發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]車輛、工程機(jī)械等動力裝備在高原運(yùn)行時(shí)，由于散熱性能變差以及發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷增大等導(dǎo)致發(fā)動機(jī)出現(xiàn)冷卻水易開鍋、冷卻系統(tǒng)冷卻能力下降、機(jī)體易過熱等問題，并將最終導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在高原地區(qū)持續(xù)作業(yè)能力和作業(yè)強(qiáng)度均存在不同程度下降。這些問題可以歸結(jié)為發(fā)動機(jī)在高原地區(qū)熱平衡性能的惡化。
[0003]發(fā)動機(jī)熱平衡試驗(yàn)是發(fā)動機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，對其能量分布情況所進(jìn)行的試驗(yàn)。對于發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能的試驗(yàn)研宄手段主要分為高原實(shí)地試驗(yàn)與平原模擬試驗(yàn)，由于平原模擬試驗(yàn)具有成本低、可重復(fù)性好、試驗(yàn)周期短、模擬參數(shù)可任意調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，成為重要的研宄手段。
[0004]目前，針對發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)的高原環(huán)境模擬方式大體可以分為進(jìn)排氣低壓模擬和高原環(huán)境模擬艙兩種，由于高原環(huán)境下(大氣壓力、溫度、濕度等環(huán)境因素)發(fā)動機(jī)本體的環(huán)境熱損失對其熱平衡試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響，因此相較于進(jìn)排氣低壓模擬，采用高原環(huán)境模擬艙的方式可更好地達(dá)到發(fā)動機(jī)熱平衡試驗(yàn)的要求；同時(shí)，由于發(fā)動機(jī)啟動預(yù)熱、變工況調(diào)節(jié)時(shí)其工作溫度波動較大，往往需要較長的工作時(shí)間達(dá)到熱平衡，因此對發(fā)動機(jī)采取冷卻液溫度與流量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，更有利于熱平衡試驗(yàn)的實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)方法，該方法將待測發(fā)動機(jī)安置于高原環(huán)境模擬試驗(yàn)艙內(nèi)，充分考慮并準(zhǔn)確模擬發(fā)動機(jī)在高原大氣環(huán)境下的機(jī)體散熱狀況；建立的冷卻液恒溫控制系統(tǒng)與冷卻液可變流量控制系統(tǒng)，可根據(jù)試驗(yàn)需求實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度與流量，調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍廣，且避免了熱平衡試驗(yàn)中為達(dá)到試驗(yàn)溫度點(diǎn)而浪費(fèi)大量時(shí)間，同時(shí)為高海拔條件下發(fā)動機(jī)冷卻液最佳溫度與流量MAP的獲取提供平臺與方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供上述發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)方法所用的系統(tǒng)。
[0007]如上構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)方法，其特征在于:通過調(diào)節(jié)高原模擬艙內(nèi)的壓力、溫度、相對濕度和紫外線強(qiáng)度來模擬發(fā)動機(jī)在O?5500m海拔時(shí)的試驗(yàn)環(huán)境條件，即101?47kPa之間的大氣壓力、-45°C?70°C之間的大氣溫度、15%?95%之間的相對濕度和O?10W/m2之間的紫外線強(qiáng)度；并通過冷卻液溫度、流量控制方法分別控制發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、流量的變化，進(jìn)行不同海拔、不同工況條件下發(fā)動機(jī)熱平衡性能試驗(yàn)，獲得不同海拔、不同工況下發(fā)動機(jī)最佳冷卻液溫度MAP與最佳冷卻液流量MAP，冷卻液溫度控制范圍是:50°C?120°C，波動小于±0.50C ;流量控制范圍是:0?400L/min，波動小于 ±1% ;
[0008]所述冷卻液流量控制方法是:
[0009](I)同一海拔下發(fā)動機(jī)不同工況最佳冷卻液流量MAP的獲取:
[0010]模擬發(fā)動機(jī)在設(shè)定海拔下的試驗(yàn)環(huán)境條件；選取發(fā)動機(jī)工況點(diǎn):從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速800r/min到額定轉(zhuǎn)速2100r/min，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速每隔300r/min作為試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，選取最大負(fù)荷的20 %、40 %、60 %、80 %、100 %作為負(fù)荷測量點(diǎn)，獲得30個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)，在每個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)控制發(fā)動機(jī)冷卻液流量從50?400L/min改變，研宄冷卻液流量對發(fā)動機(jī)熱平衡性能影響規(guī)律；同時(shí)在渦輪前排溫彡800°C、缸內(nèi)最高燃燒壓力彡16MPa、冷卻液溫度彡110°C、進(jìn)出水溫差5?9°C的試驗(yàn)限制條件下，以發(fā)動機(jī)有效熱效率為優(yōu)化目標(biāo)，獲得發(fā)動機(jī)不同工況下最佳冷卻液流量MAP ;
[0011](2)發(fā)動機(jī)不同海拔、不同工況下最佳冷卻液流量MAP的獲取:
[0012]模擬發(fā)動機(jī)在海拔1000m、2000m、3000m、4000m、5000m、5500m下的試驗(yàn)環(huán)境條件；發(fā)動機(jī)工況點(diǎn)選取如(I) 一致，研宄不同海拔條件下發(fā)動機(jī)各工況點(diǎn)熱平衡性能隨冷卻液流量變化規(guī)律，在渦輪前排溫< 800°C、缸內(nèi)最高燃燒壓力< 16MPa、冷卻液溫度< 110°C、進(jìn)出水溫差5?9°C的限制條件下，以發(fā)動機(jī)有效熱效率為優(yōu)化目標(biāo)，獲得不同海拔、不同工況下最佳冷卻液流量MAP ；
[0013]所述冷卻液溫度的控制方法是:
[0014](I)同一海拔下發(fā)動機(jī)不同工況最佳冷卻液溫度MAP的獲取:
[0015]模擬發(fā)動機(jī)在設(shè)定海拔下的試驗(yàn)環(huán)境條件；選取發(fā)動機(jī)工況點(diǎn):從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速800r/min到額定轉(zhuǎn)速2100r/min，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速每隔300r/min作為試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，選取最大負(fù)荷的20 %、40 %、60 %、80 %、100 %作為負(fù)荷測量點(diǎn)，獲得30個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)，在各試驗(yàn)工況點(diǎn)控制發(fā)動機(jī)進(jìn)口溫度在50?110°C之間調(diào)節(jié)，研宄不同工況下發(fā)動機(jī)冷卻液溫度對發(fā)動機(jī)熱平衡性能影響規(guī)律，在渦輪前排溫< 800°C、缸內(nèi)最高燃燒壓力< 16MPa、進(jìn)出水溫差6?9°C的限制條件下，以發(fā)動機(jī)有效熱效率優(yōu)化目標(biāo)，獲得發(fā)動機(jī)不同工況發(fā)動機(jī)最佳冷卻液溫度MAP ；
[0016](2)發(fā)動機(jī)不同海拔、不同工況下最佳冷卻液溫度MAP的獲取:
[0017]模擬發(fā)動機(jī)在海拔1000m、2000m、3000m、4000m、5000m、5500m下的試驗(yàn)環(huán)境條件；發(fā)動機(jī)工況選取方法同(I) 一致，研宄不同海拔條件下發(fā)動機(jī)各工況點(diǎn)熱平衡性能隨冷卻液溫度變化規(guī)律，在渦輪前排溫< 800°C、缸內(nèi)最高燃燒壓力< 16MPa、進(jìn)出水溫差5?9°C的限制條件下，以發(fā)動機(jī)有效熱效率為優(yōu)化目標(biāo)，獲得不同海拔、不同工況下最佳冷卻液溫度 MAP。
[0018]上述發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)方法所用的系統(tǒng)，包括艙體，其特征在于:艙體內(nèi)分割成常溫常壓區(qū)和高原環(huán)境模擬區(qū)，常溫常壓區(qū)內(nèi)放置測功機(jī)和ECU，高原模擬區(qū)內(nèi)設(shè)置待測發(fā)動機(jī)、冷卻液流量控制系統(tǒng)和冷卻液恒溫控制系統(tǒng)；
[0019]所述待測發(fā)動機(jī)的排氣管路連接換熱器、緩沖罐、控制閥與真空泵，用以實(shí)現(xiàn)排氣背壓的模擬；
[0020]所述高原環(huán)境模擬區(qū)通過管路連接換熱器、控制閥與真空泵，用以實(shí)現(xiàn)高原環(huán)境模擬區(qū)內(nèi)低氣壓環(huán)境的模擬；高原環(huán)境模擬區(qū)通過管路連接送風(fēng)機(jī)、溫度與濕度調(diào)節(jié)裝置以及控制閥，用以實(shí)現(xiàn)高原環(huán)境模擬區(qū)內(nèi)高低溫、大氣濕度的調(diào)節(jié)，并配合管路實(shí)現(xiàn)低氣壓的模擬；
[0021]所述冷卻液流量控制系統(tǒng)包括溫控三通閥、電控水泵、冷卻液溫度傳感器以及流量計(jì)，溫控三通閥和電動水泵受ECU控制實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)冷卻液總流量的調(diào)節(jié)和大小循環(huán)流量的分配，得到不同海拔、不同工況最佳冷卻液流量MAP ；
[0022]所述冷卻液恒溫控制系統(tǒng)包括加熱器、換熱器、電控比例閥和冷卻液溫度傳感器，ECU對電控比例閥與加熱器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)進(jìn)水溫度的調(diào)節(jié)，得到不同海拔、不同工況發(fā)動機(jī)最佳冷卻液溫度MAP。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本發(fā)明可在平原模擬發(fā)動機(jī)在高原環(huán)境下運(yùn)行工況，準(zhǔn)確模擬發(fā)動機(jī)在高原環(huán)境下的本體散熱狀況，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)冷卻液溫度與流量的調(diào)節(jié)，其溫度控制范圍在50°C?120°C之間，溫度波動小于±0.5°C，流量調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷原機(jī)水泵的需求量，可方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行發(fā)動機(jī)熱平衡試驗(yàn)；同時(shí)發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)方法的提出為進(jìn)行發(fā)動機(jī)高原熱平衡模擬試驗(yàn)，獲取不同海拔、不同工況下發(fā)動機(jī)最佳冷卻液溫度與流量MAP提供了方法與途徑，進(jìn)一步為高原發(fā)動機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供技術(shù)依據(jù)，減少高原實(shí)地試驗(yàn)費(fèi)用，縮短高原發(fā)動機(jī)開發(fā)周期。
【附圖說明】
[0025]圖1所示為本發(fā)明的總體設(shè)計(jì)圖；
[0026]圖中，1-高原模擬艙體；2_常溫常壓區(qū)；3_高原環(huán)境模擬區(qū)；4_發(fā)動機(jī)及其試驗(yàn)裝置；5_動機(jī)排氣管路；6_高原環(huán)境模擬區(qū)排氣管路；7_送風(fēng)機(jī)；8_溫度與濕度調(diào)節(jié)裝置；9-高原環(huán)境模擬區(qū)進(jìn)氣管路；10、14-換熱器；11-緩沖罐；12、13-真空泵；15、17、19-流量計(jì)；16、21_溫度傳感器；18-溫控三通閥；20_電控水泵；22_比例閥；23_加熱器；24_換熱器；25_測功機(jī)；1-冷卻液可變流量控制系統(tǒng)；I1-冷卻液恒溫控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]如圖1所示，一種發(fā)動機(jī)高原熱平衡性能模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，將待測發(fā)動機(jī)放置于高原環(huán)境模擬艙內(nèi)，艙體I隔斷分為常溫常壓區(qū)2和高原環(huán)境模擬區(qū)3，常溫常壓區(qū)2可用于安置測功機(jī)等附屬設(shè)備，高原環(huán)境模擬區(qū)3用于放置待測發(fā)動機(jī)4，可準(zhǔn)確模擬發(fā)動機(jī)在高原環(huán)境下運(yùn)行時(shí)機(jī)體散熱狀況；發(fā)動機(jī)排氣管路5連接換熱器10、緩沖罐11、控制閥與真空泵12，用以實(shí)現(xiàn)排氣背壓的模擬；高原環(huán)境模擬區(qū)3通過管路6連接換熱器14、控制閥與真空泵13，用以實(shí)現(xiàn)高原環(huán)境模擬區(qū)3內(nèi)低氣壓環(huán)境的模擬；高原環(huán)境模擬區(qū)3通過管路9連接送風(fēng)機(jī)7、溫度與濕度調(diào)節(jié)裝置8以及控制閥，用以實(shí)現(xiàn)高原環(huán)境模擬區(qū)3內(nèi)高低溫、大氣濕度的調(diào)節(jié)，并配合管路6實(shí)現(xiàn)低氣壓的模擬。
[0029]所述冷卻液流量控制系統(tǒng)由溫控三通閥(18)、電控水泵(20)、冷卻液溫度傳感器
(16)以及流量計(jì)(15)、(17)、(19)組成，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于啟動預(yù)熱階段與低負(fù)荷階段時(shí)，ECU通過控制溫控三通閥