混合動力汽車廢氣能量回收輔助動力系統(tǒng)建模與優(yōu)化研究.pdf

1、目前,世界各國政府和汽車制造為如何節(jié)能減排而殫精竭慮。鑒于電動汽車研發(fā)制造成本過高和使用性能方面存在一定的局限性,混合動力汽車被認(rèn)為是汽車高效節(jié)能減排理念付諸實踐的最有效手段之一。本文在分析現(xiàn)有混合動力汽車的節(jié)能技術(shù)之后,提出混合動力汽車廢氣能量回收輔助動力系統(tǒng)(以下簡稱為HEV廢氣能量回收系統(tǒng))研究的新思路。論文的主要工作內(nèi)容有:
　　 ①分析了汽車發(fā)動機(jī)的熱平衡特性,發(fā)現(xiàn)汽車發(fā)動機(jī)廢氣能量回收利用空間非常大。研究國內(nèi)外關(guān)于發(fā)

2、動機(jī)廢氣能量發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r,確定廢氣渦輪發(fā)電技術(shù)的能量回收利用率最大。
　　 ②根據(jù)發(fā)動機(jī)理想循環(huán)和實際循環(huán)的能量計算理論,結(jié)合LJ491QE自然吸氣、進(jìn)氣道燃油噴射式汽油機(jī)的示功圖和功率特性曲線,計算出發(fā)動機(jī)燃用單位質(zhì)量汽油后,廢氣帶走的能量約占其總能量的30.91％～66.92%。從定量的角度說明,廢氣能量回收利用是可行的。
　　 ③以流體動力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)的基本原理和計算理論為基礎(chǔ),針對造成廢氣從發(fā)動機(jī)

3、排氣門到渦輪機(jī)進(jìn)氣口的流動過程中能量損失的主要因素:排氣管路結(jié)構(gòu)及內(nèi)表面粗糙度、過量空氣系數(shù)、廢氣質(zhì)量流量、廢氣氣體常數(shù)、廢氣壓力溫度、流動速度等,進(jìn)行了全面的研究分析。計算出實際循環(huán)工況下,單位質(zhì)量燃油燃燒后廢氣流動過程中的損失約占廢氣總能量的6.88%～11.61%。同時,根據(jù)理論計算中涉及的各種損失,提出了不同的改善措施和方法。
　　 ④根據(jù)進(jìn)入渦輪機(jī)前的廢氣能量變化情況和渦輪機(jī)的工作原理特點,針對LJ491QE汽油機(jī),選

4、定GT3040(82mm)增壓器的渦輪機(jī)作為HEV廢氣能量回收系統(tǒng)的渦輪機(jī);根據(jù)渦輪機(jī)工作特性的影響因素,以工作效率最大化為目標(biāo),提出具體的渦輪機(jī)工作性能優(yōu)化方案。
　　 根據(jù)齒輪傳動特點,選定行星齒輪傳動系統(tǒng)作為渦輪機(jī)與電機(jī)之間的高速傳動系統(tǒng);以傳動比最優(yōu)化和傳動效率最大化為目標(biāo),確定使用2K-H型的行星齒輪傳動方案,并提出串聯(lián)式行星齒輪結(jié)構(gòu)的傳動比優(yōu)化方案。
　　 根據(jù)渦輪機(jī)和行星齒輪高速傳動系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果,選定高速

5、永磁無刷直流電機(jī)作為HEV廢氣能量回收系統(tǒng)高速機(jī)電能量轉(zhuǎn)換設(shè)備;根據(jù)工作轉(zhuǎn)速和電機(jī)技術(shù)規(guī)范確定電機(jī)型號為90K5CWY;并且以提高發(fā)電效率為目標(biāo),提出具體的高速電機(jī)性能優(yōu)化措施。
　　 ⑤結(jié)合LJ491QE汽油機(jī)的試驗數(shù)據(jù),建立HEV廢氣能量回收系統(tǒng)仿真模型,可得HEV廢氣能量回收系統(tǒng)的總的能量轉(zhuǎn)換效率相對較高(70%以上):單位質(zhì)量燃料燃燒的總能量(12.222kW)中約2.3808kW～6.1308kW可以被回收利用。所以,