汽車熱管理d的知識課件

1、汽車熱管理d的知識汽車熱管理d的知識2車輛熱管理研究概述 車輛熱管理是從系統(tǒng)集成和整體角度，統(tǒng)籌熱管理系統(tǒng)與熱管理對象和整車的關系，采用綜合控制和系統(tǒng)管理的方法，將發(fā)動機及各個部件的冷卻系統(tǒng)、預熱與保溫系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)等綜合集成為一個有效的熱管理系統(tǒng)，保證關鍵部件/系統(tǒng)的安全高效運行，控制和優(yōu)化熱量傳遞過程，降低廢熱排放，提高能源利用效率，并減少環(huán)境污染，并在此基礎上減小熱管理系統(tǒng)的尺寸和功率消耗。汽車熱管理技術(shù)目前已成為汽車節(jié)能、提高經(jīng)濟性、動力性，延長壽命，降低排放，和保證關鍵部件運行安全和汽車行駛安全的重要措施進一步優(yōu)化燃燒和冷卻EGR為滿足歐4排放法規(guī)的主要技術(shù)，要求冷卻系統(tǒng)

2、的冷卻液散熱器效率提高1520，增壓空氣冷卻器(CAC)散熱效率提高4060。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4車輛熱管理研究概述 車輛熱管理是從系統(tǒng)集成和整體角度，統(tǒng)3發(fā)動機熱管理技術(shù)被列為美國 21 世紀商用車計劃的關鍵技術(shù)之一 ,對提高整車性能潛力巨大。發(fā)動機熱管理系統(tǒng)的目標是提高燃料經(jīng)濟性 ,降低排放 ,增加功率輸出和車輛載重能力 ,降低氣動阻力損失和車輛維護費用 ,提高可靠性以及車輛對環(huán)境的

3、影響。需要指出的是 ,作為發(fā)動機熱管理技術(shù)重要組部分的發(fā)動機熱平衡研究 ,實際上是對發(fā)動機穩(wěn)定運行狀態(tài)的熱管理初始研究 ,即得到發(fā)動機熱系各部分的熱流分布情況 ,主要包括冷卻液熱流、 機油熱流、 排氣熱流 ,從而為進一步的冷卻部件以及系統(tǒng)的優(yōu)化指明方向。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.5發(fā)動機熱管理技術(shù)被列為美國 21 世紀商用車計劃的關鍵技術(shù)4Evaluation only.Created with

4、 Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.6Evaluation only.5Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.7Evaluation only.6熱管理系統(tǒng)的部件性能，以及未與整車集成的孤立熱管理系統(tǒng)性能，僅代表部件及系統(tǒng)的潛在工作能力，并不反映汽車熱管理系統(tǒng)的實際工作性能

5、。集成于整車系統(tǒng)之中的熱管理系統(tǒng)，其實際工作性能，決定于汽車總布置設計、系統(tǒng)集成方式、汽車行駛工況以及氣候條件等對熱管理系統(tǒng)流動和傳熱過程的影響例如，散熱器是否迎風的熱管理系統(tǒng)與整車集成布置，對熱管理系統(tǒng)性能便具有非常大的影響；存在熱風回流的熱管理系統(tǒng)與整車的集成，將大大降低熱管理系統(tǒng)的性能。熱管理系統(tǒng)與整車集成所決定的熱管理系統(tǒng)空氣側(cè)流場、溫度場和風道特性等,為汽車熱管理系統(tǒng)工作的車用熱環(huán)境，是熱管理系統(tǒng)性能的決定性因素之一熱管理系統(tǒng)與整車集成研究的重要性Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profil

6、e .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.8熱管理系統(tǒng)的部件性能，以及未與整車集成的孤立熱管理系統(tǒng)性能7Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.9Evaluation only.8汽車熱管理系統(tǒng)包括了汽車上所有的熱流子系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、暖風系統(tǒng)、發(fā)動機艙空氣流動系統(tǒng)和相關的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是圍繞著兩個重點部分展開工作的，一部分系

7、統(tǒng)圍繞著發(fā)動機展開，工作重點是保證發(fā)動機正常有效運轉(zhuǎn)，同時盡量減小該系統(tǒng)運行所消耗的功率，達到發(fā)動機熱效率最大化；另一部分是圍繞著車廂展開，工作重點是提高車廂的舒適度。圍繞著前一個部分工作的有冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)，圍繞后一個部分展開工作的有空調(diào)系統(tǒng)和暖風系統(tǒng).發(fā)動機艙空氣流動系統(tǒng)是所有熱流系統(tǒng)的外部環(huán)境。將圍繞發(fā)動機工作的熱流系統(tǒng)統(tǒng)稱為發(fā)動機熱管理系統(tǒng)，將圍繞車廂工作的系統(tǒng)統(tǒng)稱為車廂熱管理系統(tǒng)。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-20

8、11 Aspose Pty Ltd.10汽車熱管理系統(tǒng)包括了汽車上所有的熱流子系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、9膨脹水箱發(fā)動機水套水箱水管水泵節(jié)溫器Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.11膨脹水箱發(fā)動機水套水箱水管水泵節(jié)溫器Evaluation10發(fā)動機熱管理系統(tǒng)是將發(fā)動機中所有涉及到傳熱的系統(tǒng)當作一個大的綜合系統(tǒng)進行考慮以期能得到發(fā)動機各個熱流系統(tǒng)的精確的邊界參數(shù)。在發(fā)動機熱管理系統(tǒng)中不但要考慮發(fā)動機上存在眾多的熱流

9、系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)，而且其它一些汽車熱流系統(tǒng)如空調(diào)系統(tǒng)、水暖系統(tǒng)等因為和發(fā)動機的熱流緊密相關也不得不進行考慮。為了發(fā)動機正常有效的工作，所有這些流動系統(tǒng)中的流體溫度都有特定的要求。這些系統(tǒng)對于環(huán)境空氣來說都是熱源，因此環(huán)境空氣的流動狀況將決定它們的傳熱效果。除了環(huán)境溫度的影響之外，各個熱流系統(tǒng)相互之間也有直接或間接的傳熱關系，將所有熱流系統(tǒng)作為一個大系統(tǒng)進行綜合考慮稱之為熱管理系統(tǒng)。恰當?shù)臒峁芾硐到y(tǒng)可以改善發(fā)動機的運行環(huán)境，提高發(fā)動機的使用壽命，降低發(fā)動機的燃油消耗，改善發(fā)動機排放。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for

10、 .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.12發(fā)動機熱管理系統(tǒng)是將發(fā)動機中所有涉及到傳熱的系統(tǒng)當作一個11（1）冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)與上述的每個系統(tǒng)幾乎都有關系，它是整個熱管理系統(tǒng)的核心部分。冷卻系統(tǒng)一般由發(fā)動機冷卻水套、節(jié)溫器、散熱器、水泵以及水管組成，冷卻液從發(fā)動機吸收熱量然后通過散熱器將熱量傳到大氣中。冷卻液從發(fā)動機中吸熱量過大將會造成發(fā)動機有效功率降低，從而增大單位功率的燃油消耗率。另外，冷卻液從發(fā)動機中吸熱量過大會造成燃燒室的壁面溫度過低，這對發(fā)動機的燃燒也是極為不利的，對汽油機來說，燃燒室壁溫

11、太低不利于著火，會造成排放中CO和CH含量增高，對柴油機來說則會引起工作粗暴。冷卻液從發(fā)動機中吸熱量過小也同樣存在問題。因為發(fā)動機燃燒室的金屬材料都有一個溫度的承受范圍，特別是對于運動副來說，過高的溫度（對于鑄鐵來說，這一溫度大概在400500 ，對于鑄鋁合金來說這一溫度大300400）會降低金屬的強度，從而導致運動副拉傷，甚至損壞。冷卻液的進出口溫差也不宜過大，以免在冷卻液溫度偏高時冷卻腔的某些部位發(fā)生過渡沸騰，甚至膜態(tài)沸騰，從而造成發(fā)動機散熱率降低而引發(fā)過熱。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Pro

12、file .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.13（1）冷卻系統(tǒng)Evaluation only.122）潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的作用是為各運動部件提供潤滑油并為某些冷卻液難以到達的地方提供冷卻。潤滑油通過機油泵從油底殼中吸油，并將它送到各個旋轉(zhuǎn)部件摩擦處，機油從軸承端部流出并最終流回油底殼中。造成機油的溫度升高的原因有兩個一個是發(fā)動機燃燒放出的熱量有一部分傳給了機油，該部分傳熱發(fā)生的主要區(qū)域是缸套下端、活塞底部和裙部；另一個是各個摩擦副的摩擦生熱大部分傳給了機油。 該部分發(fā)生的主要區(qū)域是發(fā)動機各軸系。機油的放熱熱源也有兩部分，冷卻液和環(huán)境空氣。 在汽

13、車上除了發(fā)動機中的潤滑系統(tǒng)外，自動變速器也會有自己獨立的潤滑系統(tǒng)。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.142）潤滑系統(tǒng)Evaluation only.13缸壁和活塞環(huán)之間有潤滑油，為了保證潤滑油的潤滑效果，這一部分的氣缸壁溫度一般要求小于180C。這些溫度值都需要通過冷卻液冷卻來保持。冷卻液的進出口溫差也不宜過大，以免在冷卻液溫度偏高時冷卻腔的某些部位發(fā)生過渡沸騰，甚至膜態(tài)沸騰，從而造成發(fā)動機散熱率降低而

14、引發(fā)過熱。因此根據(jù)發(fā)動機的運行情況適當?shù)恼{(diào)節(jié)冷卻液的溫度是很有必要的，在發(fā)動機中水泵的轉(zhuǎn)速和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速成正比關系，難以改變。水溫的調(diào)節(jié)主要是通過節(jié)溫器和散熱器來調(diào)節(jié)的。節(jié)溫器通過水流的溫度自動調(diào)節(jié)大、小循環(huán)的分水量。散熱器主要是通過控制流過散熱器的空氣流速來決定散熱器的散熱量，空氣流速的調(diào)節(jié)是通過散熱器風扇來實現(xiàn)的。另外，在發(fā)動機中常常需要用一部分分流來實現(xiàn)某一部分的特殊冷卻或加熱需要。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspos

15、e Pty Ltd.15缸壁和活塞環(huán)之間有潤滑油，為了保證潤滑油的潤滑效果，這一14（3）進排氣系統(tǒng) 在熱管理中主要關心的進排氣系統(tǒng)部件是：空濾、渦輪增壓器、中冷器、進氣管、排氣管、三元催化器。適當?shù)倪M氣溫度對發(fā)動機組織燃燒以及發(fā)動機的排放都是有利的，進入空氣濾清器的大氣首先來自汽車前罩下的小環(huán)境中，如果發(fā)動機有渦輪增壓裝置，那么從增壓器中出來的空氣要在中冷器中進行水冷或風冷。冷卻效果與冷卻液流量、溫度或環(huán)境空氣有關。另外，如果有EGR設備，從排氣管出來的廢氣一般要經(jīng)過中冷裝置再返回缸內(nèi)。空氣通過進氣管進入氣缸內(nèi)，在氣缸內(nèi)推動活塞做功以后通過排氣管和三元催化器排到大氣中。進氣管、排氣管和三元催

16、化器都會與環(huán)境空氣進行換熱。從工程熱力學的角度來講，發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的溫度越高，燃燒的能量轉(zhuǎn)化率也就越高，發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)是完全沒有必要存在的Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.16（3）進排氣系統(tǒng)Evaluation only.15 在實際的發(fā)動機中如果沒有冷卻系統(tǒng)，發(fā)動機的某些零部件溫度將高1200，對于很大一部分鑄鐵及合金鋼已經(jīng)達到了熔點，鋁及鋁合金的熔點則更低。即使金屬沒有熔化，在高溫下金屬強度會

17、急劇下降，對于排氣門和氣門座圈這些燃燒室中的沖擊部件來說，高溫下的金屬強度將會導致氣門或氣門座圈的破裂。另外，過高的燃燒室溫度也會使得金屬熱應力增大。因此，對于發(fā)動機燃燒室的部件都有一個最高的溫度極限，例如對于鋁合金缸蓋來說，溫度最高不應該超過300 。因此，從金屬熱負荷的角度講，發(fā)動機必須有冷卻系統(tǒng)。燃燒室是整臺發(fā)動機的熱源，發(fā)動機燃燒室是由缸蓋、缸套、進氣閥門、排氣閥門和活塞及活塞環(huán)組成的?；钊h(huán)保證了缸套和活塞之間的密封，保證了燃燒室中的氣體和燃料不會大量的竄入曲軸箱中，保證燃燒室高溫高壓氣體的做功能力。在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)中，活塞環(huán)和缸套之間必須有一層機油膜，機油膜的存在避免了金屬的干摩擦

18、。機油膜對缸壁的溫度有嚴格的要求，在機油溫度高于200 時，由于機油粘度下降將會加劇活塞環(huán)和缸套之間的磨損；如果缸套溫度過低，一部分燃油會附在壁面上，這部分燃油在下流的過程中會將潤滑油沖洗掉，造成磨損加劇，為了避免這種情況的發(fā)生，壁溫要提高到燃油90沸點位置以上，需要把缸套壁面的溫度保持在160以上。為了保證潤滑油的潤滑性能，缸套溫度一般保持在160180之間.Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.17Ev

19、aluation only.16因此，從缸套潤滑的角度講，發(fā)動機必須有冷卻系統(tǒng)。除了上面兩個主要的因素以外，進氣系統(tǒng)也對冷卻系統(tǒng)的冷卻效果提出了要求。如果缸蓋進氣道和燃燒室壁面的溫度過高將會造成發(fā)動機充氣系數(shù)偏小，發(fā)動機功率下降。從上述的描述可以看出對于發(fā)動機來說，冷卻系統(tǒng)是不可或缺的重要系統(tǒng)。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.18因此，從缸套潤滑的角度講，發(fā)動機必須有冷卻系統(tǒng)。除了上面17（4）空調(diào)、

20、水暖系統(tǒng)為了保證汽車車廂的舒適度，汽車上裝有空調(diào)、水暖系統(tǒng)。它們是各自獨立的兩套系統(tǒng)，但在車廂內(nèi)部共用一套鼓風裝置?？照{(diào)系統(tǒng)在車外的部分主要由壓縮泵、冷凝器和一些管道組成。冷凝器一般裝在汽車的最前端，它會加熱流經(jīng)自己的空氣，從而影響了散熱器冷卻空氣的入口溫度。對于水暖系統(tǒng)來說，如果水暖系統(tǒng)開啟，將會有一部分冷卻液從發(fā)動機冷卻液出口端通過車廂內(nèi)的暖風系統(tǒng)直接流到發(fā)動機冷卻液進口端而不經(jīng)過散熱器。這部分冷卻液將熱量帶到車廂內(nèi)，這也改變了冷卻液的散熱途徑從而對冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生響。汽車空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)壓縮機的帶動形式分為獨立式和非獨立式兩種。一般轎車壓縮機由汽車發(fā)動機通過皮帶帶動，是非獨立式空調(diào)。壓縮機的轉(zhuǎn)速和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速成比例，是不可調(diào)的。冷凝器的風速由汽車速度和風扇轉(zhuǎn)速決定，而風扇轉(zhuǎn)速主要是保證散熱器的溫度，所以對空調(diào)來說，冷凝器的風速在某一工況下是確定的?？照{(diào)的制冷量主要通過膨脹閥調(diào)節(jié)和車廂內(nèi)風量調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.19（4）空調(diào)、水暖系統(tǒng)Evaluation only.18Evaluation only.Created with Aspose.Slides for