商用车燃油经济性和排气余热回收的数学模型与影响研究

发布时间：2020-06-13 18:19

【摘要】：随着日益严峻的能源形势和不断严格的排放法规,社会对商用车的燃油经济性要求也不断提升。目前,因我国缺乏商用车燃油经济性分析合适的数学模型和方法,以及燃油消耗量的相关数据,导致在商用车的设计过程中无法合理地考虑整车燃油消耗问题,尤其是在面向客户需求配置动力总成系统时更为严重。因此,研究商用车的燃油经济性,可有效地计算与预测商用车的燃油消耗,为车辆设计提供理论基础,并为我国商用车燃油限值标准制定及燃油消耗量标识的确定提供理论依据。与此同时,相对乘用车,商用车具有发动机排量大、运行时间长等特点,通过回收利用商用车排气余热可提升发动机的有效热效率,减少燃油消耗,提高车辆的燃油经济性,实现能源再生利用。本文以商用车燃油经济性为主导,采用理论解析、仿真分析和工程试验相结合的方法,建立并验证商用车燃油经济性和排气余热回收的数学模型,提出计算机仿真与试验相结合的仿真分析方法,分析商用车燃油经济性和排气余热回收的影响因素,以及排气余热回收对燃油经济性的影响,其主要研究工作如下:1.为了研究商用车燃油经济性模型,在分析燃油经济性评价指标与关联实体的基础上,提出商用车燃油经济性的建模方法与分析流程;基于发动机及整车动力学理论,在建立发动机动力性能、经济性能数学模型及车辆稳态及瞬态整车动力学模型的基础上,确定整车动力性能与发动机各参数间关系,建立商用车燃油经济性的数学模型,研究商用车燃油经济性的影响因素。2.在比较目前车辆燃油经济性研究方法的基础上,提出基于车速跟踪的商用车燃油经济性的分析方法,以MATLAB/Simulink为平台,在建立驾驶意图与换挡逻辑、发动机与变速器及整车动力学仿真分析模型的基础上,构建商用车燃油经济性的仿真分析模型;为验证燃油经济性模型,进行实车道路测试,将车辆在实际道路行驶工况下试验数据与模型仿真结果进行对比分析,验证燃油经济性模型的正确性与有效性,从而形成计算机仿真与试验相结合的仿真分析方法。3.根据所建立的商用车燃油经济性数学与仿真分析模型,采用所提出的仿真分析方法,对车辆行驶工况、变速器传动比及不同换挡逻辑的燃油经济性影响进行分析,得出行驶工况的特征参数与不同换挡逻辑边界曲线的设定对燃油经济性的影响规律,提出基于燃油经济性的商用车传动系统匹配优化方法,为商用车燃油经济性数学模型与仿真分析方法提供应用案例与方法,并为商用车动力总成的配置提供一种行之有效的方法。4.基于工程热力学、传热学和流体力学等基础理论,对基于朗肯循环的排气余热回收进行热力学分析;依据效率-传热单元数法,提出基于发动机工况的商用车排气余热回收热交换器性能计算方法,并建立排气余热回收数学模型,推导商用车发动机排气气体质量流量与循环工质质量流量间的关系;建立排气余热回收系统的仿真模型;设计并搭建排气余热回收试验平台,试验得到发动机基准工况下的排气余热回收热力学试验数据;基于试验数据,通过排气余热回收数学模型计算得到仿真模型输入参数,将试验结果与模型仿真结果对比,验证排气余热回收数学模型的有效性。5.在推导商用车发动机排气质量流量计算公式的基础上,仿真得到商用车发动机不同工况时的排气余热回收蒸发器出口温度及涡轮机出口温度、排气余热回收输出净功率及热效率、蒸发器绝热指数与效率和发动机有效热效率等关键性能指标;分析循环工质质量流量与发动机排气气体质量流量间的关系,提出排气余热回收获得最大输出净功率和热效率时对应的循环工质质量流量的选择方法;根据发动机不同工况的排气余热回收热力学参数,得到商用车发动机转速-油门开度-排气余热回收输出净功率间的关系,为商用车排气余热回收电子控制单元的设计提供依据;建立商用车燃油经济性与排气余热回收的关联模型,以实际的行驶工况为例,得到在排气余热回收作用下的商用车百公里燃油消耗量及有效热效率,为排气余热回收的应用奠定基础。论文的研究结果将为商用车燃油经济性的理论研究和工程分析奠定基础,为面向燃油经济性的商用车动力总成系统设计提供理论依据和技术手段,为排气余热回收应用于商用车上的工程实现提供理论基础,提高商用车的燃油效率,降低燃油消耗量,实现节能减排,将有力促进我国汽车能源效率的提高和能源的再生利用,提升商用车的技术水平。
【图文】：

武 汉 理 工 大 学 博 士 学 位 论 文 配置的商用车燃油消耗，研究在不同行驶工况、动力总成配下的商用车燃油经济性是当前的研究重点。车相对于乘用车而言，发动机排量较大，所以车辆的排气质值较高，因此有必要对商用车的排气余热进行回收再利用，效热效率，提高燃油效率并减少燃油消耗，，以此达到能量回Cummins 公司[6]自 1985 年来对发动机有效热效率的变化趋势司认为采用排气余热回收技术，到 2015 年能将发动机的燃油左右。图 1-1 及图 1-2 的研究结果显示，包括混合动力、空气辆轻量化及发动机排气余热回收技术在内的等各类先进的节气余热回收技术的节油潜力最大，其中又以基于热力学循环排气余热利用率最大。

标准Diesel循环
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U461.8;X734.2

【参考文献】

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本文编号：2711557