從發(fā)動機熱平衡和能量品質(zhì)角度來看,燃料在發(fā)動機汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的總熱量中,其中廢氣帶走的能量占30%~40%,廢氣中蘊含的能量利用潛力非常高。利用廢氣能量進行廢氣渦輪發(fā)電,是一種汽車節(jié)能減排的新途徑。為了設(shè)計搭建柴油機廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng),首先針對某型自然吸氣式柴油機,開展動力渦輪的匹配研究,確定選擇J56G-2型動力渦輪。其次,通過進行柴油機-動力渦輪聯(lián)合工況試驗,選擇高速永磁發(fā)電機,確定以直齒圓柱齒輪減速傳動機構(gòu)的型式,計算減速傳動機構(gòu)的參數(shù)尺寸,完成柴油機廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)各組成部分的設(shè)計選型。同時,確定了動力渦輪、齒輪和軸承的潤滑方式,設(shè)計動力渦輪的潤滑油路,采用油池潤滑方式對齒輪進行潤滑,選擇潤滑脂來對軸承進行潤滑。最后,依據(jù)搭建柴油機廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)進行試驗,并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進行研究分析,研究了不同工況下發(fā)電機輸出功率的變化規(guī)律,同時從燃油消耗率、燃油消耗量和系統(tǒng)功率增長率的角度來分析柴油機原機與柴油機廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)之間經(jīng)濟性的對比。最后針對柴油機廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng),研究系統(tǒng)對排氣能量的回收利用效率。試驗發(fā)現(xiàn):在(1800r/min,30%負荷)工況點,發(fā)電機開始工作對外輸出功率和電壓,并且隨著柴油機轉(zhuǎn)速和負荷的增加,發(fā)電機輸出功率也呈線性增大。在低轉(zhuǎn)速低負荷工況時,發(fā)電機輸出功率較低,最低值為2.90W;高轉(zhuǎn)速高負荷工況時,發(fā)電機輸出功率較高,最高值達到776.76W。在試驗工況下,系統(tǒng)功率增長率λ隨著柴油機負荷和轉(zhuǎn)速的增加基本呈線性增長的趨勢。并在2200r/min~2400r/min轉(zhuǎn)速時,系統(tǒng)功率增長率λ的增速達到最大。同時,在相同試驗工況下,渦輪發(fā)電系統(tǒng)的燃油消耗率比柴油機原機試驗時的燃油消耗率都要低,在30%負荷工況時,燃油消耗率平均減少31.02%,尤其是轉(zhuǎn)速為2400r/min時,其降幅達到了最大值36.60%;在(2600r/min、60%負荷)工況點時,系統(tǒng)回收的排氣凈能量最大,為769.00W。在相同轉(zhuǎn)速下,柴油機廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)總能效率隨著負荷的增加基本呈先增長后降低的趨勢;在轉(zhuǎn)速為1800r/min、2000r/min和2600r/min時,負荷從30%到60%,總能效率先增加再降低,在中間負荷區(qū)域達到最大值。然而在柴油機轉(zhuǎn)速為2200r/min時,總能效率隨著柴油機負荷的增大而逐漸增加;轉(zhuǎn)速為2400r/min時,總能效率呈現(xiàn)與轉(zhuǎn)速為2200r/min時完全相反的趨勢,總能效率隨負荷的增加而不斷減小。而在相同負荷下,轉(zhuǎn)速從1800r/min到2400r/min時,總能效率隨轉(zhuǎn)速的增加而增大,并在2400r/min時總能效率達到峰值;轉(zhuǎn)速高于2400r/min時,總能效率隨轉(zhuǎn)速開始下降,因此,相同負荷下,總能效率呈先增大再降低的變化趨勢。總體來說,試驗工況下,柴油機廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)總能效率在2400r/min時達到最優(yōu),總能效率的平均值為5.845%,最大值為6.913%。
【學位單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U464.172
【部分圖文】：

渦輪回收利用發(fā)動機廢氣能量的優(yōu)勢所在，為發(fā)動機廢氣計提供了相應(yīng)的理論基礎(chǔ)和試驗依據(jù)[13-14]。長安大學設(shè)計了一種渦輪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)，該裝置設(shè)定當轉(zhuǎn)子，發(fā)動機排出的廢氣推動渦輪工作，此時渦輪對發(fā)動機排時發(fā)動機也處于高效率區(qū)，發(fā)動機總熱能的利用率和燃料于GT-Suite建立了某重型柴油機可控機械復(fù)合渦輪回收整機械復(fù)合渦輪系統(tǒng)的分層效率評價指標，分別評價了其熱力能以及系統(tǒng)的節(jié)油能力，研究表明，在標定工況下總能5 市郊駕駛循環(huán)工況下可降低 1.28%的燃油消耗[17-18]。立一個內(nèi)燃機余熱渦輪發(fā)電總能系統(tǒng)仿真平臺，并搭建了搭建的渦輪發(fā)電試驗系統(tǒng)對仿真結(jié)果進行驗證分析，其系。研究發(fā)現(xiàn)，所搭建的渦輪發(fā)電系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)對能量用工況點下系統(tǒng)有效效率可以提高 8%，在 US06 和 FTP油經(jīng)濟性分別提高 4.7%和 1.8%[19-20]。

需要的能量時，多出的渦輪機械能會帶動并聯(lián)在渦輪增壓使其工作發(fā)電，發(fā)出的電能將會存儲在蓄電池中[22-24]。薛輪發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究，完成了發(fā)動機排氣能量的計算和渦計，并通過研究分析系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)換效率，從理論上證實的可行性和發(fā)動機排氣能量的可有效利用性[25]。等利用發(fā)動機廢氣中具有的能量驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，帶動與之工作發(fā)電，為車用電器提供電能[26]。錢人一將一臺切換式低壓廢氣渦輪機相結(jié)合組成渦輪發(fā)電系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)，該廢氣溫度中以 80000r/min 的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。這一新概念 的電功率，如果能將電壓升到 50V，則電功率有望達到 和高文志等人針對某型 2.0L 汽油機，搭建了朗肯循環(huán)試驗朗肯循環(huán)試驗系統(tǒng)性能的變化規(guī)律，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-2膨脹機的轉(zhuǎn)速和輸出功率都隨汽油機負荷的增大而增加負荷為 90%時，膨脹機的轉(zhuǎn)速達到了 1640r/min，輸

汽車廢氣能量回收研究的較早，最早的時間是由美國軍發(fā)動機制造商聯(lián)合組織在 1988 年開始實施了 高性能TET）計劃，計劃在 2005 年將國內(nèi)航空推進系統(tǒng)的動并首次提出渦輪發(fā)電系統(tǒng)與航空發(fā)動機結(jié)合的想法[30T 計劃實施的第十年，即 1998 年，Brian J.Selfors 等輪空壓機發(fā)電的裝置，該裝置是通過利用發(fā)動機廢氣動渦輪機，然后再帶動發(fā)電機工作。這套裝置最大的機和交流發(fā)電機三者集成于一體，最后該裝置被安裝率不足 1%[32]。公司的研究人員直接將動力渦輪安裝在重型增壓柴油人員首先研究了采用何種方法能夠使發(fā)電機的發(fā)電效了不同負荷條件下動力渦輪發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電機發(fā)電量經(jīng)濟性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：采用該型式的發(fā)電系統(tǒng)可經(jīng)濟性的 3%～5%，而且在適合條件的工況下燃油經(jīng)且系統(tǒng)的負荷愈高，渦輪發(fā)電系統(tǒng)的效率愈明顯[33]。
【參考文獻】

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本文編號：2866738