柴油机高原热平衡模拟试验平台设计.pdfVIP

虚拟试验与综合试验验证技术 柴油机高原热平衡模拟试验平台设计 熊春友1，刘 楠1，周 磊1，董素荥2，许 翔2，刘瑞林2 (1．军事交通学院研究生管理大队，天津300161；2．军事交通学院军用车辆系，天津300161) 摘要：工作在高原地区的柴油机，由于散热能力与散热需求不匹配，会出现一系列热平衡问题，比如拉缸、活塞烧瓦 以及水箱“开锅”等故障。因此，为了提升柴油机高原环境适性，需要设计高原热平衡模拟试验平台来研究高原热平衡问 题。本文设计模拟试验平台主要包括进排气模拟系统、冷却水温度控制系统、增压空气温度控制系统、燃烧分析系统等， 能够实现对冷却水温度、增压后进气温度的控制和燃烧数据的显示、采集、处理以及存储，并具有实时监控的功能，能够 满足高功率密度柴油机的热平衡试验需求。 关键词：柴油机；高原；热平衡；试验平台 场试验和高原环境模拟试验。高原现场试验虽然能够较 0引言 为真实的反映柴油机高原实际的工作条件，但存在着试 我国高原地域具有分布面积广、平均海拔高的特 验海拔单一，试验条件不易控制，试验周期较长，且投 点[1]，其中号称“世界屋脊”的青藏高原，面积就有 资成本高，实施相对比较困难等缺点。利用柴油机热平 230万平方公里，平均海拔在4000m以上。与平原相衡模拟试验平台进行相关的热平衡研究时，不仅可以模 比，高原环境具有昼夜温差大、空气密度小、大气压 拟不同海拔条件下的相关参数，并且模拟试验平台具有 力低、紫外线辐射强等口门1特征。这些特征对柴油机 准确性、重复性和可比性等优点[9]，可以得出各种热平 的工作性能及使用寿命产生了显著的影响。 衡控制对象的特陛参数，并且随着环境试验技术的不断 高原环境下，柴油机的冷却效果、燃烧质量会有 发展和环境模拟设备不断的改进，为模拟更加逼真的高 所下降，而传统柴油机冷却系统由于不能根据柴油机 原环境提供了更多的可能u“11]。 的热负荷状况、环境条件等参数主动调节冷却强度， 实现冷却系统运行参数的精确控制，导致柴油机高原 1柴油机高原热平衡试验平台系统设计 良好的热平衡效果难以达到，容易出现一系列故障。 柴油机高原热平衡模拟试验平台是在柴油机高海 比如，由于高原条件下的水沸点和空气流量变低，造 拔(低气压)性能模拟试验平台[12]基础之上设计的。 成柴油机冷却系统散热能力变差，柴油机冷却水、润 设计内容主要包括高海拔进排气模拟系统、冷却水温 滑油以及排气温度升高，柴油机热负荷急剧增大[4’5]， 度控制系统、增压空气温度控制系统、燃烧分析系统 易出现拉缸、活塞烧瓦及水箱“开锅”等现象[63；同 以及温度、流量、压力等传感器。其原理图见图1。 时当柴油机处于高转速、低负荷的工况时，可能由于 该试验平台通过进气节流、排气抽真空的方式能够模 高寒地区气温低，冷却系统无法自动调节冷却能力， 拟海拔Okm到6km的大气压力以及一41℃到常温下 进而导致柴油机冷却过度的现象，造成燃烧不充分、 3【。 的大气温度[1 润滑条件恶化、磨损加剧等问题。为了保证冷却系统 能够根据柴油机工况和环境条件精确地调节冷却强 度，使柴油机工作在最佳的温度范围内，必须开展柴 油机不同海拔热平衡试验研究，以便更好地匹配和优 化柴油机和整车的性能，为柴油机环境适应性改进和 热平衡控制系统的研发储备关键技术、探索关键 路线。 试验平台是热平衡控制系统研究和开发的基础设 施[7]。充分利用好发动机模拟试验平台的优势，可以找 出或验证各种热管理对象的热负荷特性、热管理系统的 流动与传热特性以及外部环境与车辆热量传递等规 图1 柴油机高原热平衡模拟试验系统原理图 律[8]。目前高原环境柴油机热平衡研究一般依靠高原现 柴