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涡轮蒸汽机--提高发动机热效率的新技术

涡轮蒸汽机--提高发动机热效率的新技术 2011年12月04日 来源： 当前的主流混合动力车型都是利用车辆的动能再利用，将动能利用电机转换成电能再储存在昂贵的轻质量高能量电池中作为动力储备。除了这种方法外还有没有其它办法对车上能源进行再利用? 答案是肯定的，因为当前发动机的热效率只有不到30%，那浪费掉的70% 有没有可利用的价值? 最近宝马公司终于给出了一个答案，那就是利用涡轮蒸汽机回收大部分发动机废气所带走的热能，听起来好象是很原始的做法。我们先来看看发动机的热能效率。在内燃发动机中，效率表示输入与输出的关系，发动机的效率有机械效率和热效率两个指标。机械效率等于有效功率与指示功率之比。汽油发动机的机械效率一般为O.8~0.9。热效率是燃料燃烧后用于做功的那部分热量与所产生的总热量之比。燃料完全燃烧产生的热量没有全部转化为有用功，只有少部分热量参与推动活塞、带动曲轴旋转，其余热量一部分被发动机冷却系带走，一部分以排气方式排到大气中去了，叫做排气损失，约占总能量的40%左右。因此，内燃机的热效率很低，即使是高性能的四冲程发动机，其热效率也不到30%。也就是说，燃料燃烧产生的有用能量只有不到1/3 被有效利用，有超过2/3的热量被浪费掉了。而发动机本身的热效率很难大幅度提高，因为这些过多的热量如果不被排出就会将发动机自身熔化。

最近宝马公司欣喜若狂地向世界宣布他们找到了热能再利用方法，也是一条新的混合动力途径，有望打破日本公司在混合动力上的一枝独秀。宝马集团研究与工程中心成功找到一种新的能源再利用方法,通过车内一个巨大且尚未开发利用的能量源，即热能，提升发动机效能并降低油耗。在测试中，装有创新性辅助系统的宝马18升四缸发动机的油耗降低了 15%，输出功率却增加了1OKw，同时，扭矩也增加了近20Nm。这些增加的功率和效率好比是“无中生有”因为它们完全来源于废气和冷却液中浪费掉的热能，不增加任何的燃油消耗。这个研究项目符合宝马高效动力 (BMW Efficient Dynamics) 理念，即低排放、低油耗，而且驾驶动力更充沛，性能更出色。使汽油发劫机的整体效率 提高 15% 之多宝马集团的该研究项目被命名为“涡轮蒸汽机 (Turbosteamer)”。其工作原理基于蒸汽机在两个循环系统中，液体被加热成蒸汽用以驱动发动机。能量供给主要来源于高温循环，内燃机废气经过热交换器成为能量源。这项技术使废气中80%以上的热能得以回收利用。蒸汽生成后直接被导入与内燃机曲轴相连的膨胀单元。大部分剩余的热量被发动机冷却循环吸收，成 为涡轮蒸汽机的第二能量源。实验证明，在组合了这种创新的辅助驱动系统后，汽油发动机的效率可以提高15%。宝马集团负责产品开发及采购的董事Burkhard Goschel 教授评价说: " 涡轮蒸汽机的成功开发使我们更加坚信内燃机无疑仍是有前景的技术。"

当前车辆具备充足的安装空间,年内有望批量生产这种辅助驱动系统的开发已经进入全面的台架测试阶段。系统部件己设计成可装配到现有的车型系列中。目前已经对大量试样套件进行了测试，以确保像宝马3系这样的车型均具备充足的安装空间。像四缸车型的发动机室均可提供足够的空间，容纳膨胀单元等部件。目前，这项技术开发初期的工作重点是让各个部件更简化、体积更小。而长期目标则是在十年内开发出能够批量生产的系统。高效动力项目是宝马的宏伟蓝图宝马集团研究与工程中心已向人们展示出了宝马高效动力计划的中期前景。Burkhard Goschel教授这样总结该项目的核心概念，“此项目成功地解决了降低油耗和废气排放以及汽车动力性能及灵活性之间的矛盾。”宝马集团坚信: 将所有车型系列的油耗都降低几个百分点，要比仅将个别特殊车型的油耗降低更多的百分点对大众更有意义。因此，宝马关注 降低油耗最新技术的开发，让更多的人从中获益。

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