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單級(jí)復(fù)合渦輪柴油機(jī)空燃比的作用

燃油能量的很大一部分隨內(nèi)燃機(jī)排氣而浪費(fèi)掉。然而，復(fù)合渦輪可以回收該廢熱部分的能量。能源回收取決于渦輪機(jī)的效率、流量以及排氣狀態(tài)和屬性（如壓力性能、溫度和比熱容）。影響復(fù)合式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收的主要參數(shù)是排氣壓力，其能夠增大發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸功率。不同的空燃比產(chǎn)生不同的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率、排氣溫度和壓力。降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比值到1會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣溫度。空燃比值可以通過(guò)改變進(jìn)氣壓力或噴油量來(lái)改變，從而改變進(jìn)入渦輪的可用能量。因此，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)總功率、泵氣功率、渦輪復(fù)合回收功率和壓縮機(jī)消耗功率中實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)配備有單級(jí)電動(dòng)復(fù)合式渦輪高負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率進(jìn)行分析得到了空燃比值和排氣回壓的關(guān)系。采用一維燃?xì)鈩?dòng)力學(xué)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型驗(yàn)證在不同負(fù)荷點(diǎn)下的測(cè)量值。復(fù)合式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種結(jié)構(gòu)使用電動(dòng)渦輪增壓器，燃油量隨著恒定進(jìn)氣壓力的變化而變化；另一種結(jié)構(gòu)渦輪增壓器的渦輪機(jī)和壓縮機(jī)被斷開(kāi)，以便能夠獨(dú)立控制該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，因此壓縮機(jī)壓力比隨著恒定發(fā)動(dòng)機(jī)加油量的變化而變化，并對(duì)每個(gè)壓縮機(jī)在不同壓力比時(shí)的尾氣回收壓力進(jìn)行了優(yōu)化。

對(duì)于每一恒定渦輪效率，在活塞到達(dá)下止點(diǎn)前排氣管關(guān)閉的條件下，最佳的尾氣回收壓力和理想的膨脹氣缸壓力存在線性關(guān)系，一個(gè)最佳的空燃比值對(duì)應(yīng)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量。在該復(fù)合式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種線性關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)最佳總?cè)剂舷穆省⒏軡M(mǎn)足要求的空燃比值；但研究還表明，空燃比對(duì)復(fù)合式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)效率的影響并不敏感。

Habib Aghaali et al. SAE 2013-01-2703.

編譯：羅家慶