汽车废气余能回收利用装置设计[毕业论文+solidedge三维+CAD图纸]

汽车毕业设计论文：汽车废气余能回收利用装置设计含论文，零件图，三维图，三维总装图

摘   要

节能足汽车工业发展的三大主题之一。由于能源消耗的加剧，汽车节能问题备受人们的关注。有关研究资料表明，汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用，其它的能量被排放到大气中，不仅造成了能源的浪费，还带来了不良环境影响。因此，采用有效手段充分利用汽车排放的废热应当是我们实现汽车节能、降低排放的一个研究方向。

本文对当前提出的各种汽车余热利用手段进行了分类，并做了综合分析比较，提出汽车废气涡轮发电可能是比较理想的汽车余热利用方式，并进行了初步设计。

本文首先对汽车废气能量进行了分析，提出应当用有效能的能量衡算方法分析汽车废气能量，指出了影响废气能量的因素并提出了提高废气中可用能量的措施。其次，本文分析了不同排气系统在废气能量利用上的差异，提出了能量利用效率较高的排气系统方案并针对一台发动机进行了设计。再次，针对一台柴油发动机利用编制的优化设计程序进行了涡轮部分设计。

本文还针对一台具体的发动机排气系统设计了涡轮机壳，涡轮管道，轴，轴承，对此部分的设计是依照涡轮尺寸来设计的。其部分尺寸由涡轮计算得出。由于能力有限，知识限制，再者现在的发电机设计技术相当成熟，本文不再具体针对发电系统部分进行设计，本装置只设计到轴部分，轴端可以装万向连接器，也可以与要设计的发电机同轴，需要注意的是本装置设计的轴承一端为悬浮，即只有一端轴向固定，另一端的轴向固定还需要电动机里面的轴承来实现。

本文将具体每个零件三维图及其cad图已经一一画出，并在本文之中附以三维几部分平面图片，一边读者心中对设计更加清晰！

关键词：汽车；废气；余热；能量利用；涡轮

From car exhausts to recycle the device design

Abstract

Energy conservation is one of three big subjects in automobile industry development．Because energy consumption intensifying，the question of automobile energyconservation prepares people’S attention．The related research material indicated，the energy sending oat from automobile fuel burning only has about 1／3 effectively been used，other energies discharge into the atmosphere，not only has created the energy waste，butalso has brought the poor environmental influence．Therefore，adopting the effectivemethod to fully utilize the waste heat discharging from the automobile has to be a research direction．

This article has classified the method of the current from a variety of the use of a classification yure means, and comprehensive analysis and comparison, the turbine generation are more likely to exhaust the car, and yure of the preliminary design.

The first to exhaust the energy was analysed and efficiency of energy shall be in a republican way analysis is to exhaust the energy that had to exhaust the energy for the proposed increase in exhaust can use of energy. second, this article analyzes the different systems in the exhaust the energy of differences and energy efficient use of the higher the exhaust system solutions and an engine of the design.

This article has analyzed the difference in the exhaust gas energy utilization of different exhaust system，proposed the exhaust system plan which can bring about higher efficiency of energy utilization，and carried on the design which aims at a diesel engine，

This article for a specific the engine exhaust system design, the turbine, the turbine, bearings, shaft, owing to limited ability, knowledge is limited, and furthermore, the generator design skills are quite ripe, and this is no specific system for electricity generation of design. the specific each component three vitou and cad is a picture of a graph and, in this paper attached to a few parts of the 3d images, and the plane was to design more clear!

Key words：automobile；exhaust gas；waste heat；energy utilization；turbine

目    录

第一章  引言         5

1.1 、研究背景及意义        5

1.1.1、汽车废热利用的空间        5

1.1.2、汽车废热利用特点        5

1.2、研究进展综述        6

1.2.1、涡轮增压技术        6

1.2.2、余热制冷技术        6

1.2.3、余热发电        8

1.2.4、余热采暖         9

1.3、小结         10

1.4、本文主要工作        10

第二章 针对ZH4100柴油机及排气系统的涡轮部分设计        11

2.1、ZH4100柴油机的相关资料        11

2.2、排气系统管路图        11

2.3、涡轮设计        12

2．3．1、涡轮型式选择        12

2．3．2、涡轮设计前需确定的参数        13

2．3．3、具体计算步骤        14

2．3．4、涡轮损失计算和涡轮参数的计算进一步确定        17

第三章  其他部件的匹配设计         19

3.1、轴设计        19

3.1.1 、轴的结构设计        19

3.1.2 、轴的材料选择        20

3.1.3 、轴的强度校核         20

3.2、涡壳设计         22

3.3、小端涡盖设计         23

3.4、大端涡盖设计        23

3.5、部分图片预览        24

第四章   感谢        24

参考文献         25

附录1：符号表

附录II：外文文献翻译原文及其译文

第一章  引  言

1.1 、研究背景及意义

社会经济的发展使能源消耗量急剧增加，能源供需矛盾日益突出，并造成了严重的环境问题。由于汽车保有量越来越大，汽车的能源消耗在总能源消耗中所占的比例越来越高，汽车节能问题越来越受到各个国家的关注，成为当今世界汽车工业发展的主题。我国是一个石油存储量相对欠缺的国家，目前已成为世界第二大石油进口国，而汽车消耗的能源主要是石油燃料。随着我国汽车工业的迅速发展，提高汽车燃料有效利用率和减少环境污染在我国具有更为重要的战略意义。调查研究表明，汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用，其它的能量被散发、排放到大气中，这造成了能源的浪费，并带来了不良环境影响。因此有效利用汽车废热是实现汽车节能，降低汽车能源消耗的一个有效途径。

1.1.1、汽车废热利用的空间

从目前汽车所用发动机的热平衡来看，用于动力输出的功率一般只占燃油燃烧总热量的30％一45％(柴油机)或20％一30％(汽油机)。以废热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％一70％(柴油机)或80S一70S(汽油机)，主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热 。

热平衡各分项％        汽油机         高速柴油机          中速柴油机

转变为有效功的热量         20～30         30～40         35～45

冷却介质带走的热量        25～30         20～25         10～20

废气带走的热量        40～45        35～40         30～40

其它热量损失         5～10            5 ～10          10～15

表1.1为内燃机的热平衡

从表l中可以看出汽车废热利用有较大的空间，其有效利用自然受到人们越来越多的关注，不少人致力于此方面研究。

1.1.2、汽车废热利用特点

由于车用发动机特殊的使用场合，汽车废热利用具有鲜明的特点和特殊的要求，可将这些特点简单归结如下 ：一是汽车废热的品位较低，能量回收较困难；二是废热利用装置要结构简单，体积小，重量轻，效率高：三是废热利用装置要抗震动，抗冲击，适应汽车运行环境：四是要保证汽车使用中的安全；五是要不影响发动机工作特性，避免降低发动机动力性和经济性。由于汽车废热利用具有上述特点，使得研究的成果虽多，但投入商业化生产的不多，只在废气涡轮增压方面取得实用性进展。

1.2、研究进展综述

目前，国内外汽车余热利用的技术，从热源来看，有利用发动机冷却水余热和利用排气余热两种，从用途上来看，有废气涡轮增压、制冷空调、发电、采暖、改良燃料等方式。在所有一述方法中，只有废气涡轮增压实现了产业化，其他方法由于技术和其他方面原因，仍处于研制或试验阶段，尚未投入商业化生产。以下从用途上分类介绍国内外相关技术的研究状况 。

1.2.1、涡轮增压技术

废气涡轮增压技术是利用废气中的部分能量来提高内燃机的进气压力进而增加充气量、以改善动力性和经济性的内燃机性能提高技术。废气涡轮增压装置主要由同轴装配的涡轮和压气机组成，发动机排出的废气经排气管进入涡轮推动涡轮运转，从而带动压气机压缩新鲜空气并通过进气管送入发动机汽缸内。废气涡轮增压改善了内燃机的动力性和经济性，但这种处理方法的主要目的是借助废气中的部分能量来提高内燃机的进气压力增加充气量，而不是回收再利用废气中的能量；另外，由于内燃机与涡轮增压装置联合工作时能量传递的特点，使增压内燃机的加速性能和扭矩特性受到影响，给增压内燃机的使用增加了一些强制附加条件，造成使用上的不便“”；此外，这种技术和装置在汽油机与小型柴油机上使用时效果不明显，目前多在大型柴油机上使用，使用面向与范围受到一定限制。随着汽油机电子喷射技术的广泛运用，汽油机废气涡轮增压也将得到发展。但是汽油机废气涡轮增压还需解决发动机爆震、热负荷增加等问题后才能大批量投入使用。

1.2.2、余热制冷技术

目前，在轿车空调中，占统治地位的是蒸汽压缩式空调系统，采暖则利用发动机冷却水余热。轿车空调一般要消耗8～12％的发动机动力 ，这一方面增加了油耗，加大了废气排放量，加剧了空气的污染；另一方面易引起水箱过热，影响轿车动力性；同时由于蒸汽压缩式空调系统采用的制冷工质为氟利昂类化合物，导致温室效应加剧。因此解决舒适性与制冷功耗之间的矛盾已成为现代轿车空调研制中的难题。回收和利用发动机排气余热来驱动制冷系统，实现轿车空调，是理想的节能方案，也是目前世界各国都在研究的课题。目前提出的这方面技术主要有吸收式和吸附式两种。

●吸收式制冷

吸收式制冷原理是以热能为动力来完成制冷循环的，有利用汽车循环冷却水余热和利用排气余热两种途径 。在