车用发动机冷却系统工作过程与匹配计算.

2008年(第30卷第9期

汽车工程Aut omotive Engineering

2008(Vol . 30 No . 9

2008170

车用发动机冷却系统工作过程与匹配计算

成晓北, 潘立, 周祥军

1

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(11华中科技大学能源与动力工程学院, 武汉430074; 21玉柴机器股份有限公司技术中心, 玉林537005

[摘要]对一台车用柴油机的冷却系统进行冷却系统水流和热流分布台架试验, 利用流体系统仿真分析软件

对整个冷却系统工作循环过程、热平衡状态和冷却系统匹配性能进行仿真计算, 并依据试验得到的相关结果验证了计算模型, 对影响其冷却性能的一些因素进行详细分析, 最后指出该冷却系统存在的问题, 并提出优化改进方案。

关键词:汽车柴油机; 冷却系统; 水流分布; 热流分布; 试验; 仿真

Working Pr ocess and Matching Si m ulati on of Cooling System in D iesel Engine

Cheng X i a obe i , Pan L i i a 1

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11School of Energy &Po w er Engineering, Huazhong uhan 430074;

21R &D Center , Yulin iesel Yulin 537005

[Abstract]and heat flux distributi ons in the cooling syste m of a vehicle diesel engine is . si m ulati on on the working p r ocess, ther mal balance and matching perf or mance of the whole cooling syste m is carried out with one 2di m ensi onal co mmercial s oft w are F LOWMASTER2. The si m ulati on models are verified by test results, and s ome fact ors affecting the perf or mance of cooling syste m are analyzed in de 2tail . Finally, the p r oble m s re mained in existing cooling syste m are pointed out with i m p r ove ment sche me p r oposed .

Keywords:veh i cle d i esel eng i n e; cooli n g syste m; wa ter flow d istr i buti on; hea t flux d istr i buti on; test ;

si m ul a ti on

水泵流量过大等。通过对影响冷却性能的因素进行

前言

随着发动机升功率的不断提高, 产生的热流密度也随之增大, 普遍存在着发动机冷却液温度过高的问题。因此, 对发动机冷却系统进行整体优化改进, 解决高功率密度下发动机冷却和热平衡问题是满足上述要求而必须突破的技术关键。现代发动机设计中, 必须要考虑发动机各流体系统之间的热影响, 即发动机的热管理

[1]

分析, 提出了对该发动机冷却系统的改进方案。

1热流分布试验

所研究的柴油机为重型车用柴油机, 主要技术参数见表1。热流分布试验实际上包含了水流分布试验和热平衡试验

[3]

, 即需要同时考虑流动和传热

在发动机冷却系统各部分的分布情况。111水流分布试验

, 而对于发动机热管理系统

[2]

仿真来说, 必须要将发动机本体、冷却系统、空气侧系统等流体系统结合在一起进行仿真

。

作者结合试验研究和仿真计算, 对一台车用发动机冷却系统的冷却性能和热平衡状态进行分析评价。原机存在的问题:在夏季高温时以及车辆低速行驶时发动机水温过高, 冷却系统部件匹配不理想,

水流分布试验是在发动机倒拖条件下进行的, 主要是了解发动机内各缸冷却液流量分布均匀性。通过对冷却系统各部件压力损失的情况分析, 从宏观上评估冷却系统各部件匹配的合理性; 另外, 可通过对各缸中每个上水孔处的水流速、流量分布情况定性地分析缸盖、缸体冷却水套内结构的合理性。

原稿收到日期为2008年1月31日, 修改稿收到日期为2008年4月29日。

2008(Vol . 30 No . 9成晓北, 等:车用发动机冷却系统工作过程与匹配计算・759・

表1柴油机主要技术参数

型式缸径/mm行程/mm压缩比标定功率/kW 标定转速/r ・m in -1

1400r/min 时最大转矩/N・m

直喷式水冷六缸

120145171527521001550

和流量, 则可确定热平衡时发动机各散热部分的热

流分布情况, 为匹配散热器、冷却水泵、风扇以及整机热平衡计算结果提供较为准确的评判依据。标定工况热平衡时整机热流分布见图3, 其中冷却介质从水套缸盖带走的热量(Q w 占燃料燃烧放出的全部热量的1714%、冷却介质通过机油冷却器从机油中带走的热量(Q o 仅占218%, 从热流分布可以看出, 中冷器和机油冷却器的换热量较低, 而其他换热损失则较高, 需要对中冷器和机油冷却器散热效率或散热面积进行优化匹配。

增压方式中冷方式

燃油耗率/g・(k W ・h

最高爆发压力/MPa

-1

涡轮增压空2空中冷

19816

确定发动机各个气缸水套内流量和流阻分布, 为后续确定各缸换热量及整个水套的换热量做准备。