高強化柴油機冷卻系統電控化設計仿真及試驗研究

郭旭，張萍，張博，周磊

（海軍工程大學，武漢 430033）

0 概述

現代柴油機采用緊湊的結構設計，通過提高熱效率、減少傳熱及摩擦過程中的損失等方式提高柴油機功率，但是也提高了總體上的熱負載持續性。燃料燃燒過程中釋放的整體熱量中燃氣對燃燒室壁釋放的熱量占比大致為20%～30%［1-3］，這部分熱量中大多數通過冷卻系統向外部環境散失。其他的介質例如液壓油、增壓空氣等的冷卻也需要借助于冷卻系統完成，對冷卻系統要求較高。冷卻系統不僅關乎柴油機的運行可靠性，也影響著柴油機燃油燃燒質量和熱量的分配［4-5］，柴油機運行過程中冷卻系統冷卻強度的科學與否直接影響著柴油機的動力性、經濟性、可靠性和排放性等諸多性能［6-14］。

目前大部分高強化柴油機仍然采用傳統型式的冷卻系統，其中傳統型式冷卻水泵通過齒輪系或鏈條與柴油機曲軸相連，其轉速與柴油機轉速呈正相關［6-9］；節溫器為石蠟節溫器，通過冷卻液對石蠟感溫元件的加熱（冷卻）開啟（關閉）節溫器閥芯，進而控制冷卻系統大小循環流量。傳統型式冷卻系統存在以下突出問題：冷卻水泵提供的冷卻強度僅與柴油機轉速成正比，而與柴油機運行過程中的散熱需求無關，導致柴油機在低轉速高負荷工況點“過熱”，或者在高轉速低負荷工況點“過冷”［10-13］；石蠟節溫器中的蠟質感溫元件具有“遲滯”性，其溫升曲線和溫降曲線為非線性、滯回曲線，導致石蠟節溫器對水溫的控制精度不高，波動頻繁［14-16］。……