未來先進的汽車發(fā)動機溫度分區(qū)控制技術(shù)及意義
未來發(fā)動機溫度管理,重點關(guān)注的因素包括:
1、快速暖機。實現(xiàn)發(fā)動機啟動工況下水溫、機油溫度的快速升高,降低機油粘度,減小機械摩擦,降低油耗,同時降低發(fā)動機啟動時污染物的排放量
2、降低油耗、提升經(jīng)濟性。通過合適的冷卻液流量管理,降低水泵的工作負荷(減小附件功),同時保證冷卻液溫度、機油溫度始終處于合理的范圍內(nèi),保證發(fā)動機運行在經(jīng)濟高效區(qū)
3、防止發(fā)動機爆震,保證發(fā)動機可靠安全運行。發(fā)動機一般情況下轉(zhuǎn)速越高、扭矩(負荷)越大時,其產(chǎn)生的散熱量越大,向冷卻液散失的熱量越多,冷卻液的溫度越高,若超過冷卻液的許用溫度,冷卻液可能會產(chǎn)生大量的水蒸氣,高壓力下造成冷卻液噴出(俗稱開鍋),進而危害到發(fā)動機缸蓋,可能造成缸蓋開裂,機油碳化,缸體破壞性磨損(俗稱拉缸)等。溫度分區(qū)技術(shù)在發(fā)動機高速大負荷情況下重點控制發(fā)動機冷卻液溫度在85-90℃范圍內(nèi),防止出現(xiàn)開鍋現(xiàn)象。
發(fā)動機冷卻液溫度分區(qū)控制目標
如上圖所示,發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速、低負荷情況下冷卻液目標溫度在105℃,按照一般的理解105℃溫度下,此時冷卻液已經(jīng)沸騰了啊。實際情況下有兩種考慮:
1、允許冷卻液有輕微的沸騰(核態(tài)沸騰),輕微的沸騰能夠增強金屬與冷卻液之間的換熱能力,強化對流換熱。而盡量避免出現(xiàn)過度沸騰和膜態(tài)沸騰,后兩種沸騰狀態(tài)下,氣體產(chǎn)生量過大,容易在金屬表面形成厚厚的氣膜,造成金屬溫度過高,造成金屬開裂或者融化,造成發(fā)動機損壞的嚴重后果。如下圖所示,希望將冷卻液的沸騰控制在核態(tài)沸騰狀態(tài)內(nèi)。
冷卻液沸騰換熱曲線
2、同時冷卻系統(tǒng)存在加壓情況,一般來說壓力越高,冷卻液沸點越高,通常冷卻系統(tǒng)工作壓力在1.0-2.0個大氣壓,不同汽車廠設計要求的工作壓力可能有差異,整體系統(tǒng)加壓是一種主流趨勢。通過冷卻系統(tǒng)壓力增加,控制冷卻液沸點在合適的范圍內(nèi),基本能夠保證冷卻液沸騰控制在115-125℃之間。
純水沸點與壓力關(guān)系
先進的發(fā)動機熱管理模塊介紹:
為更好地實現(xiàn)發(fā)動機的溫度分區(qū)控制,國際上主流汽車公司重點開發(fā)先進的熱管理控制方式,如發(fā)動機熱管理模塊、離合水泵、電子節(jié)溫器等技術(shù),已經(jīng)在新發(fā)動機產(chǎn)品開發(fā)中獲得廣泛應用,如大眾、通用公司等。下圖是目前大眾公司重點推出的發(fā)動機熱管理模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,其中主要通過兩個旋轉(zhuǎn)閥實現(xiàn)發(fā)動機蓋冷卻液流量調(diào)節(jié),其中旋轉(zhuǎn)閥1控制冷卻系統(tǒng)大、小循環(huán)之間切換,旋轉(zhuǎn)閥2能夠通過控制水泵出水口的流通面積,實現(xiàn)冷卻液流量大小的控制,如暖機時刻開始需要實現(xiàn)冷卻液零流量,可以將旋轉(zhuǎn)閥2暫時完全關(guān)閉,冷卻水泵空轉(zhuǎn),冷卻液不能進入到發(fā)動機,實現(xiàn)發(fā)動機水溫、機油溫度的快速升高。
發(fā)動機溫度分區(qū)技術(shù)關(guān)鍵部件——熱管理模塊
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