【摘要】：從內(nèi)燃機(jī)熱平衡角度分析,理想工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功占燃料燃燒總熱量的30%~40%,其余能量多伴隨排氣和冷卻水散失,其中排氣帶走的熱量占總熱量的30%左右。汽車行業(yè)面臨著節(jié)能與環(huán)保的雙重挑戰(zhàn),節(jié)能和減排成為國(guó)內(nèi)外各大車廠產(chǎn)品開發(fā)的重要目標(biāo)。通過廢氣渦輪發(fā)電技術(shù)進(jìn)行排氣能量回收利用是提高汽車效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑之一。本文以排量1.599L的G4ED型車用汽油機(jī)為研究對(duì)象,利用GT-POWER軟件建立了汽油機(jī)-廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)仿真模型,對(duì)其性能進(jìn)行了仿真分析,得到了系統(tǒng)的燃油消耗率、廢氣渦輪進(jìn)出口排氣溫度以及發(fā)電量等參數(shù)。同時(shí)對(duì)汽油機(jī)排氣成分進(jìn)行了分析,推導(dǎo)出了排氣氣體常數(shù)、定壓比熱容、定容比熱容、比熱比排氣狀態(tài)參數(shù)計(jì)算公式,并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。進(jìn)而得出了不同工況下排氣狀態(tài)參數(shù)、排氣余動(dòng)能、排氣余壓能和排氣余熱能的變化規(guī)律,研究了排氣狀態(tài)參數(shù)對(duì)三種形式排氣能量及廢氣渦輪輸出功率的影響規(guī)律。仿真結(jié)果表明:排氣狀態(tài)參數(shù)和三種形式的排氣能量均隨著汽油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而增加。整體上,該型號(hào)汽油機(jī)的排氣能量有很大的回收潛力,最大值為81.8461W。其中,排氣余熱能為65.5847 kW;排氣余壓能為15.7798kW;排氣余動(dòng)能為0.4816kW。可見,排氣余熱能是排氣能量回收的主要對(duì)象;一般在高速、高負(fù)荷區(qū)域考慮回收排氣余壓能;而排氣余動(dòng)能可忽略不計(jì)。另外,排氣狀態(tài)參數(shù)對(duì)三種形式的排氣能量均有所影響,排氣溫度對(duì)排氣余熱能影響最大、排氣壓力對(duì)排氣余壓能影響最大、排氣流速對(duì)排氣余動(dòng)能影響最大。廢氣渦輪的輸出功率也是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而增加,最大輸出功率為32.6052kW。四種排氣狀態(tài)參數(shù)對(duì)渦輪輸出功率均有影響,其中排氣溫度對(duì)輸出功率影響最大,其他參數(shù)影響相對(duì)較小。對(duì)比渦輪輸出功率與排氣總能量可知,廢氣渦輪回收了38.8708%~58.4341%的排氣能量,其余的能量均以排氣的形式釋放到大氣中。搭建了汽油機(jī)-廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。確定了兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目:不帶廢氣渦輪發(fā)電裝置的汽油機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)和帶廢氣渦輪發(fā)電裝置的汽油機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)。得到了兩種試驗(yàn)項(xiàng)目下的燃油消耗量并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比,此外,試驗(yàn)測(cè)得廢氣渦輪裝置的發(fā)電量并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:試驗(yàn)與仿真結(jié)果有較好的吻合,但仿真結(jié)果略高于試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:相比不帶廢氣渦輪的車用汽油機(jī),汽油機(jī)廢氣渦輪能量回收試驗(yàn)系統(tǒng)的熱效率平均提高15.20%,燃油消耗率平均降幅為18.07%,并且?guī)U氣渦輪的發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性沒有明顯惡化。車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一定程度廢氣能量回收利用。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U467

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李軍;徐楊蛟;王文賓;紀(jì)雷;;發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量回收系統(tǒng)研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2015年08期

2 尚會(huì)超;張力;唐剛志;徐劃龍;;微小尺度往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)極限尺寸的循環(huán)分析[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2014年05期

3 付兵兵;簡(jiǎn)曉春;王利偉;盛遙;李錢;;車用汽油機(jī)外特性下排氣能量流研究[J];山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年02期

4 付建勤;劉敬平;舒歌群;裴毅強(qiáng);唐琦軍;;回?zé)岵祭最D空氣循環(huán)回收內(nèi)燃機(jī)廢氣余熱的模擬[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2013年03期

5 趙付舟;王俊席;崔教林;汪秀敏;;汽車尾氣廢熱回收的熱電模塊布置特性研究[J];兵工學(xué)報(bào);2013年05期

6 余志強(qiáng);松鵬;何一堅(jiān);;一種以水為工質(zhì)的兩級(jí)噴射制冷系統(tǒng)回收汽車廢熱研究[J];價(jià)值工程;2013年08期

7 安占飛;于繼翔;;汽車尾氣發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)[J];公路與汽運(yùn);2013年01期

8 趙付舟;常思勤;;柴油機(jī)混合渦輪增壓系統(tǒng)的研制及試驗(yàn)研究[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2011年02期

9 方金莉;魏名山;王瑞君;馬朝臣;;采用中溫有機(jī)朗肯循環(huán)回收重型柴油機(jī)排氣余熱的模擬[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2010年04期

10 趙付舟;常思勤;;混合增壓柴油機(jī)廢氣能量調(diào)整策略的仿真及分析[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2008年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 梁金廣;混合動(dòng)力車用汽油機(jī)效率模型研究[D];吉林大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 鄧彪;車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D];重慶交通大學(xué);2015年

2 魏瑋;內(nèi)燃機(jī)余熱利用渦輪發(fā)電系統(tǒng)性能研究[D];清華大學(xué);2010年

3 石來華;基于GT-POWER的車用汽油機(jī)動(dòng)力性能優(yōu)化[D];湖南大學(xué);2009年

4 朱智富;汽車廢氣能量回收裝置的研究[D];青島大學(xué);2005年

，

本文編號(hào)：2599015