车用汽油机外特性下排气能量流研究

基于发动机一维性能仿真计算方法,对某型汽油机排气能量流分布规律进行了研究,得出外特性下排气能量随曲轴转角的变化规律及分布特性;结合排气流速、压力和温度的研究,分别得到排气余动能、余压能和余热能的脉动特性.结果表明:在高速高负荷时废气能量回收潜力大,排气能量在低转速时比高转速时波动性要大;余热能在各排气能量中所占比例最大,其次是余压能,余动能最小;排气能量随发动机转速的增大而增大,但排气余动能和余压能增长幅度较小.本研究为进一步提高排气有效能回收潜力与回收方式的选择提供了数据支持.     

道路工况下有机朗肯循环系统节能潜力分析

针对有机朗肯循环(ORC)的研究集中于理想发动机而对真实道路工况下的研究不足的现状,对真实道路工况下ORC系统的节能潜力进行了分析。利用GT-Suite软件中的不同模板,分别建立了发动机、ORC系统、动力传输系统和其他零部件的模型,并在此基础上建立了整车仿真模型。仿真结果表明,发动机和ORC系统模型准确。利用所建整车模型分析了新欧洲驾驶循环(NEDC)和重型柴油车(HHDDT)高速巡航两种道路工况下发动机的排气能量特性、ORC系统的运行特性及节能潜力。结果表明:NEDC工况下的发动机排气能量波动较大,变化范围为5.8～36kW,平均能量回收效率为2.01%,其中,市区工况下的平均排气能量为10.3kW,平均能量回收效率为1.34%,郊区工况下的平均排气能量为18.3kW,平均能量回收效率为3.32%;HHDDT高速巡航工况下的发动机排气能量波动较小,变化范围为5.2～27.7kW,平均排气能量为20.0kW,平均能量回收效率为4.01%;ORC余热回收系统更适用于高速巡航及郊区工况,应尽量避免在车速较低且波动较大的市区工况下使用。     

内燃机的排气能量流特性

为高效回收利用内燃机排气能量,实现内燃机节能减排,采用试验和模拟仿真相结合的方法对1台乘用车汽油机的排气能量流特性进行研究.首先根据实验数据建立并标定计算模型,通过全工况模拟计算提取排气数据并进行分析,得出排气能量流随工况的变化关系.在此基础上将排气能量分解为余压能、余动能和余热能并得出其能量密度的三维分布图,结合排气压力波、速度和温度研究得出这3种形式能量的脉动特性.研究结果表明:高速高负荷时排气能量有更强的回收潜力;排气能量的主要表现形式是余热能,其次是余压能,余动能通常可以忽略;余压能和余动能的脉动性较大,余热能脉动性较小.研究结果为排气能量回收方式的选择提供了理论依据.     

自增压式能量回收装置的开发与效能分析

针对中小型海水/苦咸水淡化系统简化工艺、降低能耗的要求,在海水淡化阀控式能量回收装置的基础上,设计开发了一种自增压式能量回收装置.该装置利用差压式水压缸替代阀控式装置中原有的等径压力交换缸,实现能量回收功能和压力提升功能的有机结合.将自增压式能量回收装置与纳滤脱盐系统耦合,在进水水质为苦咸水(1.06%)、操作压力为2.0 MPa条件下研究分析了自增压式能量回收装置与纳滤脱盐系统的耦合运行特性及对系统节能降耗的贡献.结果表明,自增压式能量回收装置现场运行稳定性良好,能量回收效率为95.55%,与未配备自增压式能量回收装置的系统相比,节能降耗贡献率达27.61%,与配备阀控式能量回收装置的系统相比,不仅简化了工艺,而且降低了系统投资和产水能耗.     

旋转爆震发动机与涡轮机的集成

旋转爆震发动机为自增压燃烧的前沿领域,具有热效率高、结构简单、易于组装、不需要机械驱动等优点,其排气可驱动涡轮机,使其成为极具应用前景的新型动力。旋转爆震发动机与涡轮机的集成非常复杂,结合国内外旋转爆震发动机的研究现状和发展趋势,分析和整理了旋转爆震发动机与涡轮机耦合的特点、面临的技术问题以及现阶段所采用的技术方法,并提出未来的研究方向。     

不同排气系统对涡轮增压柴油机性能的影响

以某增压中冷柴油机为研究对象,利用GT-POWER软件建立了该增压中冷柴油机工作过程仿真模型,并根据试验数据进行了校核计算.在上述工作的基础上,对增压柴油机的三脉冲排气系统进行了改型设计,建立了MPC排气系统和定压排气系统仿真模型,验证了模型的有效性.通过对三种排气系统的仿真及对比分析,表明MPC及定压排气系统选取合理的较小排气管径能够降低发动机油耗,减弱涡轮进口压力脉动,保证较高的涡轮效率和功率输出;发动机额定工况下,三种排气系统对发动机及涡轮性能的影响存在明显差异,三脉冲系统的发动机性能优于MPC与定压排气系统;发动机中低转速时,MPC系统使得涡轮效率较三脉冲与定压系统有所提升.      

车用柴油机变工况下双有机朗肯循环系统的性能分析

为充分利用柴油机的余热能量,针对一台车用六缸柴油机,设计了一套双有机朗肯循环系统,用来回收柴油机的排气能量和冷却系统具有的能量.该双有机朗肯循环系统包括高温循环和低温循环,均采用R245fa作为工质,高温循环用于回收柴油机排气能量,低温循环用于回收柴油机冷却系统能量和高温循环冷凝过程中工质所释放的能量.通过台架试验,在研究柴油机变工况下余热能分布特性的基础上,对双有机朗肯循环系统的余热能回收潜力进行了分析. 分析结果表明:在柴油机整个工况范围内,双有机朗肯循环系统的净输出功率最高可达26.58 kW,系统热效率最高可达14.62%;柴油机-双有机朗肯循环联合系统在燃油经济性和动力性方面具有明显的优势.      

发动机真空控制系统控制策略研究

进气管真空度为发动机控制提供了便捷的动力源,但同时带来系统结构复杂,故障诊断难度大等问题.通过帕萨特1.8 T 和宝来1.6 L 发动机真空控制系统的对比,对涡轮增压控制、曲轴箱通风系统、燃油蒸汽回收装置、制动助力系统的控制策略进行了系统的阐述,通过实验给出了排气旁通系统各工况的临界转速.     

内燃机独立供能系统的性能实验

基于能量综合梯级利用理论提出了一种全新的能量供给系统形式——内燃机独立供能系统.介绍了系统的工作原理和特点.建造了实验样机,介绍了实验样机的系统组成.利用实验样机进行了详细的发动机性能实验、余热回收利用实验和内燃机独立供能系统总体特性实验.研究结果表明:所选用发动机具有较好的性能,能够满足内燃机独立供能系统的使用要求;设置的余热回收利用系统能够有效地回收发动机工作过程中产生的余热,随着发动机转速的提高,余热回收量增加,但余热利用率下降;系统总体性能较好,有较高的COP和COPz,系统的一次能源利用率大部分都在1以上,说明系统具有优越的变工况运行性能和较高的能源综合利用效率.     

GDI发动机与涡轮增压器匹配性能

涡轮增压系统决定了发动机的进气能力,严重影响整机燃烧性能。为优化汽油缸内直喷（GDI）发动机的热效率,利用GT-Power软件搭建了一维仿真计算模型,并基于试验数据完成模型标定。通过热力学仿真计算,分析了不同增压系统对发动机动力性、经济性的影响。研究结果表明：采用定压增压结构,能减少泵气损失,提高发动机在高速工况时的热效率。但其低速性能较差,不满足车用发动机对低速转矩特性的要求。采用脉冲增压结构能有效改善发动机扫气,低速时压气机喘振裕度大。为解决脉冲增压结构高速工况涡端效率较低的问题,扩宽了涡前流道并使用大流量涡轮机方案,使泵气损失明显减少,最大功率点比油耗降低了11.7 g/kWh。证明该措施有效提高了汽油机性能,满足开发需求。     

预测涡轮增压柴油机增压匹配的一种方法

根据四冲程涡轮增压柴油机的通流特点,假定气流为一元准稳定流动气流,提出了一种用于分析扫气压比Ｐｓ／ＰＴ与增压柴油机增压系统及运行参数关系的简化的数学模型。利用该模型可预测和改善涡轮增压柴油机的匹配性能。     

蒸汽辅助涡轮对增压汽油机瞬态响应特性影响的模拟

为改善废气涡轮增压汽油机加速工况时的瞬态响应特性,提出了蒸汽辅助涡轮增压的方法.基于一款废气涡轮增压汽油机,采用GT-Power软件分别建立并标定了蒸汽辅助涡轮增压与废气涡轮增压的仿真模型.针对该汽油机的常用转速2000r/min,研究了各种蒸汽参数对增压系统及汽油机性能的影响.结果表明,在2000r/min时的加速工况,蒸汽辅助涡轮能使汽油机加速迟滞时间缩短48.0%,加速扭矩提升9.7%.因此,蒸汽辅助涡轮能有效改善增压汽油机的加速性和动力性.     

钻井柴油机废气余热分析研究

随着经济的快速发展与能源供应相对不足的矛盾日益突出,柴油机废气余热回收利用越来越受到重视。针对钻井常用柴油机Z12V190耗油量大、热效率低、大部分热量以废气余热形势随废气排到大气中、能源浪费较大等问题,分析柴油机燃烧反应与废气成分,分别根据质量守恒定律和能量守恒定律,建立了废气排量计算模型和废气余热量计算模型;并举例计算。分析发现:Z12V190柴油机废气排量较大,废气排量随废气含氧量增加急剧增加;废气余热量随废气排量增加呈线性增加。废气余热量较大,具有较好的经济开发前景,结合当前存在的利用柴油机废气余热热管锅炉、热力发电、热能储藏等实际应用,为钻井用柴油机废气余热回收利用做理论基础。     

增压柴油机排气压力变化规律的实验研究

研究采用等压增压系统的多缸柴油机排气压力的变化规律. 利用瞬态压力传感器和燃烧分析仪,在某V型8缸增压柴油机上,测量了不同工况下第1缸排气阶段气缸内和排气道出口处的压力随曲轴转角的变化情况. 分析结果表明:在相同的转速下,随着负荷增加,排气道出口压力随曲轴转角变化的规律相近,压力的波动幅度增加;随着转速的增加,在排气道出口压力曲线中的波峰和波谷出现的曲轴转角位置向后推移;在某些工况下,缸内排气压力高于排气道出口的压力,而有些工况下,缸内排气压力会低于排气道出口的压力.     

相继增压柴油机线性模型动态实时仿真

相继增压技术有效地提高了高压比柴油机在部分负荷时的性能,然而,相继增压系统切换过程的瞬态性能比较复杂,需要深入地研究.基于Simulink/Matlab软件平台建立了相继增压柴油机线性化仿真模型,并对其进行了动态仿真.通过仿真计算,能很方便地了解柴油机各性能参数之间的变化关系.     

内燃机进排气管有限容积法一维非定常流模拟

应用有限容积法对发动机排气管系中的气体流动作模拟计算．该方法是以往一维非定常流动计算方法的进一步发展．与特征线法相比,具有计算稳定、质量流量误差小等优点．文中对该方法的模型作了简述,并以８Ｌ２４０Ｚ四冲程柴油机为例,进行了模拟计算,包括：发动机的性能参数、排气管系的压力波动情况、质量流量误差等．计算结果表明,该模拟方法具有较高的计算精度     

钻机柴油机二级涡轮增压系统优化与流场分析

以济柴190系列柴油机的真实尺寸和实验数据为依据,对二级涡轮增压器的改造方案进行了分析,确立了二级涡轮增压器连接方案。在GT-Power中建立发动机模型并验证了模型的可靠性,在GT-Power中对二级涡轮增压器进行仿真计算并与原机涡轮增压器进行了对比分析;建立流道模型,设置合适的边界条件对二级涡轮增压系统的内部流场进行分析,分析了原增压器和二级涡轮增压系统的压气端和涡轮端的内部流场分布和运行状况。研究发现新的涡轮增压系统较原机相比的加速性能、动力性能、低转速特性都有提高,相同时间内新增压系统的进气流量更多,使燃油的燃烧更加充分,大大降低了燃油消耗率和废气中氮氧化物的含量。     

余热气化甲醇燃料对内燃机性能的影响

提出了采用内燃机废气余热气化甲醇,并将该方案同时应用在自然吸气和增压发动机上.通过将这两种方案与原汽油机进行对比,预测这两种方案对发动机动力性和经济性的改善潜力.结果表明:甲醇蒸汽发动机在外特性下功率较原汽油机最大下降了7.1%,热效率最大提高了3.0个百分点;增压后,动力性和经济性较原汽油机和甲醇蒸汽发动机都有较大提高,当增压压力为0.15MPa时热效率较原汽油机最大可提高4.0个百分点,表明余热气化甲醇在内燃机上具有较好的节能潜力.