Assessment of the influence of different cooling system configurations on engine warm-up, emissions and fuel consumption

One of the major goals of engine designers is the reduction of fuel consumption and pollutant emissions while keeping or even improving engine performance. In recent years, different technical issues have been investigated and incorporated into internal combustion engines in order to fulfill these requirements. Most are related to the combustion process since it is responsible for both fuel consumption and pollutant emissions. Additionally, the most critical operating points for an engine are both the starting and the warming up periods (the time the engine takes to reach its nominal temperature, generally between 80°C and 90°C), since at these points fuel consumption and pollutant emissions are larger than at any other points. Thus, reducing the warm-up period can be crucial to fulfill new demands and regulations. This period depends strongly on the engine cooling system and the different strategies used to control and regulate coolant flow and temperature. In the present work, the influences of different engine cooling system configurations on the warm-up period of a Diesel engine are studied. The first part of the work focuses on the modeling of a baseline engine cooling system and the tests performed to adjust and validate the model. Once the model was validated, different modifications of the engine coolant system were simulated. From the modelled results, the most favourable condition was selected in order to check on the test bench the reduction achieved in engine warm-up time and to quantify the benefits obtained in terms of engine fuel consumption and pollutant emissions under the New European Driving Cycle (NEDC). The results show that one of the selected configurations reduced the warm-up period by approximately 159 s when compared with the baseline configuration. As a consequence, important reductions in fuel consumption and pollutant emissions (HC and CO) were obtained. On doctoral leave from Universidad Technológica de Pereira (Colombia)     

氢燃料电池发动机热管理系统的控制方案研究

针对目前氢燃料电池发动机系统在变载过程中存在的电堆温度波动较大、热管理子系统响应速度慢等问题,提出了基于电堆功率、电堆进出口冷却液温差、冷却液流量等多参数跟随的热管理控制方案.利用AMESim仿真软件对某款氢燃料电池发动机的热管理系统建立了一维仿真模型,并在典型工况下对不同控制方案进行仿真分析.结果 表明:水泵转速跟随...     

Thermal anaysis of an electric water pump for internal combustion engine vehicles

An electric water pump for engine cooling system has an advantage which particularly in the cold start, the use of the electric water pump saves fuel and leads to a corresponding reduction in emissions. However, the electric water pump for internal combustion engine generates much more heat loss than that for hybrid electric vehicle or electric vehicle since it is operated by electric power of high current and low voltage. In this study, the fluid flow and thermal characteristics of the canned type electric water pump with an inverter integrated has been investigated under the effects of heat generation. The analysis conditions such as outdoor air temperature of 125°C, water pump speed of 6000 rpm, coolant temperature of 106°C and coolant flow rate of 120 L/min were used as a standard condition. Therefore, the thermal performance of the canned type electric water pump’s motor and inverter was evaluated by comparison with that of mechanical seal type. In the motor, the temperature reduced by over 10°C, and in the inverter, the amount of temperature decrease equaled to the maximum temperature difference, about 18.7°C. Also, canned type electric water pumps of variable materials were compared for the evaluation of thermal transfer performance for variable thermal conductivity of a can. The motor and inverter were cooled lower to 42°C at motor and about 40°C at inverter for reasonable selection of can’s thermal conductivity.     

基于V型平台的电控柴油机冷却风扇控制策略开发

针对目前应用广泛的发动机冷却风扇类型,开发了兼容性的控制策略。首先针对有级调速、无级调速电子风扇及硅油离合器风扇的特点,以风扇转速作为目标控制量,根据发动机工况参数计算冷却风扇目标转速;然后基于风扇控制模式选择字对风扇的控制模式进行仲裁控制,获得当前控制模式对应的风扇转速百分比;最后将风扇转速百分比转换成与风扇控制类型对应的控制信号。控制策略设计完成后,先后在HIL和柴油机台架上进行了仿真和试验研究,结果表明控制策略有效可行,缩短了发动机暖机时间,并使发动机热机水温稳定在(85±3)℃,有效降低了燃油消耗率。     

分体冷却式柴油机缸盖水套的CFD分析

利用CFD技术对一高速柴油机缸盖水套进行了分析。介绍了缸盖水套结构调整的基本原则及其计算网格的选取方法，并对3种方案的缸盖冷却流场进行了分析。指出，进一步减小沿进气道侧两缸相邻区域连接截面的面积，可以显著减少沿该侧的冷却液流量，增加沿着排气道侧和喷油器侧的冷却液流量。如在缸盖底部排气门侧加导流盘结构，其冷却效果更好。     

基于电控集成智能控制的柴油机降油耗技术研究

为了进一步降低商用车的燃油消耗和CO2排放,开展基于发动机工况需求的电控集成优化控制研究。以某直列4缸电控共轨柴油机为研究对象,以发动机水温为反馈,对发动机水泵、节温器等电控冷却系统零部件进行综合调节,实现快速暖机升温以及正常行驶中发动机水温恒定在最佳温度,并通过优化VGT,改善燃烧过程。试验结果表明,采用智能控制系统可将冷却水温控制在各工况所对应的最优冷却水温附近,基于发动机工况需求的电控集成优化控制可以降低柴油机油耗3.51%,充分验证了智能控制方案的可行性和有效性。     

汽油发动机水温传感器检测与故障分析

水温传感器的功能是检测发动机冷却液温度,并将温度信号转换为电信号传送给发动机电控单元,电控单元根据该信号修正喷油时间和点火时间,使发动机工况处于最佳运行状态。当水温传感器发生故障时,发动机会易出现冷、热车启动困难、油耗增加、怠速稳定性降低、废气排放量升高等等故障现象。     

一种GDI汽油机摩擦轮异响问题的解决方案

在当今内燃机技术发展中,在发动机前端轮系使用摩擦轮来控制机械水泵工作,使发动机快速暖机,是实现节能减排的方案之一。针对摩擦轮工作过程中产生的异响问题,文章介绍了该摩擦轮异响的原因及解决方案。     

APF型发动机电子控制冷却系统

针对目前轿车发动机普遍采用蜡式节温器和电动冷却风扇来进行冷却强度调节时存在的问题，介绍了APF型发动机上应用的电子控制冷却系统。采用该系统时，该系统对发动机只进行较小的改动，即能完成冷却循环的重新布置，使冷却液温度调节、冷却液的循环控制、冷却风扇的控制均随发动机负荷的变化而变化。     

柴油机缸内冷却液流动的数值模拟

利用三维CAD软件Pro/E对6缸柴油机冷却水套建立模型,然后对其进行网格划分,用CFD商用软件Fluent进行模拟计算,得到整机冷却水套内冷却液速度分布、压力损失以及各缸流量分布等信息,计算结果用于指导冷却水套结构的优化设计。     

车用燃料电池发动机热管理系统研究

建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型,该模型能考虑系统内各部件间及部件与电池堆间的相互影响;应用该模型计算分析了某65 kW车用燃料电池热管理系统对燃料电池堆性能的影响、热管理系统运行参数的控制依据和散热器布置形式的影响等。结果表明,应主要通过调节冷却风扇转速来调整电池堆温度,通过调节冷却水泵来保持电池堆进出口水温温差;散热器并联要优于散热器串联。     

重型单缸柴油机燃烧过程强化研究

在1台排量为2.8L的单缸柴油机上,通过燃烧过程不断强化,将输出功率从73kW提高到150kW。研究分为两个阶段:第一阶段通过提高进气压力、降低进气阻力、优化配气相位、优化喷油系统参数,将输出功率从73kW提高到92kW;第二阶段采用了电控单体泵供油系统,并优化喷孔参数、进一步提高进气压力、降低进气温度、提高发动机转速,将输出功率提高到150kW。放热率分析结果表明:对于高强化燃烧过程,虽然预混和扩散燃烧阶段的放热速率大幅度增加,但其放热量占总放热量的比率下降,后燃阶段的放热比率显著增加。因此加强扩散燃烧阶段的放热速率仍然是高强化燃烧过程面临的主要问题。     

低电导率乙二醇冷却液使用性能研究

质子交换膜燃料电池发动机正常运行时会产生大量热,其中热量的95%由冷却介质带走,而冷却液中离子含量高会导致燃料电池发动机绝缘问题,因此要求冷却液具有高散热性、低的腐蚀速率、高的密封材料兼容性,行业内通常要求电导率小于5μS/cm,传统的冷却液(电导率大于2000μS/cm)不满足质子交换膜燃料电池的使用要求,无法直接使用。本文长期跟踪氢燃料电池车辆运营2万公里左右,对其冷却系统使用的低电导率乙二醇冷却液性能进行全面的跟踪及研究,主要包括冷却液消耗、冰点值,并解释其原理。通过本文的研究为燃料电池低电导率冷却液的开发、标准的制定及车辆的运营维护保养提供了数据支撑及理论指导。     

发动机水泵经典校核计算

水泵是发动机冷却系统的关键零部件,随着现代发动机性能的逐步提升,对水泵进行校核计算已经成为发动机设计开发过程中必不可少的一步。文章通过水泵经典计算法,分别对各机型的水泵进行了校核计算,得到了水泵的流量和扬程。通过扬程和流量的关系,计算出新型机所需的水泵扬程。结果表明原型机水泵的传动比不能满足新型机的散热要求,更改传动比后,整车热平衡满足要求。     

车用大功率柴油机电控喷油系统的开发研究

以车用 6V1 5 0柴油机原有的机械控制喷油系统为基础 ,开发电控喷油系统 ,实现了对喷油量的电子控制。采用高速开关型数字电磁阀作为电液执行器的电液转换元件 ;采用 MC68HC1 1 E2单片机作为电控单元的核心 ;在喷油泵供油齿杆位置闭环控制的基础上 ,实现柴油机转速闭环控制 ;开发了实验监控系统 ,以满足电控喷油系统与柴油机匹配的需要。进行了电控喷油系统与6V1 5 0柴油机的匹配实验 ,取得了较好的效果     

基于冷却液温度的内燃机能量流试验研究

内燃机能量流试验是评估不同控制策略下内燃机能耗和指明其改善方向的重要方法。通过试验对1台涡轮增压缸内直喷汽油机进行了基于冷却液温度的能量平衡分析,基于热力学定律,将能量平衡项分为有效功、冷却液损失、排气损失和通过辐射传热产生的未计入热损失。结果表明:小负荷时,随着冷却液温度的升高,燃油消耗率略有下降,NO_x排放量增加;全工况下,HC排放量随着冷却液温度的升高而减少,CO和CO_2排放量变化不大;有效功占比和排气损失占比随负荷的增大而增大,几乎不受冷却液温度的影响;冷却液损失占比随冷却液温度的升高而减小。     

高原环境下柴油机冷却系统性能仿真

利用GT-suite软件建立了柴油机工作过程模型和冷却系统模型并进行直接耦合,通过高原模拟台架试验验证了模型的正确性,进而研究了不同海拔外特性工况下柴油机及其冷却系统性能的变化规律。结果表明:海拔每升高1 000m,柴油机出口水温平均升高5.01%,散热量平均减小6.25%,风扇质量流量平均减小11.20%,柴油机功率平均减小3.55%,燃油消耗率平均增加4.67%;该装甲车辆在海拔1 000~2 600 m低转速区和海拔2 600m以上必须降负荷或者提高冷却系统散热能力后使用。最后以柴油机出口水温不超过报警值为目标,计算得到了柴油机最大允许负荷和风扇最小体积流量增幅MAP图,为高原环境下柴油机及其冷却系统匹配和改进提供了参考。     

基于最小耗功的发动机冷却系统设计研究

应用商用仿真软件GT-Cool对某客车柴油机建立冷却系统一维仿真计算模型。基于最小耗功原则,在设定发动机进出口温差和发动机出口温度的情况下,获得最合适的冷却液流量和冷却空气流量特性需求,为水泵和风扇的传动系统以及节温器的匹配提供了优化的边界条件。     

车用质子交换膜燃料电池发动机的水管理和热管理方法

水和热管理是燃料电池发动机的关键技术之一。文章从一个新的角度对水管理和热管理加以区分，介绍了水管理和热管理包含的内容，以及现有的方法。分析了反应气体流量、压力及冷却液参数等对电池堆性能的影响，为燃料电池发动机系统的水管理和热管理研究提供了一个良好的基础。     

车用电控柴油机控制Map的匹配研究

在位置式电控燃油分配泵电控单元的设计基础上 ,对发动机工作Map数据的建立和优化作了研究 ,并将该电控泵与江西五十铃 4JB1发动机进行匹配试验。利用电控的优势 ,通过改变发动机的油量Map和提前角Map从而控制油泵供油量和喷油正时 ,改善柴油机的稳态精度和动态响应。