柴油机排气余热有机朗肯循环系统工质选择

工质的合理选择对有机朗肯循环回收柴油机排气余热产生重要影响。通过试验和理论计算,分析某6缸柴油机变工况下排气余热能的分布特性,提出有机工质初选条件,进而对满足条件的8种有机工质进行柴油机排气余热有机朗肯循环系统的热力学性能和经济性能对比分析。结果表明:在8种有机工质的蒸发压力范围内,R420A的系统热效率最大,为6.83%;在柴油机变工况下,R420A的系统总净输出功率、系统最大净输出功率和系统平均净输出功率均高于其他工质,分别为306.81 kW,9.769 kW和2.005 kW;采用R420A的系统初期投资成本较少,仅次于R417A和R437A,但其单位能量产出成本(LEC)最小。     

基于有机朗肯循环的柴油机稳态工况废热回收的探讨

为了探究可变膨胀比往复活塞式膨胀机有机朗肯循环系统对柴油机尾气余热利用的影响程度,基于某6缸增压柴油机构建GT-power仿真模型,在13工况下仿真并分析有机工质蒸发压力、膨胀比等与余热回收系统膨胀机效率和当量回收效率的关系。结果表明,膨胀比一定时,膨胀机输出的功率、效率及当量回收效率随蒸发压力的上升而提升;蒸发压力一定时,,膨胀机效率和当量回收效率随膨胀比上升先升高后降低;最佳的蒸发压力和膨胀比匹配可充分发挥有机朗肯循环余热回收系统潜力。     

基于双有机朗肯循环的 CNG 发动机余热回收系统参数优化及工质选择

为了充分利用 CNG 发动机的余热能量,根据 CNG 发动机的余热能分布特性设计了双有机朗肯循环系统,用来回收 CNG 发动机的排气能量、进气中冷能量以及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,高温循环采用 R245fa 作为工质,用于回收 CNG 发动机排气能量;低温循环分别采用 R245fa , R1234ze 和 R1234yf 作为工质,用于回收进气中冷能量、高温循环冷凝过程中释放的能量以及发动机冷却系统的能量。在 CNG 发动机标定工况下,对双有机朗肯循环系统的参数敏感度进行了分析。结果表明：较高的高温循环蒸发压力和低温循环蒸发温度,较低的高温循环冷凝温度和低温循环冷凝温度可以提升双 ORC 系统的净输出功率和热效率;高、低温循环均选择 R245fa 的方案可以使系统具有较优的热力学性能。     

基于天然气发动机排气余热回收系统的非共沸混合工质性能分析

针对一台车用天然气发动机排气能量的变化规律,建立了带回热器有机朗肯循环系统,对比分析了采用纯工质R245fa和非共沸混合工质R416A时,带回热器有机朗肯循环系统的净输出功率、热效率、效率和单位工质能量输出密度。结果表明,采用非共沸混合工质R416A时上述各项性能指标均优于采用纯工质R245fa。最后,构建了天然气发动机-带回热器有机朗肯循环联合系统,采用非共沸混合工质R416A,分析了联合系统的热效率。结果表明,加装带回热器有机朗肯循环系统后,发动机热效率最大可提高7%。     

新型R1233zde制冷剂的高效节能环保性能分析

有机朗肯循环作为回收发动机废热的有效手段,在商用车领域受到关注。R245fa是常见的有机朗肯循环工质,随着碳排放标准日趋严格,GWP高于150的制冷剂未来将面临淘汰。本文中提出一种新型低GWP制冷剂R1233zde替代R245应用于有机朗肯循环,物性与R245fa相近,GWP为7。并针对有机朗肯循环,建立了系统仿真模型,比较相同工况下两种工质的性能参数:蒸发温度,泵耗功和循环热效率。分析表明R1233zde泵耗功相比减少约15.05%~17.02%,R1233zde最大热效率比R245fa高7.03%。     

在柴油机上燃用乙醇柴油的试验研究

在柴油机上对分别使用多孔喷油嘴和伞喷喷油嘴进行了燃用乙醇柴油的试验研究。结果表明,在柴油机上燃用乙醇柴油后能够达到原机的功率,柴油机的排放状况有很大的改善,热效率有一定的提高,排气温度和最高燃烧压力基本不变。伞喷喷油嘴的效果好于多孔喷油嘴。     

柴油机高原动力性能仿真及环境模拟系统影响分析

利用GT-Power设计柴油机系统模型,结合环境模拟系统结构特征构建了其相应的模型特征,与实际台架模拟系统试验对标验证了模型的有效性,进一步运用模型分析了高原环境条件涉及压力和温度因素时的柴油机固有性能特征,研究了进排气管路系统特征对柴油机性能的影响。结果表明,高原环境条件下的压力因素对柴油机性能的影响大于温度因素。随着模拟压力的下降,柴油机功率下降,二者在高转速工况呈非线性关系。随着环境温度下降,柴油机性能转好,温度对转速1 800 r/min以下工况影响更大。进气压力高于排气压力时,在最大扭矩转速工况,平均单位压力变化会导致功率增加约10 kW;排气压力高于进气压力时,中高转速工况柴油机性能仍能维持,中低转速则直接恶化。进气管路长度、管路直径、管路表面粗糙度的影响程度由大到小依次为直径、长度、表面粗糙度,进气模拟管路直径影响加剧的临界值为0.2 m;排气管路主要是管路直径对柴油机性能的影响,临界值同样为0.2 m。     

柴油机的未来

阐明了柴油机未来发展中应重点解决的两大问题,即控制排放和提高热效率;对柴油机排放法规的动向进行了分析,对柴油机可能达到的排放水平进行了研究,重点论述了柴油机排气后处理技术;对进一步提高柴油机热效率的可能性进行了分析,指出其热效率可以达到与燃料电池相当的水平。     

进、排气背压对涡轮增压柴油机工作过程影响的研究

本研究在不同进、排气背压下,测定了柴油机示功图,进、排气管温度及压力,柴油机输出功率和排气烟度等参数,在此基础上计算了柴油机放热率,分析了进、排气背压变化对柴油机放热率的影响。结果表明,进气背压变小后,柴油机燃烧持续期变长,热量利用率低;排气背压增大后,柴油机燃烧不充分,排气烟度大;排气背压变大后,涡轮增压器工作环境差,柴油机进气压力也相应降低。     

余热回收用活塞式单阀膨胀机性能模拟及进排气结构分析

根据朗肯循环发动机尾气余热回收系统中活塞式单阀膨胀机结构特点,建立了其工作过程仿真模型。4种工况下膨胀机缸压试验数据表明,模拟指示功率误差在0.99%～10%,工质水质量流量误差均在3%以内,验证了模型的有效性;在此基础上,在进口压力5 MPa,进口温度520℃,转速1 950 r/min工况下,针对进排气结构参数对膨胀机性能的影响进行分析,得到了膨胀机指示功率、循环质量流量及绝热效率随进气顶杆高度和排气口高度变化的规律。     

WP10.336柴油/天然气双燃料发动机试验研究

将WP10.336柴油机改变为双燃料发动机并进行了标定和试验。试验结果表明,双燃料发动机的动力性与原柴油机相当,外特性线上平均柴油替代率达到95.7%。双燃料发动机在1200 r/min时,中、高负荷下都有较高的热效率和柴油替代率,最大功率点对应的缸内最高爆发压力为14.82 MPa。     

VGT叶片开度对二级增压柴油机高海拔低速匹配特性的影响

基于二级可调增压柴油机高海拔性能模拟试验平台,研究了不同海拔条件下 VGT 叶片开度对高压共轨柴油机二级可调增压系统低速匹配特性的影响。研究结果表明：不同海拔下,随着 VGT 叶片开度的减小,高压级涡轮的涡轮膨胀比和压气机压比、绝热效率逐渐提高,而低压级涡轮膨胀比及压气机效率变化则趋于平缓,因此两级压气机总压比、总效率和总功率的变化趋势与高压级压气机一致;柴油机进气流量及空燃比随着 VGT 叶片开度的减小而增大,动力性及经济性也随之升高;海拔0～4500 m ,高压级压气机匹配状况良好,联合运行线均位于高效率区内。     

基于柴油机万有特性分析的进出口独立控制挖掘机节能研究

挖掘机采用泵阀复合进出口独立控制液压系统较传统抗流量饱和的负载敏感系统（LUDV）可显著降低阀口工作压差，提高能量利用效率，同时降低柴油机转速及其扭矩输出，改善柴油机的燃油经济性，但在动臂下降、回转制动工况时液压系统功率输出较小，柴油机工作于低负荷工况，尚有较大节油空间。为优化柴油机工作区域，进一步提高泵阀复合进出口独立控制挖掘机的整机经济性，提出基于柴油机万有特性分析的柴油机-液压泵功率匹配方案。通过对比泵阀复合进出口独立控制系统与LUDV系统的动臂工作特性和回转特性，明确动臂单动作、回转单动作时的功率范围，并依据柴油机万有特性曲线，分析2个系统在相应工况时柴油机的工作区域，指出对于泵阀复合进出口独立控制系统，当动臂下降、回转制动时，柴油机输出功率远小于1 800 r·min^-1所对应的额定功率。为改善此工况时柴油机的经济性，基于柴油机三缸工作模式和柴油机两缸工作模的万有特性曲线，确定功率匹配的控制策略，当挖掘机动臂举升时，柴油机全部气缸工作，动臂下降时，柴油机采用两缸工作模式；当以最大半径回转启动时，柴油机全部气缸工作；以最小半径回转启动时，柴油机采用三缸工作模式；回转制动阶段，柴油机工作于两缸模式。建立整机动力系统试验平台，进行动力性和经济性比较试验。试验结果表明：在满足的动力性的前提下，采用柴油机多个气缸停缸技术，动臂单动作举升过程中降低燃油消耗20%，在最大半径回转过程中，可降低燃油消耗40%，在最小半径回转过程中，燃油消耗降低20%，节能效果明显。     

发动机燃用水乳化柴油的研究进展

综述了柴油机燃用水乳化柴油的燃烧与喷雾特性、动力性与经济性及排放特性,对比分析了发动机燃用水乳化柴油与普通柴油在性能上的差异及其原因,总结了水乳化柴油在柴油机上的应用优化方法。结果表明:与柴油相比,乳化柴油着火滞燃期延迟,燃烧持续期缩短,喷雾贯穿距变长或相差不大,火焰升起高度增加;燃用乳化柴油时动力性下降,但有效热效率较柴油升高;乳化柴油可以明显降低NOx和炭烟排放,但多数工况下HC和CO排放有所升高,低转速和中低负荷工况下尤为明显;燃用乳化柴油时颗粒物数量浓度增加,体积浓度减小,且对于醛类和噪声排放并没有改善作用;添加合适添加剂或结合发动机技术协同作用,可以针对性地改善乳化柴油的燃烧过程,进一步起到节能减排的效果。基于燃料稳定性与燃料理化特性综合优化目标的燃料设计,以及适用于乳化柴油的高压共轨柴油机燃烧组织参数优化是未来的研究方向。     

不同喷油模式下柴油机可用能分析的试验研究

通过台架试验的方法,对1台0.5L单缸柴油机进行了热力学分析,将缸内燃烧所释放能量的热量分布和可用能分布进行计算和比较,在此基础之上比较了喷油规律相关参数对热平衡的影响,提出了相应减少不可逆损失、提升热效率的解决途径。试验结果表明:在相同工况下,对于不同的喷油模式,燃烧不可逆损失差异不大,差异主要体现在排气损失和其他部分损失;预喷参数和后喷参数对热量分布影响较小,而喷油压力和主喷正时的影响较为明显。随着喷油压力的增大或主喷正时的提前,燃烧不可逆程度降低,排气可用能损失减少,热力循环的热效率得以提升。而对于余热能回收,排气中流失的可用能回收的潜力和价值较大,将这一部分能量妥善地利用可对整机性能起到明显的改善效果,若排气温度从750K降至500K,通过排气余热能的利用可提升指示功20.91%,达到提升动力性和燃油经济性的目的。     

车用涡轮增压柴油机VVE系统的模拟研究

提出了一种适用于车用四行程涡轮增压中冷柴油机的变充气系数 (VVE)系统 ,装在一台 6缸柴油机上进行了性能模拟计算。结果表明 ,在不放废气的情况下 ,最大扭矩工况可使柴油机得到足够的进气充量 ,标定工况时最高燃烧压力不超标 ,而且可以降低燃油消耗率和NOx 排放。VVE系统可代替车用增压柴油机高工况放气     

高温高压条件下柴油的雾化蒸发特性

利用高速摄影和纹影法,在可变温度和压力的定容燃烧弹中,模拟发动机的实际运转工况,进行了不同喷油压力和背景压力条件下柴油的雾化蒸发特性试验研究,得出一系列热态喷雾图像。研究表明：喷油压力越高,雾注总的贯穿距离、锥角和投影面积越大,但液核的最大贯穿距离、锥角和投影面积变化不大,显著蒸发时刻不断提前,气相部分投影面积增大,混合均匀性改善;随着背景压力的升高,气、液相贯穿距离均下降,雾注总的喷雾锥角增大,雾注面积、液核面积减小。