发动机排气侧温度场研究

发动机排气系统是发动机舱的主要热辐射源,发动机的小型化、轻量化、高功率密度已成为现在汽车的发展趋势。发动机缩排量及增压技术的应用,使发动机排气侧受到的热辐射显著增大,零部件过热问题严重。传统通过整车前舱温度场试验解决过热问题的方法只能在发动机和整车开发后期进行,周期长、成本高。本文以增压发动机为研究对象,研究在发动机开发初期进行发动机排气侧温度场优化的仿真和试验方法。建立了发动机温度场仿真方法,对奇瑞某款增压发动机进行了仿真计算,获得了发动机排气侧主要零部件表面的温度分布。与整车温度场仿真所需近两个月的周期相比,发动机温度场仿真的周期可缩短到两周以内,同时可将发动机温度场的优化工作提前到模型设计阶段,避免在整车开发后期出现温度场问题。通过对整车温度场试验工况的分析,结合发动机台架试验条件,建立了模拟整车工况的发动机台架温度场试验方法。通过试验获得了不同发动机负荷、转速、冷却水温度、环境温度以及不同发动机试验室空气流量等情况下各热源和受热源的温度,与发动机温度场仿真结果进行了对比分析,对仿真方法进行了改进。根据试验结果,对增压器隔热罩材料、增压器相关管路的材质、隔热措施和隔热罩的设计等进行了优化,通过仿真指导优化设计方向,缩短开发时间,降低试验费用,并解决了部分零部件温度超标问题。分别在搭载该增压发动机的A级车和SUV车型平台上,进行了整车温度场试验验证。结果表明,两种车型的前舱发动机排气侧零部件表面温度与发动机台架温度场测试结果比较接近,均不存在温度超标问题。发动机台架温度场测试可有效规避发动机排气侧零部件过热风险。论文通过发动机温度场仿真和发动机台架温度场试验相结合的方法,在发动机开发初期进行温度场优化,可有效减少整车开发后期出现的发动机排气侧零部件过热问题,降低整车项目开发中前舱温度场优化的周期和费用,为整车热管理设计提供了仿真与试验方法。