基于有机朗肯循环的发动机余热回收技术

通过比较8种循环工质在有机朗肯循环(ORC)系统中的热力过程,从系统性能、可靠性、环保等角度综合考虑,验证了R245fa用于ORC循环工质的优势。以康明斯某重型车用发动机为应用目标,设计了一套余热回收发电系统,通过回收增压空气、尾管废气、发动机废气的热量,用于发电。经过计算,该系统的余热回收效率为10.4%。     

提高车用发动机能量利用率研究进展

描述了近几年车用汽油机发展的几种新技术,包括GDI和HCCI燃烧技术以及混合动力技术的应用和发展,分析了它们的特点和在节能、环保等方面的作用。介绍了利用发动机排气余热的温差发电技术。论述了利用发动机冷却水余热和排气余热来改善发动机性能的新技术,该技术通过一套发动机后接蒸气动力装置,回收发动机余热能量做功,从而提高发动机能量利用率。探讨了这一新技术的研究内容,展望了它的应用发展前景。     

基于蓄能器原理的汽车尾气余热利用系统

针对陆路交通主力军——汽车发动机的尾气余热白白浪费的现象,拟研究开发一套基于蓄能器原理的汽车发动机尾气余热回收存储与利用系统.利用设计的双循环特殊蓄能器对汽车运行过程中尾气排放管道壁产生的热量进行回收,将其转化为液压能储存在恒压蓄能器中,并设计一套与之相配的液压传动回路,利用回收的液压能作为车辆起动和制动的动力源.系统...     

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%。     

汽车尾气温差发电效率的影响因素

汽车尾气温度高,带走的热量约占发动机总能量的40%,温差发电技术能直接将废热能量转化为电能回收利用。文章介绍了汽车排气废热温差发电系统的输入输出特性,探讨了影响系统发电效率的相关因素,并提出改进措施。经过一系列试验验证及理论研究表明,系统效率受废热通道内部结构、热电模块拓扑结构以及热电模块自身性能的影响。提出的改进方案提高了温差发电系统的热效率。     

Active coolant control strategies in automotive engines

The coolant flow rate in conventional cooling systems in automotive engines is subject to the mechanical water pump speed, and high efficiency in terms of fuel economy and exhaust emission is not possible given this limitation. A new technology must be developed for engine cooling systems. The electronic water pump is used as a substitute for the mechanical water pump in new engine cooling systems. The new cooling system provides more flexible control of the coolant flow rate and engine temperature, which previously relied strongly on engine driving conditions such as load and speed. In this study, the feasibility of two new cooling strategies was investigated using a simulation model that was validated with temperatures measured in a diesel engine. Results revealed that active coolant control using an electronic water pump and valves substantially contributed to a reduction of coolant warm-up time during cold engine starts. Harmful emissions and fuel consumption are expected to decrease as a result of a reduction in warm-up time.     

基于有机朗肯循环的车用柴油机排气余热回收系统性能分析

利用设计的有机朗肯循环系统回收某重型车用柴油机的排气能量,通过台架试验,获得了变工况下柴油机排气余热能分布特性。分析了有机工质蒸发压力、过热度以及柴油机工况变化对有机朗肯循环系统性能的影响,以系统净输出功率和热效率为优化目标,确定了适用于有机朗肯循环系统的最佳蒸发压力。研究结果表明,当有机工质蒸发压力为1.8 MPa时,有机朗肯循环系统的净输出功率最大可以达到12.69kW,热效率可以达到11.19%;将有机工质加热至过热状态并不能明显提高有机朗肯循环系统的净输出功率。     

车用柴油机谐振涡轮复合增压系统的研究

本文介绍了所开发的适合于车用柴油机的脉冲振废气涡轮复合增压系统，对复合增压柴油机进行了试验研究，并与普通涡轮增压柴油机进行了对比，在较宽广的转速范围内测录了进排气管系中压力波动，充量系数及发动机性能参数，研究结果表明，采用该系统对改善增压柴油机低速性能和烟度有很大的潜力。     

Thermal design of automobile exhaust based thermoelectric generators: Objectives and challenges

The potential for thermoelectric power generation (via waste heat recovery onboard automobiles) to displace alternators and/or provide additional charging to a vehicle battery pack has increased with recent advances in thermoelectric material processing. In gasoline fueled vehicles (GFVs), about 40% of fuel energy is wasted in exhaust heat, while a smaller amount of energy (30%) is ejected through the engine coolant. Therefore, exhaust-based thermoelectric generators (ETEG) have been a focus for GFV applications since the late 1980s. The conversion efficiency of modern thermoelectric materials has increased more than three-fold in the last two decades; however, disputes as to the thermal design of ETEG systems has kept their overall efficiency at limited and insufficient values. There are many challenges in the thermal design of ETEG systems, such as increasing the efficiency of the heat exchangers (hot box and cold plate), maintaining a sufficient temperature difference across the thermoelectric modules during different operating conditions, and reducing thermal losses through the system as a whole. This paper focuses on a review of the main aspects of thermal design of ETEG systems through various investigations performed over the past twenty years. This paper is organized as follows: first, the construction of a typical ETEG is described. The heat balance and efficiency of ETEG are then discussed. Then, the third section of this paper emphasizes the main objectives and challenges for designing efficient ETEG systems. Finally, a review of ETEG research activities over the last twenty years is presented to focus on methods used by the research community to address such challenges.     

混合动力发动机与动力电池冷却余热双向循环预热

为了提高并联式混合动力汽车发动机和动力电池低温生存能力,探索发动机与电池冷却余热资源的利用新途径,提出了一种基于余热再利用的发动机和动力电池双向循环低温预热的新方法.建立发动机和动力电池余热数值模型,定量分析和研究余热系统的温升特点与温度分布状况,揭示了发动机与动力电池余热的传热规律,设计了基于相变材料的自动双向热控装...     

一种用于柴油机与增压系统匹配的模拟计算方法

为进行柴油机和增压系统的匹配,发展了一种模拟计算方法。该计算方法包括缸内工作过程的简化计算、进排气过程计算、柴油机的功率计算、增压系统计算等计算模块。对柴油机缸内过程的计算,采用定容定压循环代替实际循环。对增压系统的计算,是根据压气机特性图和涡轮特性图进行的。对J6110Z增压柴油机进行了模拟计算,模拟计算的结果与试验结果比较接近。     

排气早开角对低散热Atkinson循环汽油机能量分配的影响

基于GT-Power软件建立某增压汽油机仿真模型,并通过试验验证模型的准确性。优化原模型配气机构,设计包角更大的进气凸轮以实现Atkinson循环,设计多组排气凸轮以得到20°~80°范围内的多个排气早开角(θ_(EVO)),改变传热模型实现缸内的低散热条件,模拟分析了1 500 r/min,40%负荷时,θ_(EVO)对低散热前后Atkinson循环增压汽油机能量分配的影响。结果表明:常规散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为60°~70°范围内时较佳,而低散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为50°~60°范围内时较佳;降低传热系数后,该汽油机散热损失的能量大幅减少,由此减少的能量在不同θ_(EVO)下转化为指示功的比例不同,θ_(EVO)为55°时转化比例为17.4%,此时指示热效率与原机相比提高了6.58%;而常规散热条件下Atkinson循环增压汽油机的指示热效率只比原机高3.79%,说明结合低散热技术能进一步增强Atkinson循环的节能效果。     

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。     

Performance Design of an Exhaust Superheater for Waste Heat Recovery of Construction Equipment

Although fuel cost has been the largest portion of annual operating costs of construction equipment, it is possible to save the energy and reduce cost using fuel economy enhancement technology. In this study, an organic Rankine cycle is applied to an excavator in order to recover waste heat, reproduce it into electrical energy, and consequently reduce the fuel consumption by 10 %. A design process was carried out to develop an exhaust gas superheater that recovers the waste heat from exhaust gas through a composite-dimensional thermal flow analysis. A one-dimensional code was developed to perform a size design for the exhaust gas superheater. The ranges for the major design parameters were determined to satisfy the target of the heat recovery, as well as the pressure drop at both fluid sides. Performance analysis was done through onedimensional design code results, which were compared with three-dimensional CFD analysis. By utilizing a 3D commercial code, the arrangement of the tubes was selected and the working fluid pressure drop was reduced through a detailed layout design. The design procedure was verified by a performance evaluation of the prototype, which yielded only a 7 % tolerance in heat recovery.     

汽车排气系统的流场分析与优化

给出了某汽车排气系统一维非定常流动的气体动力学方程组和三维模拟数学模型.建立了该汽车排气系统与发动机的联合模型,并利用此模型得到了排气系统进口温度、质量流量、密度等参数.以此作为边界条件,利用三维CFD软件对该汽车排气系统流场进行了模拟,找到了影响排气系统背压的关键结构并进行了优化.结果表明,模拟结果与试验结果吻合性良好,优化后排气系统背压由40.5 kPa降至30 kPa.     

高压共轨柴油机高海拔热平衡模拟试验研究

在内燃机高海拔（低气压）模拟试验台上,对某高压共轨柴油机进行了模拟高原环境的热平衡试验,研究了海拔高度和冷却液温度对柴油机整机热流量分配的影响。结果表明：随着海拔的升高,转化为有效功的热量以及排气带走的热量逐渐下降,冷却液散热量逐渐增大,其他热量损失大幅增加;在相同海拔下,随着冷却液温度的升高,转化为有效功的热量和排气带走的热量逐渐增加,冷却液带走的热量大幅下降,其他热量损失明显增大;当海拔大于3000 m 后各项热流量分配的增幅或降幅变化更加明显。     

V型发动机冷却水套改进及三维数值模拟分析

为了提高某V型发动机冷却性能,对该机原冷却水套模型结构分5个阶段进行了改进,包括加大左右侧排气端气缸垫通道面积,增加气缸盖和气缸体水套通道,开通气缸盖水套排气侧中间断口。利用Ricardo三维流体软件VECTIS对原水套和每阶段改进水套进行了三维数值模拟计算,并进行了比较分析。结果表明,最终改进后的水套流动性能比原水套有明显的改善。     

型发动机冷却水套改进及三维数值模拟分析

为了提高某V型发动机冷却性能，对该机原冷却水套模型结构分5个阶段进行了改进，包括加大左右侧排气端气缸垫通道面积，增加气缸盖和气缸体水套通道，开通气缸盖水套排气侧中间断口。利用Ricardo三维流体软件VECTIS对原水套和每阶段改进水套进行了三维数值模拟计算，并进行了比较分析。结果表明，最终改进后的水套流动性能比原水套有明显的改善。     

车用柴油机排气微粒分流式稀释取样测量系统的研制

本文设计了一种测量车用柴油机排气微粒的分流式稀释取样系统并制出了实验样品。文中说明了系统的布置和主要参数。重点是用ＣＯ２示踪法标定了不同发动机工部下的稀释比。用该系统测量一台车用柴油机的排气微粒结果表明该系统效果好，很实用。