柴油機(jī)水泵對(duì)油耗的影響分析

0 引言

隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的要求越來越高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水泵進(jìn)行控制已在產(chǎn)品上有所應(yīng)用，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水泵的控制，控制變量為水泵轉(zhuǎn)速，控制目標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度，需要分析發(fā)動(dòng)機(jī)各水泵轉(zhuǎn)速下水泵的流量及水泵流量對(duì)水泵功耗的影響，分析水泵流量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的影響；水泵流量影響發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體與缸蓋的傳熱，同時(shí)影響散熱器的散熱，水泵流量流過發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體與缸蓋的冷卻水套，水泵流量變化影響冷卻水套的對(duì)流換熱系數(shù)，進(jìn)而影響機(jī)體與缸蓋的溫度，水泵流量與冷卻水套對(duì)流換熱系數(shù)之間的關(guān)系在冷卻水套仿真中獲得，散熱器涉及到冷卻液流量與風(fēng)量的流動(dòng)換熱，散熱器的換熱性能特性包含冷卻液流量、風(fēng)量、液氣溫差與散熱量之間的關(guān)系，可通過零部件試驗(yàn)獲得其特性數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)水泵的控制需要冷卻系統(tǒng)與機(jī)體、缸蓋零部件的緊密聯(lián)系，將冷卻系統(tǒng)零部件與機(jī)體、缸蓋零部件的特性與要求進(jìn)行分析，為水泵的控制與油耗的降低提供基礎(chǔ)。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械水泵通過皮帶傳動(dòng)，水泵轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速存在固定的關(guān)系，水泵轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速與速比的相乘，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)同樣轉(zhuǎn)速的部分負(fù)荷與全負(fù)荷工況有同樣的流量供應(yīng)能力，而在發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷工況，由于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩相對(duì)全負(fù)荷工況是降低的，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)傳到機(jī)體與缸蓋的熱量降低，因而發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷工況水泵流量可以降低，機(jī)械水泵造成了發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷工況水泵功耗的浪費(fèi)，水泵電動(dòng)化

可調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，按需冷卻，在發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷工況由于缸內(nèi)傳熱量降低，電控水泵可通過降低水泵轉(zhuǎn)速來降低水泵流量，進(jìn)而降低水泵的功耗，在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性要求的前提下起到降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的作用。

發(fā)動(dòng)機(jī)水泵的控制，以控制發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度目標(biāo)與降低發(fā)動(dòng)機(jī)水泵功耗為目標(biāo)，需綜合考慮熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等學(xué)科的交叉，涵蓋傳熱、流動(dòng)等物理場(chǎng)，是系統(tǒng)級(jí)的多學(xué)科多物理場(chǎng)的范疇。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體與缸蓋溫度的熱源是缸內(nèi)燃?xì)夂团艢獾琅艢馀c機(jī)體缸蓋壁面流動(dòng)換熱，冷卻側(cè)是機(jī)體與缸蓋冷卻水套內(nèi)的冷卻液與機(jī)體缸蓋壁面流動(dòng)換熱，冷卻水套內(nèi)的冷卻液帶走的熱量使得冷卻液溫度升高，通過車速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速帶來的空氣流速，流過散熱器對(duì)冷卻液進(jìn)行冷卻，冷卻水套內(nèi)的冷卻液通過水泵加壓進(jìn)行流動(dòng)循環(huán)，水泵的流量影響冷卻水套內(nèi)對(duì)機(jī)體缸蓋的流動(dòng)換熱，水泵的流量影響水泵的功耗，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。本文將建立發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)模型，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、缸蓋與活塞的本體傳熱模型，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)模型，分析發(fā)動(dòng)機(jī)水泵降低流量對(duì)油耗的影響，分析水泵流量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體與缸蓋溫度的影響及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)傳熱量的影響，并且為智能冷卻系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)降油耗的應(yīng)用提供仿真分析。

1 理論分析

發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷的熱源來自發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒，通過氣缸壁、活塞、缸蓋的導(dǎo)熱傳遞到冷卻液與潤(rùn)滑油中，再通過機(jī)油冷卻器將潤(rùn)滑油的熱量傳遞到冷卻液中。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馀c換熱壁面間的傳熱系數(shù)，根據(jù)Woschni傳熱公式

得到。

高中是每個(gè)人成長(zhǎng)的必經(jīng)階段，也是走入社會(huì)和跨入社會(huì)的必經(jīng)之路.我們高中生要抓住這個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，學(xué)好數(shù)學(xué)，認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)對(duì)于生活的重要性和重要意義，通過函數(shù)的學(xué)習(xí)在數(shù)學(xué)問題的解決上學(xué)會(huì)更多的解決技巧，激發(fā)自身的課堂學(xué)習(xí)欲望和學(xué)習(xí)激情，才能保證數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的嚴(yán)密性和有效性.只有這樣才能保證在今后無論遇到任何函數(shù)的題型都能找到解決的辦法，找到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的突破口.

(1)

水泵的效率為水泵的輸出功率與消耗的功率之比，公式見下，可見水泵消耗的功率與水泵的流量、揚(yáng)程、效率有關(guān)。降低水泵的流量是降低水泵消耗功率的有效措施。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在部分負(fù)荷工況時(shí)，水泵的流量可以降低，因?yàn)樗玫牧髁渴窃谌?fù)荷工況下設(shè)計(jì)。

建立發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)模型，主要建立氣缸模型即燃燒模型、傳熱模型、壁面溫度模型等，噴油器模型，增壓器模型和放氣閥模型，進(jìn)排氣道與管路模型，氣門模型，軸系模型。缸內(nèi)壁面溫度模型采用與發(fā)動(dòng)機(jī)本體模型耦合，通過發(fā)動(dòng)機(jī)本體模型獲得缸內(nèi)壁面溫度。傳熱面積由發(fā)動(dòng)機(jī)本體模型確定。

發(fā)動(dòng)機(jī)本體存在著復(fù)雜的傳熱路徑，主要包括機(jī)體、缸蓋、活塞、氣門等部分。機(jī)體與缸蓋通過冷卻水套中的冷卻液進(jìn)行冷卻，活塞通過內(nèi)冷油腔的潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻，活塞還通過活塞環(huán)與缸套進(jìn)行傳熱。

(2)

式中：

為熱流密度，

為導(dǎo)熱系數(shù)，

為溫度，

為厚度。

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，這是改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)。如果還是沿用母體學(xué)院的教學(xué)體系，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法按部就班地去完成，教學(xué)目標(biāo)就很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檫@些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)性和實(shí)用性，不能引導(dǎo)學(xué)生去解決實(shí)際工程中的問題，當(dāng)然也談不上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。

活塞劃分有限元網(wǎng)格，活塞的內(nèi)冷油腔設(shè)置為第三類熱邊界條件即潤(rùn)滑油側(cè)溫度和對(duì)流換熱系數(shù)；缸蓋采用簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，設(shè)置缸蓋底板壁厚，氣道壁厚、氣道直徑等參數(shù)；缸套采用有限元網(wǎng)格；缸蓋和缸套的冷卻水套設(shè)置為第三類邊界條件即冷卻液側(cè)的溫度和對(duì)流換熱系數(shù)。

式中：

為對(duì)流換熱系數(shù)，

為特征長(zhǎng)度，

為導(dǎo)熱系數(shù)，

為系數(shù)，

為雷諾數(shù)，

為流速，

為普朗特?cái)?shù)，

為動(dòng)力粘度，

為比熱容。

(3)

(4)

(5)

以某互聯(lián)網(wǎng)金融機(jī)構(gòu)所提供的個(gè)人信用信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，本文首先從業(yè)務(wù)邏輯的角度出發(fā)，即根據(jù)個(gè)人信用信息的四個(gè)方面：個(gè)人基本情況、個(gè)人征信歷史、個(gè)人資產(chǎn)狀況以及個(gè)人其他情況，構(gòu)建較為全面的評(píng)價(jià)個(gè)人信用的指標(biāo)體系，如表1所示。

式中：

為缸徑，

為缸壓，

為工質(zhì)溫度，

,

為系數(shù)，

為活塞平均速度,

為氣缸工作容積，

為進(jìn)氣終點(diǎn)氣體溫度，

為進(jìn)氣終點(diǎn)氣體壓力，

壓縮始點(diǎn)氣缸容積。

″為與工作循環(huán)壓縮始點(diǎn)相同的冷拖動(dòng)循環(huán)瞬時(shí)壓力。

(6)

式中：

為冷卻液的密度，

為水泵的揚(yáng)程，

為水泵的體積流量，

為水泵的軸功率。

2 仿真建模

水泵流量變化會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱，需要建立發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)仿真模型，發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)仿真，需建立熱力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)本體、冷卻系統(tǒng)的耦合系統(tǒng)模型，通過GT-SUITE軟件建立，如圖1所示。

水泵流量變化影響發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體與缸蓋的溫度，引起機(jī)體與缸蓋傳到冷卻液的熱量發(fā)生變化；水泵流量變化并且會(huì)影響潤(rùn)滑油的溫度，活塞通過潤(rùn)滑油冷卻，活塞的溫度會(huì)受到影響。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)建模

李叔和接到付玉的短信，方寸立馬亂了。是見付玉還是不見，他又猶豫了。鋪在木船上的晚霞，被海藻的腥味驅(qū)逐著。付玉的影子小星星般在海灘上跳動(dòng)，巨浪滾滾而來，帶著海底的吼聲，在他記憶里像沙漠里奔駛的一群野馬，又像是一窩黃蜂，密密匝匝地在他思緒里涌動(dòng)。他對(duì)付玉既愛又恨。愛時(shí)想和她天長(zhǎng)地久，照顧她一生一世；恨時(shí)，總想著找機(jī)會(huì)殺了她。他想從心靈最深的角落里把付玉趕走，最終，付玉的影子像是在他腦子里生了根，發(fā)了芽，長(zhǎng)出了滿世界的野蒺藜，讓他走一步都扎的腳疼。半年前，他認(rèn)識(shí)了老梅。只有在這個(gè)老女人身上做愛時(shí)，付玉的影子才像是一朵云，在海面上飄忽著，像海鷗一樣，消失在茫茫大海里。

發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)模型獲得的缸內(nèi)與排氣道熱邊界是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)熱量的熱源，熱力學(xué)模型考慮空氣系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，獲得缸內(nèi)在進(jìn)氣、壓縮、做功與排氣的熱力過程中工質(zhì)溫度的變化，工質(zhì)與缸內(nèi)壁面的流動(dòng)換熱變化。發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)模型對(duì)參數(shù)的分析需要系統(tǒng)考慮，影響發(fā)動(dòng)機(jī)熱邊界的因素主要與缸壓有關(guān)，影響缸壓的因素眾多，系統(tǒng)分析這些影響因素，以獲得缸內(nèi)與排氣道的熱邊界。

3) 對(duì)于不容易撲滅的油罐火災(zāi)，在起火時(shí)或火災(zāi)初期采取發(fā)油措施，通過排出一部分油品，可以使泡沫液進(jìn)入未填充區(qū)域以及不易覆蓋的空隙部位。

通過發(fā)動(dòng)機(jī)本體模型考慮水泵流量的變化對(duì)缸內(nèi)壁面溫度的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)本體模型與熱力學(xué)模型通過缸內(nèi)壁面溫度的耦合，考慮水泵流量的變化對(duì)缸內(nèi)傳熱量的影響。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)本體建模

氣缸壁、活塞、缸蓋的導(dǎo)熱根據(jù)傅里葉定律

得到。

氣缸缸套與缸蓋的冷卻水套以及活塞的機(jī)油冷卻的對(duì)流換熱系數(shù)根據(jù)下列公式

得到。

拌和站另外一種常見的故障就是攪拌機(jī)發(fā)生故障，一般情況下可以在使用攪拌機(jī)之前通過攪拌機(jī)的聲音判斷其運(yùn)行是否正常，如果攪拌機(jī)因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或者固定軸承損壞，其發(fā)出的聲音應(yīng)該是異常的，這時(shí)候需要對(duì)攪拌機(jī)的固定支座進(jìn)行復(fù)位處理，對(duì)于損壞的軸承就要直接進(jìn)行更換處理。另外可以根據(jù)攪拌機(jī)的出料溫度判斷攪拌機(jī)的工作性能，如果攪拌機(jī)出料的溫度過高或者過低，與實(shí)際采樣測(cè)量的溫度相差較大，說明其溫度傳感器出現(xiàn)了問題，應(yīng)該及時(shí)檢查修理溫度傳感器。

發(fā)動(dòng)機(jī)本體建模需要建立熱連接，熱連接包含缸內(nèi)燃?xì)馀c排氣道內(nèi)的排氣與發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、缸蓋火力底板和排氣道進(jìn)行的對(duì)流換熱熱連接，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體與缸蓋與冷卻水套之間的對(duì)流換熱熱連接。

2.3 冷卻系統(tǒng)建模

水泵提供流量并使冷卻液壓力升高，經(jīng)由冷卻水套、節(jié)溫器、散熱器的阻力，形成冷卻系統(tǒng)冷卻液循環(huán)，如圖2所示。汽車車速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速使空氣流過散熱器，并與冷卻液換熱，起到降低冷卻液溫度的作用。水泵流量流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套對(duì)機(jī)體與缸蓋進(jìn)行冷卻，通過合適的水泵流量與冷卻水套的設(shè)計(jì)以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體與缸蓋溫度的要求。

建立冷卻系統(tǒng)仿真模型，主要建立水泵、冷卻水套、節(jié)溫器、散熱器等部件，需要水泵的流量-揚(yáng)程及功耗-流量曲線，冷卻水套、節(jié)溫器、散熱器的阻力曲線與換熱性能數(shù)據(jù)。通過冷卻水套CFD計(jì)算獲得冷卻水套不同流量下的阻力，如圖3所示。水泵、節(jié)溫器、散熱器等零部件的性能數(shù)據(jù)及阻力曲線通過零部件試驗(yàn)獲得，節(jié)溫器還需溫度升程曲線。風(fēng)扇需要流量壓升曲線，由風(fēng)扇廠家提供。

冷卻系統(tǒng)模型獲得水泵功耗及系統(tǒng)各部件流量、各位置壓力與溫度等數(shù)據(jù)。冷卻系統(tǒng)模型獲得的冷卻液流量在冷卻水套中通過冷卻液流量與冷卻水套壁面對(duì)流換熱系數(shù)之間的關(guān)系建立機(jī)體與缸蓋的冷卻傳熱模型。同時(shí)冷卻系統(tǒng)模型獲得的冷卻液流量在散熱器中通過對(duì)流換熱傳遞到流過散熱器的空氣中。在冷卻系統(tǒng)模型中散熱器所用換熱性能數(shù)據(jù)包含冷卻液流量、風(fēng)量、液氣溫差與散熱量之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，通過散熱器零部件試驗(yàn)獲得。

《摩西五經(jīng)》中的歷史故事，有很多，我只引用最著名的10個(gè)故事為出發(fā)點(diǎn)，做文本理論細(xì)讀。這些故事是上帝對(duì)亞當(dāng)和夏娃吃禁果的處罰、諾亞方舟的故事、該隱殺弟亞伯的故事、通天塔的故事、約瑟的故事、摩西率以色列人出埃及、逾越節(jié)的由來、十誡與立約的過程、亞倫的故事和亞伯拉罕立約的故事。因?yàn)檫@些故事情節(jié)或梗概爛熟于心，人們卻忽略了許多重要的細(xì)節(jié)，所以筆者不再?gòu)?fù)述情節(jié)，并不以故事為分析的章節(jié)，而以書中對(duì)故事的記錄的三種敘事方式——文學(xué)性的敘事方式、法律條文、哲學(xué)或宗教信仰的敘述方式——為分析的提綱，分析故事所反映的風(fēng)俗、文化、法律、制度，甚至無意中流露出來的思想意識(shí)。

冷卻系統(tǒng)模型得到的冷卻液溫度是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)熱與散熱器散熱的結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)熱為發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)與排氣道內(nèi)傳遞到機(jī)體與缸蓋中，再由機(jī)體與缸蓋內(nèi)的冷卻水套傳遞到冷卻液中；發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器散熱為冷卻水套流動(dòng)循環(huán)的冷卻液流入散熱器中進(jìn)行散熱，流過散熱器對(duì)冷卻液進(jìn)行散熱的冷卻介質(zhì)為車速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速帶來的空氣。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

水泵降低流量會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋與缸套溫度的升高，冷卻液帶走熱量的降低與缸內(nèi)傳熱量的降低。水泵降低流量帶來的系統(tǒng)影響需要綜合考慮，對(duì)可靠性的影響需要評(píng)估，在可靠性保證的前提下起到降低油耗的作用。

要更好的對(duì)雞痘進(jìn)行預(yù)防和控制，首先需要按照時(shí)間對(duì)養(yǎng)殖的雞進(jìn)行疫苗接種免疫，在此基礎(chǔ)上定期對(duì)雞舍進(jìn)行清理和消毒，從而更好的保證雞舍環(huán)境的衛(wèi)生。在條件允許的情況下，盡量保證雞舍的通風(fēng)順暢和干燥，合理安排養(yǎng)殖密度，從而更好的減少發(fā)病的可能。在秋季到來的時(shí)候，要及時(shí)滅殺雞舍中的蚊蟲，并使用2%火堿水對(duì)雞舍和活動(dòng)環(huán)境進(jìn)行充分的消毒。

水泵降低流量對(duì)油耗的影響如圖4，水泵流量降低20%，油耗率降低0.15%，水泵流量降低40%，油耗率降低0.32%。

水泵降低流量對(duì)缸內(nèi)傳熱量的影響如圖5所示，隨著水泵流量降低的比例增大，缸內(nèi)傳熱量降低比例呈現(xiàn)由慢到快的趨勢(shì)。

水泵降低流量對(duì)缸套、缸蓋氣側(cè)壁溫的影響如圖6，圖7所示。隨著水泵降低流量，缸套、缸蓋氣側(cè)壁溫的升高量變大。

4 結(jié)束語(yǔ)

水泵降低流量帶來的系統(tǒng)影響包含對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體缸蓋溫度與冷卻液帶走熱量的影響，還會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫。發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)外特性工況設(shè)計(jì)水泵，部分負(fù)荷工況下水泵有降低流量的空間并且能滿足可靠性要求，水泵降低流量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液帶走熱量的影響，為冷卻液溫度的準(zhǔn)確計(jì)算提供了有利的支持。對(duì)水泵流量的降低帶來的油耗收益進(jìn)行了量化，為電控水泵的應(yīng)用提供了支持。

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