目前,常规发动机的热效率一般为20%～40%,燃料燃烧的大部分热量通过排气、冷却介质和机体辐射等以余热的形式散失在大气中。其中,尾气中的废热量达到了燃烧总热量的三分之一,对发动机尾气中的余热进行回收利用是提高发动机能量利用率的重要手段。冷启动暖机阶段,发动机机体温度较低,燃油雾化差,燃料混合不均导致缸内燃烧不充分,排放严重恶化。改善发动机冷启动暖机过程,减少暖机时间,对发动机减排具有重要意义。本文以铃木GSX-R600发动机为研究对象,通过GT-POWER模拟仿真与台架试验相结合的方式,研究了加装换热器回收发动机冷启动暖机过程中尾气余热加热冷却液,对缩短发动机暖机时间的影响。本文通过气道试验、台架标定试验测定了发动机进排气门流量系数C_D,喷油器喷油脉宽MAP等数据,并结合理论分析建立了目标发动机仿真模型。利用试验数据对模型的准确性进行了验证,验证结果表明,模型的相对误差小于5%,仿真模型能够满足准确性要求。通过测定的结构数据建立了目标发动机热交换模块、冷却系统及润滑系统仿真模型,并与发动机仿真模型耦合建立了暖机系统的仿真模型。利用试验数据对模型进行了准确性验证,验证结果表明所建暖机系统仿真模型具有较高准确性。分析暖机工况排气物性参数随时间变化规律,计算了目标发动机暖机过程尾气余热能流率,怠速工况下暖机过程中尾气余热能流率最高可达1850J/s,占单位时间燃料燃烧放热量的17%,具有较大回收潜力。设计了一种利用尾气余热加速暖机过程的尾气余热暖机方案,即利用换热器回收尾气余热来加热发动机小循环中的冷却液以加速暖机。设计了一种同心管换热器,通过FLUENT软件对换热器性能进行模拟计算,获得换热器压差、温差、换热量随流量的变化规律。依据所设计的方案,搭建了试验台,进行了试验研究。试验结果表明,利用所设计的暖机方案,怠速工况下暖机时间缩短了300s,暖机时间减少率为36.5%。不同暖机工况下进一步的仿真研究表明,随着发动机负荷的增大暖机效果逐渐降低。最后,设计了一种平板片翅片管换热器,相较于同心管换热器,总体积减小了96.7%。采用平板片翅片管换热器后的尾气余热暖机系统仿真计算分析表明,相较于同心管尾气余热暖机系统,暖机时间进一步缩短了135s,暖机时间减少率进一步提高了25.9%,即系统总的暖机时间减少了435s,总的暖机时间减少率为53%。本文的研究表明,利用本文所设计的尾气余热加速暖机过程的尾气余热暖机方案,通过合理的换热器设计,能够有效地回收暖机过程尾气余热,明显缩短暖机时间。