伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。目前,中国已成为仅次于美国和日本的第三大石油进口国。而汽车的石油消耗又占了中国石油年消耗量的50%。因此,提高发动机热效率在汽车节能、环保技术开发中起着关键的作用。玉柴积极响应国家节能减排政策,从2008年开始余热能量回收技术的研究,以提高发动机热效率。通过近2年时间的研发,玉柴成功建立起一套发动机废气回收的朗肯循环系统,但存在诸多问题,特别是膨胀机,出现配气轴卡死故障,无法完成基本的性能试验,导致开发进度中断。本文重新梳理膨胀机的技术路线,结合玉柴自有研发资源,开发新一代膨胀机,并搭载玉柴朗肯循环余热能量回收系统,对某发动机废气余热能进行回收完成性能试验,结果表明,新一代膨胀机能稳定运转,在发动机900r/min时,蒸汽马达发出的功率到了10k W,功率提升4%,而且随发动机转速增加效果越明显,同时也发现了玉柴余热回收系统存在的问题,并提出了后续的优化方向。论文的主要研究工作如下:(1)膨胀机技术路线研究,通过对国内外余热能量回收技术的分析,从热效率、技术成熟度、制造工艺性等方面,结合玉柴自有的优势资源,重新选择膨胀机的开发技术路线。(2)活塞式膨胀机性能研究开发,利用能量守恒方程、连续性方程、传热方程,建立了活塞式膨胀机的计算模型,计算分析了膨胀机初温、初压、配气相位、压缩比等参数对活塞式膨胀机输出功、效率以及工质流量的影响规律。为膨胀机的设计奠定了重要的理论基础。(3)活塞式膨胀机设计研究,按照玉柴发动机成熟的开发流程,从布置设计阶段、详细设计阶段、配气机构动力学运动学仿真等方面,完成活塞式膨胀机研究开发,结合玉柴的供应商体系,完成活塞式膨胀机零部件的制造。(4)活塞式膨胀机性能试验研究,通过搭载玉柴朗肯循环余热能量回收系统,设定特定的试验工况,验证玉柴余热能量回收系统及膨胀机性能。