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1、内燃机排气喷水增加压力做功可行性分析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。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济性的目标。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
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
3、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
4、。发动机尾气火用值计算公式为（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，其工作温度大约为80-90℃，也具有一定的回收价值。2排气喷水增压做功发动机方案根据发动机在结构和工作原理我们提出
5、两种排气喷水增压方案。（1）六冲程发动机。采用排气与喷水接触式增压。将普通发动机在一个气缸内完成的进气、压缩、燃烧做功、排气的四个过程增加为进气、压缩、燃烧做功、压缩喷水、膨胀做功和排气六个工作过程。在废气压缩行程末端时向气缸内喷水,水吸热变成水蒸汽,体积膨胀继续推动活塞做功,从而达到做第二次功的过程。（2）寄生循环发动机。燃料燃烧与喷水汽化不在一个汽缸内进行,而是将燃烧室生产的尾气导入到专供喷水蒸发汽化的汽化室内,当汽化室内的温度升至一定温度值时,计算机将通过传导系统自动向该汽化室内喷水,使水在高温中迅速汽化膨胀推动活塞运动而做功,将原来采用各种散
6、热装置散失掉的热能量充分利用。这样的发动机做功方法，必须有热源才能维持工作循环，因而称这样的循环为寄生循环。2.1六冲程发动机原理普通的四冲程发动机把3/4的能量以热能的形式散发掉了。六冲程发动机则利用了部分散发的热能去制造蒸汽以回收部分本来会损失的能量。在普通四冲程发动机的“进气-压缩-燃烧做功-排气”四个冲程之后，第五个冲程开始的时候，把水喷进炽热的气缸里面，水马上就变成了温度高达816度的蒸汽，体积急剧膨胀1600倍，同时气缸内压强急剧增大，推动活塞再次做功——如此一来，每6个冲程中就出现2个做功冲程，而消耗的燃油却没有变化。到了第6个冲程，发
7、动机把水蒸气排放到一个冷却器，水蒸气在那里重新变成水。根据计算，六冲程发动机能比传统的四冲程发动机效率提高40%。如果是柴油机的话，还可以再提高5%。系统热力学分析将利用热力学第一定律和热力学第二定律，分别采用能分析法和火用分析法对六冲程发动机系统进行热力学分析，为下节的计算提供理论基础。计算中对六冲程发动机系统做出以下假设：（1）把燃料定容及定压燃烧产生高温，高压燃气的过程简化为工质从高温热源可逆定容及定压吸热过程，高压喷水的吸热过程为定压吸热过程。废气和水蒸气的排放过程简化为向向低温热源可逆定容放热过程。（2）把循环工质简化为空气，且作理想气体处
8、理，比热容取定值。（3）在膨胀和压缩过程中忽略气体与气缸之间的热交换，简化为可逆绝热过程。通过上述简化，将整
