重型车用柴油机废气发电复合涡轮行驶工况的适应性

针对发电复合涡轮形式对发动机余热回收效果的影响,建立了详细的某重型柴油机废气涡轮回收整车仿真平台,构建了电辅助复合涡轮、并联复合涡轮、纯电动复合涡轮和串联复合涡轮4种形式废气能量回收方案,对比分析了这4种典型的复合涡轮结构在发动机外特性、瞬态工况和道路运行工况下的废气能量转换效率及节油效果.研究结果表明,不同的驾驶工况应选用不同的复合涡轮形式;采用基于涡前压力动态优化控制,是实现发动机功率与涡轮发电功率合理分配、达到发动机总体效率优化的关键.研究结果对于复合涡轮结构选型以及发电复合涡轮与发动机的匹配与集成具有指导价值.     

车用电动增压系统的设计及其性能试验研究

采用电动增压器与废气涡轮增压器并联联合工作原理,设计一套电动增压系统,以解决柴油增压技术存在的低转速下急加速冒黑烟和扭矩不足的问题.同时,基于工况划分研制控制策略,运用模糊控制方法实现对电动增压系统的精准控制,改善发动机综合性能.试验结果表明:电动增压系统性能可靠,在低转速中、高负荷时,电动增压系统柴油机最多能降低发动机45%的排气烟度和40%的NOx排放,提高发动机6.7%的输出扭矩,降低14.3%的燃油消耗量.     

电增压促进废气再循环对发动机性能的影响

在一台1.5 L带废气涡轮增压的直喷汽油机上进行了电动增压和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）协同对发动机动力性和经济性的影响规律试验研究。结果表明：全负荷下电动增压促进最高废气再循环率随转速的上升而下降,在4个试验转速下分别提升了17.7%、15.2%、13.84%和0;部分负荷下电动增压促进最高废气再循环率随负荷的提高与转速下降,在6个试验工况下最高废气再循环率分别被提高了23.63%、30.31%、0、14.09%、19.74%和0。全负荷与较低的3个转速下电动增压介入后有效燃油消耗率（brake specific fuel consumption, BSFC）降低近10%,最高转速下废气涡轮增压完全取代电动增压;部分负荷下的两组工况内,电动增压介入后,最高BSFC降低了10.8%和8.4%。结论表明合理应用电增压促进最高废气再循环率可以提升发动机的燃油经济性并保持较高的动力性。     

基于发动机冷却系的汽车余热温差发电系统研究

为了对发动机冷却系统中蕴含的高温能量进行回收利用,对基于温差发电的发动机余热发电系统进行设计研究,从而有效地改善汽车燃油的经济性,提高燃油利用率,减少废气、余热排放,对解决我国汽车工业快速发展所带来的环境和能源问题具有研究意义。目前,国内外温差发电系统主要是运用在汽车尾气排放系统上,汽车冷却系的热量尚未充分利用。研究的发动机冷却系余热温差发电系统是利用半导体温差发电材料的塞贝克效应直接将低品位的热能转化为电能而开发的一种新型清洁能源回收技术的系统。     

一种液压混合动力车辆燃油经济性研究

阐述一种液压混合动力垃圾回收车辆的动力传动系统的构成和能量策略;采用整车性能模拟软件GT-DRIVE和自编程序联合模拟计算的方法,建立该液压混合动力垃圾回收车的整车燃油经济性计算模型;根据指定的运行工况对垃圾回收车的1个工作循环进行模拟,计算得到车辆的燃油消耗量和发动机工作工况点分布;将计算结果与原柴油机动力垃圾回收车的结果进行对比分析,研究液压混合动力车辆的燃油经济性。研究结果表明:液压混合动力技术既能回收利用车辆制动能,又能调整优化发动机的工作点,在指定工况内,最大节油量达43.30%,因此,该技术应用于常停常起工况的大质量车辆上具有较强的节油潜力和广阔的应用前景。     

混合增压柴油机增压系统参数模拟计算研究

该文优化调整模拟计算时确定的混合增压系统的参数,扩大了增压系统涡轮的流量,减小了高速电机功率,电机功率下降直接带来发动机的轻量化和增压器转动惯量的大幅减小。同时,涡轮流量的增加还提高了车用发动机在常用工况下的经济性和低速高负荷工况下的潜在动力性。与原废气旁通增压柴油机相比,参数调整后的混合增压柴油机减小了排气提前角调整不当对发动机燃油经济性的扰动。     

小型低温余热发电系统膨胀机输出特性试验研究

依据有机朗肯循环原理,采用R123作为循环工质、涡旋膨胀机作为能量回收机械,建立了小型低温余热发电试验系统,分析了相同热源入口温度和流量、不同工质流量的两种工况下膨胀机转速对系统性能的影响.结果表明:涡旋膨胀机的吸气压力和吸气温度随转速的增加而降低,排气压力和排气温度随转速的增加而增加;系统发电功率和系统热电效率随着转速的增加而降低;涡旋膨胀机的容积效率随着转速的增加而增加.两种工况下系统最大发电功率分别为0.66 kW和0.62kW,最大系统热电效率均为2.1%,容积效率变化范围分别为38.5%～56.5%和39.7%～60.0%.     

不同压缩比下稀释方式对直喷汽油机节油影响

基于一台1.0 L涡轮增压发动机,在9.6及12的压缩比下,研究了化学当量比、稀薄燃烧(稀燃)及低压废气再循环(EGR)工况下的燃烧与油耗特性.结果表明:EGR在压缩比12、大负荷工况下,节油效果优于稀燃,其余工况下稀燃的节油效果均更好.通过改变压缩比并结合稀燃或EGR,小、中、大负荷下燃油消耗率(BSFC)相比于压缩比9.6化学当量比工况降低最多为7.5%、10.4%和9.3%.结合一维仿真,分析并对比了大负荷下稀燃与EGR的节油原因及其差异.结果表明:在压缩比12、大负荷、过量空气系数(λ)小于1.4的情况下稀燃不能抑制爆震,节油效果不明显;相同工况下EGR可以有效抑制爆震,降低燃油消耗率达5.5%;大负荷下稀燃和EGR的节油来源主要为传热损失和排气损失减少,二者对节油的贡献程度之和大于90%.     

电动复合增压对柴油机高海拔性能的影响

受高原环境影响,柴油机燃烧恶化,造成功率降低、油耗增高、有害排放物增多。采用废气涡轮增压能够一定程度改善上述问题,但也存在涡轮响应滞后、超速、喘振、增压效率随着海拔高度的增加而降低等不足。为有效解决上述问题,通过增加一级电动增压器的方法来改善柴油发电机组的高原环境适应性,利用GT-SUITE软件分别构建了某型发电用废气涡轮增压柴油机和电动复合增压的数值仿真模型,分析了电动复合增压技术对发电用柴油机高海拔性能的影响。结果表明,电动复合增压不仅能有效恢复柴油机输出功率和扭矩,海拔5 000 m时,输出功率和扭矩分别提升了57%和92%,还可以有效降低燃油消耗率,海拔4 500 m时的效果最好,减少了原机81%的油耗率。同时,对减少尾气中CO、HC化合物的排放也有一定效果。     

排气再循环与燃烧边界条件耦合对增压汽油机有效热效率的影响

在一台小型增压进气道喷射汽油机上开展了排气再循环技术与关键燃烧边界协同性对发动机燃油经济性和燃烧循环波动影响的试验研究。结果表明:增压技术、排气再循环技术和压缩比协同控制较为重要,协同性明显影响燃油经济性和燃烧循环波动;转速为2 000r/min、负荷为0.2~0.4 MPa时排气再循环对燃油经济性改善不明显;转速为1 500~2 500r/min、负荷为0.6~1.0MPa时排气再循环率对汽油机燃油经济性改善明显,燃油消耗率降幅为2%~7%;考虑高能点火系统本身能耗,转速为2 000r/min、负荷为0.2~1.0MPa时多重火花电容放电的高能点火系统对燃油经济性改善不明显,但循环波动得到了改善;对于上市整车匹配1.6L进气道喷射汽油机,采取集增压技术、排气再循环技术、高滚流进气道和1.3L排量措施后的进气道喷射汽油机的整车循环油耗降低了8.86%,整车具备达到相应油耗水平的潜力。     

汽车智能启停系统及制动能量回收策略性能分析

为了减少汽车行驶过程中能量消耗、减轻尾气排放对环境污染,同时对怠速及制动消耗能量再回收利用,对汽车智能启停技术及制动能量回收技术进行研究。首先介绍汽车启停系统研究背景、工作原理,及制动能量回收策略;其次运用advisor软件对汽车进行建模,并结合城市道路工况进行仿真分析;最后搭建试验台架,实验分析启停系统的燃油经济性及制动能量回收性能。结果表明:该启停系统百公里油耗降低,燃油经济性更好;能量回收策略通过回收制动能量更有效快速重启发动机,提高整车性能。     

轮式装载机发动机节能控制研究

轮式装载机广泛应用于重要的工程领域,作为其唯一动力来源的发动机的运行状态对装载机的 经济性有较大影响;针对国内某型轮式装载机瞬态油耗较高的问题,提出了发动机瞬态节能控制的控制方 法,其通过限制发动机角加速度,降低加速踏板行程突然增大时的瞬时油耗;针对 V 字形工况下,燃油经济 性差以及未考虑装载机工况识别控制发动机转速的问题,提出了整机两作业模式节能控制,主要通过模式选 择开关设置作业模式,在实现工况识别的同时,也尽可能使发动机工作点分布在燃油消耗率较低的区域;通 过实车的实验结果表明:在控制策略下,动力模式时整机能拥有较好的动力性,经济性也有所提高;在经济模 式下,动力性有所降低但经济性有较大提升     

停缸技术对缸内直喷点燃式发动机燃烧与排放及燃油经济性的影响

为了定量阐明采用停缸(CDA)技术改善发动机部分负荷工况燃油经济性的机理,通过台架试验对CDA发动机在停缸和全缸模式下的燃烧与排放及燃油经济性进行了研究,并结合数值模拟方法对CDA发动机的能量平衡进行了定量分析,以确定各因素对节油的影响。结果表明:与全缸模式相比,在停缸模式下工作缸滞燃期和燃烧持续期缩短,最高缸内压力和最大瞬时放热率增加,燃烧循环变动降低;HC和CO排放降低,但NOx排放增加。在试验工况下,CDA发动机节油率为8.2%～15.8%,其中缸内传热损失和泵气损失减少,两者节油贡献率分别为80%～111.9%和30.3%～37.4%,而摩擦损失和排气能量增加,两者节油贡献率分别为-9.2%～-20.3%和-1.2%～-26.5%。因此,缸内传热损失减少是CDA发动机最主要的节油因素。     

农用运输车温差发电系统瞬态响应特性分析

为预测温差发电系统在农用运输车实际行驶工况下的瞬态输出响应,建立一种瞬态计算流体动力学(CFD)-热电耦合数值模型,求解得到温差发电系统在燃油经济性测试工况(HWFET)下的流热电多物理场瞬态仿真结果,同时搭建试验台架进行了测试研究．结果表明：温差发电系统的流热电多物理场分布受尾气温度和流量动态变化的综合影响均随工况时间发生动态变化,热惯性的存在会导致温差发电片的输出响应与尾气输入之间产生延迟;系统在HWFET工况下的平均输出功率和热电效率分别可达到26.808 W和2.966%;系统输出电压的模型结果与试验结果之间的平均误差仅为6.43%,验证了瞬态CFD-热电耦合模型的准确性．     

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.     

基于效率优化的增程式电动环卫车控制策略

为了提高增程式电动汽车在增程阶段的能量转换效率及整车的等效燃油经济性,以一款增程式电动环卫车为例,对增程器的3种不同控制策略进行了对比分析。首先基于台架试验的发动机油耗特性和发电机效率特性,合成得到增程器整体效率特性及其最优效率曲线,并在MATLAB/Simulink/Stateflow平台搭建整车正向动力系统仿真模型;然后对增程式电动汽车的等效能耗进行了推导,将所消耗燃油和电能全部换算为单一的燃油量;在此基础上基于中国典型城市客车运转工况,分别应用增程器定点发电、增程器沿最优效率曲线功率随动和增程器恒定转速随动输出功率这3种控制策略进行车辆行驶仿真试验。研究结果表明:增程器在定点发电模式下,能够始终工作于最高效率点,从而达到最优的能量转换效率,此时整车等效百公里油耗为29.22L;増程器在恒转速功率随动模式下效率最低,其等效百公里油耗为33.41L;增程器沿最优效率曲线的功率随动模式下比恒转速功率随动模式下的等效百公里油耗降低了约2.78L,达到30.63L。通过对比3种增程器控制策略的仿真结果发现,在增程式电动汽车増程器的电量消耗-电量维持工作模式下,定点发电模式能够使增程器达到最佳的工作效率并实现最小的整车等效百公里燃油消耗,可将其作为增程式电动汽车增程器的最佳控制策略。     

高速飞行器空气涡轮发电系统仿真与评估

[ ]针对高速飞行器的高空发电问题,提出了一种以高温高压的冲压空气作为工质的预冷—两级膨胀的空气涡轮发电系统。采用理论分析计算与软件模拟仿真计算相结合的方法,建立了高速飞行器空气涡轮发电仿真模型,对空气涡轮发电系统进行性能分析,并采用起飞总质量法对发电系统进行评估分析。结果表明,高速飞行器在飞行高度30 km和飞行马赫数为6的飞行条件下,发电系统所需冲压空气0.0945 kg/s,在换热器处与JP-7燃油充分换热,使得涡轮前冲压空气温度降低至1196.36 K,保护涡轮不受高温损伤,同时发电系统可以稳定输出28.2 kW电量供用电系统及用电设备使用,此外,经换热后的燃油进入发动机,在很大程度上提高了系统的经济性。     

行星混联混合动力汽车节油因素分析

为分析行星混联系统的节油因素,建立了基于系统能量流动的理论油耗模型和节油量、节油率模型.在此基础上基于超级电容和行星混联系统的特点,探究发动机平均燃油消耗率、两电机效率、传动系机械效率在影响节油率方面的耦合关系,从解耦的角度定量分析各因素分别优化时对节油率直接或间接的影响及影响原理.明确了行星混联系统节油的根本途径和各因素对节油的贡献大小,提高混合动力汽车经济性优化的效率.      

基于遗传算法的柴油机空气系统优化研究

为了提高柴油机的燃油经济性,文章利用遗传算法对带有废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)系统的涡轮增压柴油机空气系统进行参数优化.以发动机有效燃油消耗率为优化目标,NOx与Soot排放为约束,EGR阀开度与可变截面涡轮增压器的叶片开度为优化参数,利用开发的GT-Power与Matlab/Simulink联合仿真程序进行遗传算法寻优.全负荷工况下的寻优结果表明,寻优后燃油消耗率相较于原机下降了1.21～2.42 g/(kW·h),通过遗传算法优化的空气系统参数能明显改善柴油机的燃油经济性.最后根据发动机各个工况的优化结果,绘制了EGR阀开度map与涡轮增压系统(variable geometry turbocharger,VGT)叶片开度map.     

国Ⅵ天然气发动机朗肯循环余热回收研究

为了提高发动机热效率,降低热负荷,文章针对玉柴某型发电用国Ⅵ天然气发动机设计了一套同时吸收发动机尾气和废气再循环系统(exhaust gas recirculation, EGR)热量的多热源水蒸汽朗肯循环余热回收系统;利用Aspen Plus软件建立了系统仿真模型,研究了不同蒸发压力和工质流量对系统效率的影响。结果表明:蒸发压力恒定时,随着工质流量增加,余热回收系统总效率先增大后缓慢减小;循环流量恒定时,随着蒸发压力的上升,余热回收系统总效率先逐渐增加后小幅度降低。针对该发动机常用工况,选取了最佳蒸发压力3 MPa和工质流量0.035 kg/s,此时系统最大净输出功率为20.26 kW,为原发动机功率的7.24%。