摘 要：为提高内燃机能量利用率，搭建柴油机废气能量动力涡轮回收系统试验台架，通过试验分析了柴油机废气能量及系统的经济性。研究结果表明：废气总能量范围在18kW～30kW之间，废气净回收能量最大值为3.45kW。
关键词：柴油机;废气回收;动力涡轮;能量分析
如今汽车拥有量逐年增加，内燃机燃料燃烧释放的能量约有1/3被排气带走，回收这部分能量对提升内燃机燃料利用最大化具有很大的社会和经济效益。目前有关废气能量回收利用的方式有多种，其中涡轮复合技术是将动力涡轮耦合到发动机的排气系统，将排气能量经过动力涡轮转换为机械能，从而有效回收排气能量。本文通过柴油机废气能量动力涡轮回收系统台架试验，分析了柴油机废气能量组成以及系统的经济性能。
1 试验系统构建
柴油机废气能量动力涡轮回收系统试验布置情况，如图1所示。其中，试验柴油机为YND485Q型自然吸气式车用发动机。
2 废气能量组成
2.1 废气能量计算模型
废气能量可认为由排气余热能、余压能和余动能三部分组成，即Q总=Q动+Q压+Q热。
从图（a）中可以看出，余动能随着转速的增大而增大，但整个工况范围内能量值不是很高，最高只有1.1kW左右。由图（b）可知，余压能同样是随着转速的升高而升高，最高达到了3.60kW。余热能分布如图（c）所示，最小值为5.3kW，最大值为27.1kW。图（d）所示为废气总能量分布，从中可以看出废气总能量范围在18kW～30kW之间。由此可见，废气能量主要表现形式为余热能。
2.3 动力涡轮输出功率
涡轮输出功率可按下式进行计算：
式中，mex为排气質量流量，kg/s;T为涡轮进口处排气温度，K;P1和P2分别为涡轮进、出口排气压力，kPa;ηT为动力涡轮效率。依据试验数据及式（4），计算得出的动力涡轮输出功率分布如图3所示。
从图3中可以看出，涡轮输出功率随着发动机转速与负荷的增加而增加，范围在1.43kW～4.71kW之间。
3 系统经济性分析
废气净回收能量。相对于不带任何负载的发动机，由于装有动力涡轮的发动机排气背压较高，导致发动机油耗也相应增加。动力涡轮输出能量全部由废气能量转换而来，一部分用于抵消发动机多消耗的能量，另外部分就是系统净回收能量。为了便于比较发动机多消耗燃油量与系统净回收能量，将油耗换算为单位时间燃料燃烧产生的热量，可以得出发动机多消耗的能
式中，Ph为发动机多消耗能量，kW;B1和B2分别为带涡轮和不带涡轮发动机燃油消耗量，kg/h;Hu为柴油低热值，kJ/kg。进一步得出废气净回收能量：PJ=PT-Ph（6）
式中，PT为动力涡轮输出能量，kW;Ph为发动机多消耗能量，kW。
分别将转速和负荷各分为低、中、高三个区间，全工况下废气净回收能量分布如下表所示。
从上表中可以看出，各个转速区间内的废气净回收能量都随着转速的增加而增加，且全部为正值，说明动力涡轮输出能量抵消了发动机多消耗能量，燃料利用率有所提升。
4 结论
（1）该系统柴油机废气总能量范围在18kW～30kW之间，回收潜力很大。
（2）当发动机转速为2000r/min、转矩为120N·m时，废气净回收能量达到了最高的3.45kW。
涡轮发动机
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