发动机冷却系统试验

发动机冷却系统试验上汽集团奇瑞汽车有限公司奇瑞汽车工程研究院1.0目标1.1该试验程序用来评价安装冷却水泵的发动机冷却循环的特性和行为。

1.2 量化发动机总成冷却循环阻力并与设计值作比较。

1.3通过规范总的系统设计和评估水泵设计的匹配性，来决定安装在发动机上在一定外部循环阻力范围内的水泵的流量特性。

1.4通过规范不同运行曲线以及外循环参数，决定不同冷却液温度下所安装泵的气蚀极限。

1.5通过提高调温器的功能和设计意图，决定调温器的静态和动态参数。

1.6 使用一个专门的水泵测试台架来决定水泵的基本流量特性。

这个试验程序对水泵本身的开发没有包含，但可以作为系统的一部分可以平定其匹配特性。

1.7 通过使用一个专门的水泵试验台架来评估水泵理论公差的影响。

推荐使用水泵总成做试验来建立一个名义规范（例如极限间隙的中间值）。

1.8 在冷却液的流动最佳时操作该试验，通常由可视化技术来操作。

最佳流动通常影响气缸垫和发动机冷却液通道的流动阻力。

1.9 对于某些试验（调温器特性）要求运行发动机。

这将方便操作直到试验4.17的与冷却液最佳流动相关的零部件试验台。

在这种情况下，一直到4.17的试验方法应该采用由马达发动机来执行。

在运行发动机的过程中应反复检查。

2.0 试验准备2.1 试验要求一台性能良好的发动机，并且能够在全速、全负荷阶段运行。

该试验要用一个安装了控制热交换器和一个在下软管上安装可变限流阀的静态试验台架来操作，以模拟不同车辆的冷却系统阻力。

由于会导致静态系统压力控制与模拟散热器阻力方向相反，因此限流阀不应该安装在上部软管处。

由于测试并不打算评估热损失，因此发动机的性能并不要求达到最终的产品水平，但应该具有代表性（参考4.21和下文）。

2.2 附录A中列出了试验前所需测量的零部件清单，测量必须符合AS000010标准测量程序2.3所有的发动机零部件都应该符合图纸公差要求；所有总成紧固力矩和间隙应该符合设计说明值。

2.4所有直接影响冷却系统的零部件都必须是新的。

2.5总成测量参数记录在附录B中。

2.6 在循环管道周围的一定数量位置点处测量冷却液压力之前做准备是必要的。

要求（壁上）的静态压力。

推荐在接头进入冷却循环中尽量与平面平齐，在水流突变处应为3mm直径，这样可以避免由于接头伸入水流中对冷却液速度产生影响而导致的读数误差。

应该避免横截面（和速度）的突变。

对于有些不能避免（如调温器座）的地方，推荐使用2~3个接头，接头不要露在水流中和拐角等处，接头应该在外部连接到一起，然后再与压力计或传感器相连。

在截面均匀的通道（管、等）处，把2~3个接头连接在一起后测量压力。

如果要求测量软管中的压力，建议用装有接头的金属管子，使金属管可以插入到软管中。

推荐接头安装在钢管上（例如）使用铜焊接短管到此管子上并钻直径为3mm的通孔。

在急拐弯或横截面变化处，应该有几个不同“直径”的接头（或一个具有代表性的尺寸）。

在理想情况下，例如在上部软管处，顺流方向任何截面的变化接头直径应该大于5mm。

不可能始终达到这种条件，在这种情况下应该注意评估结果。

参考图1中的要求。

2.8 在3.3中描述的位置上要求测量冷却液温度应该作适当的准备来安装适当的温度传感器使其伸进冷却液中（热电偶伸出表面5-10mm，电阻型传感器伸出表面15-20mm）。

2.9 对于有些试验要求发动机在调温器开启状态下运行，也就是机械安装在全开位置，同时要求一个全功能调温器。

在调温器全开时检测小循环是否全关。

3.0 仪器和设备3.1 试验台架上应装有测功机，用它来保证发动机在最高转速和最大负荷条件下运转。

3.2 要求有一个受控的调节冷却液温度的热交换器。

如果有可能，试验台架上冷却系统总容量应该与车辆系统相类似，这将有利于使两个系统的热动参数类似。

如果试验台架冷却系统的容量与整车相比有很大的区别的话，应该仔细处理调温器的动态参数，而且必须与整车系统相验证。

试验台架系统发动机冷却循环总的容量应该对参考意图进行评估。

为了在沸腾后能试验和决定建立的压力一样（部分蚀穴试验），这特别的重要，试验中冷却能力不变与整车实际的冷却系统非常相似。

为了使调温器与控制系统响应安装时不干涉，试验台架温度控制系统参数必须仔细选择，参考4.24。

热交换器的流动阻力应该小于整车散热器的预计阻力。

3.3下列参数需要测量·冷却水泵转速（或者曲轴转速，如果传动比已知）·下列位置的冷却液温度和压力（取决于布置的系统）水泵进口处（或典型的下部软管）水泵出口处（温度是可选的测量项）发动机出口调温器座处（在调温器前）上部软管膨胀箱机油冷却器前（如果可以）机油冷却器后（如果可以）·上部软管的流量速率，注：流量计必须能够测量瞬态流量，在一秒钟内给出测量读数。

以平均时间原理工作的流量计不适合。

为了确定系统特性，上述测量要求在每个的试验条件下当读数稳定时记录一次。

在评估调温器特性时在沸腾试验和系统压力增大时，上述测量要求每秒记录一次或更高频率。

3.4 冷却系统压力需要下面的典型位置，参照推荐图2。

水泵进口处（典型的下部软管，尽可能靠近水泵）水泵出口处发动机出口调温器座处（在调温器前）上部软管（在调温器后）机油冷却器前（如果可以）机油冷却器后（如果可以）系统压力（等效系统压力）缸体（气缸垫下面）缸盖（气缸垫上面）气缸体和缸盖分开的位置取决于发动机的设计细节和冷却循环系统。

冷却流优化通常先于试验程序所提供的连接位置的信息，从而为缸体和缸盖之间的压差提供了有代表性的数据。

3.5 可调的压缩空气用来调节静态系统压力，调节范围为0-2bar。

3.6 推荐试验台架系统安装一个带有设置压力略大于设计（一般为1bar）的压力盖。

也要求充分膨胀容积避免冷却液排除或被压回到压缩空中。

3.7 必须使用合适的下部软管使水泵进口在低压情况下不至于吸瘪。

如果管子可能吸瘪，推荐加强（例如插入钢丝螺旋弹簧）管子，但是应该注意，任何加强管子都不能限制流量或造成过度紊流。

4.0 试验方法4.1安装一台发动机，象2.0一样记录所有零部件总成的数据。

初始安装一概全开的调温器。

如果必要堵住小循环管道。

4.2 在试验台架上按照设计安装角度来安装发动机。

机油加到机油标尺最大位置。

按图2连接冷却管路。

4.3 将推荐的冷却液加入冷却系统冷却液通常使用50%的清水和50%的乙二醇混合液。

推荐有些试验重复使用100%的水，尤其是发动机在没有乙二醇的区域运行时。

如果冷却液中含有腐蚀性的抑制剂而并不严重影响沸水特性的话，可以使用水。

冷却液的范围应该由设计者说明，以及标明任何系统性能极限。

4.4调整下部软管流量调节阀全开在低速低负荷下运行发动机，检测泄漏情况；允许冷却液温度升高到典型的50℃，检测温度仪表；调节可调压缩空气，从零到设计值改变系统压力，检测压力仪表。

4.5 冷却系统冲液与排气系统需要排空一段时间，因此要准备一个排空管。

这样做的实质是让在测试台架上的试验尽可能与整车实际靠近（正确的零件、正确的管路直径、正确的高度）。

灌入冷却液到达膨胀罐的最大水准直到液面静止，这需要等待一段时间。

怠速下运行5分钟。

停机，再次加入冷却液，直到达到膨胀罐的最大水准并记录需要的量。

启动发动机，以一半的额定转速、2Bar BMEP的负荷运转20分钟，每隔5分钟向系统中加注一次冷却液到膨胀罐的上限并记录需要的量。

停机并彻底排空系统中的冷却液。

至少重复两次这样的试验。

4.6 发动机系统阻力——调温器全开安装全开的调温器，调节上部软管温度到50~60℃（如果必要可增加负荷）、调节系统压力到1.0bar（或设计值）。

以最低转速运行发动机当读数稳定时（例如5分钟），按照3.3和3.4的方法记录测量值。

进一步提高转速，给出8~10个中间值加上最大值，在每个转速下记录数据。

通常基本的系统阻力对温度并不十分灵敏，在典型的运行范围内，如此精确的控制温度到定义值范围内对试验来说并不重要，在相对低的冷却液温度下运行该试验将会有减小气蚀和局部沸腾的可能性，气蚀和局部沸腾将导致不稳定或非线形现象的发生。

4.7把上部软管温度调节到95℃和105℃之间（或设计的最高连续温度的目标值）。

在这个测试的过程中，发动机在全负荷条件下运行。

4.8 发动机系统阻力——关闭式调温器安装一个标准功能的调温器并确保小循环达到设计意图。

为了在调温器开启之前短时间内执行试验，有必要使用一个功能调温器（保护发动机）。

尽可能降低冷却液温度。

启动发动机并以低转速运行，记录测量值。

象4.6一样进一步提高发动机转速并记录。

如果调温器已经开启（检测上部软管流量和温度，但允许有小的气流通过气孔），返回到怠速并冷却系统，如果必要继续试验直到所有转速都记录为止。

为了控制水泵的流量，有必要比较泵转速、（从试验台上）压力升高相对于水泵流量变化图或从4.6和4.7得出结果。

4.9 流量传输——模拟可变的车辆系统阻力安装一个全开的调温器，预热发动机。

在最高转速的一半时，上部软管温度达到90~105℃；调节冷却系统，保持温度不变。

如有气蚀发生，使上部软管温度降低到约50~60℃可能会很有效。

关小下部流量调节阀，使通过上部流量计测量的流量减少近10%。

重复4.6中的测量。

4.10 重复4.9中的过程，进一步减少10%的流量（非阻力值）。

重复4.6中的测量。

4.11 重复4.10直到非阻力值的流量降低到50%或系统中的关键点达到最大可接受的压力，参考设计者的要求。

如果具有代表性的整车系统阻力已知，确保试验范围包含该值。

4.12 水泵的气蚀极限——开启式调温器和规定的冷却液在试验之前从4.6中预览结果。

试验目的是决定避免气蚀的情况下所要求的最小系统压力，该试验应该用汽车上原始的软管。

当某个温度区域的局部压力低于冷却液和液体沸腾时的蒸汽压力时，气蚀产生。

这种现象通常最初在水泵进口（也就是系统中的最低压力点）处产生。

起初水泵中的蒸汽重新冷凝（长时间这样将导致腐蚀）但最终将产生“气锁”而使流动停止，在使用中必须避免。

在这些试验当中，必须避免达到“气锁”条件。

对于给定的冷却液温度，气蚀极限被定义为水泵传输流量率与以相同的泵转速测量的参考流量率相比较降低3%，但为了避免气蚀产生水泵的进口压力应足够高。

降低3%的流量相应的会降低近6%的水泵压力升高（dP正比于流量的平方）。

在整车冷却系统中减少冷却液来检测气蚀同样要求试验，这在台架上模拟并不能满足要求。

参考适当的试验程序。

通常额定转速与评估水泵的气蚀特性有关，因为额定功率下产生很多的热量给冷却液；另一方面，发动机最大转速也很关键，因为水泵转子中的动态压力降正比于转速的平方。

由于发动机功率与风扇气流量的比值很高，通常在最大扭矩下稳定运行，产生的冷却液温度最高。

为了模拟整车冷却系统阻力，应该调节下部软管阀。