CN106198048B - 车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台。管路匹配试验台拥有两个循环：(1)高温循环：可对发动机及高温散热器等部件进行流动阻力的模拟(2)低温循环：可对低温散热器及其它散热要求较低的部件进行模拟。本试验台针对车辆冷却系统复杂水系部件多、支路多和管路结构复杂所导致的系统阻力、压力不平衡现象，该系统可测定主要部件和关键管段的阻力，摸清全水系的阻力分布，解决好高、低温复杂水系的压力平衡问题，保证水量的合理分配与水系的稳定工作。通过试验，进一步优化系统主要部件与管路的布置，为系统集成化设计和实现动力舱整体吊装或快速吊装做好技术储备。

Description

车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台及其方法

技术领域

本发明涉及一种新型的车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台及其方法，特别涉及一种通过模拟动力舱内部各部件冷却时冷却液流动情况来模拟实车运行工况并进行测试的试验系统。

背景技术

随着现代车用发动机采用更加紧凑的设计和具有更大的升功率,强化程度越来越高,发动机产生的热流密度也随之明显增大,同时市场对发动机的需求也不断提高,既要满足不断提高的输出功率,又要具有良好的经济性,此外,日益严格的排放标准也对冷却系统提出了新的要求。目前几乎所有的发动机型都面临着如何解决高功率密度下冷却及热平衡问题,冷却系统的工作性能的优劣,直接影响着动力系统的整体性能。开发高效率、高可靠性的冷却系统,已成为发动机进一步提高功率、改善经济性和排放性所必须突破的关键技术问题。因此,对车辆冷却系统的深入研究,采用先进的冷却系统设计和更加有效的研究开发方法,应用于现代设计技术提出解决的设计规范与策略就变得越来越迫切,具有十分重要的实际意义。

发动机冷却水流动的合理分布直接影响到发动机的经济性与正常运行。如果冷却水量过多,冷却温度低,会增加机油粘度和磨擦功率,造成零件间的磨损加剧，同时增加了水泵的功率损耗带走了可利用能，散热损失增加,会降低发动机的经济性。如果冷却水量过少,冷却水温过高,冷却水掠过冷却水腔侧的水流速度过小,使气缸盖及有关零部件得不到足够的冷却,影响它们的使用寿命。如果冷却水分布不当,在水流区有流动死区或微涡,也会造成局部热应力过高,导致零件过早损坏。因此寻求适当的冷却水量与合理的流场分布在发动机研究中占据着相当重要的位置,而这也正是对冷却水流动进行研究的意义所在。对冷却系统冷却液的研究主要包括冷却液的速度、温度和压力三个方面的内容。

在冷却液流动研究中，冷却系统的流动阻力是一个重要的影响因素。其阻力包括发动机内部水套阻力、各主要部件阻力(散热器、机油冷却器、节温器)、管路阻力等。一般汽车、拖拉机、工程机械的内燃机中，水冷式冷却系的管道流动阻力(当管道中流速等于3～5m/s时)一般为7.5×103～12.5×103Pa，气缸水套阻力一般为13×103～15×103Pa，水散热器阻力20×103～25×103Pa，总阻力为40×103～53×103Pa。由此可以看出，冷却系统中各部件与管道的阻力都是相同数量级，对整个冷却系统的效率都有着重要的影响。在闭式强制循环冷却系统中，使用水泵克服较大的流动阻力来维持必要的循环流量的,若冷却系统流动阻力过大将造成不必要的能量损失,而且由于总阻力过大而导致了水泵进口处的静压过低。这不仅会造成水泵穴蚀,而且在热机工作时易产生蒸气,导致水泵流量和冷却能力的急剧下降。同时，发动机水套内的压力分布直接影响冷却液的流动以及分布情况，极大的影响冷却系统的效率。因此，对冷却系统流动阻力的研究，对保证冷却液流量的合理分配以及各主要部件匹配有着相当重要的意义。

在混合动力车应用越来越广泛的时代，该种车型的冷却系统也日益受到关注。混合动力型电传动车辆主要冷却对象为发动机、发电机、电动机、电池组和控制系统等。考虑到高低温热源部件工作温差较大的特点,整个冷却系统由高温循环回路和低温循环回路构成,将高温热源负载和低温热源负载分开,提高冷却系统的工作效率,使各部件在最佳温度下工作。

因此，为了能够达到实验目的以及较少实验成本，提出一种车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台是大有裨益的，该试验台有两高低温两种循环，可适用于各种车型。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台及其方法。

车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台包括高温循环、低温循环和试验系统数据采集控制设备,所述的高温循环包括用于升降被模拟高温工件的升降台、设置在第一膨胀水箱上的第一减压阀以及顺次相连构成循环的高温加热水箱、第一水泵、稳压箱、第一高温电磁阀、第一热电阻、第一压力传感器、被模拟高温工件、第二压力传感器、第二热电阻、第二高温电磁阀、第一流量计、第一膨胀水箱；

低温循环包括：用于升降被模拟低温工件的升降台、设置在第二膨胀水箱上的第二减压阀以及顺次相连构成循环的低温加热水箱、第二水泵、第三高温电磁阀、被模拟低温工件、第四高温电磁阀、第二流量计、第二膨胀水箱、第三热电阻、第三压力传感器。

所述的被模拟高温工件包括用于模拟实际发动机的蝶阀、实车的散热器和中冷器。

所述试验系统数据采集和控制设备采用美国NI公司的PXI机箱及信号调理箱。

所述的高温加热水箱并联安装有功率分别为20KW和30KW的两个加热管，所述的低温加热水箱并联安装有功率分别为10KW和20KW的两个加热管。

所述试验台的测试方法如下:

高温测试过程：打开第一高温电磁阀和第二高温电磁阀，高温加热水箱根据不同要求实现不同功率段的加热，通过调节第一水泵的转速将水从高温加热水箱中排出进入稳压箱，水通过稳压箱的稳定后进入被模拟高温工件，被模拟高温工件按照实车上的第一流量计测量整个回路中的流量，第一膨胀水箱负责水路中的排气与补水作用，试验系统数据采集控制设备采集高温测试过程中的压力、流量、温度和第一水泵的转速数据，控制第一水泵转速，第一、第二高温电磁阀的开关，第一高温加热水箱的加热功率；

低温测试过程：打开第三高温电磁阀和第四高温电磁阀低温加热水箱根据不同要求实现不同功率段的加热，通过调节第二水泵的转速将水从低温加热水箱泵入被模拟低温工件，被模拟低温工件根据实车布置且模拟低温工件每个部件两端均装置压力传感器，每个回路装有流量调节阀和流量计，第二流量计测量整个回路中的流量，第二膨胀水箱负责水路中的排气与补水作用，试验系统数据采集控制设备采集低温测试过程中的压力、流量、温度和第二水泵的转速数据，控制第二水泵转速，第三、第四高温电磁阀的开关，第二高温加热水箱的加热功率；

试验系统数据采集控制设备对采集到的温度，压力，流量、转速进行实时测量，对水温异常进行自动报警；将试验过程中的所有测量数据自动保存。

本发明具有以下优点：

1.本试验台是一个柔性模拟，它可以通过附件(升降台)高度的不同，各种转接口，以及各种阻力模拟器(蝶阀)开度的不同，来模拟出各种不同车型的冷却系统的阻力分布情况。适应于各种车型，包括商用车、普通轿车或者其他工程机械。

2.本试验台拥有两个循环，高温以及低温循环。高温循环可模拟实际发动机工作过程中，冷却液沸腾蒸发的情况，流动气阻的现象。低温循环可模拟温度较低冷却要求较低的部件的阻力情况。

3.适用于同一车型时，可通过工控计算机输入该车实际的阻力map图，通过阻力模拟器(蝶阀)的改变来模拟实车发动机及变速箱情况，并通过调节水泵转速，结合散热要求找出水泵与发动机的最佳匹配。

4.本发明所提供的车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台控制及数据采集设备采用美国NI公司的PXI-1042Q机箱及SCXI-1000信号调理箱，可以对温度，压力，流量、转速等物理量进行高精度的实时测量，同时CAN总线读取发动机测功机的测量数据。同时采集系统软件的实时监控，数据存储和数据分析采用labview软件编写，可以对所有的被测物理量进行实时监控，对水温异常可以进行自动报警；可以将试验过程中的所有测量数据自动保存，并对数据进行分析从而对车辆冷却系统各部件阻力进行相关测定。

4.本发明所提供的车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台相对于实车试验，采集数据全面，测量精度高、试验效果良好、成本低、系统整体可靠性高。

附图说明

图1为车辆冷却系统阻力模拟测试试验台示意图；

图2为工件19的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

首先见图1，车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台包括高温循环、低温循环和试验系统数据采集控制设备,所述的高温循环包括用于升降被模拟高温工件5的升降台、设置在第一膨胀水箱8上的第一减压阀以及顺次相连构成循环的高温加热水箱1、第一水泵2、稳压箱3、第一高温电磁阀4、第一热电阻10、第一压力传感器11、被模拟高温工件5、第二压力传感器13、第二热电阻12、第二高温电磁阀6、第一流量计7、第一膨胀水箱8；

低温循环包括：用于升降被模拟低温工件19的升降台、设置在第二膨胀水箱22上的第二减压阀以及顺次相连构成循环的低温加热水箱16、第二水泵17、第三高温电磁阀18、被模拟低温工件19、第四高温电磁阀20、第二流量计21、第二膨胀水箱22、第三热电阻23、第三压力传感器24。

作为优选的，所述的被模拟高温工件5包括用于模拟实际发动机的蝶阀、实车的散热器和中冷器。

作为优选的，所述试验系统数据采集和控制设备采用美国NI公司的PXI机箱及信号调理箱。

作为优选的，所述的高温加热水箱1并联安装有功率分别为20KW和30KW的两个加热管，所述的低温加热水箱16并联安装有功率分别为10KW和20KW的两个加热管。

作为优选的，所述的排气与补水箱由膨胀水箱、减压阀、热电阻、压力计组成，拥有排除回路中的气体、减小回路中的压力以及及时补充冷却水作用。

所述试验台的测试方法如下:

高温测试过程：打开第一高温电磁阀3和第二高温电磁阀6，高温加热水箱1根据不同要求实现不同功率段的加热，通过调节第一水泵2的转速将水从高温加热水箱1中排出进入稳压箱3，水通过稳压箱3的稳定后进入被模拟高温工件5，被模拟高温工件按照实车上的第一流量计测量整个回路中的流量，第一膨胀水箱8负责水路中的排气与补水作用，试验系统数据采集控制设备采集高温测试过程中的压力、流量、温度和第一水泵的转速数据，控制第一水泵转速，第一、第二高温电磁阀的开关，第一高温加热水箱的加热功率；

低温测试过程：打开第三高温电磁阀18和第四高温电磁阀20低温加热水箱根据不同要求实现不同功率段的加热，通过调节第二水泵的转速将水从低温加热水箱泵入被模拟低温工件，被模拟低温工件根据实车布置且模拟低温工件每个部件两端均装置压力传感器，每个回路装有流量调节阀和流量计，第二流量计测量整个回路中的流量，第二膨胀水箱22负责水路中的排气与补水作用，试验系统数据采集控制设备采集低温测试过程中的压力、流量、温度和第二水泵的转速数据，控制第二水泵转速，第三、第四高温电磁阀的开关，第二高温加热水箱的加热功率；

试验系统数据采集控制设备对采集到的温度，压力，流量、转速进行实时测量，对水温异常进行自动报警；将试验过程中的所有测量数据自动保存。

作为优选的，被模拟高温工件5一般包括发动机用蝶阀模拟，散热器，中冷器等，具体部件根据实车来布置，并且每个部件两段均装置压力传感器。

作为优选的，被模拟低温工件19一般包括电机，电机控制器，油冷器等，具体部件以及回路的布置均按照实车，并且每个部件两段均装置压力传感器，每个支路中均装置流量调节阀可以调节各个支路的流量，每各支路装有流量计。图2即为本发明一个实施例中某车型的被模拟低温工件19的示意图。

Claims (1)

1.一种车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台的测试方法，所述车辆冷却系统冷侧阻力模拟测试试验台,包括高温循环、低温循环和试验系统数据采集控制设备,所述的高温循环包括用于升降被模拟高温工件（5）的升降台、设置在第一膨胀水箱（8）上的第一减压阀以及顺次相连构成循环的高温加热水箱（1）、第一水泵（2）、稳压箱（3）、第一高温电磁阀（4）、第一热电阻（10）、第一压力传感器（11）、被模拟高温工件（5）、第二压力传感器（13）、第二热电阻（12）、第二高温电磁阀（6）、第一流量计（7）、第一膨胀水箱（8）；

低温循环包括：用于升降被模拟低温工件（19）的升降台、设置在第二膨胀水箱（22）上的第二减压阀以及顺次相连构成循环的低温加热水箱（16）、第二水泵（17）、第三高温电磁阀（18）、被模拟低温工件（19）、第四高温电磁阀（20）、第二流量计（21）、第二膨胀水箱（22）、第三热电阻（23）、第三压力传感器（24）；

其特征在于如下:

高温测试过程：打开第一高温电磁阀（3）和第二高温电磁阀（6），高温加热水箱（1）根据不同要求实现不同功率段的加热，通过调节第一水泵（2）的转速将水从高温加热水箱（1）中排出进入稳压箱（3），水通过稳压箱（3）的稳定后进入被模拟高温工件（5），被模拟高温工件按照实车布置，第一流量计测量整个回路中的流量，第一膨胀水箱（8）负责水路中的排气与补水作用， 试验系统数据采集控制设备采集高温测试过程中的压力、流量、温度和第一水泵的转速数据，控制第一水泵转速，第一、第二高温电磁阀的开-关，第一高温加热水箱的加热功率；

低温测试过程：打开第三高温电磁阀（18）和第四高温电磁阀（20），低温加热水箱根据不同要求实现不同功率段的加热，通过调节第二水泵的转速将水从低温加热水箱泵入被模拟低温工件，被模拟低温工件根据实车布置且模拟低温工件每个部件两端均装置压力传感器，每个回路装有流量调节阀和流量计，第二流量计测量整个回路中的流量，第二膨胀水箱（22）负责水路中的排气与补水作用， 试验系统数据采集控制设备采集低温测试过程中的压力、流量、温度和第二水泵的转速数据，控制第二水泵转速，第三、第四高温电磁阀的开-关，第二高温加热水箱的加热功率；

试验系统数据采集控制设备对采集到的温度，压力，流量、转速进行实时测量，对水温异常进行自动报警；将试验过程中的所有测量数据自动保存。