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你知道几种发动机余热回收技术吗?
添加时间:2019-09-27

发动机通过燃料燃烧产生机械能,在能量转换过程中会产生能量损失。根据研究,发动机的热当量转化为有效功占燃料燃烧总热值的30%-45%(柴油机)或20%-30%(汽油机)。其他以余热形式排出的热量占燃烧总热值的55%-70%(柴油机)或70%-80%(汽油机),因此汽车燃料燃烧产生的热值只有约三分之一得到有效利用。而其他大部分能量则是通过发动机的冷却和散热以及高温下的排气散热而损失的。

以下是典型的发动机能量流程图。

废气离开发动机燃烧室后,排气温度可高达800-900摄氏度,因此,废气的高热含量可将高达35%的燃料能源带入环境,不仅浪费能源,而且增加碳排放。为了提高发动机的热利用效率,减少能量损失,工程师们开发了多种废气能量余热回收技术,主要包括废气轮机、朗肯循环和热电联产。通过各种技术的应用,可以回收30%以上的余热。

1、涡轮增压

废气涡轮增压技术是将发动机排出的废气输入涡轮,通过涡轮的作用提高进气压力,从而提高内燃机的动力性和经济性。目前,废气涡轮增压技术市场已经相当成熟。它已经发展了100多年。在我国,柴油机几乎是100%的涡轮增压,而汽油机涡轮增压器所占份额超过40%。目前,在中国市场上应用***进的应该是两级涡轮增压柴油机,它已经在长城gw4d20t和上汽大通pi发动机上批量生产。

除了简单地利用废气涡轮增压来增加进气压力外,涡轮复合技术还被开发出来,通过机械连接将涡轮动力传递给曲轴,以提高发动机扭矩输出。此外,在发动机电气化的趋势下,利用涡轮增压废气驱动发电机发电也是一个重要的技术方向。具体来说,我们可以参考汽车动力总成的早期文章。

2、朗肯循环

朗肯循环是一种简单的蒸汽动力循环。早在20世纪70年代,朗肯循环发动机余热回收技术的研究就开始了。朗肯循环中,循环工质吸收蒸发器中的余热,由液体变为高压蒸汽,驱动膨胀机(汽轮机)发电。此时,高压蒸汽转化为低压蒸汽,再经冷凝器冷凝成液体,完成一个循环。示意图如下。

试验结果表明,采用rankine循环余热回收系统后,发动机热效率可提高13%-20%左右。从以上本田朗肯循环发动机可以看出,系统结构对空间需求非常重要,因此受到空间因素、成本和技术复杂性的影响,而这项技术应该更加到位。研究阶段。

三.热电发电机(TEG)

半导体热电发电是基于温差产生的塞贝克效应。seebeck效应又称***热电效应,是指由于两种不同的导体或半导体之间的温差而引起的两种材料之间电压差的热电现象。

三甘醇通常直接位于发动机的排气端。三甘醇离发动机排气端越近越好。目前,汽车热电发电模块***温度不超过750℃,而在三元催化转化器出口处,尾部温度一般在800℃左右,三元催化转化器与一级消声器之间靠近催化转化器端部布置有三元催化转化器模块,充分利用余热高效发电。根据研究,通过温差发电可以提高热效率10%以上。

简单比较了上述三种余热回收技术的优缺点。

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