汽车热管理d的知识

1车辆热管理2车辆热管理研究概述车辆热管理是从系统集成和整体角度，统筹热管理系统与热管理对象和整车的关系，采用综合控制和系统管理的方法，将发动机及各个部件的冷却系统、预热与保温系统、润滑系统以及空调系统等综合集成为一个有效的热管理系统，保证关键部件/系统的安全高效运行，控制和优化热量传递过程，降低废热排放，提高能源利用效率，并减少环境污染，并在此基础上减小热管理系统的尺寸和功率消耗。•汽车热管理技术目前已成为汽车节能、提高经济性、动力性，延长寿命，降低排放，和保证关键部件运行安全和汽车行驶安全的重要措施•进一步优化燃烧和冷却EGR为满足欧4排放法规的主要技术，要求冷却系统的冷却液散热器效率提高15～20％，增压空气冷却器(CAC)散热效率提高40％～60％。3发动机热管理技术被列为美国21世纪商用车计划的关键技术之一,对提高整车性能潜力巨大。发动机热管理系统的目标是提高燃料经济性,降低排放,增加功率输出和车辆载重能力,降低气动阻力损失和车辆维护费用,提高可靠性以及车辆对环境的影响。需要指出的是,作为发动机热管理技术重要组部分的发动机热平衡研究,实际上是对发动机稳定运行状态的热管理初始研究,即得到发动机热系各部分的热流分布情况,主要包括冷却液热流、机油热流、排气热流,从而为进一步的冷却部件以及系统的优化指明方向。456•热管理系统的部件性能，以及未与整车集成的孤立热管理系统性能，仅代表部件及系统的潜在工作能力，并不反映汽车热管理系统的实际工作性能。集成于整车系统之中的热管理系统，其实际工作性能，决定于汽车总布置设计、系统集成方式、汽车行驶工况以及气候条件等对热管理系统流动和传热过程的影响•例如，散热器是否迎风的热管理系统与整车集成布置，对热管理系统性能便具有非常大的影响；存在热风回流的热管理系统与整车的集成，将大大降低热管理系统的性能。•热管理系统与整车集成所决定的热管理系统空气侧流场、温度场和风道特性等,为汽车热管理系统工作的车用热环境，是热管理系统性能的决定性因素之一热管理系统与整车集成研究的重要性78汽车热管理系统包括了汽车上所有的热流子系统，如冷却系统、润滑系统、进排气系统、空调系统、暖风系统、发动机舱空气流动系统和相关的控制系统。这些系统是围绕着两个重点部分展开工作的，一部分系统围绕着发动机展开，工作重点是保证发动机正常有效运转，同时尽量减小该系统运行所消耗的功率，达到发动机热效率最大化；另一部分是围绕着车厢展开，工作重点是提高车厢的舒适度。围绕着前一个部分工作的有冷却系统、润滑系统、进排气系统，围绕后一个部分展开工作的有空调系统和暖风系统.发动机舱空气流动系统是所有热流系统的外部环境。将围绕发动机工作的热流系统统称为发动机热管理系统，将围绕车厢工作的系统统称为车厢热管理系统。9膨胀水箱发动机水套水箱水管水泵节温器10发动机热管理系统是将发动机中所有涉及到传热的系统当作一个大的综合系统进行考虑以期能得到发动机各个热流系统的精确的边界参数。在发动机热管理系统中不但要考虑发动机上存在众多的热流系统，如冷却系统、润滑系统、进排气系统，而且其它一些汽车热流系统如空调系统、水暖系统等因为和发动机的热流紧密相关也不得不进行考虑。为了发动机正常有效的工作，所有这些流动系统中的流体温度都有特定的要求。这些系统对于环境空气来说都是热源，因此环境空气的流动状况将决定它们的传热效果。除了环境温度的影响之外，各个热流系统相互之间也有直接或间接的传热关系，将所有热流系统作为一个大系统进行综合考虑称之为热管理系统。恰当的热管理系统可以改善发动机的运行环境，提高发动机的使用寿命，降低发动机的燃油消耗，改善发动机排放。11（1）冷却系统冷却系统与上述的每个系统几乎都有关系，它是整个热管理系统的核心部分。冷却系统一般由发动机冷却水套、节温器、散热器、水泵以及水管组成，冷却液从发动机吸收热量然后通过散热器将热量传到大气中。冷却液从发动机中吸热量过大将会造成发动机有效功率降低，从而增大单位功率的燃油消耗率。另外，冷却液从发动机中吸热量过大会造成燃烧室的壁面温度过低，这对发动机的燃烧也是极为不利的，对汽油机来说，燃烧室壁温太低不利于着火，会造成排放中CO和CH含量增高，对柴油机来说则会引起工作粗暴。冷却液从发动机中吸热量过小也同样存在问题。因为发动机燃烧室的金属材料都有一个温度的承受范围，特别是对于运动副来说，过高的温度（对于铸铁来说，这一温度大概在400～500℃，对于铸铝合金来说这一温度大300～400℃）会降低金属的强度，从而导致运动副拉伤，甚至损坏。冷却液的进出口温差也不宜过大，以免在冷却液温度偏高时冷却腔的某些部位发生过渡沸腾，甚至膜态沸腾，从而造成发动机散热率降低而引发过热。122）润滑系统润滑系统的作用是为各运动部件提供润滑油并为某些冷却液难以到达的地方提供冷却。润滑油通过机油泵从油底壳中吸油，并将它送到各个旋转部件摩擦处，机油从轴承端部流出并最终流回油底壳中。造成机油的温度升高的原因有两个一个是发动机燃烧放出的热量有一部分传给了机油，该部分传热发生的主要区域是缸套下端、活塞底部和裙部；另一个是各个摩擦副的摩擦生热大部分传给了机油。该部分发生的主要区域是发动机各轴系。机油的放热热源也有两部分，冷却液和环境空气。在汽车上除了发动机中的润滑系统外，自动变速器也会有自己独立的润滑系统。13•缸壁和活塞环之间有润滑油，为了保证润滑油的润滑效果，这一部分的气缸壁温度一般要求小于180C。这些温度值都需要通过冷却液冷却来保持。•冷却液的进出口温差也不宜过大，以免在冷却液温度偏高时冷却腔的某些部位发生过渡沸腾，甚至膜态沸腾，从而造成发动机散热率降低而引发过热。•因此根据发动机的运行情况适当的调节冷却液的温度是很有必要的，在发动机中水泵的转速和发动机的转速成正比关系，难以改变。水温的调节主要是通过节温器和散热器来调节的。•节温器通过水流的温度自动调节大、小循环的分水量。散热器主要是通过控制流过散热器的空气流速来决定散热器的散热量，空气流速的调节是通过散热器风扇来实现的。•另外，在发动机中常常需要用一部分分流来实现某一部分的特殊冷却或加热需要。14（3）进排气系统在热管理中主要关心的进排气系统部件是：空滤、涡轮增压器、中冷器、进气管、排气管、三元催化器。适当的进气温度对发动机组织燃烧以及发动机的排放都是有利的，进入空气滤清器的大气首先来自汽车前罩下的小环境中，如果发动机有涡轮增压装置，那么从增压器中出来的空气要在中冷器中进行水冷或风冷。冷却效果与冷却液流量、温度或环境空气有关。另外，如果有EGR设备，从排气管出来的废气一般要经过中冷装置再返回缸内。空气通过进气管进入气缸内，在气缸内推动活塞做功以后通过排气管和三元催化器排到大气中。进气管、排气管和三元催化器都会与环境空气进行换热。从工程热力学的角度来讲，发动机的燃烧室内的温度越高，燃烧的能量转化率也就越高，发动机的冷却系统是完全没有必要存在的15在实际的发动机中如果没有冷却系统，发动机的某些零部件温度将高1200℃，对于很大一部分铸铁及合金钢已经达到了熔点，铝及铝合金的熔点则更低。即使金属没有熔化，在高温下金属强度会急剧下降，对于排气门和气门座圈这些燃烧室中的冲击部件来说，高温下的金属强度将会导致气门或气门座圈的破裂。另外，过高的燃烧室温度也会使得金属热应力增大。因此，对于发动机燃烧室的部件都有一个最高的温度极限，例如对于铝合金缸盖来说，温度最高不应该超过300℃。因此，从金属热负荷的角度讲，发动机必须有冷却系统。燃烧室是整台发动机的热源，发动机燃烧室是由缸盖、缸套、进气阀门、排气阀门和活塞及活塞环组成的。活塞环保证了缸套和活塞之间的密封，保证了燃烧室中的气体和燃料不会大量的窜入曲轴箱中，保证燃烧室高温高压气体的做功能力。在发动机高速运转中，活塞环和缸套之间必须有一层机油膜，机油膜的存在避免了金属的干摩擦。机油膜对缸壁的温度有严格的要求，在机油温度高于200℃时，由于机油粘度下降将会加剧活塞环和缸套之间的磨损；如果缸套温度过低，一部分燃油会附在壁面上，这部分燃油在下流的过程中会将润滑油冲洗掉，造成磨损加剧，为了避免这种情况的发生，壁温要提高到燃油90％沸点位置以上，需要把缸套壁面的温度保持在160℃以上。为了保证润滑油的润滑性能，缸套温度一般保持在160～180℃之间.16因此，从缸套润滑的角度讲，发动机必须有冷却系统。除了上面两个主要的因素以外，进气系统也对冷却系统的冷却效果提出了要求。如果缸盖进气道和燃烧室壁面的温度过高将会造成发动机充气系数偏小，发动机功率下降。从上述的描述可以看出对于发动机来说，冷却系统是不可或缺的重要系统。17（4）空调、水暖系统为了保证汽车车厢的舒适度，汽车上装有空调、水暖系统。它们是各自独立的两套系统，但在车厢内部共用一套鼓风装置。空调系统在车外的部分主要由压缩泵、冷凝器和一些管道组成。冷凝器一般装在汽车的最前端，它会加热流经自己的空气，从而影响了散热器冷却空气的入口温度。对于水暖系统来说，如果水暖系统开启，将会有一部分冷却液从发动机冷却液出口端通过车厢内的暖风系统直接流到发动机冷却液进口端而不经过散热器。这部分冷却液将热量带到车厢内，这也改变了冷却液的散热途径从而对冷却系统产生响。汽车空调系统根据压缩机的带动形式分为独立式和非独立式两种。一般轿车压缩机由汽车发动机通过皮带带动，是非独立式空调。压缩机的转速和发动机的转速成比例，是不可调的。冷凝器的风速由汽车速度和风扇转速决定，而风扇转速主要是保证散热器的温度，所以对空调来说，冷凝器的风速在某一工况下是确定的。空调的制冷量主要通过膨胀阀调节和车厢内风量调节来实现的。1819（5）发动机舱气体流速和温度•发动机的各个散热部件都要向环境放热，放热的主要区域为发动机舱。放热效率和环境温度以及气流速度紧密相关。•而对于各个部件来说它们周围的环境各不相同。这种不相同有两方面原因造成，一种是为了加强某一个部件的换热率而人为的引入一些设备从而改变了气流量，如为了加强散热器散热而安装风扇。•另外则是由于汽车结构本身原因造成周围气流的改变，比如因为汽车车厢和发动机舱中间隔热板的存在从而造成汽车车厢前底部的空气流速比较大。同时，发动机部件分布在各个地方，它们周围的气流情况各不相同，传热效率也就各不相同。•在所有的散热部件中散热器是最关键的部件，为了保证散热器中冷却液的温度，一般在散热器的背面装有风扇，通过调节风扇的转速来调节冷却液的温度。20