柴油机余热回收利用涡轮复合技术分析

近日,沃尔沃推出沃尔沃FH系列卡车,这是沃尔沃迄今为止最省油的卡车。它采用了一套名为“i-save”的节油解决方案,包括最省油的D13TC发动机、i-shift手自一体变速器、节油后桥、可变排量动力转向泵等先进技术,***节油7%。石油成本。

其中,核心是D13TC柴油机,它采用了沃尔沃独有的两项核心技术:

其中一个是沃尔沃专利的Wave活塞。当柴油喷入气缸时,它可以引导火焰从活塞的周边向中心燃烧。这种独特的设计可以更充分地燃烧燃油,达到提高燃烧和效率的目的。高压共轨系统的喷油压力高达2400bar,可提高燃油输送精度,降低噪音。

涡轮复合是利用动力涡轮从排气中提取附加能量,并通过机械耦合传动系统将能量传递给曲轴,提供发动机动力的过程。涡轮组合结构的原理如下:

因此,涡轮增压发动机具有良好的经济性(能量回收)、高低速扭矩(带小涡轮增压器)、低排放(可产生更大的废气再循环率-EGR率),因此在斯堪尼亚等世界***商用车公司得到了重复利用(见下图)。沃尔沃、底特律柴油机厂等发动机均配备涡轮复合系统。

为什么汽轮机重组是余热回收的手段之一?例如,离开发动机燃烧室的排气温度约为+650摄氏度。经过涡轮增压器后,温度降至+550摄氏度左右。100摄氏度的温差用于驱动涡轮增压器。当废气刚刚通过动力涡轮(涡轮组合系统的附加涡轮)时,温度约为+450摄氏度。发动机的曲轴由齿轮和液压离合器驱动,使用涡轮组合中100摄氏度的温差能系统。

基于沃尔沃的涡轮组合系统,进行了具体的分析:涡轮组合部件位于涡轮增压器和发动机曲轴飞轮之间。通过减速齿轮4降低动力涡轮的高速。液压离合器用于平衡转速的变化,进一步减速使转速适应曲轴。最终动力通过齿轮传递到曲轴飞轮。

上面介绍的涡轮复合直接将提取的废气能量输入到发动机曲轴。因此,上述涡轮复合技术被称为机械涡轮复合涡轮增压。如果动力涡轮机不是连接到曲轴飞轮,而是连接到发电机,这种技术称为电涡轮复合材料。

几十年来,机械涡轮复合材料在柴油机上的应用越来越广泛。20世纪50年代首先用于飞机发动机,60年代又用于汽车发动机,目前国外知名商用车已经非常成熟,但国内发动机在这方面还处于空白。

下一步,随着油耗和排放要求的不断深入,以及混合动力汽车的应用,电动涡轮增压将成为重要的发展趋势。它将发动机集成在涡轮增压器上,吸收涡轮端多余的功率并发电,这样电子系统就可以灵活地分配。在汽车动力总成前文介绍的fevites系统中,对现有的涡轮复合材料进行了升级。通过模态转换,将机械涡轮复合材料与电涡轮复合材料巧妙地结合在一起。

总之,机械涡轮复合材料和电涡轮复合材料是满足未来柴油机节能减排的关键技术措施,具有非常广阔的应用前景。 

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