Утилізація тепла двигунів мобільних енергетичних засобів

Abstract

Розглянуто напрямки підвищення економічності і поліпшення екологічних показників двигунів внутрішнього згоряння техніки шляхом утилізації тепла. Показано, що роботи по зменшенню теплових втрат проводяться за двома основними напрямками: створення двигунів з більш високим ефективним ККД і розробка систем утилізації тепла двигунів. Останній напрям не вимагає модернізації двигуна. Розглянуто дві основні схеми утилізації вторинних енергетичних ресурсів: система звичайної утилізації тепла, і система глибокої утилізації тепла. Показано, що використання утилізаційних систем по циклу Ренкіна, дозволяє зменшити питомої ний витрати палива на 11%. Розглянуто різні концепції, і в зазначеному напрямку, великими фірмами, такими як: Scania, Ford, BMW, Cummins, Navistar Advanced Technology, Volvo, Iveco, Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel, AVL PowerTrain Engineering, Cummins. Запропоновано використання утилізаційної хо- лодільной машини для двигуна внутрішнього сгора- ня і уприскування водяної пари в проточну частину турбіни турбокомпресора, що дозволяє зменшити кількість елементів системи утилізації тепла і, відповідно, її вартості. Виконано порівняння різних схем утилізації тепла, і визначені області їх ефективного використання в сільськогосподарській техніці. Визначено потенціал збільшення потужності і зменшення питомої витрати палива при різних схемах утилізації тепла. Запропоновано класифікацію систем утилізації теплоти мобільних енергетичних засобів. Показано що найбільшу економічність забезпечує застосування охолодження циклового повітря утилізаційної холодильною машиною. А застосування турбокомпаундних установок найбільш ефективно для тракторів тягового класу 5 і більше, і комбайнів при пропускній спроможності жатки 11 кг / с і більше.

Рассмотрены направления повышения экономичности и улучшение экологических показателей двигателей внутреннего сгорания сельскохозяйственной техники путем утилизации тепла. Показано, что работы по уменьшению тепловых потерь проводятся по двум основным направлениям: создание двигателей с более высоким эффективным КПД и разработка систем утилизации тепла двигателей. Последнее направление не требует модернизации двигателя. Рассмотрены две основные схемы утилизации вторичных энергетических ресурсов: система обычной утилизации тепла, и система глубокой утилизации тепла. Показано, что использование утилизационных систем по циклу Ренкина, позволяет уменьшить удельный расхода топлива на 11%. Рассмотрены различные концепции, и исследования в указанном направлении, крупными фирмами, такими как: Scania, Ford, BMW, Cummins, Navistar Advanced Technology, Volvo, Iveco, Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel, AVL PowerTrain Engineering, Cummins. Предложено использование утилизационной холодильной машины для двигателя внутреннего сгорания и впрыска водяного пара в проточную часть турбины турбокомпрессора, что позволяет уменьшить количество элементов системы утилизации тепла и, соответственно, ее стоимости. Выполнено сравнение различных схем утилизации тепла, и определены области их эффективного использования в сельскохозяйственной технике. Определен потенциал увеличения мощности и уменьшения удельного расхода топлива при различных схемах утилизации тепла. Предложена классификация систем утилизации теплоты мобильных энергетических средств. Показано что наибольшую экономичность обеспечивает применения охлаждения циклового воздуха утилизационной холодильной машиной. А применение турбокомпаундных установок наиболее целесообразно для тракторов тягового класса 5 и более, и комбайнов при пропускной способности жатки 11 кг/с и более.

The directions of increasing efficiency and improved environmental performance of internal combustion engines for agricultural machinery by heat recovery, have been considered. It is shown that work to reduce the heat losses are conducted in two main direction: the creation of engines with higher efficiency and the development of effective heat recovery systems Motor-lei. The latter does not re- quire line-of modernization of the engine. Two basic schemes of utilization of wait energy re- sources (the conventional heat recovery system have been considered), and the system of deep heat recovery. For a long time they were developed primarily for marine and stationary power plants. The using of Rankine heat recovery system allows reducing. The different concepts, schemes and research in the direction above many firms are conducting research in the field of heat recovery system (such as: Scania, Ford, BMW, Cummins, Navistar Advanced Technology, Volvo, Iveco, Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel, AVL Power Train Engineering, Cummins). The utilization chiller for internal combustion engine and steam injection into turbine of turbocharger has been offered. That schemes allow to reduce complication and their cost. The comparison of different heat recovery system has been fulfilled. The areas of them effective use in agricul- tural machinery have been determined. The potential of power increasing and reducing of specific full conception has been determined. The classification systems of heat recovery of agri- cultural machinery have been suggested. The highest economy is reached by application of heat recovery chiller to cool a cycle air. The more prefer- able fields of turbocompaund using are tractors with track force 5 and more and combine harvester with reaper rat- ing more then 11 kg/s.