车用柴油机-有机朗肯循环系统性能仿真与协同控制研究

发布时间：2021-12-02 04:46

　　目前,以石油为燃料的车辆仍占据汽车保有量的主体,而且其热效率偏低,通过排气损失的能量占燃料燃烧总能量的较大比重。有机朗肯循环技术作为回收车辆发动机排气余热能的一种手段,可以有效提高能源利用率,实现节能减排的目的。但是车辆在道路的瞬变工况下运行,发动机-有机朗肯循环系统如何实现协同工作,最大限度的发挥节能潜力是该领域研究的热点。本文利用理论分析、试验研究和仿真模拟相结合的方法,建立了整车道路循环工况柴油机-有机朗肯循环系统仿真模型,以道路循环工况系统节能优化为目的开展了协同控制策略及其控制的研究,为发动机排气余热回收有机朗肯循环系统工程应用提供一定的参考。基于发动机试验测试研究了全工况范围内的柴油机排气特性,建立了更接近实际的柴油机仿真模型。研究表明,柴油机排气余热能量可观,尤其在柴油机高转速区排气余热能大于柴油机输出功率,排气余热回收潜力大;排气温度达到中高温范围的占比超过了90%,能量品质高;柴油机的排气温度、排气质量流量、排气余热能量和最大可用排气能量变化范围大,呈现显著的梯级特性,这也决定了在真实道路工况,排气余热能量的动态特性。采用GT-POWER建立的柴油机仿真模型,更接近于... 

【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

涡轮复合技术类型

有机朗肯循环是一种能有效回收低品位热能的技术[24],排气余热回收有机朗肯循环工作原理如图1-11所示。在工质泵的作用下有机工质在系统中循环流动,在蒸发器中有机工质与发动机排气进行等压换热,吸收排气余热能量,焓值增加,随后进入膨胀机中膨胀做功实现热功/热电转化,做功后的有机工质进入冷凝器向冷却介质等压放热,然后通过工质泵升压后再次进入蒸发器,持续着吸热做功的循环。由于有机朗肯循环技术具有热能利用率较高、结构稳定性好等优点,已经在太阳能、地热能、工业余热、生物质能等热能回收领域得到了广泛的研究与应用[25-28]。由于发动机带来的能耗问题和环境问题,有机朗肯循环技术在发动机排气余热回收方面的研究与应用也越来越受到国内外的关注。

涡轮增压概念于1905年由瑞士工程师Alfred Buchi首次提出。1953年,美国Garrett公司首次在车用柴油机上采用了涡轮增压技术[10],目前排气涡轮增压技术已发展的相当成熟,其工作原理如图1-4所示[11]。发动机工作时,利用排气管排出废气的惯性冲力以一定角度高速推动涡轮机内的涡轮转动,涡轮同时带动同轴的压缩机内的压缩机轮高速转动,压缩机轮压缩来自空气滤清器的空气,空气增压后进入气缸,这样就使气缸内的空气密度增大,单位时间内进入气缸的空气质量增加,从而提高发动机输出功率。图1-5废气再循环的工作原理[12]


本文编号：3527758