发动机热管理的系统模拟及优化研究-热设计.PDF

发动机热管理的系统模拟及优化研究 陈涛 1，诸葛伟林，赵凯，张扬军 （清华大学汽车工程系，发动机热流体研究室，北京，100084） 张 勇，阎 小俊 （李斯特技术中心（上海）有限公司，上海，201206 ） 摘要：发动机热管理，即发动机热控制和热利用。本文基于Flowmaster2 ， AVL BOOST ，AVL CRUISE 等商业软件平台，建 立了可用于热管理研究的发动机热管理系统模拟分析平台，并应用该平台对某型增压中冷柴油机的热特性和冷启动特性进行了 分析研究。 关键字：发动机；热管理；系统模拟 传统基于部件/子系统的发动机传热控制研究 1 发动机热管理系统模拟分析平台 与应用，在发动机研制中取得了巨大成功。随着对 1.1 平台功能 发动机性能要求的不断提高，传统的发动机传热研 发动机热管理所涉及的发动机系统整体，包括 究已不能满足要求。 发动机燃烧系统、进排气系统、燃油系统、冷却及 发动机系统一个部件、一个过程的改变都会造 润滑系统等，如图 1 所示。和传统的发动机工作过 成多方面影响。整个发动机系统的高性能和稳定工 程分析比较，发动机系统模拟分析，不仅模拟进排 作，是各系统相互匹配、平衡的结果[1,2] 。近年来发 气及燃烧系统，还同时耦合模拟燃油系统、冷却及 动机传热控制的研究方法，由部件/子系统转为强调 润滑系统，能考虑各子系统间的相互作用、相互影 发动机系统整体，重视发动机传热与流动和能量转 响。发动机热管理系统模拟分析平台主要功能如下： 换过程的相互作用、相互影响，其关键技术为发动 机热管理。 发动机热管理，是从系统整体角度，对发动机 传热进行综合控制，达到有效散热和减少排放的目 的；同时，统筹发动机热量传递，提高发动机热效 率，并进行废热利用等。 发动机热管理与传统发动机冷却技术有着显著 区别。从发动机冷却到发动机热管理，不仅是技术 上的进步，更是管理、设计思想上的突破。发动机 热管理技术，已成为发动机节能、降低排放、功率 强化、提高可靠性及寿命的重要措施。 发动机热管理为一项系统工程，其研究的基本 方法和手段为系统热流体分析。本文基于商业软件 Flowmaster2 ，AVL BOOST ，AVL CRUISE ，建立了 可用于热管理研究的发动机热管理系统模拟分析平 台。并利用该平台对某型增压中冷柴油机的热特性 和冷启动特性进行了仿真研究[3~5] 。 图1 发动机系统 作者简介：陈涛（1983-），男，硕士研究生；研究方向为发动机增压及热管理； E-mail: ct@ 1 热设计 热仿真 1）发动机工作循环实时耦合模拟 平台可对发动机进排气及热力循环过程、燃油 喷射过程、冷却水循环过程、润滑油循环过程等进 行实时耦合模拟，并能够根据整车标准测试工况对 发动机进行模拟。 2 ）发动机排放特性分析 平台通过对燃烧放热的模拟，可分析不同工况 下发动机的排放特性，同时也能对排放后处理（如 催化转化器等）进行分析。 3 ）发动机热特性分析 图4 发动机进排气与燃烧放热模型 平台能实时模拟缸内各处及增压中冷、冷却、 润滑等子系统热流量及温度变化情况，对发动机热 特性进行分析。 4 ）发动机各子系统匹配分析 平台可对发动机进排气、燃油、冷却及润滑等 子系统进行综合集成、整体优化。 1.2 平台系统模型及结构 平台利用 Flowmaster2 建立发动机燃油、冷却、 润滑子系统模型，利用 AVL BOOST 建立