汽車發動機能不能高溫廢氣廢熱?去加熱進氣和汽油,再混合進入氣缸做功,有什么限制條件?
實際上內燃機發展至今日、也在不斷在開發廢熱(尾氣)的潛力,最常見的就是渦輪增壓、就是利用了廢氣中所攜帶的大量熱能對增壓系統做工,所以尾氣中得廢熱早已經被利用;只不過是利用率多少的問題,所以在內燃機領域、關于廢熱的利用是在不斷進行的!能利用更多的熱量是好的、但重點在于是否合理?內燃機若處于低溫運行、那么熱損失會非常大而造成更高的油耗;若內燃機處于過高的溫度運行,那么每次循環產生的熱量、不能被及時排出而形成熱積累,直接導致爆震、嚴重點機器都廢了;所以這就是溫度的合理性,在減少熱損耗的時候、也要考慮發動機的承受能力,還需要結合汽油的品質!爆震時的解決方式首當其沖的就是降溫、減壓,所以這熱量是把雙刃劍!
熱能轉機械能:平均33%左右
排氣熱損耗:30%左右
冷卻系統熱損耗:30%左右
機器表面散熱:10%左右
由此可見內燃機70%的熱都被損失掉了,可這些熱不損失掉、就會毀掉機器;比如冷卻系統損耗30%的熱、那是不是把冷卻系統拆了,就能節省30%的熱?這些熱量不排出、會對機器產生什么樣的后果考慮過么?所以在目前的技術框架下、內燃機已經處于一個平衡狀態,任何改變、都會帶來一系列的改變;至于問題中給進氣、燃油加熱就更令人費解了!
為什么要降低進氣溫度?我們可以換一個角度思考問題,為什么渦輪增壓車有中冷?中冷用途在于降低進氣溫度!如果利用廢熱給進氣預熱,那么中冷的存在意義又是什么?降低進氣溫度的意義、遠比升高進氣溫度的意義更大!其一,空氣不是水、空氣的比熱容太低,每循環的空氣升溫、所能消耗掉的熱量太低,換句話說有點熱量、就能把空氣溫度大幅度拉升,內燃機浪費70%的熱量根本不可能依靠預熱進氣所消耗,所以69.999%以上的熱還是被浪費,所以預熱空氣、消耗廢熱的理念不可行。。。
其二就是提高進氣溫度、會嚴重降低每循環的進氣量,惡化燃燒、造成更多的燃料浪費;如公式P*v=N*r*T
P:氣體的壓強
V:氣體的體積
N:氣體的質量
R:氣體理想常數
T:氣體的溫度
所以從這個公式中我們可以看出,如果進氣溫度升高、等于溫度T升高、那么必然導致質量n降低,如此一來等同于每循環進氣質量被降低了!進氣量降低、那么燃燒效率就降低了,如此操作不僅僅無法提高熱效率,反而把燃燒效率也降低了(熱、機械、燃燒三效率的乘積就是發動機效率)!所以這么多年來內燃機領域都是在想方設法的降低進氣溫度、從而獲得更大的進氣質量,所以想通過預熱進氣、來降低廢熱損失完全是亂彈琴!
至于預熱燃油就更不可行了,首先燃油噴入燃燒室內、本身的溫度也不低(并非冷啟狀態之下),難道還要對燃油進行預熱?令其在點燃之前就產生自燃?對于直噴發動機豐富的控制策略而言,利用偏低溫的燃油霧化、吸收更多熱量,是給缸內降溫、減壓的一種手段,用于抑制爆震、以及出現爆震后的及時調整;您提前給油氣預熱,還怎么利用它去抑制爆震?現在的機器壓縮比普遍偏高,點火前的缸壓、溫度本身就大,再給油氣預熱、那么爆震問題就沒辦法控制了,所以給油氣預熱的理念也是完全不合邏輯的!
題主所說的用廢熱加熱進氣和汽油從硬件上來說能實現。但是加熱進氣和汽油卻萬萬不可以。因為這些操作不利于發動機高效率運行。
加熱進氣和汽油會有什么后果
1、降低有效進氣量,引起動力下降因為空氣受熱膨脹,密度會下降,同樣體積的空氣中氧氣含量也降低了。這時候雖然發動機進氣的體積沒變,但是有效氧氣含量降低,因此噴油量就減少了,動力就下降了。
2、提高爆震風險發動機正常工作時火花塞點火,引燃火花塞電弧中心的混合氣,然后火焰向外傳播,引燃所有混合氣。在火焰傳播的過程中氣缸內壓力逐漸提升,做功平順。
而爆震是由于火花塞點火后氣缸里全部混合氣同時燃燒,氣缸壓力瞬間升高,沖擊力特別大,容易損壞發動機。
而進氣溫度過高會導致壓縮沖程末端混合氣溫度過高,更容易引起爆震。所以降低進氣溫度反而有助于降低爆震。
3、提高汽油溫度不利于降低缸內溫度汽油進入氣缸后氣化吸熱,可以降低氣缸內溫度,提高充氣效率,降低爆震風險。你把汽油溫度提高了,那么降低缸內溫度的效果就削弱了。
再比如一輛車在高速上長距離爬坡,這時候發動機既要保持車速,又要克服爬坡阻力,輸出功率特別大,缸內燃燒也更猛烈,排氣溫度也越高,當排氣溫度達到一定值的時候就有可能燒壞三元催化器,所以這時候ECU會提高噴油量,利用多余的汽油揮發吸收氣缸里的熱量,降低排氣溫度,保護三元催化器。
所以說進氣溫度和燃油溫度低一些反而更好。汽車上也很常見這些為了降低進氣溫度的設計。
渦輪增壓發動機的中冷器,這就是用來降低進氣溫度的。因為增壓后空氣被壓縮,溫度升高,而經過中冷器降溫后可以顯著降低進氣溫度,有助于提高發動機效率。
還有寶馬的發動機噴水技術,也是靠往氣缸里噴入適量水,利用水蒸發吸熱來降低氣缸溫度。
所以說提高進氣溫度和汽油溫度是不利于發動機正常運行的。
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