基于AMESim软件的发动机冷却系统仿真分析_肖欢.pdf

基于AME S i m软件的发动机冷却系统仿真分析肖 欢 1,2(1安徽职业技术学院 汽车工程学院,合肥 2 3 0 0 1 1;2合肥工业大学 汽车与交通工程学院,合肥 2 3 0 0 0 9)摘 要:以某中型客车的发动机为研究对象,根据其发动机的具体参数,通过AME S i m软件建立冷却系统的仿真模型,仿真分析在不同工况下发动机的冷却循环情况,得到冷却系统的相关参数温度曲线变化情况。仿真实验结果能够为冷却系统改进设计提供可靠参考,并对优化和改善冷却系统的结构等提供参考。关键词:发动机;AME S i m;冷却系统;仿真分析中图分类号:U4 7 2 文献标志码:A 文章编号:2 0 9 5 9 6 9 9(2 0 2 2)0 6 0 0 5 0 0 30 引言汽车发动机冷却系统的工作情况影响着发动机的可靠性和稳定性。当冷却系统温度过高、过低,发动机冷却系统不正常时,会导致整个发动机功率大幅下降,并会影响发动机的其他性能指标。发动机在正常工作运行过程中,怎样兼顾热效率及冷却强度的平衡,一直是发动机冷却系统面临的难题12。稳定可靠的冷却系统要能保证提高发动机输出功率的同时,兼顾发动机最低排放的性能和最好的经济性能。由于当前汽车发动机冷却系统零部件结构及其组成材料类型越来越复杂,且发动机整体工况运转复杂,因此文章通过建立发动机冷却系统的仿真模型,对发动机冷却系统在不同工况下进行仿真分析,得到影响冷却系统性能相关参数的变化规律,对发动机冷却系统的优化设计有着一定参考意义。1 冷却系统的仿真模型本文中选取采用的是型号为Y C 4 G 1 8 0 5 0的发动机,其相关参数如下表所示。表1 中型客车发动机主要结构参数柴油发动机型号Y C 4 G 1 8 0 5 0发动机功率k W1 3 2发动机总排量m l5 2 0 0最大转矩/转速Nm/r p m6 6 0/1 1 0 01 5 0 0最高转速r/m i n2 3 0 0怠速转速r/m i n6 7 5系统压力k P a1 7 0散热器总成型号:1 3 0 1 0 1 0 HR 4 0中冷型号:1 1 1 9 0 1 0 HR 4 0在AME S i m软件中建立此车型发动机冷却系统的模型图。图1 冷却系统的整体模型第3 7卷 第6期2 0 2 2年1 2月 景德镇学院学报J o u r n a l o f J i n g D e Z h e nU n i v e r s i t y V o l.3 7N o.6D c e.2 0 2 2收稿日期:2 0 2 2 0 6 2 6基金项目:安徽省高校优秀青年骨干人才国内访问研修项目(g x g n f x 2 0 2 0 1 3 1);安徽省职成教项目(a z c g 2 0 6);2 0 2 1年安职院质量工程提质培优行动计划项目(2 0 2 1 x j t z 0 3 5)作者简介:肖 欢(1 9 8 7),女,安徽淮北人。讲师,硕士,从事汽车制动系统研究。2 冷却系统仿真分析2.1 稳态工况下的仿真分析选择车辆设计参数,模拟稳态工况下发动机转速在1 0 0 0 r/m i n时,当汽车以设计车速4 5 k m/h行驶时,对冷却系统的运转情况进行仿真,结果显示发动机冷却液出口温度和散热器出口温度的变化情况如图2。图2 发动机和散热器出口冷却液的温度变化情况图中红色曲线代表发动机出口温度,看到在最初的1 3 7 s内发动机出口温度随时间递增而线性增加,在之后的4 0 s内出现反复上下波动,最后在1 7 7 s1 8 6 s趋于平衡。图中绿色曲线代表散热器出口温度,看到在最初的1 3 7 s内温度没有变化,这是因为发动机散热器的最大散热量还并未能达到发动机节温器完全开启的极限程度,此时冷却系统只是进行小循环,即散热器没有起到作用。之后温度上升很快,最后在大约1 9 5 s左右时温度达到最高点后逐渐趋于平稳,这时发动机冷却系统开始启动大循环回路,此时散热器开始工作。2.2 不同转速工况下的仿真分析继续上述稳定工况下汽车的运转条件,将发动机转速设置为1 4 0 0 r/m i n、1 8 0 0 r/m i n、2 2 0 0 r/m i n、2 4 0 0 r/m i n,对冷却系统的运转情况进行仿真3。观测四种转速条件下,发动机出口温度的变化情况。图3 1 4 0 0时冷却液出口温度变化情况图3看到运转转速在1 4 0 0 r/m i n时,发动机出口温度先线性增高,而后出现波动,最后维持在温度8 8.7左右,保持平 衡。同样图4中运转转速 在1 8 0 0 r/m i n时,发动机出口温度最后维持在温度8 8.8左右平衡。图5中运转转速在2 2 0 0 r/m i n时,发动机出口温度最后维持在温度8 9.1左右平衡。图6中运转转速在2 6 0 0 r/m i n时,发动机出口温度最后维持在温度9 1.2左右平衡。随着转速的增高,发动机出口温度会随之提升。图4 1 8 0 0时冷却液出口温度变化情况图5 2 2 0 0时冷却液出口温度变化情况图6 2 6 0 0时冷却液出口温度变化情况2.3 在组合工况下的仿真分析根据环境温度、压力、发动机转速和车速设置3种组合工况。在工况1的运转情况下,发动机转速设定在1 4 0 0 r/m i n,车速在4 5 k m/h,温度2 0,运转环境压力1 b a r。在工况2的运转情况下,发动机转速设定在1 8 0 0 r/m i n,车速在6 0 k m/h,运转温度和压力同工况1。在工况3的运转情况下,发动机转速设定在2 2 0 0 r/m i n,车速在3 0 k m/h,运转温度和压力仍然保持一致。发动机按照组合工况下设定的参数运转,对其冷却系统运转进行仿真分析,观测3种运转工况下,发动机出、入口温度和散热器出口温度的变化情况4。在工况1的运转情况下,发动机转速在1 4 0 0 r/m i n,车速在4 5 k m/h,发动机冷却液入口温度为8 6.6,发动机冷却液出口温度为8 7.5,散热器冷却152 0 2 2年第6期 肖 欢:基于AME S i m软件的发动机冷却系统仿真分析 液入口温度为8 7.5,散热器出口温度为8 1.8,此时冷却液温度相对不高。在工况2的运转情况下,发动机转速在1 8 0 0 r/m i n,车速在6 0 k m/h,发动机冷却液入口温度为8 6.0,发动机冷却液出口温度为8 8.5,散热器冷却液入口温度为8 8.5,散热器出口温度为8 3.8,因转速和车速较于工况1都有提升,因此冷却系统整体温度上升。散热器加入工作,此时上升温度幅度不高。在工况3的运转情况下,发 动 机 转 速 上 升 至2 2 0 0 r/m i n,车 速 下 降 至3 0 k m/h,发动机冷却液入口温度为8 8.5,发动机冷却液出口温度为9 0.1,散热器冷却液入口温度为9 0.1,散热器出口温度为8 3.3,上升的转速和下降的车速导致发动机产生热量多,冷却散热慢,因此工况3的温度上升最高。图7 工况1运转情况下温度变化情况图8 工况2运转情况下温度变化情况图9 工况3运转情况下温度变化情况3 结论本文以某中型客车发动机为研究对象,利用AME S i m软件搭建发动机冷却系统模型,仿真分析其冷却系统在不同运转工况下的冷却效果。综合以上的仿真分析结果,清晰看到在发动机不同运转工况下,其冷却系统的相关参数温度曲线变化情况,在仿真结果的温度变化中,最终的温度曲线都保持平稳,发动机和散热器的温度变化规律是正常的,符合冷却系统的理论工作特性,也印证了文中所建立仿真模型数据的正确性。本文所采用的研究方法也为后期进一步优化分析不同工况下该中型客车的发动机冷却系统提供一定的理论指导。参考文献:1 杨英,盘飞.基于AME S i m汽车冷却系统热管理影响因素分析J.机械设计与制造,2 0 2 0(5):2 9 3 2 9 7,3 0 1.2 郑建丰,高荣,李英瑞.工程机械冷却风扇液压驱动系统匹配研究J.液压气动与密封,2 0 1 9(7).3 5,8.3 陈寿霞.基于AME S i m发动机冷却系统数值模拟参数匹配仿真分析J.汽车与驾驶维修(维修版),2 0 1 9(7):8 4 8 6.4 刘系暠,豆佳永,张静,等.冷却系统热管理测试分析J.车用发动机,2 0 1 9(2):8 5 9 2.S i m u l a t i o nA n a l y s i so fE n g i n eC o o l i n gS y s t e mB a s e do nAME S i mX I A OH u a n1,2(1S c h o o l o fA u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g,A n h u iV o c a t i o n a l a n dT e c h n i c a lC o l l e g e,H e f e i 2 3 0 0 1 1,A n h u iP r o v i n c e,C h i n a;2S c h o o l o fA u t o m o b i l ea n dT r a n s p o r t a t i o nE n g i n e e r i n g,H e f e iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,H e f e i 2 3 0 0 3 6,A n h u iP r o v i n c e,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do n t h e s p e c i f i cp a r a m e t e r s o f t h e e n g i n eo f am e d i u mb u s,a s i m u l a t i o nm o d e l o f t h e c o o l i n gs y s t e mi se s t a b l i s h e db yAME S i ms o f t w a r e.T h ec o o l i n gc y c l eo f t h ee n g i n eu n d e rd i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i-t i o n s i s s i m u l a t e da n da n a l y z e d,a n d t h e t e m p e r a t u r e c u r v e c h a n g e so f t h e r e l a t e dp a r a m e t e r so f t h e c o o l i n gs y s t e ma r eo b t a i n e d.T h es i m u l a t i o nr e s u l t s c a np r o v i d ea r e l i a b l e r e f e r e n c e f o r i m p r o v i n gt h ed e s i g no f t h ec o o l i n gs y s t e m,a n dp r o v i d er e f e r e n c e f o ro p t i m i z i n ga n d i m p r o v i n gt h es t r u c t u r eo f t h ec o o l i n gs y s t e m.K e yw o r d s:e n g i n e;AME S i m;c o o l i n gs y s t e m;s i m u l a t i o na n a l y s i s25 景德镇学院学报 2 0 2 2年第6期