发动机热标准管理系统及其优化.doc

发动机热管理系统优化 1.发动机热管理系统概述 发动机热管理（ETMS, Engine Thermal Management System）是从系统整体角度，集成控制发动机燃烧、增压和进排气、冷却系统和发动机舱等传热，提升循环效率，减低热负荷，控制发动机部件高低温极限、温度分布及其规律改变，在提升发动机冷却能力同事，保持发动机良好动力性、经济性、排放性能和可靠性。 应用发动机热管理系统技术，能够有效将发动机中所包含到传热系统看成一个大综合系统进行考虑并得到发动机各个热流系统正确边界参数，从而对各个热流系统温度进行正确控制，能够确保关键部件和系统安全高效运行，控制和优化热量传输过程，减小冷却系统尺寸和功率消耗，合理利用热能，降低废热排放，提升能源利用效率，降低环境污染。发动机热管理和传统发动机冷却系统有着显著区分。从发动机冷却到发动机热管理，不仅是技术上进步，更是管理、设计思想突破。发动机热管理技术已成为发动机节能、降低排放、提升动力性、可靠性及发动机寿命关键方法。 2.发动机热管理研究现实状况 国外大企业对动力系统关键部件及热管理部件如散热器、中冷器研究已经相当成熟，系统匹配已经综合考虑整车动力性、经济性、排放、乘坐舒适性、可靠性等，并做到了智能化管理。而且国外整车企业于发动机企业全部在做这方面工作。而在中国将发动机热管理看成一个系统来进行考虑比较少，这方面工作基础局限于大学，整车企业和发动机企业只是刚开始，基础停留在冷却系统研究初级阶段。关键还是对各子系统单独考虑，并在此基础上进行部分优化。整车和发动机企业缺乏合作研究，只是各自进行匹配，进行工作也是基于冷却角度，不是热管理角度，通常以要求发动机冷却系不过热为目标；只重视部件开发，不重视系统匹配。没有能够意识到热管理系统对整车性能影响，进而无法最合理分配发动机所产出能量，降低能量无效损耗，将更多能量集中供给客车行驶；同时愈加好控制发动机工作环境，延长发动机使用寿命。 3.发动机热管理系统优化 3.1热管理系统智能化控制 风扇 传统冷却系统中采取机械驱动冷却风扇，风扇由发动机曲轴经过皮带驱动，冷却风量取决于发动机转速并和发动机转速成正比，而非发动机实际运行时冷却量，无法对经过散热器空气流量进行正确控制，从而难以使发动机在最好温度下工作，造成排放过高，燃料经济性和发动机性能变差。除此以外传统冷却风扇冷却调整灵敏度不高，功率损失也很大，耗功严重，比如风扇消耗功率能够达成发动机总功率输出10%。为了处理这个问题就出现了自控电动风扇，电控风扇转速能够依据冷却液温度和空气调整循环参数来调整，经过传感器和计算机芯片依据实际发动机温度控制运行，提供最好冷却介质流量和风扇转速，综合调整冷却能力，降低了在低温时发动机传热损失、功率损失、和过分磨损，抑制了发动机过热发生，降低了噪声和燃料消耗。冷却风扇由传统控制方法转化为智能控制方法，散热风扇冷却能力伴随发动机散热需要而自动正确地调整，提升了发动机预热速度，有效预防水温过热或过冷，使其一直保持最好工作温度，而且避免了能源大量浪费，其中降低风扇功率消耗90%，节省燃油10%。另外，为提升冷却风扇效率，用塑料翼形风扇替换圆弧形直叶片冷却风扇；采取翼形断面塑料和流线型风罩，在风扇气流入口形成流线形气流，可提升风扇液力效率。综合各项方法最终使电动风扇效率达成85%。 水泵 传统机械驱动式冷却水泵由曲轴经过V带或齿轮驱动，运行速度和发动机转速成正比，冷却介质流量取决于发动机转速。很多研究显示，传统水泵水量仅在5%时间内正确，无法对经过散热器冷却介质流量进行正确控制，从而难以使发动机在最好温度下工作，造成燃料经济性和发动机性能不佳。而电控水泵由电机驱动，能够对流量进行独立控制。电控水泵因为不用曲轴驱动，安装位置比较灵活，能够优化水泵水利特征设计，同时因为不用齿轮或带轮带动，降低了V带及齿轮对水泵轴承循环侧向负载力，降低了驱动损失。电控水泵依据发动机冷却要求而不是速度来供给冷却流量，避免了部分负荷及高速情况下过冷状态，降低了无须要功率消耗。中国郭新民等对装载机冷却系统控制装置进行了研究，利用单片机依据冷却水温度改变调整电磁百分比溢流阀溢流量以实现冷却水泵转速自动调整。结果表明，低温预热时，该控制装饰可使预热时间降低50%，提升了暖机速度，预热阶段节省燃油43%。1999年Valeo企业提出了在发动机配置新型电子调整系统，来改善发动机冷却性能。它实现了水泵和缸里分离，泵流量和通风装置全部经过发动机ECU来进行调整和控制，便于水泵安装，而且远离缸体这一热源后，水泵能够用塑料制成，既降低了成本，又减轻了水泵重量，达成了水泵转速随水温改变而改变，深入降低了传热损失和机械损失，降低了污染和油耗目标。Stepanoff曾提出高效离心水泵和轴流水泵设计