发动机热效率是什么鬼?55%的热效率又代表着什么?_中国卡车网
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发动机热效率是什么鬼?55%的热效率又代表着什么?

发布时间:2018-01-03 10:05:00 分享 反馈
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  相信不少朋友会在网上看到“发动机热效率”这个词,但未必能解释清楚其中的含义,顶多知道这款发动机很厉害罢了。下面我们就来看看发动机热效率到底是个什么概念:

  发动机的工作原理是让燃料在汽缸内爆燃,在一瞬间内形成大量的高温、高压气体,以此来推动汽缸活塞运动,从而将蕴藏在燃料中的化学能转化成机械能,再通过曲柄机构将活塞的往复运动转化成作用于变速箱的圆周运动。

  发动机其实就是将热能转化成动能的东西。但柴油燃烧所得的能,有很多都是被浪费掉的。热效率也就是1单位柴油所产生的动能,简单的说就是热效率越高,发动机越省油。

  所以,降低油耗与发动机热效率的高低密切相关。2009年美国能源部宣布,准备在2010-2015年投资2.7亿美元用于研发比原有卡车油耗低50%、发动机热效率提高50%、排放标准高于欧VI的“超级卡车计划”。在2016年,美国开始了第二期超级卡车项目,投资8000万美元,在50%热效率发动机基础上,进一步将发动机热效率提升至55%。康明斯作为美国超级卡车项目第一期和第二期的重要参与单位,发动机热效率达到了55%!这又是怎么做到的呢?

  01实现55%热效率的总线路图

  康明斯在超级卡车计划第一期中实现的51%热效率(BTE)发动机基础上,继续开展节能技术研究。为实现55%热效率的目标,预计将从燃烧系统方面优化使BTE提升1.3%,从喷油系统方面优化使BTE提升1.3%,从空气系统(EGR和增压器)方面优化使BTE提升0.6%,从改善机械效率方面使BTE提升0.6%,从余热回收系统优化方面提升0.2%。采用这些优化方法,使发动机热效率在原机基础上提高了4%,达到55%热效率水平。

实现55%热效率的总线路图实现55%热效率的总线路图

  02燃烧系统优化

  燃烧系统优化是改善热效率的重要方法,其在实现55%热效率目标中所占比重较大。在超级卡车第一期中,康明斯采用了钢活塞,并对活塞进行了冷却。为了实现55%热效率的目标,康明斯将进一步提高压缩比,无活塞冷却或少量冷却,采用先进的隔热涂层技术减小燃烧室的传热系数,提高冷却液温度,以降低传热损失。通过采用这些技术,预计使BTE提高1.3%。

  03燃油喷射系统优化

  在超级卡车第一期计划中,康明期采用了传统的高压共轨和喷油器;而在第二期计划中,康明斯将采用高流量喷油器,是传统喷油器流量的3倍。提高喷油器流量有利于缩短燃烧持续期,预计通过提高喷油器流量使BTE提高1.3%。

  04空气系统优化

  在超级卡车第一期计划中,康明期采用了冷却高压EGR和VGT增压系统;而在第二期计划中,康明期采用了高低压复合EGR系统和双通道涡轮增压系统,并对排气歧管进行优化设计,预计使BTE增加0.6%。

  05余热回收系统优化

  在超级卡车第一期计划中,康明期对高压EGR、排气、冷却水和机油中的余热进行了回收;而在第二期计划中,康明期对高压EGR、低压EGR、排气、冷却水、机油和中冷器中的余热进行了回收,并对透平膨胀机进行优化设计,预计使BTE增加0.2%。

  06后处理系统

  对于高热效率发动机而言,其NOx排放通常较高,而且排气温度较低,对后处理系统提出了更高的要求。在超级卡车第一期计划中,康明斯采用了DOC+DPF+SCR的传统后处理技术;而在第二期计划中,康明斯采用了DOC+SCRF Closed-Coupled +SCR的先进后处理技术,可进一步提高NOx转化效率。SCRF是将选择性催化还原SCR催化剂涂覆到壁流式微粒过滤器内,能同时降低柴油机NOx和颗粒物排放的集成式后处理装置。

  07机械系统优化

  在超级卡车第一期计划中,康明斯主要采用低张力油环、可变流量机油泵、等离子体喷涂气缸套技术;而在第二期计划中,康明期采用了低张力的活塞环、类金刚石碳(DLC)涂层活塞环、新型等离子体喷涂气缸套、可变流量泵以及降低气门机构损失等技术。类金刚石碳(DLC)涂层具有与金刚石涂层类似的优异性能以及石墨的自润滑性能,具有优异的耐磨性能和摩擦性能,能有效地降低摩擦损失、控制结构磨损。通过以上的机械效率提升技术,预计使BTE提高0.6%。

  综合以上来看,想把热效率提高1%真不是一件简单的事情。看到55%发动机热效率这个数字,是不是忍不住要点个赞?

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  • 来源:康明斯中国
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