從發(fā)動機(jī)熱平衡和能量品質(zhì)角度來看,燃料在發(fā)動機(jī)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(yùn)含的能量利用潛力非常高。利用廢氣能量進(jìn)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(jì)搭建柴油機(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng),首先針對某型自然吸氣式柴油機(jī),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(jìn)行柴油機(jī)-動力渦輪聯(lián)合工況試驗(yàn),選擇高速永磁發(fā)電機(jī),確定以直齒圓柱齒輪減速傳動機(jī)構(gòu)的型式,計(jì)算減速傳動機(jī)構(gòu)的參數(shù)尺寸,完成柴油機(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)各組成部分的設(shè)計(jì)選型。同時,確定了動力渦輪、齒輪和軸承的潤滑方式,設(shè)計(jì)動力渦輪的潤滑油路,采用油池潤滑方式對齒輪進(jìn)行潤滑,選擇潤滑脂來對軸承進(jìn)行潤滑。最后,依據(jù)搭建柴油機(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析,研究了不同工況下發(fā)電機(jī)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(jī)原機(jī)與柴油機(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)之間經(jīng)濟(jì)性的對比。最后針對柴油機(jī)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(yàn)發(fā)現(xiàn):在(1800r/min,30%負(fù)荷)工況點(diǎn),發(fā)電機(jī)開始工作對外輸出功率和電壓,并且隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加,發(fā)電機(jī)輸出功率也呈線性增大。在低轉(zhuǎn)速低負(fù)荷工況時,發(fā)電機(jī)輸出功率較低,最低值為2.90W;高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷工況時,發(fā)電機(jī)輸出功率較高,最高值達(dá)到776.76W。在試驗(yàn)工況下,系統(tǒng)功率增長率λ隨著柴油機(jī)負(fù)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(dá)到最大。同時,在相同試驗(yàn)工況下,渦輪發(fā)電系統(tǒng)的燃油消耗率比柴油機(jī)原機(jī)試驗(yàn)時的燃油消耗率都要低,在30%負(fù)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(dá)到了最大值36.60%;在(2600r/min、60%負(fù)荷)工況點(diǎn)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(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)總能效率隨著負(fù)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(fù)荷從30%到60%,總能效率先增加再降低,在中間負(fù)荷區(qū)域達(dá)到最大值。然而在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為2200r/min時,總能效率隨著柴油機(jī)負(fù)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(fù)荷的增加而不斷減小。而在相同負(fù)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(dá)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(fù)荷下,總能效率呈先增大再降低的變化趨勢�？傮w來說,試驗(yàn)工況下,柴油機(jī)廢氣渦輪發(fā)電系統(tǒng)總能效率在2400r/min時達(dá)到最優(yōu),總能效率的平均值為5.845%,最大值為6.913%。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U464.172
【部分圖文】：

渦輪回收利用發(fā)動機(jī)廢氣能量的優(yōu)勢所在，為發(fā)動機(jī)廢氣計(jì)提供了相應(yīng)的理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)依據(jù)[13-14]。長安大學(xué)設(shè)計(jì)了一種渦輪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)，該裝置設(shè)定當(dāng)轉(zhuǎn)子，發(fā)動機(jī)排出的廢氣推動渦輪工作，此時渦輪對發(fā)動機(jī)排時發(fā)動機(jī)也處于高效率區(qū)，發(fā)動機(jī)總熱能的利用率和燃料于GT-Suite建立了某重型柴油機(jī)可控機(jī)械復(fù)合渦輪回收整機(jī)械復(fù)合渦輪系統(tǒng)的分層效率評價指標(biāo)，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(biāo)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(jī)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(yàn)系統(tǒng)對仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)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(diǎn)下系統(tǒng)有效效率可以提高 8%，在 US06 和 FTP油經(jīng)濟(jì)性分別提高 4.7%和 1.8%[19-20]。

需要的能量時，多出的渦輪機(jī)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(jī)排氣能量的計(jì)算和渦計(jì)，并通過研究分析系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)換效率，從理論上證實(shí)的可行性和發(fā)動機(jī)排氣能量的可有效利用性[25]。等利用發(fā)動機(jī)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(jī)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(yùn)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(dá)到 和高文志等人針對某型 2.0L 汽油機(jī)，搭建了朗肯循環(huán)試驗(yàn)朗肯循環(huán)試驗(yàn)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(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率都隨汽油機(jī)負(fù)荷的增大而增加負(fù)荷為 90%時，膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)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(jī)制造商聯(lián)合組織在 1988 年開始實(shí)施了 高性能TET）計(jì)劃，計(jì)劃在 2005 年將國內(nèi)航空推進(jìn)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(jī)結(jié)合的想法[30T 計(jì)劃實(shí)施的第十年，即 1998 年，Brian J.Selfors 等輪空壓機(jī)發(fā)電的裝置，該裝置是通過利用發(fā)動機(jī)廢氣動渦輪機(jī)，然后再帶動發(fā)電機(jī)工作。這套裝置最大的機(jī)和交流發(fā)電機(jī)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(jī)的發(fā)電效了不同負(fù)荷條件下動力渦輪發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)發(fā)電量經(jīng)濟(jì)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(jì)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(fù)荷愈高，渦輪發(fā)電系統(tǒng)的效率愈明顯[33]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2866738