车用发动机冷却水路压力、流量测量方法与流程

1.本发明属于发动机测试技术领域，涉及一种车用发动机冷却水路压力、流量测试方法。


背景技术：

2.随着汽车技术的不断进步，车用发动机的升功率和热效率都有了大幅度的提高。发动机冷却系统中冷却水温度、流量、速率、机内水流分布将直接影响发动机的可靠性、热量分布与能量利用，冷却系统工作性能的优劣，直接影响着动力系统的整体性能，成为制约发动机进一步发展的关键问题之一。因此设计适当的冷却水流量、压力以及合理的流场分布成为高效率、高强度发动机研究开发中不可缺少的重要环节。
3.以往在散热系统的计算中总是取水泵台架试验获得的最大流量值，而实车冷却系统阻力往往大于台架系统的阻力，造成设计值与实车系统存在一定的误差，这个问题一直困扰着车辆散热系统设计的技术人员，研究和解决这个问题对整车散热系统设计具有重要的意义。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供了一种车用发动机冷却水路压力、流量测量方法，该方法可以较好的获得准确的实车冷却系统的压力和流量。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种车用发动机冷却水路压力、流量测量方法，包括如下步骤：
7.步骤s1：绘制冷却系统原理图；
8.步骤s11：完成发动机冷却系统主要零部件构成及冷却系统循环方式确认；
9.步骤s12：完成发动机冷却系统主要零部件参数确认；
10.步骤s13：根据步骤s11、步骤s12发动机冷却系统主要零部件物理连接方式创建发动机冷却系统图；
11.步骤s14：根据节温器控制流向散热器的路线及流量不同，绘制发动机冷却系统原理图；
12.步骤s2：布置冷却系统压力和流量测点
13.步骤s21：结合步骤s14冷却系统循环模式和冷却系统零件利用率，选择最大范围(大循环)布置测点；
14.步骤s22：测点位置选择，由于车用发动机冷却系统管道、水套、散热器存在阻力，因此需要在步骤s11确认的发动机冷却系统主要零部件水泵、缸体、气缸盖、恒温器以及散热器前后都要布置压力和流量测点；
15.步骤s3：试验方法
16.步骤s31：根据步骤s12冷却系统零部件参数选择合适的流量传感器；
17.步骤s32：试验选取发动机转速范围1000～6000rpm外特性点进行试验；
18.步骤s33：以曲轴皮带轮转速为基准，利用角标仪测定发动机转速；
19.步骤s34：按照步骤s32选定工况，测定各试验条件下的冷却液流量、压力数据。
20.相比于现有技术，本发明具有如下优点：
21.1、能够实现冷却系统冷却液流动阻力的最优设计，通过准确的压力测量数据可以得到关键零部件水泵、缸体水套、气缸盖水套、水路、散热器的阻力，可以将冷却系统关键零部件加以改良，使每个部分都达到最优的状态，实现整个冷却系统的“低阻力”流动；
22.2、能够实现介质流动的精准布局，利用最少的冷却以到达最正确的温度分布，使得发动机各个部分能够在最优的温度设定点工作；
23.3、能够实现温度设定点的合理调节，在每个发动机工况点使用多路控制阀优化冷却液流量分配，全面适应发动机实际运行时的冷却需求，从而实现对发动机水温在全运行工况的合理控制，延长发动机的使用寿命，提高发动机的工作效率。
附图说明
24.图1为压力-流量特性曲线；
25.图2为高温冷却系统结构图；
26.图3为低温冷却系统结构图；
27.图4为高温冷却系统小循环(冷却液温度《50℃)模式；
28.图5为高温冷却系统小循环(50℃≤冷却液温度《100℃)模式；
29.图6为高温冷却系统小循环(100℃≤冷却液温度《103℃)模式；
30.图7为高温冷却系统大循环(103℃≤冷却液温度)模式；
31.图8为冷却系统压力、流量测点布置图；
32.图中：1-水泵；2-缸体；3-缸盖；4-恒温器壳体；5-蜡式恒温器；6-电子恒温器；7-机油冷却器；8-暖通温控阀；9-暖风；10-散热器；11-风扇；12-第一膨胀壶；13-电子水泵；14-水冷中冷器；15-增压器；16-第二膨胀壶；17-低温散热器；a1-发动机进水流量；a2-汽缸盖水套出水流量；a3-缸体水套出水流量；a4-小循环水流量；a5-暖通水流量；a6-发动机出水流量；a7-汽缸盖溢气水流量；a8-散热器溢气水流量；b1-水泵进水口压力；b2-水泵出水口压力；b3-汽缸盖水套出水压力；b4-缸体水套出水压力；b5-暖通回水压力；b6-机油冷却器出水口压力；b7-散热器回水口压力。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
34.本发明提供了一种车用发动机冷却系统压力、流量测量方法，所述方法包括如下步骤：
35.步骤s1：绘制冷却系统原理图
36.步骤s11：完成发动机冷却系统主要零部件构成及冷却系统循环方式确认。
37.本发明测试案例为强制循环水冷系统。其工作过程为：水泵将冷却液由发动机外吸入并加压，使之经进水管从发动机前端流入发动机缸体水套。这样，冷却液从气缸壁吸收
热量，温度升高；流到汽缸盖水套，再次受热升温后，从汽缸盖后端流出，沿出水管进入散热器内。经风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。最终使受热后的冷却液在流经散热器的过程中，其热量不断地通过散热器，散发到大气中去。冷却液得到冷却，冷却了的冷却液流到散热器的底部后，又在水泵的吸入、加压下经进水管再压入缸体水套，如此不断地循环，从而使得发动机在高温条件下工作的零件不断地得到冷却。
38.步骤s12：完成发动机冷却系统主要零部件参数确认，包括水泵、缸体、汽缸盖、节温器、进水管、出水管、机油冷却器和膨胀壶等，其中：
39.水泵：转速比1.35，压力-流量特性曲线如图1所示；
40.缸体：水套容积600ml，管道阻力≤30kpa；
41.缸盖：水套容积870ml，管道阻力≤33kpa；
42.节温器：初开温度100℃，全开温度110℃；
43.电子节温器：无电初开温度103℃，全开温度115℃；
44.温控阀(暖通)：内径16mm，初开温度50℃；
45.进水口：管径30mm；
46.出水口：管径30mm；
47.小循环管路：管径18mm；
48.机油冷却器：管径管道阻力≤35kpa；
49.冷却液膨胀箱：管径8mm，压力盖最大压力≤145kpa。
50.步骤s13：根据步骤s11发动机冷却系统主要零部件物理连接方式创建发动机冷却系统图。
51.图2所示为发动机主体冷却系统(即高温冷却系统)，包含发动机水泵、缸体水套、气缸盖水套、恒温器壳体、节温器、机油冷却器、暖风、散热器(主)、膨胀壶(主)、风扇等，冷却液在以上零部件之间流动并形成了一个封闭的稳压系统。具体结构如下：
52.高温冷却系统由水泵1、缸体2、缸盖3、蜡式恒温器5、电子恒温器6、机油冷却器7、暖通温控阀8、暖风9、散热器10、风扇11和第一膨胀壶12构成；
53.所述水泵1的进口与散热器10的出口相连，水泵1的出口分别与缸体2的水套进口和缸盖3的水套进口相连；
54.所述缸体2的水套出口装配蜡式恒温器5，缸盖3的水套出口在蜡式恒温器5的外部与电子恒温器6相连；
55.所述缸盖3的水套出口与暖风9相连，暖通温控阀8布置在暖风进水管中；
56.所述缸盖3的水套出口与机油冷却器7的进水口相连，机油冷却器7的出水口与水泵1的进水口相连；
57.所述电子恒温器6与散热器10的进水口相连；
58.所述第一膨胀壶12的壶底与水泵1的进水口相连，第一膨胀壶12的壶盖与散热器10的排气口、缸盖3的排气口和发动机的出水排气口相连。
59.图3所示为发动机附件冷却系统(即低温冷却系统)，由电子水泵、增压器、水冷中冷器、散热器(副)、膨胀壶(副)组成的，独立于高温冷却系统之外一路水路循环，由电子水泵独立控制其冷却液流量对压缩后的空气进行冷却，水空进行热交换；同时该冷却回路也可以对增压器进行冷却，保护中间体轴承能够正常运转。具体结构如下：
60.低温冷却系统由电子水泵13、水冷中冷器14、增压器15、第二膨胀壶16和低温散热器17构成；
61.所述电子水泵13的入口与低温散热器17的出口相连，电子水泵13的出口与水冷中冷器14的入口相连；
62.所述水冷中冷器14的出口与第二膨胀壶16相连；
63.所述第二膨胀壶16与低温散热器17的排气口相连；
64.所述增压器15的冷却进水口与水冷中冷器14的进水口相连，增压器15的冷却出水口与水冷中冷器14的出水口相连。
65.步骤s14：通常，冷却液在水冷系统内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条是小循环，两者由冷却液是否流经散热器而进行区别，冷却强度也不同。小循环是指冷却液仅在发动机内部循环，而大循环则是冷却液在发动机与散热器间循环。因此需要根据利用节温器来控制流向散热器的路线及流量不同、绘制不同的发动机冷却系统原理图。
66.步骤s141：绘制高温冷却系统小循环(冷却液温度《50℃)原理图，如图4所示。蜡式恒温器和电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开。暖通温控阀处于关闭状态，即使暖风打开，此时暖通管中冷却液也不进行流动。缸体水套出水口由于未达到蜡式恒温器的开启温度，此刻也处于关闭状态，无冷却液流出，缸体水套里冷却液快速升温。缸盖水套冷却液正常流出，流经机油冷却器对发动机机油进行一定的冷却，最后流回发动机水泵。此时水泵、缸盖水套、机油冷却器形成回路，保证了缸盖水套的冷却和润滑油的冷却需求，又保证了其他各系统快速达到最优工作状态。
67.步骤s142：绘制高温冷却系统小循环(50℃≤冷却液温度《100℃)原理图，如图5所示。蜡式恒温器和电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开。暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温。缸体水套出水口处于关闭状态，无冷却液流出，缸体水套里冷却液快速升温。缸盖水套冷却液正常流出，此时水泵、缸盖水套、机油冷却器形成回路，保证了缸盖水套的冷却需求，又保证了润滑系统处于最优工作状态。
68.步骤s143：绘制高温冷却系统小循环(100℃≤冷却液温度《103℃)原理图，如图6所示。电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开。暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温。蜡式恒温器处于开阀状态，缸体水套出水口处于打开状态，冷却液流出，与缸盖水套冷汇到一起，此时水泵、缸盖水套、缸体水套形成回路，使得整个回路温度保持在100℃的最优工作状态，此时的缸盖温度、缸体处于最优，经济性最好。
69.步骤s144：绘制高温冷却系统大循环(103℃≤冷却液温度)原理图，如图7所示。电子恒温器处于开阀状态，流向散热器路径打开，大循环模式开启。暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温。蜡式恒温器处于开阀状态，缸体水套出水口处于打开状态，冷却液流出，与缸盖水套冷汇到一起，此时水泵、缸盖水套、缸体水套以及散热器形成回路，使得整个回路温度开始降温，向最优状态进行调节。
70.步骤s2：布置冷却系统压力和流量测点
71.结合冷却系统循环模式和冷却系统零件利用率，选择最大范围布置测点。
72.如图8所示，a1测点布置在散热器与水泵连接管路之间，测量整个冷却水路的进水流量；a2测点布置在气缸盖水套出口位置，测量气缸盖水套出口流量；a3测点布置在缸体水套出口位置，测量缸体水套出口流量；a4测点布置在节温器壳体与水泵管路之间，测量小循环水路流量；a5测点布置节温器壳体与暖风的管路之间，测量流向暖风的冷却液流量；a6测点布置在发动机出水与散热器进水管路之间，测量发动机出水流量，a7测点布置在缸盖益气管与第一膨胀壶之间，测量益气管中的冷却液流量；a8测点布置在散热器益气管与第一膨胀壶之间，测量益气管中的冷却液流量；a9测点布置在第一膨胀壶与水泵进水口，测量第一膨胀壶补液流量。b1测点布置在散热器与水泵连接管路之间，测量水泵入口压力；b2测点布置水泵出口与缸体上水口之间，测量水泵出口压力；b3测点布置气缸盖水套出水口处，测量气缸盖出水压力；b4测点布置缸体水套出水口处，测量缸体水套出口压力；b5测点布置暖风回水管上，测量暖风回水管压力；b6测点布置机油冷却器后，测量机油冷却器后压力；b7测点布置在发动机出水口与散热器之间，测量发动机出水口压力。
73.步骤s3：试验方法
74.步骤s31：根据步骤s12冷却系统零部件参数选择合适的流量传感器，本发明采用东京计装的电磁流量计，a1～a6选择250l/min量程的电磁流量计，a7、a8选择55l/min量程的电磁流量计。
75.步骤s32：选取发动机转速范围1000～6000rpm外特性点进行试验。
76.步骤s33：以曲轴皮带轮转速为基准，利用角标仪测定发动机转速。
77.步骤s34：测定步骤s141、步骤s142、步骤s143、步骤s144各试验条件下的冷却液流量、压力，填写试验测量表，如表1、表2所示。
78.表1
[0079][0080][0081]
表2
[0082]
转速(rpm)b1b2b3b4b5b6b710001451481231321221028520001311511251351241058730001121541281371251079040009020017118216815295
50006826723724823321899550046256223236220200103