发动机冷却系统校核计算及评估.pdf

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1、试验-研究TestandReasearch发动机冷却系统校核计算及评估魏新，韩瑶，李勇强，张利中联重科股份有限公司渭南分公司摘要I以工程机械发动机冷却系统为例，介绍冷却系统的基本构成及工作原理。运用传热学的基本原理结合相关测试的经验，提出冷却系统的校核计算方法，并建立一套冷却系统的评估指标。主机厂设计人员在对冷却系统中各部件布置及结构进行设计前，可以根据该计算方法对冷却系统进行校核计算，并对冷却系统性能做出评估。根据评估结果，可对冷却系统设计参数进行优化，达到提高冷却系统性能的目的。关键词：热平衡；冷却系统；校核计算工程机械设备常用在矿山、河道等露天多尘环境中，统的基本构成和

2、原理，分析冷却系统的校核计算方法及且多为长时间连续作业，部分高温地区的使用工况更为评估指标，并根据计算结果及评估指标对冷却系统进行恶劣。发动机冷却系统可保证发动机在所有工况下均处评估，为进一步提高发动机冷却系统性能提供依据。于最佳的工作温度范围内，其性能的优劣对整机性能的正常发挥至关重要。1发动机冷却系统构成及工作原理随着发动机排放标准越来越严格和各种新技术的应典型的发动机冷却系统主要由水泵、节温器、上水用，使得发动机的散热量越来越大。如，空空中冷(cAt，室、散热器芯、下水室、风扇及连接管路等组成，如图1tier2发动机)技术的应用一般会使发动机增加10％的散所示。热量，高

3、压共轨(HPCR，Tier3发动机)技术的应用一般会发动机正常工作时，在水泵的作用下，温度较高的冷增加10％的散热量，废气再循环(EGR，Tier4)技术的应用却液(一般高于83℃)经节温器由发动机出水管流入散一般会增加30％的散热量。因此，发动机冷却系统的设计热器芯体内，与散热器进行热交换。同时，在风扇的作用及匹配已成为发动机厂家和主机厂设计人员面临的主要下，温度较低的空气(一般高于环境温度2~3℃)流过散问题和挑战。热器芯体外表面，吸收冷却液通过散热器散出的热量，进本文以工程机械发动机冷却系统为例，介绍冷却系而降低冷却液的温度。水泵将冷却后的冷却液通过发动作者简介：魏新(

4、1986-)，男，陕西华县人，工程师，学士，研究方向：挖掘机整机研究。141工稚耙械I2。"’-，。杠栈第45卷I第10期总第492期日奁流量(L／min)——最大转矩点水泵—Q曲线⋯最大功率点水泵P—Q曲线⋯一额定功率点水泵p—Q曲线⋯散热器通水阻力曲线1．节温器2．除气管3．发动机出水管4．压力盖图2水泵与散热器匹配图5．上水室6．注水管7．散热器芯8．溢水壶9．下水室1O．发动机进水管∞11．∞导∞风罩∞∞12加．风m扇O的质量流量q为：13．水泵gw：：QP／(60×1000)(1)图1冷却系统构成示意图式中：g为冷却液的质量流量，／s；Qw为冷却液体积流机进水管泵入

5、发动机内，对发动机缸套等部件进行冷却。量，L／rain；p为冷却液密度，kg／m，。2．2冷却空气的质量流量q。2发动机冷却系统的校核计算风扇的驱动方式主要有两种：一种是通过发动机曲目前，多数主机厂技术人员在对冷却系统进行设计轴带动齿轮箱驱动，为定速比驱动；另一种是风扇通过液时，是将发动机的相关参数提供给散热器配套厂家，由散压马达独立驱动。对于定速比驱动可根据发动机在相应热器配套厂家通过相关软件进行计算，并提供解决方案。工况下的曲轴转速及曲轴与风扇驱动轴的速比计算风扇散热器配套厂家对主机厂冷却系统的布置及结构很难准转速。独立驱动时需根据控制系统相应的控制策略计算确把握，所以计

6、算结果与实际装机测试存在差距。因此，风扇转速。根据风扇转速可得到风扇的静压一风量曲线。主机厂的设计人员必须掌握冷却系统的校核计算方法，风扇的静压一风量曲线由风扇厂家提供，将风扇的静压一对已有的或已选定了散热面积的散热器进行校核计算。风量曲线与散热器的通气阻力曲线叠加，交点D的横坐冷却系统的评估指标主要有热平衡饱和水温、冷却标Q即为冷却空气的体积流量，如图3所示。由冷却空液在散热器进口和出口处的温差，以及冷却空气流入散气体积流量Q可求得冷却空气的质量流量q为：热器的迎面风速等，在对其进行校核计算时，需计算出冷g=Qpj3600(2)却系统冷却液的质量流量q，冷却空气的质量流量q

7、，热式中：q为冷却空气的质量流量，kg／s；Q为冷却空气体积平衡时饱和水温t和散热器迎面风速等参数。发动机冷流量，m3／h；p为冷却空气的密度，kg／m3。却系统的校核计算可按额定功率、最大功率和最大转矩2．3热平衡时饱和水温f点等工况进行，下面以最大功率点工况为例，介绍冷却系热平衡时的饱和水温是指冷却系统达到热平衡后，统的校核计算方法。发动机端出口处冷却液的温度，其在数值上与冷却液进2．1冷却液的质量流量口入散热器的温度相等，所以热平衡时饱和水温t的计将发动机水泵的p-Q曲线与散热器的通水阻力曲线算可