商用車燃油經(jīng)濟性和排氣余熱回收的數(shù)學模型與影響研究.pdf

1、隨著日益嚴峻的能源形勢和不斷嚴格的排放法規(guī)，社會對商用車的燃油經(jīng)濟性要求也不斷提升。目前，因我國缺乏商用車燃油經(jīng)濟性分析合適的數(shù)學模型和方法，以及燃油消耗量的相關(guān)數(shù)據(jù)，導致在商用車的設計過程中無法合理地考慮整車燃油消耗問題，尤其是在面向客戶需求配置動力總成系統(tǒng)時更為嚴重。因此，研究商用車的燃油經(jīng)濟性，可有效地計算與預測商用車的燃油消耗，為車輛設計提供理論基礎，并為我國商用車燃油限值標準制定及燃油消耗量標識的確定提供理論依據(jù)。與此同時，相

2、對乘用車，商用車具有發(fā)動機排量大、運行時間長等特點，通過回收利用商用車排氣余熱可提升發(fā)動機的有效熱效率，減少燃油消耗，提高車輛的燃油經(jīng)濟性，實現(xiàn)能源再生利用。
　　本文以商用車燃油經(jīng)濟性為主導，采用理論解析、仿真分析和工程試驗相結(jié)合的方法，建立并驗證商用車燃油經(jīng)濟性和排氣余熱回收的數(shù)學模型，提出計算機仿真與試驗相結(jié)合的仿真分析方法，分析商用車燃油經(jīng)濟性和排氣余熱回收的影響因素，以及排氣余熱回收對燃油經(jīng)濟性的影響，其主要研究工作如下

3、：
　　1.為了研究商用車燃油經(jīng)濟性模型，在分析燃油經(jīng)濟性評價指標與關(guān)聯(lián)實體的基礎上，提出商用車燃油經(jīng)濟性的建模方法與分析流程；基于發(fā)動機及整車動力學理論，在建立發(fā)動機動力性能、經(jīng)濟性能數(shù)學模型及車輛穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)整車動力學模型的基礎上，確定整車動力性能與發(fā)動機各參數(shù)間關(guān)系，建立商用車燃油經(jīng)濟性的數(shù)學模型，研究商用車燃油經(jīng)濟性的影響因素。
　　2.在比較目前車輛燃油經(jīng)濟性研究方法的基礎上，提出基于車速跟蹤的商用車燃油經(jīng)濟性的分析

4、方法，以MATLAB/Simulink為平臺，在建立駕駛意圖與換擋邏輯、發(fā)動機與變速器及整車動力學仿真分析模型的基礎上，構(gòu)建商用車燃油經(jīng)濟性的仿真分析模型；為驗證燃油經(jīng)濟性模型，進行實車道路測試，將車輛在實際道路行駛工況下試驗數(shù)據(jù)與模型仿真結(jié)果進行對比分析，驗證燃油經(jīng)濟性模型的正確性與有效性，從而形成計算機仿真與試驗相結(jié)合的仿真分析方法。
　　3.根據(jù)所建立的商用車燃油經(jīng)濟性數(shù)學與仿真分析模型，采用所提出的仿真分析方法，對車輛行駛

5、工況、變速器傳動比及不同換擋邏輯的燃油經(jīng)濟性影響進行分析，得出行駛工況的特征參數(shù)與不同換擋邏輯邊界曲線的設定對燃油經(jīng)濟性的影響規(guī)律，提出基于燃油經(jīng)濟性的商用車傳動系統(tǒng)匹配優(yōu)化方法，為商用車燃油經(jīng)濟性數(shù)學模型與仿真分析方法提供應用案例與方法，并為商用車動力總成的配置提供一種行之有效的方法。
　　4.基于工程熱力學、傳熱學和流體力學等基礎理論，對基于朗肯循環(huán)的排氣余熱回收進行熱力學分析；依據(jù)效率-傳熱單元數(shù)法，提出基于發(fā)動機工況的商用

6、車排氣余熱回收熱交換器性能計算方法，并建立排氣余熱回收數(shù)學模型，推導商用車發(fā)動機排氣氣體質(zhì)量流量與循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量間的關(guān)系；建立排氣余熱回收系統(tǒng)的仿真模型；設計并搭建排氣余熱回收試驗平臺，試驗得到發(fā)動機基準工況下的排氣余熱回收熱力學試驗數(shù)據(jù)；基于試驗數(shù)據(jù)，通過排氣余熱回收數(shù)學模型計算得到仿真模型輸入?yún)?shù)，將試驗結(jié)果與模型仿真結(jié)果對比，驗證排氣余熱回收數(shù)學模型的有效性。
　　5.在推導商用車發(fā)動機排氣質(zhì)量流量計算公式的基礎上，仿真得

7、到商用車發(fā)動機不同工況時的排氣余熱回收蒸發(fā)器出口溫度及渦輪機出口溫度、排氣余熱回收輸出凈功率及熱效率、蒸發(fā)器絕熱指數(shù)與效率和發(fā)動機有效熱效率等關(guān)鍵性能指標；分析循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量與發(fā)動機排氣氣體質(zhì)量流量間的關(guān)系，提出排氣余熱回收獲得最大輸出凈功率和熱效率時對應的循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量的選擇方法；根據(jù)發(fā)動機不同工況的排氣余熱回收熱力學參數(shù)，得到商用車發(fā)動機轉(zhuǎn)速-油門開度-排氣余熱回收輸出凈功率間的關(guān)系，為商用車排氣余熱回收電子控制單元的設計提供依

8、據(jù)；建立商用車燃油經(jīng)濟性與排氣余熱回收的關(guān)聯(lián)模型，以實際的行駛工況為例，得到在排氣余熱回收作用下的商用車百公里燃油消耗量及有效熱效率，為排氣余熱回收的應用奠定基礎。
　　論文的研究結(jié)果將為商用車燃油經(jīng)濟性的理論研究和工程分析奠定基礎，為面向燃油經(jīng)濟性的商用車動力總成系統(tǒng)設計提供理論依據(jù)和技術(shù)手段，為排氣余熱回收應用于商用車上的工程實現(xiàn)提供理論基礎，提高商用車的燃油效率，降低燃油消耗量，實現(xiàn)節(jié)能減排，將有力促進我國汽車能源效率的提高