设为首页收藏本站

科技论坛

 找回密码
 注册
查看: 5510|回复: 14

[信息] 讨论一下压缩空气/燃料 复合动力系统

[复制链接]
发表于 2009-11-6 05:29:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 北京青年 于 2009-11-6 06:11 编辑

看了论坛里面对压缩空气车的讨论,发表一些我的看法


如果就压缩空气发动机来说,我认为是一个可以发展的思路,它现在不完善,并不代表这个思路完全不对。
具体来说我认为就是要用外部加热或内部燃烧手段使得压缩空气膨胀做功。这样总的系统效率会比纯压缩空气或者纯内燃机方式都要高,因为压缩过程是完全的等温压缩,更接近理想循环(这是对热机循环说的,在外部用电力压缩空气的时候当然还是更接近绝热压缩)。压缩空气时候的损失可以在这上面找回来。这样一来,压缩空气+燃烧 复合动力发动机,续航里程和单纯利用压缩势能时比,可以极大增加(因为燃料的化学能密度很高)。而且因为压缩过程是靠电力,同样可以部分达到节能减排的效果。


这种--压缩空气/燃料 复合系统我认为比起现有的 油/电混合动力车(尤其是插电式混合动力)有一定优势。首先是造价便宜很多,发动机和车体部分可以利用很多现有零件体系,比如曲轴活塞/传动系统等等这些,省去了昂贵而且娇气的电池系统和大功率电子控制器/复杂的传动装置等。而且这个系统可以不需要启动装置,靠压缩空气可以自行启动,尤其适合城市路况走走停停的工况。还有就是发动机的体积可以极大缩小,只要2个气缸就可以达到传统内燃机4缸的动力。另外由于利用了化学能,压缩空气气瓶尺寸可以极大缩小,或者续航能力成十倍的提升,在动力和续航能力方面完全可以匹敌现有内燃机系统,甚至更强。传统内燃机在压缩冲程是做负功,而且压缩热无法完全排出,甚至吸入的空气被灼热的机件加热,膨胀做功能力进一步降低。

如果压缩空气采用预压缩,一来可以达到完全的等温压缩,二来可以利用高效的电力系统达到节能的目的,第三是由于工作环境不同,不怕内燃机的所谓“爆震” 本系统可以采取比现有内燃机高的多的压缩比下工作 进一步提高热机效率。第四是可以利用多种环保燃料比如天然气,所以总的来看依然环保节能。 虽然在压缩空气的时候会大量放热,看起来效率很低,但是哪个发动机工作的时候不压缩呢?与其在内部低效率的压缩,不如干脆拿到外部,用更环保的电力方式进行高效率压缩!

另外本人不是空谈,实验样机正在制作中(我在所有论坛都是这个id,可能有朋友知道我不是只会动嘴的人),资金方面和设备方面都不是问题, 真切希望有共同志向/动手能力强的朋友能参与进来共同开发!
发表于 2009-11-6 07:44:10 | 显示全部楼层
总的来说你这个想法很好,尤其是有自启动能力、可以省去蓄电池,以及发动机比重量可以提高一倍,还有由于压缩空气进入气缸时会预膨胀而降温,所以发动机冷却能力更好,有助于采用更高的最高爆发压力这三点优点。

但在计算上不一定就是效率比内燃机高。
如果压缩空气的压力与普通内燃机的爆发压力一样,这个系统的综合能量利用效率超过普通的内燃机系统,诚如你所分析的。
只是,柴油机爆发压力在100-120大气压,而为了多储气、提高续驶能力、现有技术也可以实现的压缩空气储气压力可以达到300大气压。将空气压缩到这个压力水平,显然要比压缩到120大气压消耗的能量更多,所以虽然压缩站压缩(到同样的压缩比)可以比内燃机内少消耗能量,但最终单位质量的压缩空气压缩耗能不一定比内燃机内少,也就是总的能量利用效率不一定比普通内燃机高,不过这不是重点。

压缩空气+燃料燃烧,外国也有人搞了,比如介绍压缩空气动力车的文章中有这么一句,我记得似乎是这样的:如果使用燃料燃烧,则行驶距离可以增加3倍。
总的来说,这个比完全用压缩空气驱动的,优势多得多。

你在北京是吧?我现在也在北京,有时间见见?
 楼主| 发表于 2009-11-6 09:23:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 北京青年 于 2009-11-6 09:41 编辑

谢谢楼上的分析!柴油机10-12mpa指的是爆燃后气缸内的峰值压力,我所说的系统并不是喷入气缸内的压力就是10-12mpa而是更低的,比如3-4mpa(类似柴油机压缩终了时的压力),然后通过燃烧加热方式使压力大幅增加。加热方式可以有内燃或外燃两种方式以对应多种燃料,燃烧后的尾气余热还可以利用。国外是有人在搞类似的系统,mdi的压缩空气引擎里面就有燃烧室,但是我的系统和他们的有很多地方是不同的,甚至热机循环方式也不太一样。
至于压缩效率方面,我认为用电力外部压缩空气这种方案,效率上来看未必比内燃机的内部压缩方式效率低。首先一个是工作环境不同,内燃机的气缸活塞要兼顾压缩和燃烧,压缩也是更接近绝热压缩而偏离等温压缩,而专用压缩机的设计目的很单一,就是追求最大压缩效率,可以采用多级冷却方式降低压缩功耗,这个你也提到了。再一个,内燃机的压缩能量还是来自于发动机自身产生的功,而热机效率很大程度上又是由压缩比决定的,这两个地方有些冲突。即:压缩要达到高效,首先热机效率要提高(因为算的是系统总效率)而热机效率一定程度上又取决于压缩比,但是内燃机的压缩比又受到很多限制,不可能做的太高。现有内燃机效率差不多是30%左右,大型发电场除去电力传输损失后,用户端的效率也不会低于30%。从摩擦损耗来看,两种方式几乎没区别。所以综合来看,单就压缩效率来说,在外部压缩的方式,效率应该是不差于内燃机内部压缩的,就算这里效率受了点损失,从做功以后热机效率提升上面还可以找回来!从气瓶得到的压缩空气比内燃机内部压缩的空气温度低的多,相应的也可以膨胀的更大,做功更多,热机循环更类似于等温压缩-等容加热-绝热膨胀-等压冷却。热机效率如果能提升10%的话,足以抵消压缩高压空气造成的效率损失。

而且电力来源方式多样,以后很大比例会是可再生能源。另外如果系统采用外燃加热方式就可以利用气态固态液态等多种燃料。就算从效率上讲两者没区别,复合系统还可以省60%以上的油,总的来说并不吃亏。

我是北京的,但是常年不在北京,北京搞一些机加工方面的事情不如南方方便。我觉得你这种客观的态度很值得学习,以后多联系哦!
发表于 2009-11-6 11:18:36 | 显示全部楼层
[/url]楼主所说是不是。本栏目的第六页的这种发动机? "澳大利亚气动发动机已经开始应用到重型汽车上。"[/url]
 楼主| 发表于 2009-11-6 12:14:51 | 显示全部楼层
老张您好,我看了一下第六页您的帖子,并且登录了那个双燃料的官方网站,很遗憾那个不是压缩空气的双燃料,是压缩天然气也就是cng和柴油这两种双燃料。国内很多公共汽车也用cng,压力大概30mpa左右。他这个采用双燃料是因为柴油机的压缩比不能让天然气压缩着火,天然气的点燃温度比柴油高的多,柴油200多度就可以着火,天然气大概要600度,所以他先喷射柴油,等柴油点燃以后再喷射天然气,用柴油来引燃。由于天然气的热值比较低,所以他和柴油组成双燃料系统,在发动机大负载的时候要靠柴油,车辆匀速行驶以后天然气介入。天然气燃烧以后产生的废气比柴油干净,而且由于天然气是气态燃料,和空气混合更均匀,燃烧比柴油要彻底,柴油因为蒸发温度很高,很难和空气形成均匀的混合气,燃烧以后可吸入颗粒物也比天然气多,所以他这个用于重型卡车还是比较环保的。
发表于 2009-11-6 12:31:42 | 显示全部楼层
很可惜啊。本希望能够和你一起学习一起弄弄这种动力系统呢。
 楼主| 发表于 2009-11-6 12:41:11 | 显示全部楼层
但是完全可以采用类似他这种技术,用cng(压缩天然气)和ca(压缩空气)组成双能源系统。在活塞运行到上止点以后,同时向气缸内喷射压缩天然气和压缩空气,然后用火花塞点燃。这种方式比用纯粹的cng有效的多,因为cng作为气态燃料来说,如果用现有内燃机直接使用,会造成功率和效率同时下降。因为cng是气态,会占用一部分新鲜空气的容积,也就是影响冲气率。而用压缩空气和压缩天然气组合则不存在这个问题,而且还可以利用一些压缩天然气的压缩势能,这部分能量虽小也不能浪费啊,这点在传统cng发动机上就没法利用起来。
而且现有的cng充气点已经比较普及了,高压天然气用的也是碳纤维气瓶,这和压缩空气是完全通用的,甚至充气接口都一样,现有充气站只需要很少投入就可以给车辆补充压缩空气。对现有发动机体系的改造也很少,这种方案尤其适合城市公交系统,公交车有足够空间可以容纳压缩空气瓶,而且城市路况非常适合压缩空气发动机,车辆等红灯的时候完全无怠速,停车即熄火,踩下油门就马上启动,采用这种方案后cng消耗量和尾气污染物可望成倍减少。希望能引起有关方面的高度重视!
 楼主| 发表于 2009-11-6 12:46:26 | 显示全部楼层
很可惜啊。本希望能够和你一起学习一起弄弄这种动力系统呢。
克虏伯火炮 发表于 2009-11-6 12:31


有机会的啊!我现在手头有一些资金,准备专门进行此类引擎的研发工作,兄弟好像是搞机械工程方面的吧?以后恐怕少不了请教你了~
发表于 2009-11-6 18:54:40 | 显示全部楼层
请教不敢。一定为兄台卖把子力气。
发表于 2009-11-12 21:22:02 | 显示全部楼层
大概原理我感觉,像柴油机在一次喷油的进程中,适当的时间加喷次适量液态的空气,总的来说就是改变发动机的压缩比和工作温度的降低,这样即环保又省去冷却系统
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

辽公网安备 21100402204006号|科技论坛 ( 辽ICP备07501385号-1   

GMT+8, 2018-12-18 23:41

Powered by tech-domain X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表