汽車發動機冷卻系統的案例
汽車空調系統與發動機冷卻系統的耦合分析
汽車空調系統與發動機冷卻系統的耦合分析<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-10-13 18:17:07被hawk評為5星級，為發貼者加分100。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
汽車空調系統與發動機冷卻系統的耦合分析.pdf
展開 詳解發動機冷卻系統
發動機潤滑油在低溫狀態下粘度上升，流動性變差，造成潤滑不均勻，加劇了內部的磨損。
總的來說，工作溫度過高過低不但使燃料消耗量增加動力下降，還會導致發動機磨損增加，影響使用壽命。發動機的溫度在40攝氏度時的磨損量是90度時的5倍，如果溫度太高，發動機零部件的機械強度下降，也會造成發動機過早損壞。
發動機冷卻系統的工作原理
顧名思義，冷去系統的功能是將發動機受熱部件吸收的部分熱量及時散發出去，對發動機進行冷卻，使其保持在正常的溫度下工作。一般以冷卻介質分為風冷系統與水冷系統，隨著汽車發動機功率越來越大，對散熱的要求也越來越高，風冷系統由于很難達成均勻的散熱效果，容易使一些部件造成過熱損傷發動機，并且散熱效率不如水冷系統好，所以現在汽車幾乎全部使用了水冷式散熱系統。本次只為大家詳細介紹水冷式冷卻系統。
汽車發動機的冷卻系統利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發動機的冷卻水道中循環流動，將發動機多余的熱量帶走，使其保持在最佳工作溫度。這種為發動機降溫的循環模式被稱為主循環，而主循環模式還必須設置成兩種不同的冷卻循環模式來保證發動機在不同工況下更好的工作，即冷車循環和正常循環，也就是老司機口中常說的小循環與大循環。
冷車循環（小循環）是指在發動機冷啟動后，溫度較低的冷卻液不會將節溫器打開，此時冷卻液只經過水泵在發動機的水道中進行循環，目的是使發動機盡快達到正常的工作溫度，等發動機溫度上升，冷卻液溫度達到節溫器設定值（一般為80度）時，節溫器閥門打開，冷卻液進行正常循環（大循環），這時冷卻液從發動機水道中流出，經過車頭位置的散熱器，進行散熱，水泵再將散熱冷卻后的冷卻液送人發動機進行冷卻循環，節溫器負責控制循環模式的切換，使發動機盡量保持在最佳工作溫度。
展開 基于KULI設計的發動機冷卻系統
隨著汽車對要求發動機的功率也不斷提高，其體積和散熱量也相應增加，但是在汽車整車總布置中，在有限的發動
機艙的空間里，隨著許多附加熱交換器（例如中冷器、變速器機油冷卻器、發動機機油冷卻器、空調冷凝器和助力轉向機油冷卻器）的安裝，散熱條件越來越糟糕，留給散熱器的空間也越來越小。因此設計一個可靠和高效率的發動機冷
卻系統，用最小的散熱器將發動機增加的熱量散發到周圍空氣中去，在汽車整車開發過程中變得更加重要。Kuli 是一個不錯的設計和仿真軟件，本帖則將介紹如何利用Kuli設計發動機冷卻系統的過程和方法。
1 發動機冷卻系統的建模
以一貨車的冷卻系統的設計過程為例，介紹應用仿真計算方法在Kuli 軟件中比較和確定冷卻系統的設計參數。該貨車發動機的冷卻系統屬于強制循環水冷系統。
1.1 發動機冷卻系統的模型
根據貨車的結構形式，設計了格柵、散熱器、機械風扇、內部壓降（在Kuli 軟件中為內部阻力模塊，Built-in resistance）和出口壓降（在Kuli 軟件中為CP-Valve 模塊，Built-in resistance）仿真模型，這些模型主要包括三類信息：
（1）部件外形尺寸和位置參數；（2）流體模型，主要涉及到內部流動流體（冷卻液）和外部流動流體（空氣）的壓力損失特性；（3）部件的傳熱特性。以下主要以入口壓降、風扇和內部壓降模型為例介紹發動機冷卻系統的建模技術。
圖1 發動機冷卻系統的仿真模型
1.2 入口壓降模型
入口壓降模型在Kuli 軟件中用CP 閥模塊表示，它有相對方法、絕對方法和總壓力方法3種方式計算壓力差。其中用相對方法計算壓降的模型如下：
△p = cp× ρ/2 ×（v∞-vin）2 （1）
其中：cp———系數，取值0.9；ρ———空氣密度；v∞、vin———汽車格柵前、后空氣速度。
展開 分享 | 發動機自適應水泵系統設計
參考文獻
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[7]劉金琨.智能控制[M].北京:電子工業出版社,2010.
[8]韓冰.智能自適應控制技術的現狀及發展[M].科技信息.2010.
*本文選自《電子產品世界》雜志2021年11月期
展開 
利用AMEsim建立電機或發動機冷卻系統模型
系統原理圖如下，建立電機冷卻系統仿真模型，進行大循環和小循環仿真
電機散熱量21.7kw，運行環境溫度45度,冷卻流量小于25L/min
電機出水口溫度小于65度時，節溫器關閉，冷卻液不經過散熱器，進行小循環；
電機出水口溫度大于65度時，節溫器開啟，進行大循環，
保證電機出水口溫度在85度以下
QQ：315673349
汽車冷卻系統知識
冷卻系統的主要工作是將熱量散發到空氣中以防止發動機過熱，但冷卻系統還有其他重要作用。汽車中的發動機在適當的高溫狀態下運行狀況最好。如果發動機變冷，就會加快組件的磨損，從而使發動機效率降低并且排放出更多污染物。因此，冷卻系統的另一重要作用是使發動機盡快升溫，并使其保持恒溫。
雖然汽油發動機已進行了大量改進，但是在將化學能轉換成機械能的過程中，汽油發動機的效率仍然不高。 汽油中的大部分能量(約70%)被轉換成熱量，而散發這些熱量則是汽車冷卻系統的任務。 事實上，一輛在高速公路上行駛的汽車，其冷卻系統所散失的熱量足以供兩個普通房屋取暖!如果發動機變熱，就會加快組件的磨損，從而使發動機效率降低并且排放出更多污染物。
因此，冷卻系統的另一重要作用是使發動機盡快升溫，并使其保持恒溫。燃料在汽車發動機內持續燃燒。 燃燒過程中產生的熱量大部分從排氣系統中排出，但仍有部分熱量滯留在發動機中，從而使其升溫。 當冷卻液的溫度約為93℃時，發動機達到最佳運行狀態。 在這個溫度下:燃燒室的溫度足以使燃料完全蒸發，因此可以更好地使燃料燃燒并減少氣體排放。 如果用于潤滑發動機的潤滑油較稀薄，粘稠度較低，則發動機零件可以更靈活地運轉，而發動機在圍繞自身部件旋轉的過程中消耗的能量也將減少，金屬零件更不易磨損。
類型
液冷
液冷汽車的冷卻系統通過發動機中的管道和通路進行液體的循環。 當液體流經高溫發動機時會吸收熱量，從而降低發動機的溫度。 液體流過發動機后，轉而流向熱交換器(或散熱器)，液體中的熱量通過熱交換器散發到空氣中。
風冷
某些早期的汽車采用風冷技術，但現代的汽車幾乎不使用這種方法了。 這種冷卻方法不是在發動機中進行液體循環，而是通過發動機缸體表面附著的鋁片對氣缸進行散熱。 一個功率強大的風扇向這些鋁片吹風，使其向空氣中散熱，從而達到冷卻發動機的目的。
展開 一個汽車冷卻系統的設計
在當今的汽車領域，許多系統和零部件在設計過程中都需要進行計算流體力學(CFD)分析來確保其最佳的性能、可靠性、成本和上市時間。這些系統和零部件有可能是結構件，也有可能是電子元件，或者兩者皆是。CFD分析是系統設計的三大方法之一。除此之外，系統設計中還有一種方法是制作物理樣機，測試物理樣機，之后對設計進行優化改進，并且需要重復這個過程，這種方法花費極為昂貴和并且十分費時。還有另外一種方法就是過度設計，這會帶來“安全”的解決方案，但可能成本效益較低，而且可能對想在窄帶寬中運行的系統的性能造成損失。在設計早期和整個設計過程中將“虛擬樣機”結合CFD分析，能以較低的成本（更少物理樣機）提供最優化的系統，并讓系統更快上市。
復雜汽車系統中非常有代表性的例子是發動機和潤滑油冷卻系統。說它復雜是因為它不僅包含冷卻液輸送管道系統，還包含能真正使發動機冷卻的發動機冷卻水套等零部件。讓我們來探討這一設計過程能如何進展以及CFD工具如何用于優化這一系統。
關鍵的工具選擇
假設我們為一家正在開發新汽車模型的汽車公司工作，但我們希望使用經過多年驗證的可靠發動機。我們必須設計一種新的冷卻系統，它將使用這種發動機，但要求發動機和車廂具備新的管道系統。我有兩種CFD分析工具，其中一種能用于分析管道系統，可視為一維（指流體在冷卻液管道中單向流動）分析。另一種三維工具能分析復雜流體流動和熱交換的零部件。所要設計的系統明顯是一維管道系統和三維復雜零部件的結合，我該用哪種CFD工具來分析這個系統呢？
仿真分析一維工具明顯比三維工具快得多，但在模擬復雜的水套時準確度不夠。但如果我們只使用三維CFD工具來分析整個系統，我們可以得到我們需要的準確結果，但仿真計算時間將會太長，從而不能實現利用數種設計方法進行虛擬實驗的目的。
展開 #汽車工程#試談汽車發動機低增壓系統的原理及前景
在1.2升汽油發動機上配備了電動增壓系統之后，其性能與普通2.0升發動機相當，相對于同排量發動機的加速時間縮短了大約40%。在柴油發動機上配備該系統后，能迅速提升扭矩輸出，并能減少微粒和二氧化碳排放量。
這個報道中關于“1.2升使用后相當2.0升”的說法我是不大相信的，因為如此便相似于增加了70％的動力。但這個報導起碼可以證明我以上的說法：電動渦輪增壓器是提高汽車發動機功率的方向之一。
而低增壓電動渦輪相對說就簡單多了，成本也不太高，易于推廣和普及。
順便說一下，有的人把增壓看的如此神秘，神秘到高不可攀，這是不符合實際的。要知道，進氣管長度的變化、進氣口大小的變化都會發生壓力的變化。增壓本身很簡單，難的是如何把它用好！
展開 汽車的冷卻系統，這樣子解釋一目了然
一、汽車冷卻系統簡介
冷卻系統的主要工作是將熱量散發到空氣中以防止發動機過熱。雖然汽油發動機已進行了大量改進，但是在將化學能轉換成機械能的過程中，汽油發動機的效率仍然不高。汽油中的大部分能量（約70%）被轉換成熱量，而散發這些熱量則是汽車冷卻系統的任務。事實上，一輛在高速公路上行駛的汽車，其冷卻系統所散失的熱量足以供兩個普通房屋取暖！
如果發動機變冷，就會加快組件的磨損，從而使發動機效率降低并且排放出更多污染物。因此，冷卻系統的另一重要作用是使發動機盡快升溫，并使其保持恒溫。燃料在汽車發動機內持續燃燒。燃燒過程中產生的熱量大部分從排氣系統中排出，但仍有部分熱量滯留在發動機中，從而使其升溫。當冷卻液的溫度約為93℃時，發動機達到最佳運行狀態。在這個溫度下：燃燒室的溫度足以使燃料完全蒸發，因此可以更好地使燃料燃燒并減少氣體排放。如果用于潤滑發動機的潤滑油較稀薄，粘稠度較低，則發動機零件可以更靈活地運轉，而發動機在圍繞自身部件旋轉的過程中消耗的能量也將減少，金屬零件更不易磨損。
二、汽車冷卻系統的類型
（1）液冷
液冷汽車的冷卻系統通過發動機中的管道和通路進行液體的循環。當液體流經高溫發動機時會吸收熱量，從而降低發動機的溫度。液體流過發動機后，轉而流向熱交換器（或散熱器），液體中的熱量通過熱交換器散發到空氣中。
展開 某PHEV汽車電機冷卻系統熱管理策略優化
盧山、盧桂萍等基于V字型開發模式，對某插電式混合動力汽車整車熱管理控制策略進行開發研究，經過算法設計、模型開發、單元測試、功能驗證和實車驗證整個開發過程，保證各零部件的工作溫度在合理范圍內，符合其控制軟件的功能需求.李峰對某插電式混合動力汽車設計了一套利用發動機熱量給電池預熱、電機熱量給發動機預熱的方案，研究了基于發動機水溫、電機水溫、電池SOC不同而采用不同預熱模式的控制策略，從而提高了整車的能源利用效率.
然而，對于熱管理系統內執行部件的能耗研究較少.電子水泵、電動壓縮機、電子風扇等這些驅動熱管理系統工作的重要部件，本身需要消耗一定的電池電量.對這些部件，設計合理的控制邏輯，在滿足系統合理工作水溫的前提下，降低其本身能耗也甚為重要.
1 插電式混合動力汽車熱管理系統設計
本文針對某插電式混合動力汽車設計了一套整車電機冷卻熱管理系統，來保證動力系統、電池系統、空調系統在各模式/工況下的安全可靠運行.
該款插電式混合動力汽車的整車熱管理系統原理如圖1所示，該系統共有4個冷卻回路.分別是發動機冷卻及空調采暖系統回路；動力電池升溫/降溫系統回路；空調制冷系統回路；電機冷卻系統回路.
圖1 熱管理系統原理圖
發動機冷卻及空調采暖系統回路與傳統燃油車相比，在暖風支路增加了一個電子水泵和單向閥、水加熱PTC、以及一個三通閥，保證車輛在純電動模式下的乘員艙采暖需求.同時，在暖風支路并聯了一個板式換熱器，與動力電池升溫/降溫系統回路進行耦合換熱，從而保證動力電池的升溫需求.
動力電池升溫/降溫系統回路，是一個包含了板式換熱器、Chiller（動力電池冷卻器）、動力電池水冷板、電子水泵的回路系統.通過板式換熱器與發動機冷卻及空調采暖系統回路耦合換熱，保證動力電池的升溫需求.通過Chiller與空調制冷系統回路耦合換熱，保證動力電池的降溫需求.
展開 汽車主動進氣格柵調節下的Flowmaster冷卻系統分析
利用主動進氣格柵（百葉窗式葉片），來控制經過格柵對冷卻系統和發動機艙降溫的氣流，不僅可以優化汽車空氣動力性能，而且當車輛在冷車狀態下啟動時，進氣格柵主動關閉系統還能控制葉片長時間地保持關閉狀態，使得發動機更快達到合適的運行溫度，從而幫助汽車降低油耗。
2. 技術難點
電動進氣格柵的控制策略集成在發動機控制器（EMC）內，EMC按照控制策略，在獲取發動機冷卻液溫度、空調系統壓力、車速、環境溫度、冷卻風扇狀態等物理參數后，結合發動機最佳工作溫度、空調高效工作系統壓力等目標參數，計算出進氣格柵的目標開度。整個控制系統非常復雜。如何根據進氣格柵對整車各個系統的影響，在滿足冷卻系統需求的情況下，盡量減小進氣格柵的開度是一大難點。
3. 案例介紹
該案例是國外某汽車整車廠商主動進氣格柵案例。其工作原理是通過對發動機溫度的監控結果，控制一部分進氣格柵的開閉。當發動機溫度不高時，通過關閉部分格柵來降低車輛的風阻系數，以便最終達到節省油耗的目的。下圖為使用Flowmaster建立的汽車熱管理模型。
通過Flowmaster仿真計算獲得了兩種工況下（紫線—暖風未開工況；紅線—暖風開啟工況）格柵的開啟以及循環情況。通過下圖可以看到：1）暖風未開工況下，格柵關閉600s左右后開始打開，然后循環開閉。2）暖風開啟工況下，格柵關閉2600s左右后打開，然后循環開啟。因此，通過仿真可以預測不同工況下格柵的開閉情況，進而對冷卻模塊進行優化。
4. 總結
汽車冷卻系統的設計一般都是在考慮最大冷卻需求的情況下進行的，在汽車行駛的大部分工況下，冷卻系統都有富足的冷卻能力。通過具體工況主動調整進氣格柵的開度，可以充分利用冷卻系統的冷卻能力，不僅有利于減少整車風阻，還能降低能耗，快速暖機，優化排放，提高動力和暖風性能等優點。
展開 
汽車發動機ECU系統研發技術解析
2.4 主要試驗項目
主要試驗項目包括：發動機和汽車臺架試驗、發動機噪聲與振動試驗、發動機懸置的振動頻率測量試驗、排氣系統的耐久性試驗、發動機過濾器和冷卻系統的壓力和流動試驗。
3 發動機的電氣匹配技術
3.1 發動機管理系統及其開發技術
3.1.1 發動機管理系統
發動機管理系統（EMS）是在發動機電子點火和電控汽油噴射系統的基礎上，發展起來的集電子控制噴射、排放控制、電子點火、起動、防盜、診斷等功能于一體的集成電路系統。EMS能實現對發動機各系統的精確和靈活控制，是改善發動機各項性能指標和排放的主要手段。發動機管理系統由微處理器、各種傳感器、執行器組成，通過傳感器檢測各種工作狀態和參數，然后由微處理器經過計算、分析、判斷后發出指令給各執行器完成各種動作，使發動機在各種工作狀況下都能以最佳狀態工作。
3.1.2 發動機管理系統開發技術
發動機管理系統開發技術涉及到計算機技術、自動控制、嵌入式系統、發動機技術等多個領域，是汽車電氣控制系統中最復雜的系統。目前汽車制造商在匹配發動機系統的過程中，不需要進行EMS的開發工作。這是因為通常由發動機供應商提供的基礎發動機上，已經配有現成的EMS，汽車制造商僅需要聯系相應的EMS開發商進行標定工作。
目前流行的EMS開發過程是，在MATLAB Simulink仿真計算平臺上，采用可視化和模塊化的方法，建立發動機控制模型，待調試成功后，編譯成機器執行代碼，然后下載到汽車ECU中。例如英國 Pi技術公司推出的發動機和汽車控制系統OpenECU開發工具，提供了一種自動代碼生成和快速原型的解決方案，它的應用范圍包括發動機、變速器、底盤和混合動力控制系統以及汽車批量生產系統。OpenECU平臺能夠在MATLAB Simulink環境中自動生成控制代碼，然后在汽車ECU中運行。
展開 Moldex3D仿真分析之運用冷卻水路回路精靈有效建構模具冷卻系統
在射出成型領域中，冷卻系統至關重要。塑件必須冷卻固化至特定溫度，脫模頂出時才能具備足夠的剛性，以避免塑件因外力產生變形，并可保持尺寸穩定性。此外，冷卻時間占整個成型周期70%-80%的時間，因此良好的冷卻系統可以大幅縮減成型周期、提升產能。
然而對許多大型產品的模具而言，水路數量多且復雜，這導致在分析之前，須耗費大量時間整理模具中各群水路的進出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理、編輯水路線條的便利工具，能有效、快速整理復雜的水路路線，加速前處理進程；并以線條代替3D實體水路，減少網格生成的失敗率，提升仿真分析速度。
冷卻水路回路精靈能自動生成最長的適當水路曲線，并標示進出口。在擁有實體3D水路以及水路進出口位置的前提下，該功能可協助用戶快速建立水路回路曲線。本文將示范使用工具頁的中心線、連接信道曲線，再透過冷卻水路回路精靈完成水路回路及進出水口設定*。
*注：本文所介紹的功能僅供演示目的，冷卻水路回路精靈支持更多樣的建立水路曲線功能。
操作流程
步驟1：萃取水路的中心線條
匯入幾何后，在建立水路前，先使用工具欄的中心線來萃取模型中的3D實體水路幾何面，擷取所需的水路幾何線條。點選中心線并進入建構中心線的接口后，框選要萃取中心線的實體水路曲面群，也可以一次框選多個實體水路曲面群，框選好之后點選確認，即完成中心線萃取（右下方圖中的黃色中心線條）。
步驟2：整理連接不完整的水路線條
由工具欄點選連接信道曲線，并框選之前產生的中心線條，點選打勾完成，就會發現之前未連接的線條已自動連接。
步驟3：用冷卻水路回路精靈完成水路回路及進出水口設定
在模型頁面點選回路精靈中的冷卻水路回路精靈，框選連接好的水路線條，再一次點選抓取完成選取。
展開 冷卻棒，導熱管在模具冷卻系統中的應用
一、冷卻導熱管的特點介紹
冷卻棒又名導熱管適合細長型芯和普通冷卻水無法到達的狹窄位置，它有很好的熱傳遞性能，可以將一端的熱量迅速傳遞到另一端，安裝冷卻棒后，在合適位置上接通冷卻水，就實現了一個最佳的熱轉換過程。這個轉換過程不僅僅是通過金屬傳遞熱量，而是利用銅管內的制冷液作為熱交換媒介，熱傳導性是銅的200倍左右。不生銹，不產生水垢，溫度范圍-50°C～200°C。
二、冷卻棒導熱管的安裝注意事項
1.安裝孔徑加工要比?D大0.1m/m～0.2m/m。
2.安裝深度需達到管總長L的1/3～2/3的長度，其余部分為冷卻水浸泡面積。
3.導熱管裝入時，如果涂抹傳熱潤滑膏效果會很好些，增加熱傳導性能的同時還可以起到穩固作用。
4.冷卻水道孔徑應D1.5mm以上直徑，以便冷卻水可以帶走足夠的熱量與方便溫度調節。
5.導熱管不可切斷和拆卸，也不可彎曲和壓扁，這點在設計時要充分考慮到這一點。
三、安裝示意圖：
四、冷卻棒的工作原理介紹
1、冷卻棒具有很好的熱響應性，利用其優良的熱傳導性，可以把模具微小但突出部分因注塑帶來的熱量（不容易用普通的冷卻方法冷卻）從一端迅速傳遞到另一端，由裝有冷卻水的部份進行冷卻，再把低溫傳遞到頂端，周而復始。
2、冷卻棒是由特制的紫銅管加入網狀管芯后，再加入一定量的制冷劑精制而成。制冷劑在封閉的管內吸收外部熱量而揮發，揮發的制冷劑因氣壓差向低溫端移動，在低溫端釋放熱量而液化，液態的制冷劑因網狀管芯的吸力作用返回頂端。
3、在安裝前一定要做熱響應性測試：在80℃或者100℃熱水或開水中，將的冷卻棒浸入1/2長度，在 5秒鐘或者稍長衣點時間內，冷卻棒上端部溫度達到70℃左右或者更高些為優良品，反之則效果會差些。
展開 Ansys 案例研究 | 空氣冷卻式摩托車發動機分析
可以看出，經過50秒的冷卻后，最大溫度約為28℃。
圖3(a) 冷卻50秒后的溫度分布
圖3(b) 最大溫度歷史圖
設計(b)
7、在 Workbench 中復制分析系統，并替換其幾何結構。設計幾何形狀（b）如圖 4 所示。它具有相同的鰭形結構，但鰭的數量較少。
圖4 空氣冷卻式發動機的設計（b）
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8、確定邊界條件并運行模擬。
設計(c)
9、重復步驟7-8，但使用設計(c)的幾何形狀。設計(c)幾何形狀的示意圖如圖5所示。相應的結果如圖7(a)和7(b)所示。
圖5 空氣冷卻式發動機的設計(c)
由于質量被用作評估設計的標準，因此我們需要計算出該幾何體的質量。這一信息已匯總在相應幾何體的屬性詳情中，如圖6所示。
圖6 幾何屬性
本案例比較了三種不同設計下發動機冷卻所需的時間，演示了瞬態熱分析的過程。通過模擬來尋找解決方案并推動工程決策的制定。
附錄：
鰭片和圓柱體是彼此獨立的部件，它們在共同表面上共享拓撲結構(圖7)。在ANSYS Mechanical中進行箱選操作時，它會選擇箱內所有表面，包括內表面和共享表面。共享表面無法用于對流邊界條件中，因此在執行此類操作時會出現錯誤提示。
為了高效的選擇垂直鱗設計中的所有外表面(而不是逐個點擊)，我們采用了命名選擇方法。首先，創建一個圓柱形局部坐標系(見圖8(a))，其z軸與圓柱軸對齊。其次，創建名稱選擇，并使用兩條規則選擇外層面(見圖8(b))。所選面如圖8(c)所示。
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