Система рекуперации тепла выхлопных газов — Exhaust heat recovery system

Система рекуперации тепла выхлопных газов превращает тепловую энергию выхлопных газов в электрическую энергию для аккумуляторов или механическую энергию, возвращаемую на коленчатый вал . Эта технология вызывает растущий интерес, поскольку производители автомобилей и тяжелых транспортных средств продолжают повышать эффективность, экономить топливо и сокращать выбросы.

Содержание

Тепловые потери двигателя внутреннего сгорания

Хотя технологические усовершенствования значительно снизили потребление топлива двигателями внутреннего сгорания , пиковая тепловая эффективность 4-тактного двигателя с циклом Отто составляет около 35%, что означает, что 65% энергии, высвобождаемой из топлива, теряется в виде тепла. Высокоскоростные дизельные двигатели работают лучше с пиковым КПД около 45%, но все еще далеки от максимального теоретического КПД , поскольку 55% ​​топливной энергии отбраковывается в виде тепла.

Технологии рекуперации тепла выхлопных газов

Ренкин

Системы цикла Ренкина испаряют воду под давлением с помощью парогенератора, расположенного в выхлопной трубе. В результате нагрева выхлопными газами жидкость превращается в пар. Затем пар приводит в движение расширитель двигателя Ренкина, турбину или поршни. Этот расширитель может быть напрямую привязан к коленчатому валу теплового двигателя или подключен к генератору переменного тока для выработки электроэнергии.

Британские исследователи из Университета Лафборо и Университета Сассекса пришли к выводу, что отходящее тепло от двигателей легковых автомобилей в паросиловом цикле может обеспечить экономию топлива на 6,3% — 31,7%, в зависимости от ездового цикла, и что высокая эффективность может быть достигнута при практическое рабочее давление.

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ)

Вторая технология, термоэлектрические генераторы ( эффекты Зеебека , Пельтье , Томсона ) также могут использоваться для рекуперации тепла из выхлопной трубы, но не нашли практического применения в современных автомобилях.

Рекуперация тепла выхлопных газов в двигателях внутреннего сгорания с системами цикла Ренкина

Легковые автомобили

Учитывая новые американские, европейские, японские или китайские правила, которые все более и более строги в отношении выбросов CO2, рекуперация тепла выхлопных газов кажется одним из наиболее эффективных способов рекуперации свободной энергии, поскольку тепло генерируется двигателем разными способами. Многие компании разрабатывают систему на основе цикла Ренкина:

Немецкая компания была одной из первых, кто изучил рекуперацию тепла выхлопных газов с помощью системы Ренкина под названием Turbosteamer .

Chevrolet EGHR

Гибридный автомобиль Chevrolet Malibu 2016 года оснащен системой рекуперации тепла выхлопных газов (EGHR) для ускорения нагрева охлаждающей жидкости. Это обеспечивает более быстрый нагрев охлаждающей жидкости двигателя, которая, в свою очередь, быстрее нагревает двигатель. Используется меньше топлива, что снижает выбросы. Это также ускорит прогревание салона для комфорта пассажиров и разморозку окон. Для гибридных приложений он также может нагревать аккумуляторную батарею. Система охлаждения соединена с теплообменником, размещенным в выхлопном газе, передающим тепловую энергию выхлопного газа в систему охлаждения. Когда двигатель прогрет, выхлопные газы отводятся в перепускную трубу.

Honda

Honda также разрабатывает модуль на основе цикла Ренкина для повышения общей эффективности гибридных автомобилей за счет рекуперации тепла двигателя и преобразования его в электричество для аккумуляторной батареи. В цикле шоссе США система цикла Ренкина регенерировала в три раза больше энергии, чем система рекуперативного торможения автомобиля.

Exoès

Французская компания Exoès специализируется на разработке и производстве систем рекуперации тепла выхлопных газов на основе циклов Ренкина. Система EVE, Energy Via Exhaust, приводит к экономии топлива от 5 до 15%.

Парикмахер Николс

Barber-Nichols Inc. разрабатывает технологии Rankine для автомобилей.

Немецкий консорциум объединяет большинство производителей двигателей внутреннего сгорания во всем мире. Две рабочие группы в настоящее время изучают системы рекуперации тепла выхлопных газов на легковых автомобилях.

Грузовики

Renault Trucks: в рамках экологической инициативы All For Fuel Eco Initiative компания Renault Trucks изучает систему Rankine для транспортных средств дальнего следования, которая может привести к 10% экономии топлива. Цель состоит в том, чтобы произвести достаточно энергии, чтобы обеспечить электричеством компоненты и вспомогательное электронное оборудование, а также снизить расход топлива за счет снижения нагрузки на генератор.

Система рекуперации тепла WildFire (WFHRS)

Двойная стрелка Engineerings ‘ Система WildFire рекуперации тепла (WFHRS) находитсястадии разработки и утилизирует впустую тепло от охлаждающей жидкости и как выхлоп. Эта система механически добавляет мощность обратно в трансмиссию, используя двигатель Ренкина в качестве метода преобразования энергии. WFHRS разработан для множества различных приложений, как с фиксированной, так и с регулируемой частотой вращения, послепродажного обслуживания и OEM-приложений, но, как правило, ориентирован на более крупное оборудование, такое как большие шоссейные грузовики, дизельные генераторы, большие автобусы и дома на колесах, морские суда, средние дежурные грузовики и др.

Поезда

IFPEN, Enogia и Alstom разрабатывают систему под названием Trenergy, предназначенную для повышения топливной эффективности поездов .

Рекуперация тепла выхлопных газов в спорте

Топливная эффективность, сокращение выбросов CO2, надежность и стоимость — необходимые составляющие стратегии производителей Формулы 1. Автомобильный спорт — это также хорошее место для испытания и оценки технологий, которые, когда они станут надежными, а затраты будут снижены за счет опыта производства , могут быть адаптированы для частных автомобилей. Конструкторы Формулы 1 создали одну из первых систем рекуперации тепла выхлопных газов, и в настоящее время эти устройства являются неотъемлемой частью встроенных технологий на F1. Рекуперация тепла должна была стать обязательной на чемпионате F1 2014 года.

Fusion GURU — Тюнинг, ремонт, обслуживание Ford Fusion

Все, что вы хотите знать о Форд Фьюжн, но не знали где спросить

• Темы без ответов
• Активные темы
• Поиск
• Наша команда
• FAQ

• Rules
• Fusion FAQ
• Articles
• Photo Gallery
• Search
• About
• User Guide
• CD6000 Guide
• Self Diagnostic
• DTC View
• Documentstion & Files

Система рекуперации отработавших газов EHR

Система рекуперации отработавших газов EHR

#1 Сообщение SAnat » 22 фев 2019, 12:59

Итак. двигатель внутреннего сгорания довольно не эффективный кусок ховна…
КПД современного бензинового мотора, работающего по циклу Отто примерно в районе 30%
Современного дизеля в районе 40%
Современные электромоторы в автомобилях около 90%.

Возьмем бензинку.
Примерно 30% уходит на полезную работу, остальное уходит на трение и тепло.
При этом в полезное тепло (нагрев двигателя и антифриза) уходит примерно еще 30% с лишним процентов.
Куда девается еще оставшиеся примерно 30% тепловой энергии – тупо горячие выхлопные газы выкидываются в атмосферу через выхлоп

Меня давно гложет мысль: «Я похож на дурака, чтобы выкидывать такое количество тепловой энергии тупо в атмосферу, когда у меня за бортом зима»

Мне бы ее реализовать в полезную тепловую энергию – быстрее нагреть мотор и антифриз > быстрее в машине теплом печка станет греть салон > быстрее мотор выйдет на эффективный тепловой режим 80-90С и меньше будет топлива тратить.

Итак все придумано до нас и называется это Система рекуперации отработавших газов EHR (не путайте это с ненавистной многими EGR).

Система рекуперации теплоты отработавших газов использует отработавшие газы для прогрева охлаждающей жидкости при запуске двигателя с помощью теплообменника, встроенного в выпускной тракт.

Данная система более быстро прогревает двигатель, повышает КПД и улучшает топливную экономичность за счет более быстрого выхода двигателя на рабочую температуру.
Система использования отработанных газов третьего поколения, блок которой расположен на выпускном коллекторе перед нейтрализатором, заботится о том, чтобы даже в таких условиях бензиновый мотор работал максимально экономично.

Подсмотрел эту систему, когда катался на Toyota Prius 30 (там бензиновый движек работает по циклу Аткинсона , КПД выше, соответственно хуже мотор греется , поэтому с завода ставят такую систему).

По сути это как бы раздвоенный выхлопной тракт длинной 30-40см в одном корпусе.

В одной из труб, внутри этого тракта, стоит теплообменник (радиатор) по которому циркулирует антифриз (циркуляция по малому кругу, выходит из печки, проходит через этот теплообменник и в обратку идет в мотор, и снова по кругу).

Теплообменник отбирает тепловую энергию проходящих через него выхлопных газов и греет антифриз.
Система снабжена заслонкой и механическим термостатом.
При достижении 82с температуры антифриза, термостат срабатывает и механически толкает (закрывает) заслонку, тем самым перекрывая теплообменник и не позволяя дальше нагреваться антифризу.
При уменьшении температуры антифриза, термостат отщелкивает назад и открывает заслонку, пуская горячие выхлопные газы в теплообменник.

Таких систем заводских я знаю две:

1. От тойоты приус — круглая довольно большая. 2900-3500руб можно заказать БУ на дальнем востоке, в Уссурийске за 2900 продают, у них залежались.
Вещь распространненая, поэтому цена не высокая.
Есть материалы, как его перебрать и переварить сделав компактнее (там внутри еще стоит резонатор, поэтому габариты в длину можно в 2 раза уменьшить расспилом и переваркой).
2. От тойоты AQUA — более компактный , но очень редкий и найти его в продаже тяжело.

Думаю пока хватит, а то итак #многобукафф , продолжение следует.

Система рекуперации отработавших газов EHR

#2 Сообщение *Casper* » 22 фев 2019, 13:04

Система рекуперации отработавших газов EHR

#3 Сообщение SAnat » 22 фев 2019, 13:08

Система рекуперации отработавших газов EHR

#4 Сообщение Dima! » 22 фев 2019, 14:00

Система рекуперации отработавших газов EHR

#5 Сообщение ERV » 22 фев 2019, 14:43

Система рекуперации отработавших газов EHR

#6 Сообщение Dima! » 22 фев 2019, 15:24

Система рекуперации отработавших газов EHR

#7 Сообщение ERV » 22 фев 2019, 19:49

Система рекуперации отработавших газов EHR

#8 Сообщение ANG » 22 фев 2019, 21:34

Сейчас делают выпускной коллектор как часть головки блока цилиндров, что позволяет скорее прогревать мотор. Поэтому такая фигня, как таскать лишние килограмм 30 массы на автомобиле в виде труб, дополнительного антифриза заслонки и креплений всего этого выглядит туфтой.

У меня на Фокусе температура жидкости поднимается с -15 до +30 километра за 3-4 без прогрева и пробок. Завёл, сдал назад, вырулил и поехал.

Система рекуперации отработавших газов EHR

#9 Сообщение SAnat » 23 фев 2019, 00:08

Меня как-то пугает движение автомобиля (нагрузка на мотор), у которого на моторе -15с .

Разве у фокуса есть масленные форсунки под поршнями

То есть масло еще густое, обороты небольшие, недостаточные, чтобы коленвал создавал маслянный туман из густого масла и смазывались достаточно стенки цилиндров, а вы ему уже нагрузку даете

Отправлено спустя 3 минуты 36 секунд:

Не полностью часть головки, а частично.

Потому что
1. катализатор надо прогревать, нельзя все тепло отдать, нормы евро таки.
2. если сделать выпускной коллектор частью головы, когда мотор прогреется некуда будет девать такие большие излишки тепловой энергии.

Отправлено спустя 5 минут 8 секунд:
Ну а в целом ANG прав Эффективнее сделать выпускной коллектор частью системы охлаждения, и к этому я вернусь далее.
Это путь к которому я прихожу как раз.

Система рекуперации отработавших газов EHR

#10 Сообщение SotM » 23 фев 2019, 00:40

Система рекуперации отработавших газов EHR

#11 Сообщение SAnat » 23 фев 2019, 01:08

Эта вещь нужна для 2 целей:
1. Быстрее двигатель прогреется до 80-90с , больше экономится топлива.
Потому что, пока двигатель не вышел примерно на 80с , топлива расходуется чуть больше, кроме того ЭБУ на холостых держит обороты выше и топлива также тратится больше.

Частично вы нагреете двигатель сначала во время стоянки, частично догреете во время езды, и там и там система работает.
Выйдет мотор на 82с , система выключится, чтоб не перегреть мотор, остудите мотор ниже 82с к примеру печкой активно греясь в мороз, система включится снова и движек начнет снова набирать температуру.
Бывает такое, что на улице -20 -25с , а фьюжен вообще не греется во время езды больше 60С, ну никак, пока не утеплить мотор, и система будет помогать догревать мотор.
Но это фигня, я конечно пока намерен поиграться на машине, которую не жалко пилить (это фьюжен как раз), в целях применения этой системы на дизеле (там вообще печаль с рабочей температурой мотора в морозы).

2. Быстрее разогревается двигатель, быстрее начнет жарить печка и согревать находящихся в салоне людей. Это меня даже больше волнует, чем экономия горючего

Что касательно того как греть, на холостых или в движении.
Я сделал видео, но залью завтра.
Там как раз 3 измерения температуры выхлопной трубы.
1. На холостых
2. После езды на 2000 оборотов
3. После езды на 3500-4000 оборотов.

Вывод скажу такой, на холостых температура гофры за выпускным коллектором 120с , на 2000 оборотов 175С, на 4000 около 300с.
То есть температура выхлопа конечно зависит от температуры окружающей среды, но в большей степени она зависит как ездить.
Больше крутить мотор = больше выкидывать топлива зря просто на ветер обогревая атмосферу

Но зато эффективность системы рекуперации тепла от выхлопа будет больше, а на холостых и очень низких оборотах ее эффективность я думаю будет не высока.