目前,以石油为燃料的车辆仍占据汽车保有量的主体,而且其热效率偏低,通过排气损失的能量占燃料燃烧总能量的较大比重。有机朗肯循环技术作为回收车辆发动机排气余热能的一种手段,可以有效提高能源利用率,实现节能减排的目的。但是车辆在道路的瞬变工况下运行,发动机-有机朗肯循环系统如何实现协同工作,最大限度的发挥节能潜力是该领域研究的热点。本文利用理论分析、试验研究和仿真模拟相结合的方法,建立了整车道路循环工况柴油机-有机朗肯循环系统仿真模型,以道路循环工况系统节能优化为目的开展了协同控制策略及其控制的研究,为发动机排气余热回收有机朗肯循环系统工程应用提供一定的参考。基于发动机试验测试研究了全工况范围内的柴油机排气特性,建立了更接近实际的柴油机仿真模型。研究表明,柴油机排气余热能量可观,尤其在柴油机高转速区排气余热能大于柴油机输出功率,排气余热回收潜力大;排气温度达到中高温范围的占比超过了90%,能量品质高;柴油机的排气温度、排气质量流量、排气余热能量和最大可用排气能量变化范围大,呈现显著的梯级特性,这也决定了在真实道路工况,排气余热能量的动态特性。采用GT-POWER建立的柴油机仿真模型,更接近于实际且通过误差分析可知模型精度较高。以有机朗肯循环系统安全、稳定、高效、经济地回收排气余热能量为优化目标研究确定了系统结构型式、部件类型、有机工质和参数匹配。研究表明,从有机朗肯循环系统热力学性能和经济性能综合考虑,简单有机朗肯循环系统比带回热器有机朗肯循环系统更具优势。根据柴油机排气特性同时考虑结构紧凑性选配了多级离心泵、翅片管式蒸发器、单螺杆膨胀机、板式冷凝器等系统部件。通过有机工质的筛选、对比,对11种有机工质的系统热力学性能进行了研究,结果表明,R420A的系统净输出功率、质量流量、系统?损率均优于其它工质。结合系统的部件工作特性、结构简化与热力学性能最优,确定了系统参数匹配范围。根据有机朗肯循环系统部件结构与试验数据,构建了有机朗肯循环系统仿真模型,继而建立了柴油机-有机朗肯循环系统仿真模型,基于试验测试与仿真模拟研究确定了以降低有效燃油消耗率为目标的调控参数及参数调控范围。通过多方式的校准分析可知,仿真模型能够满足仿真计算分析的精度要求。对柴油机四个参数的试验测试和仿真分析表明,选择共轨压力为调控参数,在柴油机全工况范围内,存在最佳共轨压力,使柴油机功率、扭矩与燃油消耗率基本保持不变,而最大限度提高排气温度。对有机朗肯循环系统工质泵转速和膨胀机转速的实验设计DOE分析可知,工质泵在允许转速范围内变化,膨胀机转速在900 r/min时可最大限度满足柴油机-有机朗肯循环系统净输出功率和参数匹配既定要求。根据柴油车技术参数,搭建了整车NEDC道路循环工况柴油机-有机朗肯循环系统仿真模型,基于仿真分析确定有机朗肯循环系统工作模式,提出系统协同控制策略。整车道路循环工况柴油机-有机朗肯循环系统仿真结果表明,在城市运转循环,柴油机-有机朗肯循环系统各参数呈现较规律的周期变化,在城郊运转循环,当车速达到最高值或最高值附近时,柴油机-有机朗肯循环系统各参数达到最大值;在城市运转循环,蒸发器出口排气温度均未达到排气酸露点安全温度条件,同时只有在约40%的时间段内有机朗肯循环系统净输出功率大于零。根据整车道路循环工况柴油机-有机朗肯循环系统动态特性和稳定运行条件,将有机朗肯循环系统工作划分为停工、启动、空转和做功4种模式,进而提出了系统协同控制策略。设计GT-SUITE/SIMULINK联合仿真平台和协同控制方法,建立了整车道路循环工况柴油机-有机朗肯循环系统协同控制模型,对比分析整车道路循环工况内协同控制下的柴油机-有机朗肯循环系统与原柴油机性能,提出有机朗肯循环技术在车辆上应用的条件。系统协同控制模型仿真结果表明,在整个道路循环工况范围内,有机朗肯循环系统平均净输出功率为0.135 k W;柴油机-有机朗肯循环系统最大净提升功率、平均净提升功率分别为0.552 k W和0.133 k W;柴油机-有机朗肯循环系统平均有效燃油消耗率改善度为9.01%。