汽車(chē)熱管理d的知識(shí)課件

1、汽車(chē)熱管理d的知識(shí)汽車(chē)熱管理d的知識(shí)2車(chē)輛熱管理研究概述 車(chē)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(duì)象和整車(chē)的關(guān)系，采用綜合控制和系統(tǒng)管理的方法，將發(fā)動(dòng)機(jī)及各個(gè)部件的冷卻系統(tǒng)、預(yù)熱與保溫系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)等綜合集成為一個(gè)有效的熱管理系統(tǒng)，保證關(guān)鍵部件/系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行，控制和優(yōu)化熱量傳遞過(guò)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(chǔ)上減小熱管理系統(tǒng)的尺寸和功率消耗。汽車(chē)熱管理技術(shù)目前已成為汽車(chē)節(jié)能、提高經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性，延長(zhǎng)壽命，降低排放，和保證關(guān)鍵部件運(yùn)行安全和汽車(chē)行駛安全的重要措施進(jìn)一步優(yōu)化燃燒和冷卻EGR為滿(mǎn)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(chē)輛熱管理研究概述 車(chē)輛熱管理是從系統(tǒng)集成和整體角度，統(tǒng)3發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)被列為美國(guó) 21 世紀(jì)商用車(chē)計(jì)劃的關(guān)鍵技術(shù)之一 ,對(duì)提高整車(chē)性能潛力巨大。發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)的目標(biāo)是提高燃料經(jīng)濟(jì)性 ,降低排放 ,增加功率輸出和車(chē)輛載重能力 ,降低氣動(dòng)阻力損失和車(chē)輛維護(hù)費(fèi)用 ,提高可靠性以及車(chē)輛對(duì)環(huán)境的

3、影響。需要指出的是 ,作為發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)重要組部分的發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡研究 ,實(shí)際上是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的熱管理初始研究 ,即得到發(fā)動(dòng)機(jī)熱系各部分的熱流分布情況 ,主要包括冷卻液熱流、 機(jī)油熱流、 排氣熱流 ,從而為進(jìn)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(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)被列為美國(guó) 21 世紀(jì)商用車(chē)計(jì)劃的關(guān)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(chē)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(chē)熱管理系統(tǒng)的實(shí)際工作性能

5、。集成于整車(chē)系統(tǒng)之中的熱管理系統(tǒng)，其實(shí)際工作性能，決定于汽車(chē)總布置設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成方式、汽車(chē)行駛工況以及氣候條件等對(duì)熱管理系統(tǒng)流動(dòng)和傳熱過(guò)程的影響例如，散熱器是否迎風(fēng)的熱管理系統(tǒng)與整車(chē)集成布置，對(duì)熱管理系統(tǒng)性能便具有非常大的影響；存在熱風(fēng)回流的熱管理系統(tǒng)與整車(chē)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(chē)集成所決定的熱管理系統(tǒng)空氣側(cè)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和風(fēng)道特性等,為汽車(chē)熱管理系統(tǒng)工作的車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)熱管理系統(tǒng)包括了汽車(chē)上所有的熱流子系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、暖風(fēng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙空氣流動(dòng)系統(tǒng)和相關(guān)的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是圍繞著兩個(gè)重點(diǎn)部分展開(kāi)工作的，一部分系

7、統(tǒng)圍繞著發(fā)動(dòng)機(jī)展開(kāi)，工作重點(diǎn)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常有效運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)盡量減小該系統(tǒng)運(yùn)行所消耗的功率，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最大化；另一部分是圍繞著車(chē)廂展開(kāi)，工作重點(diǎn)是提高車(chē)廂的舒適度。圍繞著前一個(gè)部分工作的有冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)，圍繞后一個(gè)部分展開(kāi)工作的有空調(diào)系統(tǒng)和暖風(fēng)系統(tǒng).發(fā)動(dòng)機(jī)艙空氣流動(dòng)系統(tǒng)是所有熱流系統(tǒng)的外部環(huán)境。將圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)工作的熱流系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)，將圍繞車(chē)廂工作的系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為車(chē)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(chē)熱管理系統(tǒng)包括了汽車(chē)上所有的熱流子系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、9膨脹水箱發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)水套水箱水管水泵節(jié)溫器Evaluation10發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)中所有涉及到傳熱的系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)大的綜合系統(tǒng)進(jìn)行考慮以期能得到發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)熱流系統(tǒng)的精確的邊界參數(shù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)中不但要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)上存在眾多的熱流

9、系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)，而且其它一些汽車(chē)熱流系統(tǒng)如空調(diào)系統(tǒng)、水暖系統(tǒng)等因?yàn)楹桶l(fā)動(dòng)機(jī)的熱流緊密相關(guān)也不得不進(jìn)行考慮。為了發(fā)動(dòng)機(jī)正常有效的工作，所有這些流動(dòng)系統(tǒng)中的流體溫度都有特定的要求。這些系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境空氣來(lái)說(shuō)都是熱源，因此環(huán)境空氣的流動(dòng)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(gè)熱流系統(tǒng)相互之間也有直接或間接的傳熱關(guān)系，將所有熱流系統(tǒng)作為一個(gè)大系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮稱(chēng)之為熱管理系統(tǒng)。恰當(dāng)?shù)臒峁芾硐到y(tǒng)可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，改善發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)中所有涉及到傳熱的系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)11（1）冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)與上述的每個(gè)系統(tǒng)幾乎都有關(guān)系，它是整個(gè)熱管理系統(tǒng)的核心部分。冷卻系統(tǒng)一般由發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)吸收熱量然后通過(guò)散熱器將熱量傳到大氣中。冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)中吸熱量過(guò)大將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中吸熱量過(guò)大會(huì)造成燃燒室的壁面溫度過(guò)低，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒也是極為不利的，對(duì)汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，燃燒室壁溫

11、太低不利于著火，會(huì)造成排放中CO和CH含量增高，對(duì)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)則會(huì)引起工作粗暴。冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)中吸熱量過(guò)小也同樣存在問(wèn)題。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的金屬材料都有一個(gè)溫度的承受范圍，特別是對(duì)于運(yùn)動(dòng)副來(lái)說(shuō)，過(guò)高的溫度（對(duì)于鑄鐵來(lái)說(shuō)，這一溫度大概在400500 ，對(duì)于鑄鋁合金來(lái)說(shuō)這一溫度大300400）會(huì)降低金屬的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)副拉傷，甚至損壞。冷卻液的進(jìn)出口溫差也不宜過(guò)大，以免在冷卻液溫度偏高時(shí)冷卻腔的某些部位發(fā)生過(guò)渡沸騰，甚至膜態(tài)沸騰，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)散熱率降低而引發(fā)過(guò)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(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用是為各運(yùn)動(dòng)部件提供潤(rùn)滑油并為某些冷卻液難以到達(dá)的地方提供冷卻。潤(rùn)滑油通過(guò)機(jī)油泵從油底殼中吸油，并將它送到各個(gè)旋轉(zhuǎn)部件摩擦處，機(jī)油從軸承端部流出并最終流回油底殼中。造成機(jī)油的溫度升高的原因有兩個(gè)一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒放出的熱量有一部分傳給了機(jī)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(gè)是各個(gè)摩擦副的摩擦生熱大部分傳給了機(jī)油。 該部分發(fā)生的主要區(qū)域是發(fā)動(dòng)機(jī)各軸系。機(jī)油的放熱熱源也有兩部分，冷卻液和環(huán)境空氣。 在汽

13、車(chē)上除了發(fā)動(dòng)機(jī)中的潤(rùn)滑系統(tǒng)外，自動(dòng)變速器也會(huì)有自己獨(dú)立的潤(rùn)滑系統(tǒng)。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.142）潤(rùn)滑系統(tǒng)Evaluation only.13缸壁和活塞環(huán)之間有潤(rùn)滑油，為了保證潤(rùn)滑油的潤(rùn)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(guò)冷卻液冷卻來(lái)保持。冷卻液的進(jìn)出口溫差也不宜過(guò)大，以免在冷卻液溫度偏高時(shí)冷卻腔的某些部位發(fā)生過(guò)渡沸騰，甚至膜態(tài)沸騰，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)散熱率降低而

14、引發(fā)過(guò)熱。因此根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)冷卻液的溫度是很有必要的，在發(fā)動(dòng)機(jī)中水泵的轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，難以改變。水溫的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)節(jié)溫器和散熱器來(lái)調(diào)節(jié)的。節(jié)溫器通過(guò)水流的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)大、小循環(huán)的分水量。散熱器主要是通過(guò)控制流過(guò)散熱器的空氣流速來(lái)決定散熱器的散熱量，空氣流速的調(diào)節(jié)是通過(guò)散熱器風(fēng)扇來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)中常常需要用一部分分流來(lái)實(shí)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(rùn)滑油，為了保證潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑效果，這一14（3）進(jìn)排氣系統(tǒng) 在熱管理中主要關(guān)心的進(jìn)排氣系統(tǒng)部件是：空濾、渦輪增壓器、中冷器、進(jìn)氣管、排氣管、三元催化器。適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組織燃燒以及發(fā)動(dòng)機(jī)的排放都是有利的，進(jìn)入空氣濾清器的大氣首先來(lái)自汽車(chē)前罩下的小環(huán)境中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)有渦輪增壓裝置，那么從增壓器中出來(lái)的空氣要在中冷器中進(jìn)行水冷或風(fēng)冷。冷卻效果與冷卻液流量、溫度或環(huán)境空氣有關(guān)。另外，如果有EGR設(shè)備，從排氣管出來(lái)的廢氣一般要經(jīng)過(guò)中冷裝置再返回缸內(nèi)?？諝馔ㄟ^(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸內(nèi)，在氣缸內(nèi)推動(dòng)活塞做功以后通過(guò)排氣管和三元催化器排到大氣中。進(jìn)氣管、排氣管和三元催

16、化器都會(huì)與環(huán)境空氣進(jìn)行換熱。從工程熱力學(xué)的角度來(lái)講，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)是完全沒(méi)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(jìn)排氣系統(tǒng)Evaluation only.15 在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)中如果沒(méi)有冷卻系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的某些零部件溫度將高1200，對(duì)于很大一部分鑄鐵及合金鋼已經(jīng)達(dá)到了熔點(diǎn)，鋁及鋁合金的熔點(diǎn)則更低。即使金屬?zèng)]有熔化，在高溫下金屬?gòu)?qiáng)度會(huì)

17、急劇下降，對(duì)于排氣門(mén)和氣門(mén)座圈這些燃燒室中的沖擊部件來(lái)說(shuō)，高溫下的金屬?gòu)?qiáng)度將會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)或氣門(mén)座圈的破裂。另外，過(guò)高的燃燒室溫度也會(huì)使得金屬熱應(yīng)力增大。因此，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的部件都有一個(gè)最高的溫度極限，例如對(duì)于鋁合金缸蓋來(lái)說(shuō)，溫度最高不應(yīng)該超過(guò)300 。因此，從金屬熱負(fù)荷的角度講，發(fā)動(dòng)機(jī)必須有冷卻系統(tǒng)。燃燒室是整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱源，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室是由缸蓋、缸套、進(jìn)氣閥門(mén)、排氣閥門(mén)和活塞及活塞環(huán)組成的。活塞環(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(huì)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(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，活塞環(huán)和缸套之間必須有一層機(jī)油膜，機(jī)油膜的存在避免了金屬的干摩擦

18、。機(jī)油膜對(duì)缸壁的溫度有嚴(yán)格的要求，在機(jī)油溫度高于200 時(shí)，由于機(jī)油粘度下降將會(huì)加劇活塞環(huán)和缸套之間的磨損；如果缸套溫度過(guò)低，一部分燃油會(huì)附在壁面上，這部分燃油在下流的過(guò)程中會(huì)將潤(rùn)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(diǎn)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(rùn)滑油的潤(rùn)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(rùn)滑的角度講，發(fā)動(dòng)機(jī)必須有冷卻系統(tǒng)。除了上面兩個(gè)主要的因素以外，進(jìn)氣系統(tǒng)也對(duì)冷卻系統(tǒng)的冷卻效果提出了要求。如果缸蓋進(jìn)氣道和燃燒室壁面的溫度過(guò)高將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)偏小，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。從上述的描述可以看出對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，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(rùn)滑的角度講，發(fā)動(dòng)機(jī)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(chē)車(chē)廂的舒適度，汽車(chē)上裝有空調(diào)、水暖系統(tǒng)。它們是各自獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，但在車(chē)廂內(nèi)部共用一套鼓風(fēng)裝置?？照{(diào)系統(tǒng)在車(chē)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(chē)的最前端，它會(huì)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(duì)于水暖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果水暖系統(tǒng)開(kāi)啟，將會(huì)有一部分冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液出口端通過(guò)車(chē)廂內(nèi)的暖風(fēng)系統(tǒng)直接流到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液進(jìn)口端而不經(jīng)過(guò)散熱器。這部分冷卻液將熱量帶到車(chē)廂內(nèi)，這也改變了冷卻液的散熱途徑從而對(duì)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生響。汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)壓縮機(jī)的帶動(dòng)形式分為獨(dú)立式和非獨(dú)立式兩種。一般轎車(chē)壓縮機(jī)由汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)，是非獨(dú)立式空調(diào)。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成比例，是不可調(diào)的。冷凝器的風(fēng)速由汽車(chē)速度和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，而風(fēng)扇轉(zhuǎn)速主要是保證散熱器的溫度，所以對(duì)空調(diào)來(lái)說(shuō)，冷凝器的風(fēng)速在某一工況下是確定的?？照{(diào)的制冷量主要通過(guò)膨脹閥調(diào)節(jié)和車(chē)廂內(nèi)風(fēng)量調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)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