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混合动力汽车废气能量回收辅助动力系统建模与优化研究
| 论文题名： | 混合动力汽车废气能量回收辅助动力系统建模与优化研究 |
| 关键词： | 混合动力汽车;涡轮机;传动系统;废气涡轮发电;节能减排 |
| 摘要： | 目前,世界各国政府和汽车制造为如何节能减排而殚精竭虑。鉴于电动汽车研发制造成本过高和使用性能方面存在一定的局限性,混合动力汽车被认为是汽车高效节能减排理念付诸实践的最有效手段之一。本文在分析现有混合动力汽车的节能技术之后,提出混合动力汽车废气能量回收辅助动力系统(以下简称为HEV废气能量回收系统)研究的新思路。论文的主要工作内容有: ①分析了汽车发动机的热平衡特性,发现汽车发动机废气能量回收利用空间非常大。研究国内外关于发动机废气能量发电技术的发展状况,确定废气涡轮发电技术的能量回收利用率最大。 ②根据发动机理想循环和实际循环的能量计算理论,结合LJ491QE自然吸气、进气道燃油喷射式汽油机的示功图和功率特性曲线,计算出发动机燃用单位质量汽油后,废气带走的能量约占其总能量的30.91％～66.92%。从定量的角度说明,废气能量回收利用是可行的。 ③以流体动力学、工程热力学、传热学的基本原理和计算理论为基础,针对造成废气从发动机排气门到涡轮机进气口的流动过程中能量损失的主要因素:排气管路结构及内表面粗糙度、过量空气系数、废气质量流量、废气气体常数、废气压力温度、流动速度等,进行了全面的研究分析。计算出实际循环工况下,单位质量燃油燃烧后废气流动过程中的损失约占废气总能量的6.88%～11.61%。同时,根据理论计算中涉及的各种损失,提出了不同的改善措施和方法。 ④根据进入涡轮机前的废气能量变化情况和涡轮机的工作原理特点,针对LJ491QE汽油机,选定GT3040(82mm)增压器的涡轮机作为HEV废气能量回收系统的涡轮机;根据涡轮机工作特性的影响因素,以工作效率最大化为目标,提出具体的涡轮机工作性能优化方案。 根据齿轮传动特点,选定行星齿轮传动系统作为涡轮机与电机之间的高速传动系统;以传动比最优化和传动效率最大化为目标,确定使用2K-H型的行星齿轮传动方案,并提出串联式行星齿轮结构的传动比优化方案。 根据涡轮机和行星齿轮高速传动系统的设计结果,选定高速永磁无刷直流电机作为HEV废气能量回收系统高速机电能量转换设备;根据工作转速和电机技术规范确定电机型号为90K5CWY;并且以提高发电效率为目标,提出具体的高速电机性能优化措施。 ⑤结合LJ491QE汽油机的试验数据,建立HEV废气能量回收系统仿真模型,可得HEV废气能量回收系统的总的能量转换效率相对较高(70%以上):单位质量燃料燃烧的总能量(12.222kW)中约2.3808kW～6.1308kW可以被回收利用。所以,使用该系统回收发动机废气能量,从质和量的角度讲都是可行可靠的。 |
| 作者： | 王文宾 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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