Оптимизация на затопляне чрез възстановяване на топлина

, 13 февруари 2020, 7:00

Задвижвано от по-високите изисквания за ефективност на двигателя, топлинното управление на двигателите с горене получава все по-голямо внимание. Потенциалът за ефективност на двигателя е резултат от подобреното изгаряне във фазата на загряване и намаляването на загубата от триене. BorgWarner оценява поведението на загряване на съвременен автомобил в няколко цикъла на изпитване, включително Световния хармонизиран цикъл за изпитване  (WLTC).

Основни условия

Поради високата ефективност на съвременните двигатели, топлината от охлаждащата система е ограничена при работни условия с ниско натоварване на двигателя. За по-бързо загряване може да се използва допълнителен принос на топлина от други източници. Отработената топлина е благоприятна поради високото ниво на енергия. Възможни са две направления: директно използване на топлината чрез топлообменник или косвено използване на отработената топлина с акумулиране на топлина.

Основна конфигурация

Избраното превозно средство е VW Golf 1 .2 TFSI със седемстепенна трансмисия с двоен съединител. Превозното средство е оборудвано с турбокомпресорен 1,2-литров четирицилиндров бензинов двигател и система за стоп / старт. Регулирането на температурата за охлаждащата система на двигателя се осъществява от охлаждащ модул, който се състои от механична помпа за охлаждаща течност, термостат и допълнителен затварящ клапан за малкия кръг. Освен това, двигателят е оборудван с топлообменник за масло и охлаждаща течност, който също поддържа загряването чрез пренасяне на топлина от охлаждащата течност към двигателното масло.

Подобряване на загряването

Като се има предвид разходът на гориво, основната полза от подобреното загряване на автомобила са намаленото триене на двигателя и топлинните загуби от стените на цилиндрите. Предлагат се различни варианти за намаляване на разхода на гориво във фазата на загряване. Загряването на блока на двигателя и течностите се подобрява чрез спиране на потока на охлаждащата течност в целия двигател или блока на двигателя поради факта, че буталната група е отговорна за по-голямата част от общото триене. Наистина, това се реализира чрез разделяне на охлаждащия контур през цилиндрите и цилиндровата глава, така нареченото разпределение на охлаждането. Тази по-сложна настройка е избрана така, че да позволява спирането на потока в блока, като същевременно поддържа потока на охлаждащата течност през цилиндровата глава за защита от прегряване.

Оформление на охлаждащата система с високотемпературната верига

Както показаха предишни изследвания, намаляването на загубите чрез насочване на потока на охлаждащата течност към реалното потребление спомага за намаляване на разхода на гориво. Това може да се осъществи чрез регулируема електрическа или механична помпа или комбинацията от двете. Друг начин за постигане на подобрение е използването на наличната топлина от други източници на топлина, например отработените газове чрез охладител или топлообменник в рециркулацията на отработените газове (EGR) и насочване на топлината към охладителната течност за постигане на максимално намаляване на триенето. Това може да бъде антифриза, но евентуално и моторното масло или маслото на задния мост.  Използването на съхранената топлина от предишна работа на двигателя е друга възможност. Известни са различни начини за съхранение на топлина, като важни критерии за прилагане в автомобила са висока плътност на съхранението и възможност за бързо предаване. Най-простият начин е да съхранявате нагрята охлаждаща течност в изолирано устройство, но ползите са ограничени. Друг вариант е материалите, които при смяна на фазите (евентуално агрегатно състояние), които могат да съхраняват значително по-голямо количество топлина.

Възстановяване на топлина от отработените газове

Възстановяването на отработената топлина  за загряване на двигателя е известно от години. Като цяло, то е възможно при различни източници на топлина: чрез топлинен източник в изпускателната тръба или в EGR системата.

Интегриране на топлообменника за отработените газове във високотемпературна охлаждаща верига

Както бе споменато по-горе, топлината може да се използва по различни начини: за двигателя, трансмисията или дори за отопление на задната ос. Съотношението полза спрямо цена определя избраното оформление. То може да бъде различно за различните приложения. Очаква се, че предстоящото законодателство за CO2 ще бъде двигател за системите за възстановяване на топлината от отработените газове.
Прилагането на топлообменник в изпускателната система е правилно и логично. Топлинният източник може лесно да се извлече от EGR топлообменници. От страната на отработените газове е необходим само допълнителен байпасен клапан за деактивиране на топлообменника, когато двигателят е топъл. Идеалното място в системата за отработените газове е положението директно след катализатора, което също осигурява минимална дължина на маркучите на охладителната система. Малка спомагателна помпа, която се захранва от ел. системата, компенсира допълнителния спад на налягането и   позволява поддържане на потока по време на стоп / старт събития.

Източник: BorgWarner

Коментари

Коментара трябва да е повече от 5 символа!

Моля, потвърдете регулацията!

Няма коментари. Бъди първи!