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1、关于内燃机排气喷水增压做功可行性研究【摘要】常规发动机缸内完成燃烧后所产生的废弃具有较高的温度，若对这一较高温度加以利用则会明显提高内燃机的热效率，本文论述了一种类似燃烧汽缸的装置，该装置利用喷水系统将常温水喷射到具有较高温度的废气室，使得喷入水快速气化，从而瞬间提高混合室的压力，进而推动活塞做功。该装置将会充分利用废气散失的热量，实现节能环保减排的目的，若取消散热系统将其更换为其他自动控制系统，不会增加制造成本，只需在原来的发动机的基础上稍加改进即可达到节约能源的功效。是一项较容易实现及推广实施的技术。
2、【关键字】内燃机,排气,喷水,做功,增压，EGR，焓值1前言随着全球能耗的日益增加,节能和研制新能源已成为人类的重要课题。据专家估计,地球上的不可再生能源(如,煤、石油、天然气等)在最近的100年-200年间将被消耗殆尽。因此,人们不得不将更多的目光投向可再生能源。如太阳能、风能、潮汐能等,同时也更加注重提高现有能源的利用效率。各种余热回收的方法和手段也应运而生。全球目前约有九亿辆汽车,其中绝大部分是普通的燃油内燃机汽车。而燃油在发动机中燃烧产生的热量并没有全部变成动能,除去冷却水和摩擦等损失外,还有约3
3、0%-40%的能量以尾气余热的形式排放到大气中去。考虑到尾气中酸性氧化物的露点腐蚀问题,则排放温度不得低于180摄氏度,所排出的还可利用的废弃热量约为燃烧总量的16%左右。若能将此余热回收利用,对于提高汽车燃油经济性,减少温室气体的排放是很有帮助的。内燃机作为汽车最关键的部件，其性能直接影响汽车油耗的高低。到目前为止，汽车行业在提高内燃机效率方面已经取得了巨大的进步，对内燃机效率的改进主要集中在优化油气混合和缸内燃烧等方面，虽然内燃机效率通过上述方法已有很大提升，但仅通过这些途径还是不能充分满足未来燃油经
4、济性的目标[4]。对于车用柴油机，仅有40%多的燃油能量转换为机械能，剩余能量最终通过发动机排气、冷却水等释放到大气环境中。若能将发动机剩余能量有效回收利用，则对提升发动机效率、降低发动机油耗量具有重大意义。1.2.1发动机热平衡分析表1-1为柴油机各部分能量分布比例，由表可知燃油能量仅有38.5%转化为机械能，而近60%的燃油能量没有被利用。柴油机余热主要通排气、冷却水、中冷器等释放到大气环境中。其中，发动机尾气带走了32.7%的能量，冷却水带走18%的能量，而中冷器损失了8.4%的能量。表1-1某柴油
5、机热平衡分析输出功尾气冷却水中冷器未燃烧油kW215018211003471132%38.532.7188.42.4汽车因排量不同、燃料不同,尾气热排放能力也有所不同。据了解,普通汽车尾气温度大概在500℃至900℃之间。若将这些余热收集起来,不但可以供司乘人员取暖、加热饮料、蒸煮食物、提供热水淋浴,进一步提高乘坐的舒适性,还可以用来制冷和发电。2发动机尾气利用空间发动机的排放物主要由未燃烧成分、燃烧产物以及过剩空气组成的。除了氮气,氧气,氢气和水蒸气等无害外,其余均为有害成分,该有害成分主要是氮氧化物,
6、一氧化氮,碳氢化合物,二氧化硫和燃烧颗粒等。氧气,氢气等可以在尾气再循环利用过程中得到利用，一氧化氮和二氧化硫会使人中毒、窒息，氮氧化物和碳氢化合物经光照会生成光化学烟雾使动植物受害，微粒悬浮在空气中易被人吸入体内而构成对身体的伤害。此外二氧化碳是产生温室效应的祸首。除上述外,尾气中还有可以利用的能量。汽车发动机动力输出占燃油燃烧总热量的25%-42%,其余以废热形式从冷却水和尾气等中排出。车外的能量占燃烧总能量的58%-75%,这不仅是一种能量浪费,同时也会造成一定程度的大气热污染。发动机尾气的余热具有
7、温度高、压强大、流速快的特点,因此尾气所含能量在浪费的热量中占主要部分。根据工程热力学热力性质和过程,若发动机尾气初比焓值为607.02kJ/kg,背压状况比焓值为300.19kJ/kg时,则尾气中含有的能量为：可见,尾气中含有相当数量的能量,若从尾气中回收这部分能量并加以利用,则是提高能量利用率的重要途径之一。这样既节省能源又会使车辆运行费用降低。通过对发动机各部分的能量分析可知，发动机尾气能占输入能量的比例最高，其所占比例达40%以上，因此，需要对其能量进行火用分析，确定其能量回收价值。发动机尾气火用
8、值计算公式为（2-1）式中，为发动机涡轮后尾气火用（kW）为发动机涡轮后尾气熵（kJ/kg.K）为环境温度（K）为达到与环境相平衡状态时的尾气焓（kJ/kg）为达到与环境相平衡状态时的尾气熵（kJ/kg.K）通过以上对发动机的热平衡分析以及尾气的能分析和火用分析可知，发动机尾气作为发动机余热的主要组成部分，不仅能值最高，而且其火用值也较大，而对于发动机其他部分的热损失，所占比例最大的为发动机冷却水热量，在发动机正常运转时，其工
