氣動(dòng)-燃油混合動(dòng)力能量回收利用研究.pdf

1、氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)是以液氮或壓縮空氣儲(chǔ)能的一種新型動(dòng)力機(jī)械。它以完全無燃燒、零排放且不依賴礦物燃料等特性，而逐漸受到各國(guó)的重視。但是氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)本身儲(chǔ)能密度低、續(xù)駛里程短，能量轉(zhuǎn)換效率低，大大限制了其實(shí)用化。內(nèi)燃機(jī)可以彌補(bǔ)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)續(xù)駛里程短的缺陷，而且其排氣和冷卻水的廢熱可以用來提高氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。因此將兩者結(jié)合起來，形成一種新型混合動(dòng)力。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力不僅可以彌補(bǔ)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的不足，還具有優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)工作區(qū)域、取消怠速、易

2、實(shí)現(xiàn)能量回收等優(yōu)勢(shì)。本文以提高氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率為工作目標(biāo)，開展的主要研究工作及其所得結(jié)論如下：
　　 ⑴采用經(jīng)典熱力學(xué)理論，分析了氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的單級(jí)開式朗肯循環(huán)可用能損失分布，得到排氣是系統(tǒng)可用能損失在主要環(huán)節(jié)之一。由于受環(huán)境溫度的限制，循環(huán)效率難以提高。研究得到采用再熱系統(tǒng)、氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)等可以消減環(huán)境因素制約，是提高氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)效率的可行途徑。
　　 ⑵采用生命循環(huán)效率分析法研究了多種動(dòng)力形式汽車的

3、總效率，結(jié)果表明氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力與汽油電動(dòng)混合動(dòng)力的生命循環(huán)效率相當(dāng)，高于其他動(dòng)力汽車，說明氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力方案具有可行性和競(jìng)爭(zhēng)性。
　　 ⑶采用變質(zhì)量熱力學(xué)理論，建立了氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)工作模型，通過對(duì)漏氣模型的補(bǔ)充，得到與試驗(yàn)更加接近的計(jì)算結(jié)果。在完善了工作模型的基礎(chǔ)上，研究了各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響，并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 ⑷建立了完整的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、氣

4、動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣與內(nèi)燃機(jī)循環(huán)冷卻水換熱系統(tǒng)以及相關(guān)管路的耦合模型。研究了不同的混合動(dòng)力方案下氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化和內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)狀態(tài)變化，并對(duì)不同混合動(dòng)力方案進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)和匹配研究。結(jié)果表明采用回收冷卻水能量的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力模式可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的，一是通過回收內(nèi)燃機(jī)循環(huán)冷卻水的熱量，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性與其單獨(dú)工作時(shí)相比，得到了明顯提高；二是通過匹配設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)無需散熱器、風(fēng)扇等裝置，通過混合動(dòng)力系統(tǒng)中的水空換熱器也達(dá)

5、到了冷卻要求，不僅簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也節(jié)省了風(fēng)扇對(duì)內(nèi)燃機(jī)功率的消耗。
　　 ⑸對(duì)回收冷卻水能量的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)研究，從氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能變化、內(nèi)燃機(jī)冷卻水狀態(tài)和能量回收情況等方面進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，利用冷卻水加熱氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的混合動(dòng)力方案是可行的，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性與其單獨(dú)做功相比均有明顯改善，同時(shí)通過匹配混合方案，內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)在無散熱器、風(fēng)扇等裝置的條件下，達(dá)到了冷卻要求。