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冷卻液中加空氣來實現(xiàn)發(fā)動機傳熱效率優(yōu)化

2020-03-31 08:08:38·  來源：內燃機學報  
　
共勉 4天前冷卻液中加空氣來實現(xiàn)發(fā)動機傳熱效率優(yōu)化01引言隨著油耗法規(guī)的升級以及發(fā)動機強化程度的提升，發(fā)動機熱管理的作用逐漸凸顯出來，先進的熱管理系統(tǒng)不僅
01  引言

隨著油耗法規(guī)的升級以及發(fā)動機強化程度的提升，發(fā)動機熱管理的作用逐漸凸顯出來，先進的熱管理系統(tǒng)不僅能提升發(fā)動機的熱效率，同時還能降低發(fā)動機排放。目前為了實現(xiàn)更加精確的熱管理，一些新技術以及新設備已經應用于發(fā)動機上，包括電子水泵、雙溫度循環(huán)系統(tǒng)、電控閥門等，本次推送將介紹另外一種實現(xiàn)發(fā)動機高效熱管理的方法。該方法在冷卻液中噴入空氣，針對發(fā)動機的運行工況來動態(tài)調整空氣壓力。在發(fā)動機暖機工況下，噴入冷卻液的空氣壓力較高，這些空氣在機體表面形成氣膜，這樣能夠有效減少散熱損失，從而實現(xiàn)發(fā)動機快速熱機。在發(fā)動機正常運行工況下，噴入冷卻液的空氣壓力較低，這部分空氣能夠在冷卻液中形成湍流擾動，從而增強冷卻液的湍流強度，提高散熱效率。

02  試驗系統(tǒng)介紹

圖1為該熱管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖，該試驗是在一臺汽油機上開展的，從圖中可以看出與常規(guī)汽油機冷卻系統(tǒng)最大的不同之處在于該系統(tǒng)在冷卻水入口處加入了空氣噴嘴，噴射的壓力由電控壓力調節(jié)閥來控制，在氣路中還加入了止回閥，防止冷卻液倒流。高壓氣體來源于空氣壓縮機。實驗中，氣體噴入有三個周期，第一個周期的噴射壓力為1.75bar，流量為10 L/min；第二個周期的噴射壓力與第一個周期一致，流量變?yōu)?0L/min；第三個周期的噴射壓力為1.6bar，噴射流量為30 L/min。試驗工況點見表1，氣體噴射周期時長為6s。圖2為熱相機拍攝的氣缸頭溫度分布圖以及冷卻液溫度測點，測點位于氣缸頭附近（P點）。

圖1 熱管理系統(tǒng)圖

表1 試驗工況表
 
圖2 熱相機拍攝的氣缸頭溫度分布圖以及冷卻液溫度測點

03  結果分析

圖3為不同工況下P點最高溫度、最低溫度以及平均溫度，從圖中可以看出各工況點P點最高溫度為118℃，低于冷卻系統(tǒng)的臨界溫度，因此不會對發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)造成損壞，能夠滿足發(fā)動機的使用要求。

圖3 不同工況下P點最高溫度、最低溫度以及平均溫度

圖4為不同測試點熱機時間對比，發(fā)動機熱機時間對發(fā)動機油耗以及排放物有著重要的影響，發(fā)動機在冷機階段排放的THC和CO要高于充分熱機階段。圖中工況點6、7、8分別為1、4、5對比工況點；2、3工況點為對比工況點，主要對比氣體流量以及壓力的影響。從圖中可以看出和沒有冷卻液中沒有空氣的工況點對比，冷卻液中加入空氣能夠有效縮短熱機時間，最高可縮短33%的熱機時間。

圖4 不同測試點熱機時間對比

圖5為測試點1、2、3、6在熱機階段油耗對比，從圖中可以看出，在剛開始熱機時，測試點2和3的油耗要低于測試點6，但是測試點1的油耗要高于測試點6。隨著發(fā)動機熱狀態(tài)的提升，油耗逐漸降低，測試點2的油耗始終要低于測試點6，而且降幅較大，測試點1后期的油耗要低于測試點6。因此，整體而言采用冷卻液中加入空氣的策略能夠降低熱機階段的油耗，尤其是采用測試點2的空氣噴射策略。

圖5 熱機階段油耗對比

圖6為測試階段耗油量以及省油率，其中圖（a）為耗油量對比，圖（b）為省油率對比。采用該熱管理系統(tǒng)對應對比測試點大部分能實現(xiàn)熱機階段油耗降低，最高可降低5.8%（工況點2），但是工況點5的油耗要高于對比工況點。整體而言采用該熱管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)油耗的降低。

圖6 測試階段耗油量以及省油率

圖7為熱機階段NO排放對比，從圖中可以看出，測試工況點1和2的NO排放要低于對比測試點6，測試工況點3的NO排放量要高于對比測試點6。測試工況點4的NO排放要低于對比測試點7，測試工況點5的NO排放要高于對比測試點5。從油耗以及NO排放分析可以看出，測試點2不僅能夠實現(xiàn)熱機階段油耗的降低，同時也能實現(xiàn)NO排放的降低。

圖7 熱機階段NO排放對比

圖8為熱機完成后NO排放對比，熱機完成后工況點1的NO排放要遠低于測試點6，降低幅度超過了50%，于此同時測試點4的NO排放也要明顯低于對比測試點4的NO排放，測試工況點5的NO排放要高于對比測試工況點8。無論是油耗以及熱機階段、熱機完成階段，工況點8所采取的措施均使油耗升高，排放升高，因此在實際使用中應避免使用該模式。

圖8 熱機完成后NO排放對比

04  總結

通過分析可知，該種熱管理措施通過技術優(yōu)化能夠實現(xiàn)油耗以及排放的降低，但是在發(fā)動機不同的工作環(huán)境下，空氣噴射的壓力、頻率以及流量應該動態(tài)調整，于此同時該系統(tǒng)的可靠性還有待提高。
 
 
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