摘 要

汽车发动机的发展速度越来越快，性能不断地提高，但是发动机冷却系统部件的不能够完全满足发动机的散热要求，对冷却液温度的控制能力也明显不足。因此，需要优化发动机冷却系统以保证发动机在稳定的温度下运行。本文以6102Q发动机为研究模型，设计优化方案，使用AMESim软件进行仿真，以期望为发动机冷却系统的研究提供一种可行方法。

关键词：发动机，冷却系统，优化设计，参数匹配，AMESim仿真

Abstract

The development of the automobile engine is getting faster and faster, and the power is continuously improved, but the engine cooling system components can not fully meet the cooling requirements of the engine, and the control of the coolant temperature is also insufficient.Therefore, the need to optimize the engine cooling system to ensure the normal operation of the engine.In this paper, 6102Q engine as the research model, design optimization program, the use of AMESim software simulation, in order to expect the engine cooling system to provide a research method.

Key words:Engine, cooling system, optimization design, parameter matching, AMESim simulation

目录

摘要 3

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.1课题研究背景 6

1.2.国内外发展现状及发展趋势 6

1.3课题研究内容及研究价值 7

1.4本章小结 7

第二章 冷却系统总体方案优化设计 8

2.1冷却系统组成 8

2.2冷却系统存在的问题 9

2.3冷却系统的优化方案 9

2.4本章小结 11

第三章 冷却系统优化设计及参数匹配 12

3.1.散热器的参数匹配 12

3.2冷却风扇优化设计 14

3.3节温器优化设计 17

3.4水泵的优化设计及参数匹配 17

3.4本章小结 18

第四章 冷却系统仿真模型的建立 19

4.1仿真软件介绍 19

4.2建立冷却系统子模型及参数匹配 19

4.2.1 水泵、管道和补偿水桶 19

4.2.2散热器和风扇 21

4.2.3发动机 21

4.2.4 节温器 22

4.2.5冷却系统其他子模型块 22

4.3冷却系统建模 24

4.4冷却系统仿真分析 25

4.4.1稳态工况的仿真分析 25

4.4.2 不同转速工况的对比仿真分析 26

4.4.3组合工况的对比仿真分析 29

4.4.4 标定工况仿真分析 31

4.4.5爬坡工况下的仿真分析 33

4.5本章小结 34

第五章 结论与展望 35

5.1 结论 35

5.2未来展望 35

参考文献 36

第一章 绪论

1.1课题研究背景

发动机的冷却系统是发动机系统的核心之一，其功能是使发动机在所有工况下都保持适当的温度范围。冷却系统要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。冷却系统性能的优劣将直接影响发动机的各项性能。当发动机与冷却系统匹配度非常好时，发动机会在任何工况下均保持一个合适的温度状态，稳定持续地运转。所以合理的优化设计冷却系统，提高冷却系统的匹配度将显得非常重要。

可以从以下3个方面来评价冷却系统的性能优劣：

（1）冷却系统是否满足发动机的工作要求，最大限度的降低散热要求。

（2）冷却系统是否具有高效的散热率。这包含散热器的散热率，风扇的散热率，水泵的功率等。

（3）冷却系统能否精准的控制冷却液温度。及时地调控冷却液的温度是非常重要的，要尽可能降低冷却系统的滞后性。

1.2.国内外发展现状及发展趋势

汽车发动机冷却系统的分为水冷和风冷两种类型。6102Q柴油机的冷却系统是水冷。该系统由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、水套及其他附属装置等组成。传统的冷却系统最早使用的的是冷却风扇，但是灵敏度很低，会造成一定的功率损失。国外有关汽车电动风扇的研究最早出现在1981年美国的专利文件中，电动风扇的优点是结构简单，布置方便，不消耗发动机功率，提高了燃油经济性。1989年，美国首次在重载货车上安装电动风扇。目前的大多数轿车发动机的水冷系统采用电动风扇。韩国现代汽车公司生产的奏鸣曲牌轿车，用两个相对独立而又相互联系的电子控制的冷却风扇，对冷却液温度和空调冷凝器温度进行多级联合控制。冷却风扇从传统的控制方式逐渐向ECU电子控制方式靠拢。ECU电子控制的冷却风扇会根据发动机散热量调节散热器的功率，进而提高发动机冷却系统的控制力，降低能耗。1998年，英国一所高等学府就已经开发出了一款体积非常小的汽车散热器。它的体积和一块橡皮差不多，体积只有传统汽车散热器的1%，性能却毫不输于后者。

目前，电控水泵的技术也已经成熟，电控水泵技术也越来越多的应用在发动机冷却系统中。电控水泵通过电控系统控制水泵的转速，提高响应速度，可有效降低发动机的率消耗，进一步提升发动机的动力性和经济性。

总而言之，发动机冷却系统的优化是必然的方向，传统的优化方式已经不能满足现代发动机的能力需求。目前国内外的发动机冷却系统的优化设计体现出三个特点：

1. 冷却系统由机械控制转向电子控制，对冷却系统的调控能力进一步加强。
2. 新技术逐渐取代旧技术在冷却系统中的地位，得到更广泛的应用。
3. 新理念的发动机冷却系统也在研究之中，未来有希望应用在发动机之中。冷却装置的体积会越来越小、结构精密程度越来越高，但性能没有降低甚至更优。

1.3课题研究内容及研究价值

随着经济的发展，发动机的转速和功率越来越高，性能越来越好。传统的发动机冷却系统耗能高，噪音大，不能满足当前的发展状态。冷却系统的优劣非常影响发动机的动力性能，因此发动机的冷却系统需要进一步优化，期望解决发动机高功率下的冷热平衡问题，进一步降低能耗，减少噪音。

对冷却系统影响最大的是各零件参数匹配的合理性。研究冷却系统零件的参数匹配对发动机有非常重要的现实意义。采用AMESim软件仿真也为冷却系统的研究提供一种可行的方法。

1.4本章小结

本章主要讲述了发动机冷却系统的研究背景，国内外目前的发展状况，目前冷却系统研究的一些比较典型的新科技以及未来的发展方向。发动机冷却系统的研究价值在于对实际冷却系统零部件的参数匹配提供一种可靠的方法，具有很重要的意义。

第二章 冷却系统总体方案优化设计

2.1冷却系统组成

本次毕业设计以6102Q柴油机为研究模型，冷却方式为强制式水冷却。该冷却系统由缸体和缸盖的水套、水泵、散热器、冷却风扇、补偿水桶、冷却液循环管路等组成。有的发动机冷却系统还包含有暖机系统和EGR系统。冷却系统组成图如图2.1所示。