微型汽车发动机热平衡试验研究与分析

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1、万方数据微型汽车发动机热平衡试验研究与分析口莫易敏口刘鹏口刘传波武汉理工大学机电工程学院武汉430070摘要：通过对微型汽车全工况的热平衡试验，确定了燃油释放总热量在发动机各部分的热量分配情况。分析了转速为4000r／min时负荷特性和外特性下的热量分配关系。得出了有用功、冷却液带走热量和排气带走热量的变化规律及原因．为冷却系统优化和提高发动机热效率提供了数据支持并指明了方向。关键词：微型汽车发动机热平衡转速扭矩中豳分类号：U464文献标识码：A文章编号：1000—4998(2011)01-0051—03

2、发动机工作时，燃油燃烧释放的热量主要转化为4个部分：有效功率、冷却液带走的热量、排气带走的热量和余项损失。余项损失包括驱动辅助机构的能量及通过辐射和传导而散失到周围环境中的热量。提高热效率和减少污染物排放一直是发动机研究的重点．目前国外在代用燃料和隔热技术75-面开展了热平衡的研究工作，如ITaymaz等人发现采用陶瓷衬套的发动机。冷却液带走的热量减少，而排气带走的热量增加；国内浙江大学开发了热管理系统试验平台．对冷却系统匹配进行优化。本文通过热平衡试验确定了在不同-I-况下燃油燃烧释放的总热量在发动机各

3、部分中的分配，从而了解热损失的情况，为优化冷却系统，提高发动机热效率和减少污染物排放提供评判依据。1热平衡台架试验1．1试验原理热平衡试验主要设备包括汽油发动机、测功机及其控制系统、排放尾气分析仪、温度传感器、流量传感器、冷却水混合装置、燃油变送器和机油冷却装置。需要测量的物理量有燃油消耗量B，冷却液流量口c，进出水口温度t1、t2，进气流量口．，进排气温度t3、“和排放废气各成分所占质量比q。、q：、q，。根据试验台架和发动机结构对各测量点进行合理的布置。如图l所示【I】。1．2试验条件及方法发动机所用

4、燃油和机油采用发动机制造厂所规定的牌号。燃油温度控制在298K±5K。为使发动机工作处于理想状态。发动机冷却液出口温度应控制在361K±5K。机油温度控制在368K±5K，排气背压采用自动调控系统随工况变化进行调整。只需设置其在标定212况33kPa即可。从800r／min到6000r／min每隔200r／rain(含标定工况和最大扭矩的转速)选取一种转速，每种转速下，从扭矩20Nm到最大负荷平均选取收稿日期：2010年7月勰机械制造49卷第557期』发动机·叫型塑塾卜一}排放陬：_网一况分I一．一f调控

5、析叫崮系仪●统{口tj驰，Er÷口，1r“t21r÷Ootl曰1信号调理与数据处理系统▲图l热平衡试验测点分布图10个工况点，共计270个工况点。试验按如下步骤进行：首先搭建好试验平台。确保各传感器和配套仪器连接紧密无误后启动发动机；其次观察发动机工作是否稳定。有无漏油、漏水及漏气现象，同时通过数据采集界面观察各项数据有无异常变化；然后通过工况调控系统。按照设定好的工况点．测量各项数据，待发动机在该工况点稳定后进行保存【2】。2热平衡试验结果及分析2．1热平衡试验数据处理方法1)燃油燃烧释放的总热量：毕(

6、蛊)(1)式中毋为燃油燃烧释放的总热量，kJ／s；B为燃油消耗量，kg／h；H。为燃油的低热值，kJ／kg。2)转化为有效功的热量：只为发动机的有效功率．kW。3)冷却液带走的热量：Po=心掣(2)式中：Po为冷却液带走的热量，kJ／s；G为冷却液的平均定压比热容，kJ／(kg·℃)；pc为冷却液的密度，k矿；Qc为冷却液的流量，l／min。2011／11510万方数据4)排气带走的热量：由于发动机排气成分复杂，在不同工况下排气成分都不相同且难以确定，而且排气温度和压力变化范围广，所以发动机排气热量的测量

7、成为发动机热平衡试验的难点。在本试验系统中，由排放尾气分析仪得出排放气体中各成分的体积比，从而计算出质量比。并且查表得各成分气体定压比热容随温度变化的关系式[引。则排气的定压比热容为：Cv,=qlCpl+q2Cpz+q3C西(3)式中：q为排气平均定压比热容，kJ／(kg·℃)；cph％、％为排气中各气体成分的平均定压比热容，kJ／(kg·℃)。最终得排气带走的热量：辟垃警炉(4)式中：只为排气带走的热量，kJ／s；Q。为空气的质量流量，ks／h。(5)余项损失：根据发动机热平衡方程：Pf=眦+辟．-Pu

8、，可得余项损失Pu为：Pu=P厂}Pe—Pr(5)2．2负荷特性(4000r／min)热平衡试验结果及分析表1是当转速为4000r／rain时各扭矩下的数据及计算结果．图2为4000r／min时各负荷下的热量分配。图3为4000r／min时各负荷下热量分配百分比。由图2可见．燃油释放总热量在中小负荷段近似成线性。随负荷增大而增加。在高负荷段也呈线性上升．且上升斜率较大。这是因为当转速一定时，燃油消耗量取决于每循环供油量，它随负