车用发动机热平衡研究进展与展望
柴油机热平衡研究现状及分析
• 32 •内燃机与配件柴油机热平衡研究现状及分析Present Situation and Analysis of Diesel Engine Thermal Balance陈陆洋®;梁志峰®;周广猛于;刘瑞林于(①陆军军事交通学院研究生管理大队;②陆军军事交通学院军用车辆系）摘要：发动机热平衡是指燃烧产生的热量分布到发动机各个系统和部分，并使得各部件温度趋于稳定的平衡状态，进行柴油机热平衡研究可以分析在不同工况下燃油燃烧释放出的总热量在柴油机中的分配情况，从系统集成角度来统筹分析柴油机中的能量转 换与流动传热过程，本文对发动机热平衡研究内容及发展趋势进行了简要介绍和分析。
Abstract : The ther^nal balance of the engine is the distribution of the heat generated by the combustion to the various systems andparts of the engine and the equilibrium temperature of the components tends to be stable . The study of the ther^nal equilibrium of the diesel engine can analyze the total heat released by the combustion of the fuel in different conditions . The paper analyzes the energy conversion and flow heat transfer process in the diesel engine from the point of view of system integration . In this paper , the research content and development trend of the engine thermal balance are briefly introduced and analyzed .关键词：发动机;热平衡;传热；热流量Abstract : engine ； heat balance ； heat transfer ； heat flow〇引言提高发动机的热效率是设计发动机的追求目标之一， 发动机在工作时有自己的最佳工作区间，若发动机工作温 度过高，会导致发动机热负荷增加，若工作温度过低，会使 得热效率下降。
发动机冷却系统论文：现代车用发动机冷却系统研究状况及发展趋势
现代车用发动机冷却系统研究状况及发展趋势刘德彬（黑龙江省动物卫生监督站）1概述冷却系统对发动机性能的影响日益显著。
目前，几乎所有的发动机强化都面临着如何解决高功率密度下的冷却及热平衡问题,既在提高输出功率的同时,又要兼顾油耗的经济性和排放的环保性。
这些都对冷却系统的性能提出了新的要求，开发高效、可靠、经济、环保的冷却系统,已成为发动机进一步实现技术突破的关键所在。
因此,采用先进的冷却系统设计理念,应用柴油机现代设计技术提出设计规范与策略,对推动柴油机冷却系统技术进步具有重要的研究价值。
目前,发动机冷却系统的发展趋势主要有以下几个方面：2冷却系统的能控化目前,随着电子技术和计算机技术的广泛应用和飞速发展,电部件技术日趋成熟，传统被动式的发动机冷却系统正在走向智能化和自动化。
传统冷却系统不能更全面的适应发动机实际运行时的冷却需求，从而无法实现对发动机水温在全运行工况内的合理控制。
然而，采用电子驱动及控制技术，可以通过传感器和计算机芯片根据实际的发动机温度控制运行,从而提供最佳的冷却介质流量,降低能耗,提高效率。
例如，Hoon Cho等人用电控冷却水泵取代传统机械水泵,利用试验和模拟对比分析发现,通过控制水泵转速并提高电控水泵效率,功率消耗降低量超过87%,若将水泵转速提高至最大值时,可降低散热器尺寸超过27%,对提升发动机性能和燃料经济性潜力很大[1]。
可见，电控冷却系统一方面可以通过精确、自动地调节冷却液的温度,把发动机的工作温度控制在最佳范围,延长发动机的使用寿命,提高发动机的工作效率,降低发动机的故障率；另一方面，还可根据汽车的行驶速度、发动机的冷却水温来综合控制冷却系统,从而达到降低油耗和提高发动机可靠性的效果。
3温度设定点的合理调节冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础，因此，可以通过改变冷却液温度设定点来改善发动机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态时的性能。
升高或降低温度点在不同情况下各有优长。
某车型发动机热平衡能力优化及试验验证
某车型发动机热平衡能力优化及试验验证发布时间：2021-07-20T03:19:16.711Z 来源：《中国科技人才》2021年第10期作者：苏志亮[导读] 随着整车排放标准的日益提高，发动机国六排放技术、EGR、缸盖集成式排气歧管等技术的引入，大大增加了散热系统的热负荷，这就对整车热平衡性提出更高的要求，热平衡能力提升无疑是巨大的挑战。
北京汽车集团越野车有限公司北京 101300摘要：整车热平衡性能是汽车热管理的一项重要内容，也是汽车重要的性能开发项目。
某款发动机热平衡不理想，冷却液温度不能达到稳定状态，一直上升，从而触发发动机的热保护而切断空调、更甚者发动机限扭，或者即便稳定，但发动机的冷却液不能处于最佳的工作状态，空调切断乘员舒适性很差。
通过仿真分析并经过试验验证，改进优化提高散热能力，有效的降低了发动机冷却液温度，满足了设计及使用要求。
关键词：热平衡；试验；冷却温度；一、概述1.1整车热平衡汽车热平衡定义：即汽车各系统、总成、零部件的温度与环境温度的差值达到稳定，使汽车各部分均在合理或理想的工作温度环境中运转。
整车热平衡性能是越野车的一个很重要性能指标，涉及众多因素，包括发动机热管理系统、整车空调系统、动力总成冷却系统等各系统的匹配，同时还需兼顾内外饰造型、空气动力学等，是越野车发挥越野能力的重要保障。
随着整车排放标准的日益提高，发动机国六排放技术、EGR、缸盖集成式排气歧管等技术的引入，大大增加了散热系统的热负荷，这就对整车热平衡性提出更高的要求，热平衡能力提升无疑是巨大的挑战。
随着车辆综合性能不断提高，发动机舱热管理的优化设计技术已经成为当前汽车空气动力学数值分析领域的重点和难点之一。
要使整车性能得到充分发挥，就要保证发动机在所有工况下处于最适宜的温度范围内工作。
既要防止发动机过热，又要防止发动机过冷。
针对整车热平衡试验，发动机过热的危害主要包括以下内容：1：发动机温度过高，充气效率降低，发动机功率下降，动力不足；2：发动机温度过高，加大早燃和爆燃的倾向趋势；3：发动机温度过高，运动件易损毁，磨损加剧；4：发动机温度过高，车辆润滑恶化，加剧磨损；5：发动机温度过高，零部件机械性能降低；影响发动机热平衡能力或者影响发动机冷却系统温度过高的原因及主要因素：1：前期的仿真计算发动机的发热量高于实车：发动机自身热量的释放、排气系统的热量、EGR 和变速箱油冷发热量较高等；2：发动机冷却水流量不足：发动机冷却水泵扬程偏小，散热器及管路流阻偏大；3：散热器散热能力不足：散热器芯体散热量不足，水阻和风阻大，有效散热面积偏小；4：进风量不足：进气格栅开口比不足，前端冷却模块布置结构不合理，前端密封不足有热回流等；5：冷却风扇：冷却风量不足，冷却风扇风机功率不足；在车辆满载、恶劣工况情况下，散热系统必须满足最大热负荷工况散热的需要，这就需要解决最大散热量与散热水泵，散热器及散热风扇的匹配问题，并在最有匹配条件下进行零部件的统一设计，目前此类热平衡问题的普遍解决的方法如下：1：提高散热器散热能力：加大散热器散热面积，加大水箱。
商用车发动机热平衡试验研究与分析
商用车发动机热平衡试验研究与分析作者：暂无来源：《专用汽车》 2015年第11期郭威田业光朱向洪湖北三环专用汽车有限公司湖北十堰442000摘要：通过对商用车进行发动机热平衡试验，阐述了冷却系统对于水温及发动机性能的影响。
分析了发动机与整车匹配的重要因素及影响原因，对冷却系统优化的测试数据为日后设计工作具有一定的借鉴意义。
关键词：商用车发动机热平衡冷却系统中图分类号：G232: TH242 文献标识码：B文章编号：1004-0226(2015)11-0106-04第一作者：郭威，男，1987年生，助理工程师，现从事商用车产品试验与技术研发。
在目前的汽车技术背景下，节能的技术手段越来越多，运用在发动机技术上主要有两个层面，一个是提高发动机的热效率；另一个是改善发动机排放。
发动机热平衡研究是发动机热效率研究的重要组成部分。
它是从系统集成的角度分析发动机中的能量转换与流动传热过程，使发动机的各个系统（如进排气系统、冷却系统、润滑系统）与发动机匹配最优化，最大程度地提高发动机的热效率。
研究发动机热平衡相对直接的方式就是通过热平衡试验以及相关的模拟计算。
1发动机热平衡试验方法发动机热平衡试验方法主要为两种：一种是台架试验，另一种是整车道路试验。
发动机台架试验边界条件相对较容易控制，试验操作也较为方便。
然而整车道路试验条件较为苛刻，车辆须满足发动机在最大扭矩或最大功率状态下上坡行驶。
一般采用拖车方式，前后车选择合适的变速器挡位控制样车一直能保持最大扭矩输出，要求速度控制在20 km/h以内，持续里程约5 km。
在这种工况下监测发动机冷却液温度、中冷后进气温度等参数变化趋于稳定后整车达到的热平衡状态。
发动机各系统传感器的测量点如图1所示。
发动机冷却系统水温对于发动机的性能产生重大影响。
发动机冷却系统水温过低，容易引起废气排放变差，零部件加剧磨损，输出功率减小，则会缩短发动机的使用寿命；然而水温过高同样能引起发动机的磨损，使可靠性能下降。
211089217_汽车发动机热平衡分析与优化
- 52 -工 业 技 术0 引言汽车发动机燃料燃烧产生的热转换是一种高效的能量，这些能量一部分被传递到发动机的冷却介质中，另一些则是通过废气中的热传递和抵消了摩擦力的损耗。
该文根据内燃机热能特性、不同损耗和不同的能量分布来研究燃料总热量的利用情况。
在整个车辆中，发动机的冷却和机油与周围温度之间的关系保持平稳的现象就是所谓的“汽车热平衡”。
为了保证汽车发动机的热平衡，一般期望有效功占据的比重较大，这样能改善发动机的热效率。
从汽车的角度来看，一般期望能够在最短时间内使发动机的冷却和润滑油与外界的温差保持在一个合适的温度区间内。
汽车热平衡是汽车热管理的重要内容，也是汽车重要的性能开发项目。
如果热量不均衡，会导致冷却水的温度不能保持在一个较高水平，则会引起发动机的热保护，造成发动机的热阻，或者即使冷却水的温度是稳定的，但发动机的冷却液没有处于良好的工作温度，则会造成发动机的油耗和排放率均较差[1]。
1 汽车热平衡问题的根源车辆发动机冷却液所承载的能源转换的简化图如图1所示。
发动机水箱的冷却液体会从发动机中吸取热量，并通过散热回到发动机。
在散热装置中，热的冷却液经过散热片和冷气流进入热量交换。
一方面，当冷却液从发动机中排出后，由于其所带的热能不足，无法迅速排出，因此其温度会不断升高，无法得到控制。
即使从发动机中排出的冷却水能够携带大量的热，但是在散热器中的热交换很差，导致冷却液被风吸走得更多，更多的热会回到发动机中，导致发动机的冷却温度不断上升。
总之，如果不能通过高效的冷却液体将发动机的热带走并将其充分输送至大气中，则会产生大量的冷却液体，进而导致车辆无法达到热平衡。
2 发动机热平衡试验方法 发动机的热平衡测试分为台架测试和整车道路测试2种。
在发动机台架上进行试验时，边界条件比较好控制，测试和运行更方便。
但整车道路测试对汽车的性能要求很高，必须保证发动机在最大转矩和最大功率的情况下进行。
通常使用牵引模式，在前后车辆之间选取适当的档位来控制样车始终保持最大的转矩，并要求车速不超过20km/h ，续航里程大约5km 。
发动机的热平衡
发动机的热损失
热损失
指燃料燃烧产生的热量在发动机运行过程中，以各种形式 散失到大气中，无法被有效利用的部分。降低热损失可以 提高发动机效率。
主要形式
热损失的主要形式包括冷却损失、排气损失、机械损失和 辐射损失等。
技术措施
降低热损失的技术措施包括改善散热系统设计、优化燃烧 室和缸内设计、采用轻量化材料、改进润滑和密封技术等。
油冷散热
利用机油循环将发动机热 量传递给机油散热器，再 通过散热器将热量散发到 空气中。
发动机热平衡的调节
调节冷却液流量
通过调节冷却液泵的转速或节流 阀的开度，控制冷却液流量，以
调节发动机的散热量。
调节风扇转速
通过调节风扇的转速，控制散热器 的散热量，以调节发动机的散热。
调节节温器
节温器可以根据发动机水温自动调 节冷却液的流向，以实现发动机温 度的自动调节。
分析
对比不同工况下的数据，分析发动机 热平衡的变化规律，探究影响发动机 热平衡的因素。
实验结论与建议
结论
通过实验研究，得出发动机热平衡的 影响因素及变化规律，为优化发动机 性能提供理论支持。
建议
针对实验结果，提出改进发动机热平 衡的措施，提高发动机效率、降低能 耗和减少排放。
THANKS
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发动机的热平衡
• 发动机热平衡概述 • 发动机的热源与散热 • 发动机的热平衡分析 • 发动机热平衡的优化 • 发动机热平衡的实验研究
01
发动机热平衡概述
发动机热平衡的定义
01
发动机热平衡是指发动机在工作 过程中，各部分温度达到相对稳 定的状态，使得发动机能够持续 、稳定地运行。
02
发动机热平衡是发动机性能的重 要指标，它涉及到发动机的效率 、可靠性、寿命和排放等多个方 面。
现代车用发动机冷却系统研究状况及发展趋势
混动汽车的发动机热管理与能量利用研究展望
混动汽车的发动机热管理与能量利用研究展望随着全球对环境保护意识的提高，能源危机的日益加剧以及对汽车尾气排放的要求越来越严格，混动汽车作为一种高效节能、环保的交通工具逐渐受到了广泛关注。
然而，混动汽车发动机的热管理与能量利用仍然是制约其发展的关键问题之一。
本文将对混动汽车发动机热管理与能量利用的研究现状进行展望，并探讨未来的发展方向。
一、热管理的重要性混动汽车的热管理是指通过合理调节发动机的温度和热量分布，达到提高燃烧效率、降低能量损失的目的。
热管理直接影响混动汽车的燃油经济性、动力性能以及排放水平，在提高整车效能方面具有重要作用。
目前，常见的混动汽车热管理系统包括冷却系统、暖通空调系统以及座椅加热系统。
其中，冷却系统是最基本、最关键的热管理系统，它通过循环冷却剂调节发动机温度，维持在适宜的工作范围内。
而暖通空调系统则通过控制发动机的加热和空调功能，提供舒适的驾乘环境。
座椅加热系统主要是为乘客提供冬季驾乘的舒适性。
二、能量利用的挑战与展望1. 应用先进的发动机技术在混动汽车的热管理与能量利用方面，应用先进的发动机技术是发展的关键。
传统汽车发动机在能量利用上存在一定的浪费，热量和动力的利用率有待提高。
因此，采用具有高效燃烧和废热利用技术的发动机是提高混动汽车能量利用率的有效途径。
目前，涡轮增压技术、缸内直喷技术以及可变气门正时技术等都可以显著提高汽车发动机的燃烧效率和动力输出。
此外，采用废热回收技术，将发动机废气中的余热转化为电能或热能，进一步提高能量利用率。
2. 利用混电系统协同工作混动汽车通过混合动力系统实现发动机和电动机的协同工作。
发动机主要负责提供动力，而电动机则通过能量回收和辅助驱动等方式提供帮助。
在能量利用方面，合理利用混电系统的协同作用，将发动机和电动机的能量互补利用最大化，是提高混动汽车能量利用率的重要途径。
通过强化混电系统的能量管理，提高电池的充放电效率，优化能量流动和能量回收的控制策略，可以实现更高效的能量利用。
汽车发动机热平衡解析及优化
第2期 2018年4月内燃机Internal Combustion EnginesNo. 2Apr. 2018汽车发动机热平衡解析及优化赵文仲，陆荣荣，周涛，张雪林(安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心发动机设计研究院，安徽合肥230601 )摘要：汽车热平衡是汽车热管理的重要内容，也是汽车重要的性能开发项目。
如果热平衡不理想，冷却液温度得不到稳 定，一直上升，从而触发发动机的热保护而限扭，或者即便稳定，但发动机的冷却液不是处于良好的工作温度，从而导致 发动机的油耗和排放不佳D从汽车热平衡的根源出发，在对发动机的热平衡充分调查的基础上，通过水路和气路两个路径 来分析和解决热平衡问题，达到了预期的目标，并通过了台架的气蚀试验和可靠性试验D关键词：热平衡；热保护；冷却液温度；气蚀和可靠性试验中图分类号：TIU11 文献标识码：B文章编号：1000 - 6494 (2018 ) 02 - 0016 - 04Analysis and Optimization of Heat Balance of an Automobile EngineZHAO Wenzhong,LU Rongrong,ZHOU Tao,ZHANG Xuelin(Technical Center,Engine Design Research Institute,Jianghuai Automobile Group Corp.,Ltd.,Hefei 230601 ) Abstract：Heat balance of an automobile is an important part of automobile heat management, and is also an important performance development project for automobiles. If the heat balance is not ideal, the temperature of coolant can5t be stable and will rise all the time, thus starting the thermal protection of the engine and Limiting the torque. Or even the coolant temperature is able to be stable, the engine fuel and emissions are not good for unsuitable coolant temperature. Starting from the source of heat balance, based on the full investigation of engine heat balance, the problem of thermal equilibrium is analyzed and solved through the water way and air way. The desired goal is achieved, and cavitation and reliability tests are passed on engine benches.Keywords：heat balance; thermal protection; coolant temperature; cavitation and reliability tests0前言汽车发动机的燃料燃烧产生的热量一部分转 化为曲轴的有效功，一部分经过传人冷却介质散失 到缸外，一部分随同排气直接流出，其佘部分通过 辐射进行热量传播以及克服摩擦转化为摩擦功损失 等。
汽车发动机冷却系统研究现状与发展方向(刘卫民Z11030187)
汽车发动车冷却系统研究现状与发展方向刘卫民 Z110301871 引言随着现代车用发动机采用更加紧凑的设计和更大的单位体积功率，强化程度越来越高，发动机产生的热流密度也随之明显增大,目前几乎所有的发动机强化都面临着如何解决高功率密度下的冷却及热平衡问题,在满足不断提高的输出功率的同时，又要具有良好的经济性。
此外,日益严格的排放标准也对冷却系统提出了新的要求。
冷却系统工作性能的优劣，直接影响着动力系统的整体性能。
开发高效可靠的冷却系统，已成为发动机进一步提高功率、改善经济性所必须突破的关键技术问题。
因此,采用先进的冷却系统设计理念，对柴油机冷却系统进行深入研究具有十分重要的实际意义.2 影响发动机冷却系统的因素以及目前存在的问题2.1影响发动机冷却系统的因素水冷式发动机通常采用闭式强制循环冷却系统，主要由冷却水套、水泵、风扇、散热器、节温器、循环管路等组成。
由于组成冷却系统部件众多且结构复杂,加上发动机运行工况的多样性，其影响因素也是多方面且错综复杂的.总体来说，影响冷却系统的主要因素主要有循环冷却水量、冷却空气流量、冷却水道结构和散热效率【1】。
循环冷却水量和冷却空气流量主要由散热量决定.对于诸如发动机燃烧室等严重受热的零部件以及一些关键的区域，循环水量的控制就显得尤为重要,这不仅与水泵的特性、冷却水套结构密切相关,同时还与冷却水水温有关，因为冷却水高温沸腾产生的气泡阻力对循环水量有着显著的影响.空气流量主要与风扇直径、转速、叶片形状、流阻特性、水箱与风扇叶片相对位置以及机舱背压等因素有关。
合理而有效的冷却水道结构能减少流动过程的涡流、节流等损失,提高关键区域流速的同时避免非关键区域的过度冷却，从而大大提高冷却效率。
散热效率则主要与散热器、中冷器等主要散热部件有关,要求散热器具有足够的散热面积。
以上几个因素并非孤立的,而是相互影响和相互制约的,需要综合考虑。
2。
2目前存在的问题目前，高功率密度的增压柴油机由于热负荷和热应力过高,依然存在关键区域冷却不足、零件热疲劳失效、过热产生裂纹等问题。
微型汽车发动机整车热平衡试验设计及试验结果分析
微型汽车发动机整车热平衡试验设计及试验结果分析作者：黄旭陈楠马东元张伟许伟利来源：《时代汽车》2022年第15期摘要：汽车发动机运行时，各零部件会承载一定的热负荷，利用冷却系统的散热功能将温度控制在最佳区间，维持整车热平衡，才能避免发动机零部件出现热损伤。
本文首先介绍了发动机整车热平衡试验的基本条件、试验方法，以及试验中所用传感器的类型和数据采集系统的设计方法，随后根据热平衡试验结果，提出了汽车发动机冷却系统的优化建议，为增强整车散热能力和改进发动机性能提供了一定参考。
关键词：汽车发动机整车热平衡试验传感器冷却系统Design and Analysis of the Test Results for the Heat Balance Test of the Micro-vehicle Engine Huang Xu，Chen Nan，Ma Dongyuan，Zhang Wei，Xu WeiliAbstract：When the automobile engine is running， each component will carry a certain heat load. Only by using the heat dissipation function of the cooling system to control the temperature in the optimal range and maintain the thermal balance of the vehicle can thermal damage to the engine components be avoided. This paper first introduces the basic conditions and test methods of the heat balance test of the whole engine vehicle， as well as the types of sensors used in the test and the design method of the data acquisition system， providing a certain reference for the heat dissipation capacity of the car and the improvement of engine performance.Key words：automobile engine， vehicle thermal balance test， sensor， cooling system汽車冷却系统是调控发动机温度、实现整车热平衡的关键。
发动机热平衡仿真研究现状与发展趋势
收稿日期:2005206221;修回日期:2005208216作者简介:俞小莉(1963—),女,浙江省永康市人,教授,博士生导师,主要从事车辆测试技术和车辆传热与流动研究.・综合评述・发动机热平衡仿真研究现状与发展趋势俞小莉,李 婷(浙江大学机能学院,浙江杭州 310027) 摘要:从发动机热平衡的研究方法、零部件仿真研究现状和整机热平衡仿真研究现状等方面,对国内外有关发动机热平衡研究方法的进展进行较全面的介绍,并指出建立发动机整机热平衡诊断及自动控制系统是今后此课题的研究重点和发展方向。
关键词:汽车发动机;热平衡;仿真中图分类号:T K401 文献标识码:A 文章编号:100122222(2005)0520001205 汽车发动机热平衡研究是发动机热管理技术研究的重要组成部分。
热管理技术从系统整体和集成的角度,通过研究发动机的能量转换、流动与传热等过程以及发动机各子系统之间的内在联系,使各子系统与发动机匹配最优化。
发动机热平衡研究必须同时考虑发动机结构、进排气系统、冷却系统和润滑系统的相互影响,是一项十分复杂的系统工程,仿真已成为一种非常有效并具有潜力的手段。
目前,对发动机整机热平衡的仿真研究尚不完善,为了从系统的高度介绍发动机热平衡仿真研究在国内外的发展现状,提高国内对发动机热平衡仿真计算的重要性的认识,本文从发动机热平衡研究方法、发动机零部件仿真研究发展现状、发动机整机仿真研究发展现状等方面对国内外有关发动机热平衡的研究进行较全面的介绍。
1 发动机热平衡的研究方法燃料燃烧产生的热量(Q f )一般分为以下几个部分:转化为发动机的有效功(P e ),排气带走的热量(Q ex ),传入冷却介质的热量(Q w ),机油带走的热量(Q oil )和其他热量损失(Q u )。
由此可以得到发动机的热平衡方程为 Q f =P e +Q ex +Q w +Q oil +Q u 。
(1) 在试验研究中,通过测量燃油消耗可计算出Q f ;测功机可测得P e ;通过测量进排气流量和温度可以计算出Q ex ;通过测量冷却水进出口温度和流量可以计算出Q w ;通过测量机油进出口温度和流量可以计算出Q oil 。
分析柴油机汽油机的热平衡图,提出提高发动机效率的措施和方法
分析柴油机汽油机的热平衡图，提出提高发动机效率的措施和方法篇一我在一家汽车修理店打工，每天都和各种各样的发动机打交道。
这柴油机和汽油机的热平衡图啊，就像是发动机的“健康报告”，看懂它才能知道怎么让发动机更好地干活。
有一天，店里来了一辆老皮卡，发动机老是没劲儿，还特别费油。
老板把这个难题丢给了我，说要是能修好，这个月奖金翻倍。
我一听，眼睛都亮了，立马就开始检查。
我先看了看发动机的运行状况，黑烟呼呼地冒，这一看就不正常。
我就想到了热平衡图这回事儿。
我找来了柴油机的热平衡图，仔细研究起来。
这图上的数据密密麻麻的，就像看天书一样。
不过我没放弃，一点点地琢磨。
我发现这发动机的散热损失好像有点大，热量都白白跑掉了，难怪没劲儿还费油。
我决定从减少散热损失入手。
我检查了一下水箱，好家伙，里面的冷却液都快变成泥汤了，散热片也被灰尘堵得严严实实。
我花了好几个小时，把水箱拆下来清洗干净，又换了新的冷却液。
这活儿可不轻松，扳手拧得我手都疼了，冷却液还溅了我一身，凉飕飕的，那感觉别提多酸爽了。
接着，我又看了看排气系统。
这排气的温度也高得离谱，说明能量都浪费在排气上了。
我就想办法优化排气。
我找了个旧的涡轮增压装置，虽然有点破旧，但修修补补还能用。
我把它装在发动机上，调整了一下参数。
这过程中，螺栓怎么都对不上眼儿，急得我直冒汗，最后好不容易才搞定。
弄完这些，我启动了发动机。
一开始，声音还是有点不对劲，我心里“咯噔”一下，以为又出问题了。
结果过了一会儿，发动机的声音变得平稳有力，黑烟也少了很多。
我高兴得跳了起来，大喊：“成了！”通过这次修车，我对柴油机的热平衡图有了更深的理解。
原来只要找到热量损失的关键点，采取合适的措施，就能让发动机效率提高不少。
这就像给一个人调理身体，把那些毛病都找出来治好了，人自然就精神了。
以后再遇到类似的问题，我就更有信心了。
而且这次要是真能拿到奖金，我可得好好犒劳一下自己，去吃顿大餐！分析柴油机汽油机的热平衡图，提出提高发动机效率的措施和方法篇二我是个汽车发烧友，平时就喜欢研究各种汽车发动机。
内燃机热平衡仿真研究现状与展望
１８ ９ ５年 ， 小 莉旧对 缸套 内表 面稳 态 传热 的边 俞
界 条件 进行 了理 论研 究 ，得 到缸套 边界 计算 的经 验 公式 。１ ９ ９ ４年 ， 兆大和俞 小莉『提 出 了一 种计算 小 严 １ ３ 】
１ 内燃 机 工 作 过 程仿 真 研 究 现 状 与 发
展 趋 势
内燃 机 工作 时 缸 内 的物 理化 学 现象 极 其 复杂 ， 涉及 多种 流体力 学及 化学 动力学 过程 。内燃 机 工作 过 程仿 真用 微 分方 程 对工 作 过程 进 行数 学 描 述 ， 通 过 数值计 算求 得热平 衡研 究 中转化 为有效 功 的热量 和 排气带 走 的热量 。但 内燃机 复杂 的几何 形状 导致 内部各 点 的不 稳定 边界条 件难 以确定 。这 就需 要建
张 云 飞 任 晓江 张 众 杰 ： 燃 机 热平 衡 仿 真研 究 现 状 与 展 望 内
３ １
上 考虑 喷雾 及火 焰 传 播等 物 理 过 程 的长 度 尺 度 ， 把
燃烧 室 按火 焰位 置 、 喷注 空 间分布 形态 ， 分成 两 个 以
ＦＲ Ｉ Ｅ：国内如北京 理工 大学 开发 的三维 内燃 机工 作 过程 的通 用模拟 程序 Ｒ Ｓ Ｃ １ 江苏 理工大 学 和 同 Ｅ ３ 一１ ，
为基 本 思 路 立 了直 喷式 柴 油机 准 维现 象 学 多 区 建 喷雾燃烧 模型 及碳粒 预测子模 型 。
机械性 能 降低 。 因此 ， 针对 活塞 、 气缸 盖 、 缸套 ， 冷却
系统 ， 滑系统 等 部件 的传 热模 拟受 到人 们 的重视 。 润 国 内外学 者在这 方面做 了大量 的研究工 作 。
微型汽车发动机热平衡试验研究与分析
２ ．ｌ ３ ．２ ３ ．８ ３ ．３ ４ ．３ ６７ ０２ ３９ ７６ ００
高 负 荷 段 ， 高 于 冷 却 液 带 则
走 的 热 量 。 气 带 走 的 热 量 排
燃 油 消耗 量 ， ｇｈ （ ，） ｋ
冷 却 液 进 口温 度 ／ ℃
冷 却 液 出 口温 度Ｆ Ｃ
２ 转 化 为 有 效 功 的 热 量 ： 为 发 动 机 的 有 效 功 ） 率 ，Ｗ 。 ｋ
的 牌 号 ， 油 温 度 控 制 在 ２ ８ ＿ Ｋ， 使 发 动 机 工 作 燃 ９ Ｋ＿ ＿ ５ 为
处 于 理 想 状 态 ． 发 动 机 冷 却 液 出 口 温 度 应 控 制 在
３ １ Ｓ 机油 温度控 制在 ３ ８ ５ 排 气背压 采 用 自 ６ Ｋ￣ Ｋ。 ６ Ｋ￣ Ｋ，
进 气 温度 ／ ℃
排 气 温度 ／ ℃
７ ８ ４． ９２
２－ ９２
６２ １
７ ８ ５． ９５
２． ８４
６６ ２
７ ８ ７． ０３
２： ７６
６７ ４
７ ． ７ ． ７６ ８１ ８． ０６
２． ７８
６７ ６
７ ８
７． ７９
７． ８ ２
７． ８ ２
动 调 控 系 统 随 工 况 变 化 进 行 调 整 ． 只 需 设 置 其 在 标 定 工 况 ３ ｋ ａ 即 可 。 从 ８ ０ ｒｍｉ 到 ６ ０ ０ ｒｍｉ 每 隔 ３Ｐ ０ ／ ｎ ０ ／ ｎ
３ ）冷 却 液 带 走 的 热 量 ：
Ｐ＝ ｃ （ ２）
２ ０ｒ ｎ 含 标 定 工 况 和 最 大 扭 矩 的 转 速 ） 取 一 种 转 ０ ／ ｍｉ （ 选 速 ， 每 种 转 速 下 ， 从 扭 矩 ２ Ｎｍ 到 最 大 负 荷 平 均 选 取 ０
发动机热平衡试验研究
第42卷第7期2008年7月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal of Zhejiang University (Engineering Science )Vol.42No.7J ul.2008收稿日期:2007204222.浙江大学学报(工学版)网址:/eng作者简介:刘忠民(1977-),男,山东莱芜人,博士生,从事发动机性能研究.E 2mail :lzhm @通讯联系人:俞小莉,女,教授.E 2mail :yuxl @DOI :10.3785/j.issn.10082973X.2008.07.030发动机热平衡试验研究刘忠民1,2,俞小莉1,沈瑜铭1(1.浙江大学机械与能源工程学院,浙江杭州310027;2.杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018)摘 要:针对发动机热平衡问题,建立了发动机热平衡试验系统和机体集总参数传热模型,进行发动机稳定工况和暖机工况热平衡试验研究.稳定工况热平衡试验结果显示了燃烧放热在发动机各系统中的分配比例,分析了发动机冷却散热量需求,为发动机的设计提供了依据.机体集总参数传热模型中机体与空气间的平均换热系数可以由发动机热平衡试验确定.试验表明,机体平均换热系数随机体与环境间温差变化较小,在机体集总参数传热模型中作为定值.机体集总参数传热模型以机体平均温度参数表征机体受热情况,为暖机工况下发动机机体受热状况评估提供依据.关键词:发动机;热平衡;稳态;暖机中图分类号:T K406 文献标识码:A 文章编号:10082973X (2008)0721247204E ngine therm al balance testL IU Zhong 2min 1,2,YU Xiao 2li 1,S H EN Yu 2ming 1(1.College of Mechanical and Energy Engineering ,Zhej iang Universit y ,H angz hou 310027,China;2.of Mechanical Engineering ,H angz hou Dianz i Universit y ,H angz hou 310018,China )Abstract :An engine body lumped parameter model for engine body heat t ransfer was int roduced to evaluate t he engine heat dissipation.The t hermal balance test s in stable state and warm 2up state were conducted ,which co uld determine t he engine coolant requirement and t he mean heat transfer coefficient used in t he lumped parameter model.The stable state result s showed t hat t he combustion heat distribution in subsys 2tems can be t he base of engine design.The mean heat t ransfer coefficient changes little wit h t he tempera 2t ure difference between engine body and air condition ,and can be assumed as a fixed value in t he warm 2up state.On t his account ,engine body mean temperat ure can indicate t he engine body t hermal state in t he lumped parameter model to evaluate t he engine body t hermal condition in t he warm 2up state.K ey w ords :engine ;t hermal balance ;stable state ;warm 2up state 提高发动机热效率,减少污染物排放一直是发动机研究的两大目标.发动机冷却散热和排气热量在燃烧放热中占据很大比重.合理降低冷却散热量和利用排气废热成为发动机热管理研究的重点.发动机热管理研究必须首先了解热量分配情况,确定发动机传热特性.发动机热平衡试验可以分析发动机各部分传热特性和热量分配,为改善燃烧热量利用,提高发动机热效率提供参考依据.本文进行稳态工况和暖机工况发动机热平衡试验研究.得到不同稳定工况下热量分配比例,并通过暖机工况试验得到发动机传热特性参数,为发动机冷却系统优化提供参考依据.1 试验装置将发动机作为开口系统,发动机热量流动如图1所示.燃料燃烧放热可分为几个部分:机械功P e 、冷却系统散热量P c 、排气带走热量P ex 和余项损失P u .润滑油热量一部分被冷却散热带走,其他可作为余项损失,机械损失也包含在冷却散热和余项损失中[1].发动机热平衡方程为Q f =P e +P c +P ex +P u .(1)式中:Q f 为燃料燃烧放热量,Q f = m f H u /3600,其中 m f 为发动机耗油量,H u 为燃料低热值;P e 为输出功率,P e =n T r /9549.3,其中n 为发动机转速,T r 为发动机输出扭矩;P c 为冷却散热功率,P c =q m _c ・c p_c (T c_out -T c_in ),其中q m _c 为冷却液质量流量,c p_c 为冷却液比热,T c_out 、T c_in 分别为冷却液出、入口热力学温度;P ex 为排气热损失,P ex =q m _ex c p_ex (T ex -T air ),其中q m _ex 为排气质量流量,c p_ex 为排气比,T ex 、T air 为排气、进气热力学温度;表1为试验系统测量参数和测量设备.表中,q m _air 为进气质量流量,T oil 为机油温度,I 、U 为电流、电压信号.试验系统示意图如图2所示.被试发动机采用直列6缸增压柴油机,额定功率160kW ,额定转速2200r/min.试验中发动机拆除风扇、发电机和空气压缩机等辅助系统,机体散热为自然对流换热.数据采集系统采用N I PXI 26229和N I PXI 26250数据采集卡,数据采样频率为2Hz.图1 发动机热量流动示意图Fig.1 Engine thermal balance sketch表1 发动机排气热量测量试验仪器技术参数Tab.1 Engine thermal balance test equipment parameters名称测量参数量程精度进气质量流量计q m _air ,kg ・h -1<30001%液体质量流量计q m _c ,kg ・min -115～9000.15%铂电阻T air ,K;T c ,K;T oil ,K273～4730.5%K 型热电偶T ex ,K 273～1173±3K水力测功机T r ,N ・m n ,r ・min-1±10000～60000.5%油耗仪 m f ,kg ・h -10～250.5%数据采集卡I ,mA ;U ,V4～20;0～50.1%12测功机;22机体;32油底壳;42机油换热器;52机油流量计;62机油泵;72水泵;82水流量计;92恒温水箱;102凸轮轴;11、122排气岐管;132进气管;142废气涡轮;152压气机;162进气流量计;172数据采集系统图2 发动机热平衡试验系统Fig.2 Engine thermal balance test system2 试验结果本文在发动机热平衡试验系统上进行了稳态工况热平衡试验和过渡工况热平衡试验,研究发动机工作工程热量分配.2.1 稳态工况稳态工况发动机热平衡试验是在发动机性能试验中,保持发动机工况稳定,当发动机冷却系统、润滑系统、进排气系统温度达到稳定时,测量各系统热量分配情况[2].本文的发动机热平衡在发动机外特性试验中进行.首先调整发动机工作状态稳定,然后将冷却水出口温度调节到(90±1)℃,当其他参数(如润滑油温度、排气温度、油耗量和循环水流量等)达到稳定时,测量各系统热量.试验中各参数的稳定控制是影响试验准确性的主要因素.图3为试验过程中各试验参数标准差e ,表征试验过程中各测量参数的波动.图3 试验参数标准差Fig.3 Standard deviation of test parameters发动机进气过程的波动导致进气流量存在较大偏差,而水泵运转过程也会引起循环水流量的波动,试验中采用时均处理的方法消除这两个参数波动带8421浙 江 大 学 学 报(工学版) 第42卷 来的试验误差.其他参数的稳定偏差小于0.5%.图4为发动机外特性稳态工况下热量分布,反映了燃烧放热在各系统中的分布比例p .在发动机外特性中,随发动机转速增加,冷却水散热量和排气热量增加.但冷却水流量不随转速升高线性增加,在1600～2000r/min 转速范围内增加缓慢,冷却水散热量比例略有减小.在1600r/min 发动机有效效率达到39.5%.图4 发动机稳定工况热量分配Fig.4 Engine thermal balance in stable state2.2 暖机过程发动机暖机过程需要控制冷却系统散热量,使各系统温度尽快达到最佳工作状态,因此是发动机热管理技术的研究重点.控制冷却系统散热量,就必须了解暖机过程中热量分配情况,即暖机过程热平衡试验.与稳定工况热平衡试验不同,暖机过程热平衡试验需要测量机体内能变化速度.发动机热平衡方程如下:Q f =P e +P c +P ex +P b +P u .(2)式中:P b 为机体吸收热量速度,P b =m b c pb d T b /d t ,其中,m b 为机体质量,c pb 为机体比热, T b 为机体平均热力学温度;P u 为机体散热量,P u = αu ( Tb -T air ),其中, αu 为机体换热系数.由于机体各部位温度分布和换热系数难以测量,采用集总参数法将机体简化为一个质点,以 T b 和 αu 计算机体的吸热和散热过程.因此, T b 和 αu 的选取和测量是决定发动机暖机过程热平衡试验准确性的关键因素.图5为暖机过程热量分配情况.暖机过程为20min ,发动机自冷态启动,迅速调整转速、功率至暖机工况,并保持不变,测量循环水、润滑油和排气的温度变化.暖机过程随着循环水和润滑油温度的提高,发动机机械损失减小,燃油消耗量减少,燃烧放热量逐渐降低.随着排气温度升高,排气热量迅速增加并趋于稳定.随冷却水温度升高,冷却水入口和出口温差变化很小,冷却水流量随温度升高而略有减低,因此冷却水散热量缓慢减小.由于 T b 和 αu 均未知,P b 和P u 无法计算.图5 暖机过程热量分配Fig.5 Engine thermal balance in warm 2up state2.3 机体散热模型将暖机过程中机体吸热与散热简化为图6所示的集总参数模型[324].燃烧放热对机体的加热功率为P b +P u ,其换热系数为 αb ,机体对环境的散热功率为P u ,其换热系数为 αu.图6 机体传热集总参数模型Fig.6 L umped parameter model for engine bodyheat transfer2.4 机体与环境换热系数的确定为研究机体散热规律,首先以T oil 代替T ,分析 αb 随T oil 的变化.图7为多次试验中 αb 与油底壳温度变化速度关系,表明随着润滑油温度变化速度减小,燃烧放热向机体散热的换热系数趋于定值.润滑油温度变化速度9421第7期刘忠民,等:发动机热平衡试验研究减小意味着机体温度逐渐稳定,接近热平衡状态,此时P b 已接近零,可以认为 αb = αu .考虑到试验中发动机风扇拆除,机体散热以自然对流散热为主, αu 与换热温差ΔT 关系较小(如图8),因此可以假定 αu 为定值[3,526].试验结果表明,暖机工况下 αb 趋近值与稳态热平衡状态下 αu 相同.因此,本试验中 αu =0.3kW/K.2.5 机体平均温度计算确定机体平均温度由润滑油温度迭代计算得到.设定:1)试验开始时, T b =T oil ;2)润滑油温度变化规律与机体平均温度变化规律一致,即将d T oil /d t 作为d T b /d t 初始值.迭代算法如下:①P b0=m b c pb d T b0/d t;②P u0=Q f -P e -P c -P ex -P b0;③d T b1d t =d (P u0/ αu +T air )d t.当d T b /d t 迭代趋于稳定时,得到d T b /d t 和 T b ,即求得P b 和P u .图9为暖机过程热量分配比例.当发动机冷启动时,大量热量被机体吸收,提高机体温度,而机体散热量很小.随机体温度升高,机体吸热量迅速降低,而机体散热量逐渐增加.当机体吸热量趋近于零时,发动机接近热平衡状态.但集总参数模型不能分析上机体、下机体和缸盖等机体不同部位的受热状况,需进一步细化机体传热模型.图9 暖机过程热量分配比例Fig.9 Engine thermal distribution in warm 2up state3 结 论(1)稳定工况下影响发动机热平衡试验结果准确性的主要因素是试验参数波动,尤其是进气流量波动和冷却水流量波动;(2)自然对流条件下机体换热系数随机体与环境间温差变化较小,可取定值;(3)暖机工况机体平均温度可由润滑油温度变化速度迭代求得;(4)机体吸热量随机体温度升高而迅速降低,当机体吸热量趋近于零时,发动机接近热平衡状态;(5)机体传热集总参数模型可分析暖机工况下机体热状态,为优化暖机过程发动机冷却提供依据.参考文献(R eferences):[1]周龙保,刘巽俊,高宗英.内燃机学[M ].北京:机械工业出版社,1999:27242.[2]俞小莉,李婷.发动机热平衡仿真研究现状与发展趋势[J ].车用发动机,2005,159(5):125.YU Xiao 2li ,L I Ting.Research and development in ther 2mal balance simulation for the engine [J ].V ehicle E n 2gine ,2005,159(5):125.[3]杨世铭,陶文铨.传热学[M ].北京:高等教育出版社,1998:66280.[4]MICH EL L ,RENAUD M ,L ION EL B P ,et al.Poly 2morphic modeling applied to vehicle thermal manage 2ment [J ].Society of Automobile E ngineers P aper ,2001.[5]赵以贤,毕小平,王普凯,等.车用内燃机冷却系的流动与传热仿真[J ].内燃机工程,2003,24(4):125.ZHAO Y i 2xian ,BI X iao 2ping ,W ANG Pu 2kai ,et al.S imula 2tion of heat transfer and coolant flow in cooling system of ve 2hicle internal combustion engine [J ].Chinese I nternal C om 2bustion E ngine E ngineering,2003,24(4):125.[6]翟昕,俞小莉,刘忠民.压缩空气2燃油混合动力的研究[J 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汽车发动机水温过高的分析与研究国内外研究现状
汽车发动机水温过高的分析与研究国内外研究现状汽车冷却系统对汽车来说是至关重要的，发动机就如同人类的心脏，如果不好好保护就会受到威胁，水冷却系出现故障后，无法保证发动机的适度冷却而出现冷却不足（水温高)，或冷却过度（水温低）的现象，二者都会使发动机的功率下降，磨损加剧。
因此，对水冷却系及时诊断出故障发生的部位并予以排除，已成为汽车维修的重要课题之一。
水冷系的故障现象主要表现在水温不正常―（过低或过高）和冷却液泄漏两方面。
其中水温不正常的原因可能是由于冷却系的故障引起的，也可能是其他系统的故障所致（如发火时间过早或过晚、混合气浓度不正常、润滑能力不足以及发动机长时间超负荷等），若发动机冷却不足，会使气缸充气量减少和出现早燃和爆燃等燃烧不正常现象，发动机功率将下降，且发动机零件也会因润滑不良而加速磨损。
但若冷却过度，一方面由于热量散失过多，使转变成有用功的热量减少，另一方面由于混合气与冷却壁接触，使其中原已汽化的燃油又凝结并流到曲轴箱内，不仅增加了燃油消耗，且使机油变稀而影响润滑，结果也将使发动机功率下降，磨损加剧。
汽车冷却系统的作用是使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作。
水冷却系统一般由冷却装置(水泵、风扇、散热器等)、冷却强度调节装置(节温器、风扇离合器、百叶窗）和水温显示装置（水温表、水温传感器）三个部分所构成。
发动机是由冷却液的循环来实现的，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动，推动冷却液在整个系统内循环。
当发动机温度低的时候，冷却液就在发动机本身内部做小循环，当发动机温度高的时候，冷却液就在发动机一散热器之间做大循环。
实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。
可以将节温器看作一个阀门，其原理是利用可随温度伸缩的材料(石蜡或乙醚之类的材料)做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液小循环。
故障原因一般为：冷却系中水量不足，冷却系有漏水之处、风扇皮带打滑或断裂，温控开关或电磁扇损坏，风扇离合器接合过晚或损坏、节温器主阀门打不开或打开过迟，散热器下部出水管冻结或堵塞、散热器和水套内沉积水垢、锈污过厚。
现代发动机智能化热管理系统模块研究现状与展望
现代发动机智能化热管理系统模块研究现状与展望谢孙寅【摘要】文章简要阐述了现代发动机热管理系统模块智能化的概念，分析了现今已经研发成功和投产使用的一些智能化热管理系统模块的具体工作原理和工作形式，并进行总结分析，阐述未来发展趋势。
【期刊名称】江苏科技信息【年(卷),期】2014(000)022【总页数】2【关键词】发动机；智能；热管理系统模块0 引言随着全球能源危机的出现以及汽车排放法规的越发严格，各个汽车制造商纷纷开始结合最新科技手段及先进的制造工艺，不断降低汽车油耗以及所带来的排放污染，而在其中汽车发动机热管理系统一直是行业内所追捧的一个热点，对于每个汽车制造商来说，如果能精确控制发动机温度，就能更好地改善发动机的燃烧性能，从而能进一步发挥发动机的性能，这样一来就能有效地提高发动机效率以及燃油经济性，最终减少尾气排放。
1 现代汽车发动机热管理系统智能化概念简述现代汽车发动机热管理系统已经成为各个汽车生产商进行节能减排的重要手段，而热管理系统的智能化、结构优化和材料多元化是其中最主要的研究方向。
其中发动机热管理系统的智能化较早地被研发并且已经取得一定成果，研发生产出许多智能化的热管理系统模块。
发动机热管理系统概念很早以前就已经提出，对于每个汽车生产商来说，其具体的含义有所不同，有些厂商会针对冷却水泵进行智能化更新，有些厂商会对于节温器进行智能化设计，更有甚者，会全新开发智能化控制的模块取代冷却系统内传统的温度控制部件，因此对于热管理系统智能化，可谓是多种多样，但最终的目的都是使汽车更加环保节能。
目前随着计算机技术的不断发展以及相关发动机电控技术的革新，越来越多的零部件厂商开始研究和开发机电一体化的产品，例如电控可变水泵、电子节温器、电子风扇等一系列发动机冷却系统部件，这些机电一体化产品都是通过安装在其内部的传感器以及控制芯片根据发动机实际工况进行温度控制，以此来精确地控制冷却液的流量及其温度，最终使热管理系统模块控制智能化，降低了能耗，提高了效率。
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在传统的发动机热平衡研究中，是以试验为基础，
图1
随着计算机与信息技术快速发展，逐渐实现了以计算仿真的发动机热平衡研究。
这种发动机热平衡研究方法不仅能够实现预先研究，在设计初期阶段进行发动机性能预测与分析、优化实现，并且不受条件限制，能够在各种气候条件与发动机工况下对其性能进行仿真研究，具有信息丰富以及成本低、周期短等特点。
2车用发动机热平衡研究现状与进展分析
2.1发动机工作过程及零部件热行为研究
首先，在以发动机零部件为主的发动机热平衡研究中，是从各种不确定参数对整体性能的影响层面出发，通。