氣動燃油混合動力車混合效能分析及其電控氣動發(fā)動機的研究.pdf

1、石油危機及環(huán)境問題導(dǎo)致電動汽車、生物質(zhì)燃料汽車、燃氣汽車等各種新能源汽車得到了發(fā)展，車用動力能源進入了一個多元化時代。以壓縮空氣或液氮作為儲能介質(zhì)的氣動汽車近年來也受到了很多關(guān)注。純氣動汽車雖然具有不需要消耗石油以及行駛過程中無污染的優(yōu)點，但由于車載能源的儲能密度以及氣動發(fā)動機的能量轉(zhuǎn)換效率等問題，其使用范圍受到了一定的限制。將氣動動力系統(tǒng)與內(nèi)燃機組成混合動力能夠達到兩種動力的優(yōu)勢互補。氣動燃油混合動力汽車不僅能夠充分發(fā)揮氣動和內(nèi)燃兩種

2、動力源的動力性能優(yōu)勢，還能夠通過取消怠速、優(yōu)化內(nèi)燃機的工作區(qū)域、內(nèi)燃機小型化、車輛制動能量回收以及利用內(nèi)燃機的廢熱等途徑實現(xiàn)車輛的節(jié)油、節(jié)能和減排。作為一種探索性研究工作，本文以一種較容易實現(xiàn)的充氣式并聯(lián)氣動燃油混合汽車為研究對象，展開了電控氣動發(fā)動機、動力參數(shù)設(shè)計匹配以及控制策略的研究，分析了其所能達到的節(jié)油、節(jié)能以及減排效果。主要工作和結(jié)論如下：
　　 ⑴氣動發(fā)動機電控氣動可變氣門的研究。為了滿足氣動燃油混合動力汽車對氣動發(fā)

3、動機快速轉(zhuǎn)換工作模式的要求，設(shè)計了一種利用氣動發(fā)動機減壓過程中浪費的能量驅(qū)動的新型電控氣動可變氣門系統(tǒng)，運用熱力學(xué)以及動力學(xué)的理論建立了該氣門的工作過程模型，并對該模型進行了試驗驗證。理論計算及試驗結(jié)果均表明：所設(shè)計的可變氣門系統(tǒng)能夠滿足氣動發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000 r/min的開閉頻率要求。通過建立以該可變氣門系統(tǒng)作為進氣門的電控氣動發(fā)動機變質(zhì)量熱力學(xué)模型，重點分析了氣門設(shè)計參數(shù)及運行參數(shù)對氣門動態(tài)特性的影響，為該類型氣門的設(shè)計以及工作參

4、數(shù)的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
　　 ⑵氣動發(fā)動機電控系統(tǒng)開發(fā)及性能評估試驗。將一臺195柴油機改制成了電控氣動發(fā)動機試驗樣機，開發(fā)了其電控系統(tǒng)，搭建了其測控試驗平臺。對該樣機進行的可行性評估試驗結(jié)果表明：應(yīng)用所設(shè)計的電控氣動氣門作為氣動發(fā)動機的進氣門是可行且合適的。針對電控氣動發(fā)動機理論模型所進行的驗證試驗表明：所建立的理論模型用于分析研究氣門參數(shù)對氣門動態(tài)特性的影響以及電控氣動發(fā)動機的性能具有足夠的精度。
　　 ⑶氣動燃油

5、混合動力汽車的建模與動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法研究。參考ADVISOR軟件的建模方式，運用MATLAB/SIMULINK軟件搭建了并聯(lián)型氣動燃油混合動力汽車的仿真分析平臺。提出了充氣式并聯(lián)氣動燃油混合動力汽車動力參數(shù)的設(shè)計理論，結(jié)合實例給出了運用正交優(yōu)化理論進行氣動燃油混合動力汽車動力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的方法。
　　 ⑷并聯(lián)型氣動混合動力汽車控制策略研究。通過對充氣型并聯(lián)氣動燃油混合動力汽車的工作特性的分析，提出了該種混合動力汽車控制策略的

6、開發(fā)原則。根據(jù)該原則，開發(fā)了一種將邏輯門限值與混合工作模式下轉(zhuǎn)矩分配比實時優(yōu)化相結(jié)合的控制策略，并進行了該控制策略仿真驗證分析。結(jié)果表明：該控制策略能夠合理分配兩種動力源的輸出以滿足車輛按照工況循環(huán)行駛的要求，且內(nèi)燃機也被限定在其高效低排工作區(qū)域內(nèi)工作，同時氣動發(fā)動機的經(jīng)濟性能也得到了保證。
　　 ⑸并聯(lián)型氣動燃油混合動力汽車混合效能分析。采用與傳統(tǒng)柴油轎車進行仿真對比的方式，分析了氣動混合動力汽車的混合效能。結(jié)果表明：在NED

7、C、UDDS、HWFET和JAPAN10-15四種工況循環(huán)下，并聯(lián)型氣動燃油混合動力車分別能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油48.34％、44.96％、20.66％和55.15％，減低排放58.84％、38.76％、14.54％和66.59％，但卻分別需要增加消耗壓縮空氣99.73 kg/100 km、87.39 kg/100 km、55.60 kg/100 km和90.59 kg/100km；以柴油當(dāng)量作為氣動燃油混合動力汽車能耗的評價指標(biāo)，在四種工況循環(huán)

8、下，混合動力車可分別實現(xiàn)節(jié)能13.12％、14.06％、-6.27％和28.06％。進行了氣動燃油混合動力汽車取消怠速、優(yōu)化內(nèi)燃機工作區(qū)域、內(nèi)燃機小型化、利用內(nèi)燃機排氣廢熱以及制動能量回收這五種混合途徑對整車混合效能的貢獻分析。結(jié)果表明：對于平均車速較為接近的NEDC和UDDS工況，各種混合途徑對節(jié)油的影響比重排序為“優(yōu)化內(nèi)燃機工作區(qū)域>取消怠速>內(nèi)燃機小型化>利用內(nèi)燃機排氣廢熱>制動能量回收”，對于怠速時間最長JAPAN10-15工況