研究表明,汽车燃料燃烧释放的能量只有20%～45%被有效利用,其他的部分都以热能的形式耗散掉了。其中废气携带的能量约占总耗散能量的28%～44%,可见废气能量回收意义重大。目前对废气能量回收系统的研究多集中于发动机和动力涡轮的机械方面,或者是系统整体建模但未充分考虑高速永磁同步发电机的电磁特性,而对高速永磁同步发电机的研究又多侧重电机本体,未考虑其在废气能量回收系统的应用。本文针对94k W的柴油机废热回收利用的废气涡轮发电系统,设计了一台功率为1.8k W,转速为60000r/min的高速永磁同步发电机,充分考虑柴油机转速、喷油提前角、压缩比等参数,动力涡轮转速和发电机的电磁特性等机电耦合及相互影响关系,利用GT-Power与MATLAB/Simulink和Ansoft软件建立废气涡轮发电系统整体模型。首先对系统中柴油机、高速永磁同步发电机进行仿真分析,掌握柴油机的气缸特性、速度特性、废气参数特性和高速永磁同步发电机的空载、负载特性,结果表明随着转速的增加,柴油机气缸温度逐渐上升而压力先上升后下降,扭矩呈先增大后减小的趋势,在1800rpm时达到最大为402.42N·m,功率逐渐增大,在2400rpm时柴油机功率达94.2k W,排气参数呈上升趋势;高速永磁同步发电机空载下定子齿部磁密约为1.5T左右,气隙磁密波形正弦性好,谐波较少,发电机负载下电压电流幅值约为68V、12A左右,电磁转矩在180m N·m左右波动。在此基础上,进一步研究了系统在FTP-75驾驶循环工况下的发电效果,结果表明系统最高发电功率可达837W,系统效率最高为39.3%。据此对柴油机转速、喷油提前角、压缩比,发电机峰值电压、输出功率、效率及其相互影响进一步进行仿真分析,得到柴油机排气参数、经济和动力特性和对发电机的性能影响:发动机在转速增加、喷油提前角及压缩比减小时,发电机电压峰值、输出功率及效率呈上升趋势,最终给出了系统的最佳工作点。