提高发动机热效率,降低CO₂排放是国际内燃机界当下所面临的主要挑战之一。发动机中燃油燃烧所释放的能量约有30%⁴0%通过排气散失到大气当中,而未被有效利用。为此,本文提出了动力涡轮发电-电动辅助增压用电的研究方案,研究了进排气系统对排气脉冲能量的影响规律,发电涡轮和电子增压器的工况匹配特征。提出一种排气脉冲能量回收和利用的管理策略,旨在获得最优的系统总能效率。本文基于某重型柴油机,搭建了发动机试验台架,并基于GT-SIUTE一维热力学软件构建了发动机性能仿真平台。首先在仿真模型基础上,研究了进排气门配气参数对发动机性能的影响规律;揭示了排气结构参数的影响规律。结果表明:排气总管直径对排气能量的利用非常明显,总管直径越小,脉冲能量就越大,但是排气管直径过小,将导致气体流速过快,造成流动摩擦损失增加,反而对废气脉冲能量的利用不利。其次,搭建了串联发电涡轮复合系统仿真模型,研究了动力涡轮流通面积系数、动力涡轮旁通阀和动力涡轮转速对系统总能效率的调控规律。结果表明:系统总能效率主要取决于动力涡轮回收能量与泵气损失之间的盈亏平衡状态。再次,搭建了电动辅助增压模型,研究了电子增压器在外特性工况下对发动机动力性、经济性和扭矩响应的影响规律,结果表明:电子增压器在低转速区域介入对发动机的动力性、经济性和扭矩响应均具有良好的改善效果,而随着转速增加,改善效果逐渐下降至恶化。最后,针对进排气系统的优化以及动力涡轮和电子增压器的工况匹配特征基础上,提出了脉冲能量回收和利用的全历程管理策略。结果表明:WHSC循环测试工况下,发动机系统总能效率平均提高了2.32%,验证了所提出的联合管理策略的有效性。