柴油机水泵对油耗的影响分析

0 引言

随着对发动机油耗的要求越来越高，对发动机水泵进行控制已在产品上有所应用，对发动机水泵的控制，控制变量为水泵转速，控制目标为发动机出水温度，需要分析发动机各水泵转速下水泵的流量及水泵流量对水泵功耗的影响，分析水泵流量对发动机水温的影响；水泵流量影响发动机机体与缸盖的传热，同时影响散热器的散热，水泵流量流过发动机机体与缸盖的冷却水套，水泵流量变化影响冷却水套的对流换热系数，进而影响机体与缸盖的温度，水泵流量与冷却水套对流换热系数之间的关系在冷却水套仿真中获得，散热器涉及到冷却液流量与风量的流动换热，散热器的换热性能特性包含冷却液流量、风量、液气温差与散热量之间的关系，可通过零部件试验获得其特性数据。发动机水泵的控制需要冷却系统与机体、缸盖零部件的紧密联系，将冷却系统零部件与机体、缸盖零部件的特性与要求进行分析，为水泵的控制与油耗的降低提供基础。发动机机械水泵通过皮带传动，水泵转速与曲轴转速存在固定的关系，水泵转速为发动机曲轴转速与速比的相乘，因而在发动机同样转速的部分负荷与全负荷工况有同样的流量供应能力，而在发动机部分负荷工况，由于发动机扭矩相对全负荷工况是降低的，发动机缸内传到机体与缸盖的热量降低，因而发动机在部分负荷工况水泵流量可以降低，机械水泵造成了发动机部分负荷工况水泵功耗的浪费，水泵电动化

可调节水泵转速，按需冷却，在发动机部分负荷工况由于缸内传热量降低，电控水泵可通过降低水泵转速来降低水泵流量，进而降低水泵的功耗，在满足发动机可靠性要求的前提下起到降低发动机油耗的作用。

发动机水泵的控制，以控制发动机出水温度目标与降低发动机水泵功耗为目标，需综合考虑热力学、传热学、流体力学等学科的交叉，涵盖传热、流动等物理场，是系统级的多学科多物理场的范畴。发动机机体与缸盖温度的热源是缸内燃气和排气道排气与机体缸盖壁面流动换热，冷却侧是机体与缸盖冷却水套内的冷却液与机体缸盖壁面流动换热，冷却水套内的冷却液带走的热量使得冷却液温度升高，通过车速与风扇转速带来的空气流速，流过散热器对冷却液进行冷却，冷却水套内的冷却液通过水泵加压进行流动循环，水泵的流量影响冷却水套内对机体缸盖的流动换热，水泵的流量影响水泵的功耗，进而影响发动机的油耗。本文将建立发动机热力学模型，发动机机体、缸盖与活塞的本体传热模型，发动机冷却系统模型，分析发动机水泵降低流量对油耗的影响，分析水泵流量对发动机机体与缸盖温度的影响及对发动机传热量的影响，并且为智能冷却系统在发动机降油耗的应用提供仿真分析。

1 理论分析

发动机热负荷的热源来自发动机的燃烧，通过气缸壁、活塞、缸盖的导热传递到冷却液与润滑油中，再通过机油冷却器将润滑油的热量传递到冷却液中。

发动机燃气与换热壁面间的传热系数，根据Woschni传热公式

得到。

高中是每个人成长的必经阶段，也是走入社会和跨入社会的必经之路.我们高中生要抓住这个关键时期，学好数学，认识到数学对于生活的重要性和重要意义，通过函数的学习在数学问题的解决上学会更多的解决技巧，激发自身的课堂学习欲望和学习激情，才能保证数学学习的严密性和有效性.只有这样才能保证在今后无论遇到任何函数的题型都能找到解决的办法，找到数学学习的突破口.

(1)

水泵的效率为水泵的输出功率与消耗的功率之比，公式见下，可见水泵消耗的功率与水泵的流量、扬程、效率有关。降低水泵的流量是降低水泵消耗功率的有效措施。发动机运行在部分负荷工况时，水泵的流量可以降低，因为水泵的流量是在全负荷工况下设计。

建立发动机热力学模型，主要建立气缸模型即燃烧模型、传热模型、壁面温度模型等，喷油器模型，增压器模型和放气阀模型，进排气道与管路模型，气门模型，轴系模型。缸内壁面温度模型采用与发动机本体模型耦合，通过发动机本体模型获得缸内壁面温度。传热面积由发动机本体模型确定。

发动机本体存在着复杂的传热路径，主要包括机体、缸盖、活塞、气门等部分。机体与缸盖通过冷却水套中的冷却液进行冷却，活塞通过内冷油腔的润滑油进行冷却，活塞还通过活塞环与缸套进行传热。

(2)

式中：

为热流密度，

为导热系数，

为温度，

为厚度。

通过实验教学提高学生的动手能力和创新能力，这是改革实验教学的根本点和出发点。如果还是沿用母体学院的教学体系，对实验内容、实验方法按部就班地去完成，教学目标就很难实现。因为这些传统的实验内容大多是验证性实验，缺乏系统性和实用性，不能引导学生去解决实际工程中的问题，当然也谈不上培养学生的创造性思维能力。

活塞划分有限元网格，活塞的内冷油腔设置为第三类热边界条件即润滑油侧温度和对流换热系数；缸盖采用简化结构，设置缸盖底板壁厚，气道壁厚、气道直径等参数；缸套采用有限元网格；缸盖和缸套的冷却水套设置为第三类边界条件即冷却液侧的温度和对流换热系数。

式中：

为对流换热系数，

为特征长度，

为导热系数，

为系数，

为雷诺数，

为流速，

为普朗特数，

为动力粘度，

为比热容。

(3)

(4)

(5)

以某互联网金融机构所提供的个人信用信息数据为基础，本文首先从业务逻辑的角度出发，即根据个人信用信息的四个方面：个人基本情况、个人征信历史、个人资产状况以及个人其他情况，构建较为全面的评价个人信用的指标体系，如表1所示。

式中：

为缸径，

为缸压，

为工质温度，

,

为系数，

为活塞平均速度,

为气缸工作容积，

为进气终点气体温度，

为进气终点气体压力，

压缩始点气缸容积。

″为与工作循环压缩始点相同的冷拖动循环瞬时压力。

(6)

式中：

为冷却液的密度，

为水泵的扬程，

为水泵的体积流量，

为水泵的轴功率。

2 仿真建模

水泵流量变化会影响发动机的传热，需要建立发动机热管理系统仿真模型，发动机热管理系统仿真，需建立热力学、发动机本体、冷却系统的耦合系统模型，通过GT-SUITE软件建立，如图1所示。

水泵流量变化影响发动机机体与缸盖的温度，引起机体与缸盖传到冷却液的热量发生变化；水泵流量变化并且会影响润滑油的温度，活塞通过润滑油冷却，活塞的温度会受到影响。

2.1 发动机热力学建模

李叔和接到付玉的短信，方寸立马乱了。是见付玉还是不见，他又犹豫了。铺在木船上的晚霞，被海藻的腥味驱逐着。付玉的影子小星星般在海滩上跳动，巨浪滚滚而来，带着海底的吼声，在他记忆里像沙漠里奔驶的一群野马，又像是一窝黄蜂，密密匝匝地在他思绪里涌动。他对付玉既爱又恨。爱时想和她天长地久，照顾她一生一世；恨时，总想着找机会杀了她。他想从心灵最深的角落里把付玉赶走，最终，付玉的影子像是在他脑子里生了根，发了芽，长出了满世界的野蒺藜，让他走一步都扎的脚疼。半年前，他认识了老梅。只有在这个老女人身上做爱时，付玉的影子才像是一朵云，在海面上飘忽着，像海鸥一样，消失在茫茫大海里。

发动机热力学模型获得的缸内与排气道热边界是发动机冷却系统热量的热源，热力学模型考虑空气系统与燃烧系统参数之间的关系，获得缸内在进气、压缩、做功与排气的热力过程中工质温度的变化，工质与缸内壁面的流动换热变化。发动机热力学模型对参数的分析需要系统考虑，影响发动机热边界的因素主要与缸压有关，影响缸压的因素众多，系统分析这些影响因素，以获得缸内与排气道的热边界。

3) 对于不容易扑灭的油罐火灾，在起火时或火灾初期采取发油措施，通过排出一部分油品，可以使泡沫液进入未填充区域以及不易覆盖的空隙部位。

通过发动机本体模型考虑水泵流量的变化对缸内壁面温度的影响，发动机本体模型与热力学模型通过缸内壁面温度的耦合，考虑水泵流量的变化对缸内传热量的影响。

2.2 发动机本体建模

气缸壁、活塞、缸盖的导热根据傅里叶定律

得到。

气缸缸套与缸盖的冷却水套以及活塞的机油冷却的对流换热系数根据下列公式

得到。

拌和站另外一种常见的故障就是搅拌机发生故障，一般情况下可以在使用搅拌机之前通过搅拌机的声音判断其运行是否正常，如果搅拌机因为超负荷运转或者固定轴承损坏，其发出的声音应该是异常的，这时候需要对搅拌机的固定支座进行复位处理，对于损坏的轴承就要直接进行更换处理。另外可以根据搅拌机的出料温度判断搅拌机的工作性能，如果搅拌机出料的温度过高或者过低，与实际采样测量的温度相差较大，说明其温度传感器出现了问题，应该及时检查修理温度传感器。

发动机本体建模需要建立热连接，热连接包含缸内燃气与排气道内的排气与发动机缸套、缸盖火力底板和排气道进行的对流换热热连接，发动机机体与缸盖与冷却水套之间的对流换热热连接。

2.3 冷却系统建模

水泵提供流量并使冷却液压力升高，经由冷却水套、节温器、散热器的阻力，形成冷却系统冷却液循环，如图2所示。汽车车速与风扇转速使空气流过散热器，并与冷却液换热，起到降低冷却液温度的作用。水泵流量流经发动机冷却水套对机体与缸盖进行冷却，通过合适的水泵流量与冷却水套的设计以满足发动机机体与缸盖温度的要求。

建立冷却系统仿真模型，主要建立水泵、冷却水套、节温器、散热器等部件，需要水泵的流量-扬程及功耗-流量曲线，冷却水套、节温器、散热器的阻力曲线与换热性能数据。通过冷却水套CFD计算获得冷却水套不同流量下的阻力，如图3所示。水泵、节温器、散热器等零部件的性能数据及阻力曲线通过零部件试验获得，节温器还需温度升程曲线。风扇需要流量压升曲线，由风扇厂家提供。

冷却系统模型获得水泵功耗及系统各部件流量、各位置压力与温度等数据。冷却系统模型获得的冷却液流量在冷却水套中通过冷却液流量与冷却水套壁面对流换热系数之间的关系建立机体与缸盖的冷却传热模型。同时冷却系统模型获得的冷却液流量在散热器中通过对流换热传递到流过散热器的空气中。在冷却系统模型中散热器所用换热性能数据包含冷却液流量、风量、液气温差与散热量之间的关系数据，通过散热器零部件试验获得。

《摩西五经》中的历史故事，有很多，我只引用最著名的10个故事为出发点，做文本理论细读。这些故事是上帝对亚当和夏娃吃禁果的处罚、诺亚方舟的故事、该隐杀弟亚伯的故事、通天塔的故事、约瑟的故事、摩西率以色列人出埃及、逾越节的由来、十诫与立约的过程、亚伦的故事和亚伯拉罕立约的故事。因为这些故事情节或梗概烂熟于心，人们却忽略了许多重要的细节，所以笔者不再复述情节，并不以故事为分析的章节，而以书中对故事的记录的三种叙事方式——文学性的叙事方式、法律条文、哲学或宗教信仰的叙述方式——为分析的提纲，分析故事所反映的风俗、文化、法律、制度，甚至无意中流露出来的思想意识。

冷却系统模型得到的冷却液温度是发动机产热与散热器散热的结果，发动机产热为发动机缸内与排气道内传递到机体与缸盖中，再由机体与缸盖内的冷却水套传递到冷却液中；发动机散热器散热为冷却水套流动循环的冷却液流入散热器中进行散热，流过散热器对冷却液进行散热的冷却介质为车速与风扇转速带来的空气。

3 计算结果与分析

水泵降低流量会引起发动机缸盖与缸套温度的升高，冷却液带走热量的降低与缸内传热量的降低。水泵降低流量带来的系统影响需要综合考虑，对可靠性的影响需要评估，在可靠性保证的前提下起到降低油耗的作用。

要更好的对鸡痘进行预防和控制，首先需要按照时间对养殖的鸡进行疫苗接种免疫，在此基础上定期对鸡舍进行清理和消毒，从而更好的保证鸡舍环境的卫生。在条件允许的情况下，尽量保证鸡舍的通风顺畅和干燥，合理安排养殖密度，从而更好的减少发病的可能。在秋季到来的时候，要及时灭杀鸡舍中的蚊虫，并使用2%火碱水对鸡舍和活动环境进行充分的消毒。

水泵降低流量对油耗的影响如图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%。

水泵降低流量对缸内传热量的影响如图5所示，随着水泵流量降低的比例增大，缸内传热量降低比例呈现由慢到快的趋势。

水泵降低流量对缸套、缸盖气侧壁温的影响如图6，图7所示。随着水泵降低流量，缸套、缸盖气侧壁温的升高量变大。

4 结束语

水泵降低流量带来的系统影响包含对发动机机体缸盖温度与冷却液带走热量的影响，还会影响发动机的水温。发动机根据外特性工况设计水泵，部分负荷工况下水泵有降低流量的空间并且能满足可靠性要求，水泵降低流量对发动机冷却液带走热量的影响，为冷却液温度的准确计算提供了有利的支持。对水泵流量的降低带来的油耗收益进行了量化，为电控水泵的应用提供了支持。

[1]陶文铨.传热学[M].高等教育出版社,2019.

[2]龙俊华,安瑞兵.汽车冷却系统现状及发展趋势,2020(6):75-77.

[3]刘永长.内燃机原理[M].华中科技大学出版社,2001.