第6期（总第227期） 2016年12月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
基于热平衡试验和倒拖试验的柴油机
有效能传递与节能潜力研究
田永海，牛军，梁红波，曲栓，孙丹红（中国北方发动机研究所（天津），天津300400）
No 6(Serial No 227)
Dec 2016
摘要：为定量研究柴油机系统各部分能量可利用的潜力，针对某柴油机进行了热平衡试验和例拖试验研究，分析了柴油机系统能量传递和有效能损失的本质。由以热力学第一定律为基础的热平衡分析得出，除了摩擦、驱动附件和余项损失外，还含有约90%的燃料燃烧能量存在对外做功的可能；由以热力学第二定律为基础的拥平衡分析得出，可对外做功的斓量约占燃料总凋量的58%，其中燃烧过程不可逆产生的燃烧损失占燃料总拥量的22%～ 23%。冷却水和排气的热量相当，但能量的品质相差很大，由此分析了各个系统不同能量分配领域的节能潜力并有针对性地提出了改进方向，
关键词：柴油机；热平衡；拥平衡；能量分配；节能 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2016 06 005
中图分类号：TK4111
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2016)06-0023-07
随可持续发展和环境友好要求的不断提高，如
可提高发动机能量的使用效率已被提升到重要位置。从内燃机能量平衡来看1-3}，动力输出功一般只占燃油燃烧总热量的30%～45%（柴油机）或 20%～30%（汽油机），除了不到10%用于克服摩擦等功率损失之外，其余的余热能没有得到利用，主要通过冷却回路的散热以及排气被排放到大气中，因此，减少能量传递损失和余热能回收再利用是提高总能效率、降低燃油消耗率的一种有效途径。
发动机热平衡研究的是燃料的总发热量转换为有效功和其他各项能量的分配比例，但未能从能量品位的角度分析能量转换利用时不仪有能量数量的问题，还有能量品位的问题。能量在传递与转化过程中的品位差是产生不可逆损失的根本原因[4-5] 国内外一些学者已经将拥分析方法应用到内燃机性能的研究上，比如Rosen，Tsatsaronis分析了涡轮增压柴油机各系统的能量可用性6-]，Flynn，Bozza 比较了不同类型发动机的能量损失[8-9],Shapiro估计了使用不同燃料时发动机的能量可用性等。浙江大学俞小莉等人试验对比分析了柴油机工作过程中的能质分布规律和节能潜力，认为不可逆燃烧、有限温差传热和摩擦损耗等因素降低了系统能量的能级。北京理工大学赵长禄等人采用了性能伤
收稿日期：2016-07-18；修回日期：2016-12-07
真软件与热力学分析相结合的方法研究了柴油机有效能量利用情况，认为分析能够反映出能量分析未能反映的系统内部的不可逆损失，能明确提出提高能量利用率的途径。本研究通过热平衡试验和倒拖试验相结合的方法较为系统地研究了柴油机系统有效能传递和有效能损失的本质，分析比较了车用柴油机热量分布和拥量分布的规律和节能潜
力，为提高发动机的效率提供参考。 1测试设备
本研究采用的样机为废气涡轮增压柴油机，在试验中，采用奥地利AVLGH12D缸压传感器配合电荷放大器测量缸压。试验燃料为一10号柴油，试验过程中用到的主要仪器设备见表1。
表1主要试验仪器
名称
水电审联测功机油耗仪
燃烧分析仪空气流量计水流量计水流量计
型号
HT350+ DT1200-1
DF-2420 DEWE-5000 非标
LWGY-80/DN80 LWGY-25/DN25
作者简介：田永海（1983—），男，硕士，主要研究方向为发动机性能优化设计与系统匹配；tianyonghai0827@163com。