на впуск — соответственно половина сажи предыдущего цикла сгорания вновь поступает в цилиндры. Огромное количество сажи налипает на промасленные стенки цилиндров не только на циклах рабочего хода и выпуска, но и на циклах впуска "свежего" воздуха и его сжатия — приблизительно на треть ускоряя насыщение моторного масла сажевыми частицами.
Огромное количество сажи и повышенная температура в цилиндрах значительно(на 20-30-40%) сокращают ресурс моторного масла. Производители моторных масел однозначно относят наличие ЕГР к факторам, серьёзно ужесточающим условия работы масел в двигателе. Про нелёгкую жизнь масла в прямовпрысковом дизельном двигателе подробнее поговорим в отдельной статье, а пока подробнее остановимся на том, какой замечательный "коктейль" образуют масло и сажа во впускном коллекторе любого двигателя:

При работе двигателя автомобиля образуются продукты сгорания, которые отличаются высокой температурой и токсичностью. Для их охлаждения и отвода из цилиндров, а также для снижения уровня загрязнения окружающей среды в конструкции предусмотрена система выпуска отработавших газов. Другая функция данной системы — уменьшение шума, возникающего при работе двигателя. Выпускная (выхлопная) система состоит из последовательной цепи элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Конструкция системы выпуска

Основной задачей системы выпуска является эффективный отвод отработавших газов из цилиндров двигателя, снижение их токсичности и уровня шума. Зная, из чего состоит выхлопная система в автомобиле, вы сможете лучше понимать принципы ее работы и причины возможных неполадок. Устройство стандартной выхлопной системы зависит от вида используемого топлива, а также от применяемых экологических стандартов. Выхлопная система может состоять из следующих элементов:

  • Выпускной коллектор — выполняет функцию отвода газов и охлаждения (продувки) цилиндров двигателя. Он выполняется из термостойких материалов, поскольку температура выхлопных газов в среднем варьируется от 700°С до 1000°С.
  • Приемная труба — представляет собой трубу сложной формы с фланцами для крепления к коллектору или турбонагнетателю.
  • Каталитический нейтрализатор (устанавливается в бензиновых двигателях экологического стандарта Евро-2 и выше) — устраняет из отработавших газов наиболее вредные компоненты CH, NOx, СО, преобразуя их в водяной пар, углекислый газ и азот.
  • Пламегаситель — устанавливается в системах выпуска отработавших газов автомобилей вместо катализатора или сажевого фильтра (в качестве бюджетной замены). Он предназначен для снижения энергии и температуры потока газов, выходящих из выпускного коллектора. В отличие от катализатора, не снижает количество токсичных компонентов в отработавших газах, а лишь снижает нагрузку на глушители.
  • Лямбда-зонд — служит для контроля уровня кислорода в составе отработавших газов. В системе может быть один или два кислородных датчика. На современных двигателях (рядных) с катализатором устанавливается 2 датчика.
  • Сажевый фильтр (обязательная часть системы выхлопа дизельного двигателя) — удаляет сажу из выхлопных газов. Может совмещать в себе функции катализатора.
  • Резонатор (предварительный глушитель) и основной глушитель — снижают уровень шума выхлопных газов.
  • Трубопроводы — соединяют отдельные элементы выхлопной автомобильной системы в единую систему.
Читайте также:  Как назвать консалтинговую компанию

Принцип работы системы выхлопа

В классическом варианте для бензиновых двигателей выхлопная система автомобиля работает следующим образом:

  • Выпускные клапана двигателя открываются, и отработавшие газы с остатками не сгоревшего топлива выбрасываются из цилиндров.
  • Газы из каждого цилиндра попадают в выпускной коллектор, где объединяются в один поток.
  • По приемной трубе отработавшие газы из выпускного коллектора проходят через первый лямбда-зонд (кислородный датчик), который фиксирует количество кислорода в составе выхлопа. На основе этих данных электронный блок управления корректирует топливоподачу и состав топливовоздушной смеси.
  • Далее газы попадают в катализатор, где вступают в химическую реакцию с металлами-окислителями (платиной, палладием) и металлом-восстановителем (родий). Рабочая температура газов при этом не должна быть ниже 300°С.
  • На выходе из катализатора газы проходят второй лямбда-зонд, с помощью которого происходит оценка исправности работы каталитического нейтрализатора.
  • Далее очищенные отработавшие газы попадают в резонатор, а затем в глушитель, где потоки выхлопа преобразуются (сужаются, расширяются, перенаправляются, поглощаются), что снижает уровень шума.
  • Из основного глушителя отработавшие газы уже попадают в атмосферу.

Система выхлопа дизельного двигателя имеет некоторые особенности:

  • Выходя из цилиндров, отработавшие газы попадают в выпускной коллектор. Температура выхлопных газов дизельного двигателя варьируется в диапазоне 500-700 °С.
  • Далее они попадают в турбокомпрессор, осуществляющий наддув.
  • После этого выхлоп проходит через кислородный датчик и попадает в сажевый фильтр, в котором удаляются вредные компоненты.
  • В завершении выхлоп проходит через автомобильный глушитель и выходит в атмосферу.

Эволюция системы выхлопа неразрывно связана с ужесточением экологических стандартов эксплуатации автомобиля. Так например, начиная с категории Евро-3, установка катализатора и сажевого фильтра для бензиновых и дизельных моторов обязательна, а их замена на пламегаситель считается нарушением закона.

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]

Читайте также:  Магнитола пионер сажает аккумулятор

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]

Добавить комментарий

9 − один =