内燃机的排气能量流特性

刘敬平，付建勤，冯康，王树青，赵智超

(湖南大学 先进动力总成技术研究中心，汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南 长沙，410082)

提高内燃机的热效率一直是人们追求的目标。长期以来，人们主要致力于内燃机的缸内工作过程以及各种先进内燃机技术(如增压、HCCI等)的研究。目前，内燃机缸内指示热效率的提高幅度很小，于是，人们从系统能量流的角度出发[1-3]，最大限度地提高其热效率。美国国家环保局通过试验研究了1台中型乘用车在城市道路工况下行驶时的能量流分布[4]，结果表明：燃料燃烧释放的能量大约有33%被内燃机排气直接带走，大约有29%的能量被冷却水和热辐射带走，剩下的低于40%的能量转化为内燃机的指示功。内燃机排气能量的回收利用为内燃机的节能减排、提高热效率指明了新的方向[5-6]。然而，过去人们主要侧重于对废气能量回收方法的探索[7-9]，忽视了对废气能量特征的研究，目前还没有见到对内燃机排气各种形式的能量流进行系统研究的报道。为此，本文作者通过对1台典型车用内燃机排气能量特性进行研究，以便为排气能量回收利用提供基础数据。

1 内燃机排气能量分析的理论基础

受气缸膨胀比的限制，缸内高温高压气体未能得到充分膨胀，还有大部分能量直接随排气带出，造成了能量的浪费与热污染[10]。由于车用内燃机在面工况上工作，具有明显的非稳态特性，这就决定了内燃机的排气参数(温度、压力、速度等)具有瞬态脉动特性，最终导致内燃机排气携带的能量随工况变化呈现不规则波动的特点。……