來源：電源網(wǎng)

斯圖加特和俄亥俄州立大學大學的研究人員進行了一項模擬仿真研究，有機郎肯循環(huán)余熱回收系統(tǒng)能夠回收發(fā)動機在高速路況下產(chǎn)生熱量的10%，而同樣的系統(tǒng)運用在輕型插電式混合動力車上則能夠節(jié)省7%的燃油消耗。

分析研究對象為俄亥俄州立大學的EcoCAR環(huán)保汽車，它是一款插電式混合動力車，作為初步研究燃油經(jīng)濟性的原型。首先驗證插電式混合動力車仿真模型，研究人員進行了多次分析，用來減少模擬試驗中的誤差，以確定發(fā)動機預熱回收系統(tǒng)的作用效率，試驗中需要綜合考慮多種駕駛循環(huán)并且保證該車處于電動模式下。

下一步，他們?yōu)镋coCAR原型車設計了一個經(jīng)過優(yōu)化的郎肯循環(huán)的準靜態(tài)熱力學模型。仿真研究分別評估在模擬的城市路況和高速路況下，郎肯循環(huán)廢熱回收系統(tǒng)能夠回收多少能量。

內(nèi)燃機的工作效率在過去幾十年內(nèi)已經(jīng)被多次優(yōu)化，特別是在采用了汽油直噴技術、電氣化、精簡化以及渦輪增壓技術之后。發(fā)展到目前為止，再開發(fā)新的發(fā)動機技術變得非常困難，那么如何才能進一步節(jié)省燃油消耗率呢?

眾所周知，內(nèi)燃機中燃油燃燒后有35%的能量都通過廢氣排除艙外。因此，在不大幅度改變發(fā)動機結構的前提下，回收一定比例的廢氣能量并將它轉(zhuǎn)換成機械能則是提高燃油經(jīng)濟性和減少二氧化碳排放的有效解決方案。

理論上有許多方法能夠回收發(fā)動機余熱，然而有機郎肯循環(huán)則是最有效的回收內(nèi)燃機余熱的方法，無論是傳統(tǒng)發(fā)動機還是混合動力車中的發(fā)動機。

早前的研究表明只要成本和排熱率能夠平衡，采用郎肯循環(huán)能夠回收發(fā)動機余熱中10%的能量。

利用有機郎肯循環(huán)的EcoCAR原型車采用增壓型1.8升乙醇發(fā)動機，加上一個82千瓦電動機/發(fā)電機，并采用雙離合系統(tǒng)，此外還配備一個后置電動機。通過這種架構，車輛能夠在并聯(lián)合串聯(lián)模式下行駛，純電動模式下能夠行駛40英里。

通過實驗，發(fā)現(xiàn)這兩原型車在新歐洲行駛循環(huán)下平均能量損失為3.9千瓦，在保持使用27千瓦功率的情況下保持65英里/時的恒定速度。但是，他們指出，這個值并不能代表郎肯循環(huán)可回收的能量，與廢氣能量相關的火用能要低得多。

所謂火用，當系統(tǒng)由一任意狀態(tài)可逆地變化到與給定環(huán)境相平衡的狀態(tài)時，理論上可以無限轉(zhuǎn)換為任何其他能量形式的那部分能量，稱之為火用。因為只有可逆過程才有可能進行最完全的轉(zhuǎn)換，所以可以認為火用是在給定的環(huán)境條件下，在可逆過程中，理論上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。與此相對應，一切不能轉(zhuǎn)換為火用的能量，稱之為火無。任何能量E均由火用和火無兩部分所組成，即E=Ex An。

在實際的新歐洲行駛循環(huán)測試下實際能量損耗率為1.5千瓦，在高速路況下為13千瓦。這些數(shù)值代表廢熱回收系統(tǒng)將廢氣進行轉(zhuǎn)換成機械能的上限。

有許多工作條件下，特別是在郊外和高速路況下行駛時，特別適合在排氣系統(tǒng)中采用廢熱回收系統(tǒng)。

郎肯循環(huán)中包含蒸發(fā)器、冷凝器、水泵和汽輪機，利用R?245fa冷凝劑作為工作液。在經(jīng)過50種不同工作液的評估選取后，最終確定采用R?245fa。因為它能夠?qū)毫?、成本和環(huán)境因素保持在一個平衡的水平。

他們發(fā)現(xiàn)在新歐洲行駛循環(huán)下，有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)能夠回收排放廢氣中1.7%的能量。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩較低的情況下，該系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換率則降低。在穩(wěn)定的高速路況下(65英里/時)，仿真結果表明有機郎肯循環(huán)能夠回收廢氣能量中的2.7%，并將其儲存在電池中。

結果中還發(fā)現(xiàn)郎肯循環(huán)廢熱回收系統(tǒng)的重量在幾乎不會影響到車輛的能耗數(shù)據(jù)，特別是在高速行駛的情況下。

仿真結果表明有機郎肯循環(huán)回收并轉(zhuǎn)換的能量可以在高速路況下給電動車提供1.9千瓦的功率，相當于普通汽車中節(jié)省了7%的燃油消耗率。

綜上，研究中的仿真實驗表明了有機朗肯循環(huán)廢熱回收系統(tǒng)搭載于發(fā)動機上能夠有效的將發(fā)動機廢熱回收并將其能量轉(zhuǎn)換成機械能，能夠提高混動車和插電式混動車在高速路況下的等同燃效。

審核編輯 黃昊宇