串联式混合动力APU用米勒循环发动机性能研究

摘要

能源危机与环境污染问题对传统汽车的发展提出巨大挑战。在这种背景下，电动化成为汽车发展的重要趋势。当前纯电动汽车发展受到电池技术限制，短期内难有较大突破，因此混合动力汽车成为最佳过渡方案，其中串联式混合动力汽车因其简单可靠的动力系统结构受到汽车行业的广泛关注，特别是近年来出现的串联式插电混合动力汽车SPHEV（Series Plug-in Hybrid Electric Vehicle）成为该领域研究热点。当前SPHEV面临混合驱动模式下整车能源效率低的问题。针对该问题，本文提出通过采用米勒循环提高发动机效率，从而改善整车能源效率。
　　本文在某型 A级传统动力汽车的基础上开展串联式混合动力系统研究。从保持SPHEV的动力性与基础车型一致的角度出发，提出了SPHEV的设计目标，实现了动力系统各部件的选型和匹配，为后续米勒循环发动机的性能研究及搭载米勒循环发动机的SPHEV性能研究提供参数依据。
　　本文基于动力系统匹配的结果，选取一台1.1 L汽油机作为发动机基础平台。基于准维模型，采用全因子试验设计法研究了米勒循环发动机的几何压缩比、进气门迟闭角及发动机转速对发动机动力性、经济性的影响。米勒循环发动机的设计参量与性能参量间存在交互影响关系，对发动机性能研究造成了障碍。本文采用了以研究目标为中心的分析方法，借助中间参量搭建各参量间的逻辑关系，实现对计算结果的有效分析。研究结果表明只有合理提高几何压缩比、增大进气门迟闭角，才可降低发动机的有效燃油消耗率。米勒循环发动机有效燃油消耗率的改善受到回流损失、火用损失、不完全膨胀损失以及燃烧损失的制约。米勒循环发动机的燃油经济性与动力性存在“trade-off”关系，该现象源自爆震约束。
　　为评价“串联式混合动力系统+米勒循环”这一技术方案对整车能耗及排放的影响，本文研究了同一汽车基础平台下传统动力汽车以及分别配备奥托循环发动机、米勒循环发动机的SPHEV在不同行驶循环下的能源效率、排放水平。研究结果表明单独采用串联式混合动力技术可以有效改善车辆在市区、市郊工况的燃油经济性，但造成车辆在高速公路工况下的油耗水平明显提高。采用米勒循环发动机后，SPHEV在高速公路工况的油耗恢复至传统动力汽车水平，且在市区、市郊工况的油耗进一步降低。对于汽车排放性能，采用串联式混合动力技术后，发动机暖机工况比例上升，对整车的HC、CO、NOx排放水平造成不利影响。采用不同类型发动机的SPHEV的排放行为也存在明显区别，相较采用奥托循环发动机的方案，采用米勒循环的SPHEV的CO、NOx排放较低，HC排放较高。

目录

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字母注释表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2课题的提出

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容及结构

第二章 串联式混合动力系统匹配

2.1串联式混合动力系统结构

2.2动力系统参数匹配设计

2.3本章小结

第三章 米勒循环发动机性能分析

3.1模型搭建

3.2试验设计

3.3以目标为中心的分析法

3.4模拟结果分析

3.5本章小结

第四章 整车性能分析

4.1整车动力系统描述及建模

4.2仿真方案设置

4.3 “油井到车轮”分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

参考文献

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致谢