Можно ли использовать тепло выхлопных газов для прогрева блока цилиндров?

У меня была такая же проблема на моей старой BMW E39 3.0d, когда вышел из строя дополнительный отопитель Webasto. Ремонт этих устройств стоит целое состояние, и они снова сломаются из-за возраста и особенностей установки на автомобиле. Я планировал (но продал машину до того, как успел это сделать) купить китайский отопитель (сейчас их можно найти всего за 150 долларов) и установить его для обогрева салона и, возможно, подачи части горячего воздуха в моторный отсек.
Я знаю, что это не так эффективно, но

а) не требует модификаций самого автомобиля — любые изменения в системе охлаждения рано или поздно приведут к проблемам, поверьте мне

б) подача горячего воздуха в отсек в течение 30 минут всё равно немного нагреет его (можно попробовать подать горячий воздух в воздухозаборники)

в) если салон предварительно прогрет, двигатель будет отдавать меньше тепла

г) они потребляют около 0,2–0,4 литра топлива в час, и 15–20 минут работы более чем достаточно. Они выдувают горячий воздух с мощностью более 2 кВт (заявлено 5 кВт, но я не уверен)

Я бы не рекомендовал использовать дистанционный запуск (при условии, что у вас дизельный двигатель), так как это сильно изнашивает внутренние детали двигателя, если только вы не установите электрический подогреватель воздухозаборника

Да, это возможно. На самом деле во многих автомобилях уже есть такая система. В моей машине (гибридный Toyota RAV4 с 2,5-литровым двигателем 2AR-FXE) есть такая система. Она называется «охлаждаемая система рециркуляции отработавших газов» или «охлаждаемая система рециркуляции отработавших газов с использованием охлаждающей жидкости» и отводит тепло от выхлопных газов к охлаждающей жидкости двигателя, как вы и описали. Также возможно отводить тепло от выхлопных газов к моторному маслу («система рециркуляции отработавших газов с масляным охлаждением»).

Вот диаграмма из научной статьи, которая показывает, насколько быстрее прогревается система рециркуляции отработавших газов с охлаждением охлаждающей жидкостью и маслом: https://www.researchgate.net/figure/257207795_fig12_Figure-12-The-EGR-gas-temperature-after-the-EGR-cooler-for-oil-cooled-EGR-and

Теперь, если вы планируете установить такую систему на автомобиль, в котором её ещё нет, это, вероятно, будет не так просто. Потребуется изменить поток охлаждающей жидкости, а установка такого устройства может оказаться сложной, если автомобиль не предназначен для его установки.

Я думаю, что в вашем случае наиболее разумным вариантом будет блочный нагреватель, как отметил CharlieRB.

Это неосуществимо. Возможно, да. Осуществимо, нет. Вы потратите слишком много денег, а получите слишком мало тепла.

Просто совет: вы могли бы рассмотреть возможность установки блочного обогревателя. Это позволит вам поддерживать блок в тепле в очень холодные ночи. Это ускорит прогрев утром.

При извлечении тепла из выхлопных газов для обогрева двигателя вы столкнётесь с двумя проблемами:

1. Газы, как правило, не обладают высокой удельной теплоёмкостью, поэтому, несмотря на высокую температуру, тепловой энергии не так много, и для нагрева большой массы потребуется некоторое время. Стенки вашей выхлопной трубы невероятно тонкие и хорошо изолированы окружающим воздухом, поэтому они действительно быстро нагреваются. Если вы возьмёте вентилятор и будете обдувать трубу, чтобы нагреть воздух, вы удивитесь, как быстро остынет раскалённая докрасна выхлопная труба. Если обернуть выхлопную трубу двухдюймовым слоем воды, то для нагрева этого приспособления потребуется гораздо больше времени, чем для нагрева обычной выхлопной трубы




2. Конденсат, образующийся в результате активного охлаждения выхлопных газов, будет значительным и может вызвать коррозию металла выхлопной системы. Вы можете столкнуться с тем, что из-за этого вам придётся чаще менять теплообменник или выхлопную систему, а сопутствующие расходы сделают этот вариант экономически невыгодным

Проверьте, правильно ли работает система обогрева. Если термостат заклинило (частично) в открытом положении (как это обычно бывает при поломке), двигателю потребуется гораздо больше времени, чтобы достичь рабочей температуры.

В интересах экономии топлива (а значит, и репутации производителя, так что это рыночный стимул) двигатель должен быстро прогреваться. Поэтому в них предусмотрен очень маленький контур охлаждения (блок цилиндров и матрица/теплообменник отопителя, который нагревает салон через вентиляционные отверстия) благодаря тому, что основной термостат полностью закрыт при низких температурах, что позволяет двигателю быстро нагреваться до того, как основной радиатор начнёт отводить избыточное тепло.

Также подумайте о том, чтобы установить вентилятор на более низкую скорость, чтобы избежать таких человеческих факторов, как «эффект ветра», когда воздух из вентиляционных отверстий кажется холоднее, чем есть на самом деле, из-за того, что он движется с высокой скоростью. Используйте режим рециркуляции, чтобы обогреватель не забирал свежий холодный воздух снаружи, но при этом не выключайте кондиционер, чтобы осушать воздух, особенно если вы используете рециркуляцию, а не приток свежего воздуха. Избыточная влага на поверхностях внутри автомобиля будет отнимать тепло у воздуха, поскольку для испарения воды нужна энергия. Работа системы рециркуляции без кондиционера будет означать, что со временем влажность в салоне автомобиля и на его поверхностях будет увеличиваться. Вам придётся каждое утро протирать лобовое стекло тряпкой, чтобы видеть дорогу, и т. д.

Кроме того, можно приобрести (по крайней мере, в моей стране) дополнительные электрические аксессуары, такие как чехлы для сидений с подогревом и тепловентиляторы, которые подключаются к разъёму прикуривателя. Также можно оборудовать автомобиль таким образом, чтобы его можно было подключать к домашней электросети на ночь для предварительного прогрева салона и двигателя с помощью электрического резистивного нагрева (в холодных странах такие системы необходимы даже для того, чтобы утром завести двигатель). Если автомобиль будет стоять в гараже, это тоже может помочь, так как он не будет так сильно охлаждаться.

Если вам нужен дешёвый и простой эксперимент, похожий на тот, что вы предлагаете, подумайте о том, чтобы направить воздух, поступающий от двигателя, особенно со стороны выпускного коллектора, в воздухозаборник салона. У старых автомобилей с карбюратором часто был кожух вокруг выхлопной трубы, который являлся частью воздухозаборника карбюратора и управлялся биметаллической пластиной. Это делалось для того, чтобы уменьшить колебания температуры всасываемого воздуха (предотвратить конденсацию топлива на поверхностях воздухозаборника) и снизить потребность в воздушной заслонке на ранних этапах работы двигателя. Эта система похожа на предыдущую, но в ней не так много проблем, связанных с конденсацией, так как выхлопные газы не нагреваются

Наконец, если вы выберете путь переработки отработанных газов и доведете его до коммерческого производства, это может принести значительную пользу при разработке выхлопных систем в будущем. Если вам удастся снизить температуру выхлопных газов настолько, что выхлопные системы можно будет делать из пластика, проблема конденсата исчезнет. Но тогда автомобилям будет достаточно одной выхлопной системы на весь срок службы, а производители выхлопных систем купят ваш патент и похоронят его </теория заговора> :)

Редактировать: из комментариев следует, что цель состоит в том, чтобы быстрее прогреть двигатель

Вам будет сложно добиться этого с помощью выхлопных газов из-за вышеупомянутого недостатка тепловой энергии в воздухе. Конечно, если бы вы могли дольше удерживать газы в контакте с блоком, он бы нагревался немного быстрее, но я не думаю, что вы заметите существенную разницу при короткой поездке

Есть безумные способы, которые вы могли бы попробовать: например, изолировать двигатель с помощью монтажной пены, добавить в систему охлаждения очень большую термокружку (в некоторых роскошных автомобилях она встроена для более быстрого обогрева салона в холодные дни), добавить какое-нибудь устройство для сжигания топлива для обогрева контура охлаждающей жидкости, как вы и отметили. Вы могли бы даже купить автомобиль с меньшим двигателем или, если вы ездите недалеко, электрический (например, Renault Twizy), и тогда вам не придётся беспокоиться.

..но в целом, я думаю, вам стоит перестать об этом беспокоиться. Двигатель достигнет приемлемой рабочей температуры задолго до того, как начнёт подниматься стрелка датчика температуры охлаждающей жидкости. У таких датчиков очень узкий диапазон, например от 90 до 110 градусов, при этом рабочая температура составляет 100 градусов. Детали, выполняющие основную работу, уже будут нагреты задолго до этого, а время требуется из-за задержки в нагреве охлаждающей жидкости. Это не причина того, что двигатель должен был достичь температуры, при которой каждая часть блока нагревается до 100 градусов, прежде чем он заработает эффективно и однажды будет достоин превращения в автомобиль формулы-1 (BMW использовала старые салонные двигатели в качестве основы для двигателей формулы-1, поскольку теоретически они прошли много циклов охлаждения, и металл был бы более свободен от внутренних напряжений), поэтому короткий ответ, по сути, будет "не беспокойтесь об этом" - да, некоторые вещи могут изнашиваться раньше, но, как правило, автомобили настолько дешевы и одноразовы, что к тому времени, когда они достигают "вдвое большего десятилетнего срока службы, на который они рассчитаны". дело в том, что их просто отправляют на слом. Если вы будете прогревать двигатель до рабочей температуры перед каждой поездкой, это не сильно отсрочит его смерть. «Машины убивает возраст, а не пробег»

Не повредит, если вы будете несколько раз в месяц проезжать на высокой скорости, особенно если в вашем автомобиле есть сажевый фильтр или аналогичная система контроля выбросов, которая требует хорошей продувки. Но не переживайте, что это нужно делать при каждой поездке. Пять лет назад я сократил расстояние до работы с 50 миль до 1,5, и дизельный Volvo 04, которым я владею уже 12 лет, до сих пор работает как часы. Я не прилагаю особых усилий, чтобы регулярно его мыть, но когда он окончательно выйдет из строя, я его выброшу и буду надеяться, что получу E60 M5. Я твёрдо верю, что благодаря этой мечте моя нынешняя машина будет ездить вечно, просто чтобы эта мечта не сбылась :)

Из-за требований к выбросам/закону/характеристикам современных двигателей любые модификации выхлопной системы должны производиться после кислородного датчика после каталитического нейтрализатора. В противном случае вы получите ошибки в коде, не пройдете проверку на смог и столкнетесь с ухудшением характеристик.

Существует такая технология, как обогрев салона автомобиля выхлопными газами. Один из примеров — Old Beetle или любой двигатель с воздушным охлаждением. Возможно, существуют комплекты для вторичного рынка, но быстрый поиск в Google ничего не дал.

Они также производят системы рекуперации тепла выхлопных газов, которые преобразуют тепло выхлопных газов в теплоноситель на основе гликоля. Проблема с этими системами заключается в том, что вам приходится постоянно циркулировать гликоль или полностью сливать его. Если гликоль не циркулирует в теплообменнике, то из-за высокой температуры выхлопных газов он быстро закипит, что приведёт к избыточному давлению в системе и образованию отложений. Вы не можете подключить его к контуру охлаждающей жидкости двигателя, потому что радиатор недостаточно большой, чтобы охлаждать и двигатель, и охладитель выхлопных газов.

Другой вариант — электрическое отопление с использованием довольно мощного генератора. 100 ампер при напряжении 14 В — это 1400 ватт, то есть примерно такая же мощность, как у дешёвого тепловентилятора из Walmart. Есть генераторы мощностью до 400 ампер. Однако провода у них огромные.

Будет ещё лучше, если вы обогреете водителя, а не всю кабину. Для этого можно использовать подогрев сидений — это простое и надёжное решение.

Если уж на то пошло, вы могли бы установить в салоне обогреватель и включать его с помощью WeMo или другой системы домашней автоматизации. Я бы очень тщательно подошёл к выбору типа обогревателя, например, выбрал бы те, что работают по принципу «масляного радиатора» и не сильно нагреваются. Во время поездки обогреватель лучше снимать, так как ежедневные вибрации в салоне могут вывести из строя бытовой обогреватель.

Основная проблема заключается в том, что автомобили с бензиновым двигателем просто не предназначены для поездок на расстояние в 4 мили. Для этого лучше всего подходит электромобиль или достаточно мощный гибрид, которому вообще не нужно запускать двигатель, например Chevy Volt. В таких автомобилях есть системы для обеспечения комфорта в салоне без запуска двигателя, и важно то, что эти системы включаются мгновенно. Либо прямое электрическое отопление, либо, если возможно, переключение системы кондиционирования на подачу тепла в салон, а не из него. Это очень эффективно: можно получить 3–5 БТЕ при затратах энергии в 1 БТЕ.