本文针对车载柴油机尾气余热回收系统,基于试验及模拟方法,研究了余热回收系统的性能及其对柴油机性能的影响。确定了车载余热回收系统冷却方式,分析了重型卡车配置车载余热回收系统后动力性及经济性变化规律。本文主要研究内容与结论如下:构建用于回收柴油机尾气余热的小型有机朗肯循环系统试验台架。试验研究了不同工况下柴油机及余热回收系统性能的变化规律。试验结果表明,在柴油机低转矩工况下,柴油机排气背压有较小增加,系统膨胀器输出功率随柴油机转速增加而提高。配置的余热回收系统工质流量及压力对柴油机排气背压都有一定影响。基于GT-suite及Simulink建立带有尾气余热回收系统的柴油机仿真模型,深入研究了余热回收系统对柴油机稳态及瞬态动力性能的影响。模拟结果表明,在余热回收系统正常运转的柴油机工况范围内,配置余热回收系统的柴油机燃油经济性、加速性及爬坡性都有明显提升。优选系统工质泵及膨胀器转速并适当降低冷凝器冷却水入口温度对提升柴油机动力性能有积极作用。设计了采用风冷或水冷冷却方式的车载余热回收系统,并对比分析了车载系统在柴油机不同工况下的性能。结果表明耦合水冷式余热回收系统可更有效提升车用柴油机动力输出,且水冷式余热回收系统热效率更高,可更有效降低柴油机尾气排放温度。研究水冷式余热回收系统冷却系统及柴油机运行工况、环境温度对车载余热回收系统性能的影响可知,优化冷却系统水泵及风扇转速可有效提高全柴油机工况下车载系统功率提升量。随着环境温度的降低,余热回收系统改善柴油机动力性能的潜力逐渐提高,在环境温度263K下,柴油机总输出功率最高可提升6.15k W。柴油机在高温环境以高速、高负荷工况运行时,优化回收利用的尾气流量可进一步提升车载系统热效率并改善柴油机燃油经济性。优化分析了车载余热回收系统工质及冷凝器结构参数,分析表明系统采用R123为工质时柴油机动力性能提升量高,且功率提升量随着柴油机转速及转矩的增大而提高。对比分析了系统采用具有相同体积、不同结构参数的板式冷凝器的性能。结果表明具有较大换热板宽、较小换热长度的冷凝器更适用于车载余热回收系统。进一步模拟分析了重型卡车应用车载余热回收系统在不同行驶工况的动力性能变化规律。安装车载余热回收系统后整车总重及驱动力需求有较小增加。当车辆空载运行时,应用车载余热回收系统改善柴油机动力性能不明显,但随着车速及载货量的增大,整车动力性能提升量越高,且随着行驶路程增加,车辆节油效果越明显。