基于冷却水能量回收的气动/柴油混合动力试验研究

利用并联式气动/柴油混合动力试验台架,采用柴油机循环冷却水加热气动发动机进气的混合动力形式,研究了混合动力中气动发动机性能的变化以及柴油机冷却系统的变化.试验结果表明:与气动发动机单独工作时相比,采用混合动力形式后其动力性和经济性得到了提高,尤其高转速下的性能改善更加明显;试验用柴油机冷却系统无需散热器、风扇等装置,也达到了冷却要求,从而简化了结构,减少了发动机的功率消耗.不同试验方案的研究结果表明:柴油机工况点固定,气动发动机进气压力保持恒定,更适合于该形式混合动力.混合动力中回收的能量约占燃料燃烧总能量的5 %,节能效果明显.     

并联型气动燃油混合动力汽车控制策略

针对气动燃油混合动力汽车2种动力源的协调控制问题,在阐述了该类型车的控制策略的开发原则的基础上,提出了用于切换工作模式的门限值的控制策略,应用非支配遗传多目标优化算法获取了混合工作模式下的转矩分配比的脉谱（MAP）图,实现了混合工作模式的转矩实时优化分配.通过在ADVISOR软件基础上开发的气动燃油混合动力整车模型进行的仿真分析验证了所提出的控制策略.结果表明,控制策略能够在满足气动燃油混合动力车驱动性能的前提下,实现混合动力各种工作模式的正确切换,完成气动发动机耗气量和内燃机油耗、排放的优化控制.     

气动-柴油混合动力空气管理策略研究

根据不同经济性指标,对并联式气动-柴油混合动力发动机提出了相应的空气管理方案,并进行了数值仿真研究.计算结果表明:以气动缸最高效率为目标的优化方案适合在常规工况下使用;以最低气耗率为目标的优化方案可作为短时间、高负荷工况时的补充,而以两缸流量相等的方案不宜在该混合动力发动机中使用.此外还对柴油缸采用增压技术、改变两缸转速比等方案进行了探讨.     

液氮发动机循环可用能及效率分析

针对液氮发动机开始朗肯循环过程可用能损失较大的问题,提出分析方法,研究液氮发动机开式朗肯循环过程中可用能损失分布;研究并设计液氮二级再热系统,分析液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环.结果表明,排气是可用能损失的主要环节之一,约占系统输入可用能的20%;且初始膨胀温度受环境温度限制是导致排气可用能损失的主要原因.再热系统可以消除环境温度因素对循环效率提高的限制;采用二级再热膨胀系统,选取合理的再热温度和二级膨胀压力可以得到更高的效率.采用液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环,可以将无法直接做功的内燃机常压高温排气的温度转化为液氮发动机进气可用能,等质量工质的联合循环将整个系统的平均效率提高了8.06%.     

并联式气动-柴油混合动力可行性研究

为预测并联式气动-柴油混合动力发动机的性能,判断其可行性,建立了该混合动力发动机的工作过程理论模型并进行了数值仿真研究.结果表明,这种形式的混合动力发动机能实现其设计目的,即回收利用柴油缸排气废热以提升气动缸性能.在不对柴油缸工作造成明显负面影响的情况下,混合动力气动缸的动力性与经济性较纯气动缸均有较大幅度的改善.对整个系统而言,提高了能量利用率,减少了对矿物燃料的消耗.与纯气动缸的情况相似,混合动力发动机中气动缸在低转速、高负荷的工况下也有较好的性能,但可以避免纯气动缸在高转速工况下性能急剧恶化的现象.原理性论证实验的结果也证明了该混合动力的可行性.     

进排气开启角对气动发动机的影响及其优化设计

 为解决气动发动机在高转速下动力性和经济性恶化的问题,对进排气阀开启角进行优化．基于热力学理论建立了气动发动机缸内过程模型,通过计算分别得到进排气阀开启角对气动发动机动力性和经济性的影响.计算结果表明,在排气阀开启角不变的情况下,适当的进气提前有利于动力性和经济性的提高,在进气阀开启角不变的情况下,适当的排气提前有利于动力性和经济性的提高,并利用试验验证了模型的正确性．最后以功率和气耗率为优化目标,利用已建立的模型,采用降维法优化计算．优化结果表明,不同的转速下,最优的进排气提前角不同．在高转速下,动力性和经济性提高显著．当转速大于2 000 r/min,功率提高20%以上,气耗率下降25%以上．     

气动发动机缸内流场的动态特征

为了解压缩空气所存储的压力能在气动发动机工作过程中的能量分布情况，采用重整化群（RNG）k-ε模型对气动发动机的工作过程进行了数值仿真，再现了气动发动机缸内流场的演变过程.仿真得到了缸内气体压力能、湍动能和输出功等重要参数随曲轴旋转的分布情况以及排气损失、流动损失等占进入气缸总能量的比例.分析表明，在进气过程中进气道及其附近因气流强烈的湍流运动引起的流动损失以及排气所带走的能量是造成高压进气可用能损失的主要因素，当转速为1 500 r/min时，两者分别占进气可用能的15.39%和27.21%.对气动发动机的气缸及进气道结构进行优化设计，合理组织进气气流和缸内流场，可以减小流动损失和排气损失,从而提高发动机的动力性能和经济性能.