发动机冷却系统研究状况及发展趋势
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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。
新能源汽车冷却系统的研究与优化随着可再生能源的逐步发展和传统石油资源的日益渐少,新能源汽车作为未来汽车发展的重要趋势备受关注。
新能源汽车的出现很好地解决了环保问题,但同时也带来了新的问题。
由于新能源汽车发动机与传统汽车发动机有很大的不同,因此其冷却系统也需要进行全新的设计与优化。
本文将从新能源汽车的发展背景出发,探讨新能源汽车冷却系统的研究与优化。
1、新能源汽车发展背景新能源汽车可以说是21世纪汽车产业的一个重要发展趋势,它具有很多优势。
首先,新能源汽车可以大大减少对环境的污染,充分体现了可持续发展理念。
其次,新能源汽车的使用成本更低,因为电力比汽油等燃料的价格更便宜。
最后,新能源汽车的发动机更加高效,使得汽车性能得到了极大的提升。
然而,新能源汽车也存在着一些问题,其中之一就是发动机温度控制问题。
新能源汽车使用的发动机与传统汽车的发动机存在很大的不同,因此需要进行全新的设计与优化。
2、新能源汽车冷却系统原理传统汽车发动机的冷却系统主要是采用水冷方式进行降温,而新能源汽车的冷却系统则需要根据其发动机的特点进行全新设计。
新能源汽车的发动机主要分为电池、氢燃料电池和混合动力发动机三种类型。
其中,电池和氢燃料电池发动机都需要进行水冷方式进行降温,而混合动力发动机则在水冷的同时还需要辅以空气冷却。
3、新能源汽车冷却系统的优化到目前为止,新能源汽车冷却系统的研究还处于相对初级的阶段,因此存在很多问题需要解决。
冷却系统的优化可以从以下两个方面入手:3.1、材料选择与优化新能源汽车的冷却系统需要选择耐高温、耐腐蚀的材料。
随着科技的发展,现在在新能源汽车冷却系统中广泛使用的是铝和铜两种材料。
一些新材料也正在被广泛开发。
然而,材料性能的问题仍然需得到进一步研究与探讨。
3.2、系统布局与优化新能源汽车的组成极其复杂,冷却系统的布局和优化需要综合考虑各种因素,比如保证冷却效率的同时减少重量和体积,保证燃料消耗率的同时减少排放,以及避免驾驶员的驾驶体验受到影响等等。
汽修毕业论文汽车发动机冷却系统检测与维修研究汽车发动机冷却系统检测与维修研究摘要:汽车发动机冷却系统是确保发动机正常运行的重要组成部分。
本文对汽车发动机冷却系统的检测与维修进行了研究,并提出了一套有效的检测与维修方法。
通过分析冷却系统的结构和原理,了解了冷却系统的工作原理以及常见的故障和维修方法。
并对冷却系统的检测方法进行了探讨,包括常见的冷却液检测、压力测试和温度检测等。
接着,本文还针对冷却系统的常见故障进行了详细解析,并提出了相应的维修方案。
最后,通过实验验证了本文提出的维修方法的有效性,并对未来的研究工作进行了展望。
1. 引言汽车发动机冷却系统是汽车发动机正常运行的重要组成部分。
冷却系统的功能是通过循环冷却液,从而将发动机产生的高温散热,确保发动机工作温度处于正常范围内,提高发动机的工作效率和使用寿命。
因此,对冷却系统的检测与维修具有重要意义。
2. 冷却系统的工作原理冷却系统主要由发动机水泵、散热器、水箱、风扇和各种管路组成。
冷却液通过发动机水泵循环流动,在经过散热器散热后再回到发动机,形成循环。
冷却系统通过吸热、传热和散热三个过程来完成对发动机的冷却工作。
3. 冷却系统的检测方法3.1 冷却液检测冷却液是冷却系统中起到冷却和防冻作用的介质,其质量和性能的检测十分重要。
常见的检测方法包括冷却液的颜色、透明度和pH值等指标的检测。
3.2 压力测试冷却系统的正常工作需要一定的压力来保证冷却液的循环。
通过压力测试可以检测系统是否存在漏水、渗漏等问题。
常用的压力测试方法包括手持压力表法和真空压力表法。
3.3 温度检测冷却系统的温度是直接反映发动机工作状态的指标之一。
通过温度检测可以及时发现冷却系统的故障和问题。
常用的温度检测方法包括测量发动机水温表和红外线测温仪。
4. 冷却系统常见故障与维修方案4.1 水泵故障水泵是冷却系统的关键组成部分,一旦发生故障会导致冷却系统无法正常工作。
常见的水泵故障包括漏水、轴承磨损和叶轮破损等。
汽车发动机冷却系统的优化设计与热管理技术汽车作为现代社会重要的交通工具,其发动机的性能和可靠性至关重要。
而发动机冷却系统则是保证发动机正常运行的关键部件之一。
良好的冷却系统不仅能够有效地控制发动机的温度,提高发动机的工作效率,还能延长发动机的使用寿命。
本文将探讨汽车发动机冷却系统的优化设计与热管理技术。
一、汽车发动机冷却系统的作用与工作原理汽车发动机在工作过程中会产生大量的热量,如果这些热量不能及时散发出去,将会导致发动机过热,从而影响发动机的性能和可靠性。
因此,冷却系统的主要作用就是将发动机产生的多余热量带走,使其保持在正常的工作温度范围内。
发动机冷却系统的工作原理主要是通过冷却液在发动机内部和散热器之间的循环流动来实现热量的传递和散发。
冷却液在水泵的作用下从发动机缸体水套中流出,经过散热器冷却后再回到发动机水套中,如此循环往复。
在这个过程中,散热器将冷却液中的热量散发到空气中,从而降低冷却液的温度。
二、传统汽车发动机冷却系统存在的问题传统的汽车发动机冷却系统通常采用机械驱动的水泵和节温器来控制冷却液的流量和温度。
然而,这种冷却系统存在一些不足之处。
首先,传统冷却系统的水泵转速通常与发动机转速成正比,这意味着在发动机低速运转时,水泵的流量可能不足,导致发动机冷却效果不佳;而在发动机高速运转时,水泵的流量又可能过大,造成能量浪费。
其次,节温器的控制精度有限,难以根据发动机的实际工作状况精确地调节冷却液的温度,从而影响发动机的热效率。
此外,传统冷却系统的散热器结构和风扇性能也有待优化,以提高散热效率。
三、汽车发动机冷却系统的优化设计为了解决传统冷却系统存在的问题,需要对冷却系统进行优化设计。
(一)电子水泵的应用电子水泵可以根据发动机的实际需求精确地控制冷却液的流量,从而提高冷却系统的效率。
例如,在发动机低速运转时,电子水泵可以提高转速,增加冷却液流量;而在发动机高速运转时,则可以降低转速,减少能量消耗。
本科课程论文
题目发动机冷却系统研究状况及发展趋势
学院工程技术学院
专业
年级2011级
学号
姓名
指导教师
成绩
2013年12月25 日发动机冷却系统研究状况及发展趋势
摘要:简要介绍了目前国内外前沿的发动机冷却系统研究及应用状况,如智能化电控冷却系统、精确冷却理念、分流式冷却等;指出了现代发
动机冷却系统高效、低耗、智能、环保的发展方向,还指出采用电控冷却部件实现精确冷却和分流式冷却的有效整合是最佳手段。
关键词:汽车发动机冷却系统智能控制发展趋势
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,HoonCho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。
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。
3.1提高温度设定点
提高温度的优点是:于提高了发动机的运行温度和机油温度,减少了发动机的散热量和摩擦损失,提高冷却液和金属温度会改善发动机和散热器热传递效果,降低冷却液流速,减少水泵的标定功率而改善发动机的燃油经济性从而降低发动机的辅机功率损耗。
这种方法直接影响发动机损耗和冷却系统的效果以及发动机排放物的形成。
研究表明,发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。
将冷却液排出温度提高到150℃,使气缸温度升高到195℃,油耗则下降4%--6%。
将冷却液温度保持在90--115℃范围内,使发动机机油的最高温度为140℃,则油耗在部分负荷时下降10%。
同时,提高发动机运行温度对发动机热承载能力提出了更高要求,对NOx排放也有负面影响,同为燃烧室中NOx的生成对温度的变化十分敏感。
因此,在排放要求较严格的情况下,提高温度设定点的做法对于柴油机不适合;但是对于汽油机则很
有潜力,在部分负荷下提高冷却液温度可以使有效功率最大提高10%。
3.2降低温度设定点
降低温度设定点的优势在于降低进气温度,从而提高充气效率,有利于燃烧过程优化和降低燃油消耗,提高部件的使用寿命。
Finlay等人的研究表明,若气缸温度降低50℃,点火提前角可提前而不发生爆震,充气效率提高2%,发动机工作特性改善,有助于优化压缩比和参数选择,取得较好的燃油经济性和排放性能。
此外,在较低的冷却液设定温度工况下,可在燃油消耗率和NOx排放间获得更好的折中关系,最大可使NOx排放降低30%,燃油消耗率及CO 和HC排放也略有改善。
总之,无论是提高温度设定点还是降低温度设定点都可能改善发动机的冷却性能,但是必须结合实际需要而合理应用。
4、冷却机理的优化创新
发动机冷却系统零部件的低能耗和高效率同样是设计目标之一,零部件冷却效率的提高主要从几个方面来实现:a.新材料的应用;b.部件结构的新设计;c.部件的智能驱动方式;d.发动机常规冷却机理中的强化冷却措施,如活塞的“内油冷”、排气门的“钠冷”以及喷油嘴的“内油冷”等内冷技术。
随着材料科学和加工工艺水平的不断进步,发动机的冷却机理有向强化内冷却、减弱甚至取消外冷却的方向发展的趋势,这对于提高发动机的热效率等将产生巨大的推动作用。
5、介质流动的合理组织
发动机的冷却介质主要包括水腔内冷却液和空气侧冷却空气。
5.1水腔内冷却水流动的研究状况及趋势改进发动机冷却水套结构是研发高强化发
动机关键环节。
“精确冷却”的概念(即利用最少的冷却以达到最佳的温度分配),其应用的潜在优势在于降低摩擦系数和冷却水泵功率消耗,提高平均有效压力和抗爆性。
CouetouseH.等人提出分流式冷却系统的设计(即气缸盖和气缸体有不同的冷却回路,使得气缸盖和气缸体具有不同温度)其优势在于使发动机各部分在最优的温度设定点工作,达到较高的冷却效率。
研究实践表明,无论是精确冷却系统还是分流式冷却系统,都要求对发动机冷却水套进行必要的改进以优化冷却液流动。
从设计和使用角度看,分流式冷却和精确冷却相结合具有很好的发展前景,有利于形成理想的发动机温度分布,满足发动机对未来冷却系统的要求。
5.2空气侧冷却空气流动的研究状况及趋势
车辆迎风空气侧冷却空气流动的组织在很大程度上制约着冷却水冷却效果同时也影响发动机的工作性能。
空气侧部件空间安装分布对空气流动和温度分布影响显著,其中,风扇是研究的焦点。
Delphi汽车公司提出了新的中冷器-风扇-散热器布置顺序的冷却模块(CFRM)概念,即将风扇置于中冷器和散热器之间,在保证风扇提供相同的质量流量的前提下,CFRM 所需的风扇转速要远远低于传统的CRFM,可以节约19%的风扇耗功。
NgySrunAP等人甚至提出取消冷却风扇在车厢加热器处加装风机的方案,能降低成本达30%,质量减轻达30%,对不带空调的车辆,尤其是小型车辆应用前景更好。
5.3冷却液流动研究状况及趋势
国内对冷却液流动的研究手段主要为试验研究和计算机数值模拟研究。
在实验研究方面,主要以朱义伦等人为代表的采用激光多普勒测速仪(LDV)对发动机气缸盖冷却水流动进行测量,得到冷却水在平行于气缸盖与气缸体接合面的二维流场。
以及,以王书义、屈盛官等人为代表的利用流动显形法得到冷却水流动的二维流场,通过研究二维流场以改进水腔设计。
在计算机数值模拟研究方面,被广泛应用的有CFD分析技术和有限元(FEA)耦合分析技术。
目前其常用的技术载体,如大型CFD商业软件有FLU2ENT,STAR)CD,FIRE等。
计算机软硬件水平飞速提高,使得采用计算机数值模拟研究复杂结构水腔内流动特性成越来越重要的研究手段。
6、结论
在新材料、新技术、新理念的引领下,充分利用发动机现代设计技术寻求对冷却系统的冷却机理、控制和研究开发手段的改进是冷却系统发展的必然趋势。
从设计的有效性和实用性方面来看,冷却介质的流动优化是改善冷却系统的关键。
使用电控冷却部件实现精确冷却和分流式冷却的合理整合,能最大程度满足逐渐提高的冷却系统性能要求,具有十分理想的应用前景。
总之,只有对冷却系统各个环节进行深入地研究,多方面寻求提高冷却性能的有效途径,合理利用和发挥各个方法的潜在优势,才能实现冷却系统的高效化和低耗化,进而从整体上提高发动机的性能。
参考文献
[1]成晓北,潘立,鞠洪玲.现代车用发动机冷却系统研究趋势及进展[J].车用发动机,2008
[2]王书义,王宪成,段初华.发动机冷却水流动的试验研究[J].车用发动机,1994
[3]陈家瑞,马天飞.汽车构造.第五版,2001。