新型热力循环.ppt

1、新的热力循环，即内燃机工作介质移动气缸并喷水做功，热力循环，热力循环，是指工作物质经过一系列状态变化后回到其初始状态的全过程，也称循环过程。热力循环，例如，当热力发动机工作时，工作物质(如蒸汽机中的蒸汽)通过一系列状态变化将从高温热源吸收的一部分热量转化为机械功，并将一部分废热排放到低温热源，同时工作物质本身返回到其原始状态。热力循环，因为热机必须不断地工作，其中的工作物质必须一次又一次地执行这个循环过程，以不断地从热源吸收热量，并在外部做功。什么是内燃机？内燃机是一种通过燃烧和做功将燃油能量转化为动能的机械装置。背景：汽车内燃机是石油能源消耗的主要产品之一。据统计，2010年中国汽车内燃机消

2、耗的石油占石油总消耗量的比例达到60%，超过了中国进口石油的总量。背景：全球石油生产和消费总量逐年增加。背景：中国的年石油消费量与国内生产总值增长密切相关。背景：中国石油产量增长缓慢，而石油消费量增长迅速。背景：从图中可以看出，在过去的十年里，我国的内燃机仍以年均17.5%的速度增长。发展高效节能的内燃机技术仍然是解决石油能源危机的主要手段之一。汽车使用的内燃机燃料能量只有35%左右，而真正用于驱动和加速汽车的只有25%。然而，废气携带2050%的燃料能量。对于典型的2.0L汽油发动机，在正常负载和速度条件下，21%的能量与废气一起排放到大气中，在峰值功率条件下，废气带走的能量比例甚至可能高达

3、44%。循环内燃机节能新技术包括工作介质移动气缸内燃机、工作介质移动气缸内燃机、工作介质移动气缸内燃机，即内燃机循环功的工作介质通过连接装置在几个气缸之间依次传递。内燃机的一个工作循环可以通过移动工作介质被分成多个气缸，因此它也被称为分开循环。根据内燃机原理，汽油机的理论循环是等容加热循环(奥托循环)，该循环的热效率如下：柴油机的理论循环是等压加热循环(柴油机循环)，该循环的热效率是压缩比、预膨胀比和比热容比。工作介质换缸技术可以提高压缩比，采用工作介质换缸技术的内燃机可以将压缩和燃烧在不同的气缸中分开，减轻压缩气缸的热应力，从而可以突破传统内燃机工作模式对压缩比的限制，达到更高的压缩比。工质

4、转移气缸技术可以提高压缩比，从而提高汽油机和柴油机的理论热效率。提高压缩比的实质在于提高膨胀比，当排气阀打开时降低缸内温度，并增加缸内最高燃烧温度和排气温度之间的温差，从而提高内燃机的工作效率。此外，提高压缩比还可以提高压缩结束时气缸内的温度和压力，提高火焰传播速度，使燃烧更加稳定和充分。汽油机在部分负荷工况下的进气节气门导致进气量减少。因此，提高压缩比将更明显地提高汽油机的循环热效率。斯卡德里内燃机是一种工作介质移动气缸实现完全膨胀。除了提高压缩比外，工质移动气缸技术可以实现全膨胀循环，燃烧做功后的废气被转移到另一个膨胀气缸继续膨胀做功，从而达到回收内燃机燃烧废气能量的目的。根据奥托阿特金森

5、循环和米勒循环的原理，当一个循环中的膨胀比大于压缩比时，内燃机的热效率可以得到提高。与奥托循环相比，米勒循环可以增加“1-4-5-6”区域的有效功。膨胀比大于压缩比的工作循环称为全膨胀循环。然而，米勒循环的进气“逆流”减少了进气量，使内燃机的低速扭矩性能非常差；为了获得较大的膨胀比，米勒循环内燃机的活塞行程较长，不利于高速运转。工质换缸技术可以通过改变前后缸的容积来实现全膨胀机循环，可以避免上述米勒循环内燃机的缺点。喷水式内燃机节能技术。由于基于工质移动气缸技术的内燃机燃烧废气能量回收技术不适合低速工况，为了回收更多的废热能，许多研究者提出了基于喷水做功的内燃机燃烧废气能量回收技术。这些技术大

6、多利用水来吸收内燃机的高温废气热量，然后蒸发膨胀再做功。根据技术特点，喷水式内燃机节能技术可分为两种类型：(1)燃气直接喷水；(2)通过热交换器加热。(1)气体中直接喷水是指液态水通过喷水器直接喷入气缸内的气体中，水滴在气缸内完成吸热过程。为了提高传统四冲程内燃机的热效率，许多专利提出在燃烧做功冲程期间向气缸喷水，并利用蒸汽膨胀做功，从而在不增加燃料消耗的情况下输出更多的动力。美国工程师克罗发明了六冲程内燃机，其工作原理如图所示。这种内燃机在“进气-压缩-燃烧做功-排气”的四冲程排气冲程中，将一部分高温废气留在气缸内，压缩后，在压缩上止点附近喷水，在第五冲程吸热膨胀水蒸气，推动活塞再次做功，内

7、燃机经历“进气-压缩-燃烧做功-排气-喷水做功-排汽”的六冲程。利用热交换器加热水回收内燃机排气能量的技术通常基于朗肯循环。朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，其工作原理和温度曲线如图所示。兰金循环是将低品位能量转化为中品位能量最常用和最可靠的能量回收系统。许多研究证明，朗肯循环具有很高的排气能量回收潜力。用于内燃机的朗肯循环换热器是循环液体工质和废气之间进行能量交换的装置，它将决定工质能从废气中带走多少能量。因此，它是直接关系到废气能量回收效率的关键技术。王天佑和其他人在他们的研究中使用了典型的热交换器，其结构如图所示。它安装在内燃机的排气管上，工作介质通过密集的细管与废气进行热交换，增加了热交换面积，从而获得较高的热交换效率。宝马公司开发了一种基于兰金循环的内燃机排气能量回收系统，称为涡轮蒸汽机。为了获得更高的能量回收效率，系统设计了两个循环：低温和高温。高温循环使用水作为工作介质，低温循环使用乙醇作为工作介质。结果表明，内燃机的有效热效率、输出功率和扭矩分别提高了15%、10kW和20Nm，2020/8/12/33，汽油发动机和柴油发动机的一般区别，以及两种新的