关于发动机余热回收的复合动力涡轮系统的仿真分析

刘振 ，何冠璋

（1.湖南科技职业学院智能装备技术学院，湖南 长沙 410000；2.广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林 537000）

近年来，随着油价的日益攀升以及能源环境问题，发动机余热能回收作为一项颇具潜力的解决方案又重新被发动机制造商及各大研究机构所重视。Bowman公司开发了一套串联复合涡轮系统，通过发电涡轮、电池、ISG电机之间的协调控制来实现发动机油耗的降低。与机械复合涡轮仿真与实验的对比发现，ETC系统较MTC系统能够在更宽的发动机工况范围内实现发动机油耗的降低（MTC-3%，ETC-10%）。美国DOE车辆技术办公室与卡特彼勒公司在一辆直列8缸卡车发动机上开展了一项合作研究，旨在证明电复合涡轮技术在改善发动机节油指标上所能达到的改善。清华大学以增压汽油机为基础发动机，以发动机油耗为指标，仿真研究了串联、并联、电辅助三种复合涡轮形式的节油潜力。研究结果表明，在稳态工况和US06与FTP75驾驶循环下并联复合涡轮形式为最佳的系统结构形式，并指出串联复合涡轮系统与电辅助复合涡轮形式的弊端所在。

本文旨在设计某动力涡轮系统，并通过对涡轮机进行涡轮特性仿真计算出其涡轮特性MAP，将计算出的涡轮特性map加入发动机GT-SUITE仿真模型进行性能模拟，验证设计的动力涡轮系统是否满足回收发动机废气余能需求。

1 结构设计

1.1 E-TC系统总体结构

E-TC系统总体结构关系如图1所示，动力涡轮系统安装在增压涡轮系统废气出口，增压涡轮系统涡轮箱出口带有旁通机构用于控制增压压力，高速永磁发电机通过高速联轴器与动力涡轮相连。……