冷却系统试验

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1、发动机冷却系统试验编 制：M.Betts/U.Sauerwein 日期：06.02.1998批 准：Dr.U.Sauerwein日期：09.02.1998关键词：冷却系统1.0目标1.1该试验程序用来评价安装冷却水泵的发动机冷却系统的特性和现象。1.2量化发动机总成冷却系统阻力并与设计假定值作比较。1.3，确定安装在发动机上具有一定范围外部系统阻力的水泵流量特性后，确定整个 系统设计和评估水泵设计是否合适。1.4确定不同冷却液温度下安装在发动机上水泵的气蚀极限后。确定内部及外部系统 运行参数，1.5评估调温器的静态和动态特性后，开发使调温器的功能达到设计意图。1.6使用一个专门的水泵测试台架来

2、确定水泵的基本流量特性。这个试验程序没有包 含对水泵本身的开发，但可以作为系统的一部分对其匹配性进行评定。1.7通过使用一个专门的水泵试验台架来评估水泵理论公差的影响。推荐使用水泵总成做试验来建立一个名义规范（例如极限间隙的中间值）。1.8在冷却液的流动最佳时操作该试验，通常由可视化技术来操作。最佳流动通常影 响汽缸垫和发动机冷却液通道的流动阻力。1.9对于某些试验（调温器特性）要求运行发动机。这将方便操作直到试验4.17的与 冷却液最佳流动相关的零部件试验台。在这种情况下，一直到4.17的试验方法应该 采用由马达发动机来执行。在运行发动机的过程中应反复检查。2.0试验准备2.1某些试验要求一

3、台运行的发动机。发动机能够维持运行在全速、全负荷的发展阶 段。该试验倾向于使用一个安装了控制热交换器和一个安装在下软管的可变限流阀 的静态试验台架来操作，以模拟不同车辆的冷却系统阻力。由于会导致静态系统压力 控制与模拟散热器阻力方向相反，因此限流阀不应该安装在上部软管处。由于测试并不打算评估热损失，因此发动机的性能并不要求达到最终的产品水 平，但应该具有代表性（参考4.21和下文）。2.2附录A中列出了试验之前所需测量的零部件清单，测量必须符合AS000010标准 测量程序。2.3除非负责工程师特别说明，所有的发动机零部件都应该符合图纸公差要求；所以 总成紧固力矩和间隙应该符合设计说明值。2.

4、4除非负责工程师特别说明所有零部件都是新的。2.5总成测量参数记录在附录B中。2.6在循环管道周围的一定数量位置点处测量冷却液压力之前做准备是必要的。要求 （壁上）的静态压力。推荐在接头进入冷却循环中尽量与平面平齐，在水流突变处应为3mm直径，这 可以避免由于接头伸入水流中和冷却液速度的影响而产生的读数误差。应该避免横截面（和速度）的突变。对于有些地方不能避免（如调温器座）的地方，推荐使用23个接头，接头不 要暴露在水流中和拐角等处，接头应该在外部连接到一起，然后再与压力计或传感器 相连。在均匀的截面通道（管、等）处，在截面周围23个接头连接在一起测量压力。 如果要求测量软管中的压力，建议用装

5、有接头的金属管子，使金属管可以插入 到软管中。推荐接头安装在钢管上（例如）使用铜焊接短管到此管子上并钻直径为 3mm的通孔。在急拐弯或横截面变化处，应该有几个不同“直径”的接头（或一个具有代表 性的尺寸）。在理想情况下，例如在上部软管处，顺流方向任何截面的变化接头直径 应该大于5mm。不可能始终达到这种条件，在这种情况下应该注意评估结果。参考 图1中的要求。2.7在下列典型位置要求冷却液压力（参考图2）水泵进口处（典型的下部软管）水泵出口处调温器座处（在调温器前）上部软管（在调温器后）系统压力盖处（或相当静态压力）*缸体（汽缸垫下）*缸盖（汽缸垫上）*缸体、缸盖处的接头位置决定于发动机和冷却系

6、的具体设计。冷却液流动的优 化工作，通常在这个程序前完成提供关于接头位置信息，该信息得出缸体和缸盖之间 有代表性的压力降数据。2.8在3.3中描述的位置要求冷却液温度应该作适当的准备来安装适当的温度传感器使其伸进冷却液中（取决于各自环境 的不同，伸出表面5-10mm通常足够了）。2.9对于有些试验要求发动机在调温器开启状态下运行，也就是机械的安装在全开位 置，同时要求一个全功能调温器。如果设计要求，在调温器全开时检测小循环是否全关。如果设计不要求全开的调温器的小循环管路完全关闭，当测量上部软管流量时为 了决定发动机系统阻力，推荐小循环管路准备一个可拆卸的堵盖装置（例如，插入一 个螺栓堵住）。3

7、.0仪器和设备3.1推荐试验台架装有一个能够测量发动机在最高转速和负荷下运行的测功机3.2要求有一个被控制的调节冷却液温度的热交换器。如果可能的话，推荐试验台架上冷却系统总容量应该与车辆系统相类似，这将有 利于使两个系统的热动力参数类似。如果试验台架冷却系统的容量与整车相比有很大 的区别的话，应该仔细处理调温器的动力参数，而且必须与整车系统验证。试验台架 系统发动机冷却循环总的容量应该对参考意图进行评估。为了调温器与控制系统响应安装不干涉，试验台架温度控制系统参数必须仔细选 择，参考4.21。热交换器的流动阻力应该小于整车散热器的预计阻力。3.3下列情况要求测量冷却水泵转速（或者曲轴转速，如果

8、传动比已知）下列位置的冷却液温度和压力水泵进口处（典型的下部软管）水泵出口处（温度可选）调温器座处（在调温器前）上部软管缸体中的冷却液压力缸盖中的冷却液压力静态系统压力（在相当于在压力盖处测量）上部软管的流量速率，注：流量计必须能够测量瞬态流量，在一秒钟内给出测量读 数。以平均时间原理工作的流量计不适合。为了确定系统特性，上述测量要求在每个的试验条件下当读数稳定时记录一次。当评估调温器特性时上述测量要求每秒记录一次或更频次更高。3.4可调的压缩空气用来调节静态系统压力，调节范围为0-2bar。3.5推荐试验台架系统安装一个带有设置压力略大于设计意图（一般为1bar）的压力 盖。也要求充分膨胀容

9、积避免冷却液排除或被压至回到压缩空中。3.6必须使用合适的下部软管使水泵进口在低压情况下不至于吸瘪。如果管子可能吸 瘪，推荐加强（例如插入钢丝螺旋弹簧）管子，但是应该注意，任何加强管子都不能 限制流量或造成过度紊流。4.0试验方法4.1安装一台发动机，象2.0 一样记录所有零部件总成的数据。初始安装一概全开的调温器。如果必要堵住小循环管道。4.2在试验台架上以设计安装角度安装发动机。机油加到机油标尺最大位置。按图2连接冷却管路。4.3将推荐的冷却液加入冷却系统冷却液通常使用50%的清水和50%的乙二醇混合液。推荐有些试验重复使用100%的水，尤其是发动机在没有乙二醇的区域运行时。 如果冷却液中

10、含有腐蚀性的抑制剂而并不严重影响沸水特性的话，可以使用水。冷却 液的范围应该由设计者说明，以及标明任何系统性能极限。4.4调整下部软管流量调节阀全开在低速低负荷下运行发动机，检测泄漏量；允许冷却液温度升高到典型的50C， 检测温度仪表；调节可调压缩空气，从零到设计值改变系统压力，检测压力仪表。4.5发动机系统阻力全开的调温器并堵住小循环口安装全开的调温器，如果必要的话堵住小循环口，调节上部软管温度到5060C（如果必要可增加负荷）、调节系统压力到1.0bar （或设计值）。以最低转速运行发动机当读数稳定时（例如5分钟），以3.3方法记录测量值。进一步提高转速，给出510个中间值加上最大值，在每

11、个转速下记录数据。通常基本的系统阻力对温度并不十分灵敏，在典型的运行范围内，如此精确的控 制温度到定义值范围内对试验来说并不重要，在相对低的冷却液温度下运行该试验将 会有减小气蚀和局部沸腾的可能性，气蚀和局部沸腾将导致不稳定或非线形现象的发 生。4.6发动机系统阻力一一开启式调温器和设计小循环如果小循环已经堵住，去掉堵盖，重复4.5操作。4.7发动机系统阻力一一关闭式调温器和设计小循环安装一个标准功能的调温器并确保小循环达到设计意图。为了在调温器开启之前 短时间内执行试验，有必要使用一个功能调温器（保护发动机）。尽可能的降低冷却液温度。启动发动机并以低转速运行，记录测量值。象4.5 一样进一步

12、提高发动机转速并记录。如果调温器已经开启（检测上部软管流量和温度，但允许有小的气流通过气孔）， 返回到怠速并冷却系统，如果必要继续试验直到所有转速都记录为止。为了决定水泵的流量，有必要比较泵转速、（从试验台上）压力升高相对于水泵 流量变化图或从4.5和4.8得出结果。4.8流量传输模拟可变的车辆系统阻力象设计意图一样安装一个全开的调温器和小循环（如果合适，可以去掉堵盖）； 在转速等于最高转速一半时暖机，使上部软管温度达到约5060 C，调节冷却系统维 持该温度。关小下部流量调节阀，使通过上部流量计测量的流量减少近10%。重复4.5中的测量。4.9重复4.8中的过程，进一步减少10%的流量（非阻

13、力值）。重复4.5中的测量。4.10重复4.9直到非阻力值的流量降低到50%或系统中的关键点达到最大可接受的 压力，参考设计者的要求。如果具有代表性的整车系统阻力已知，确保试验范围包含 该值。4.11水泵的气蚀极限一一设计小循环、开启式调温器和规定的冷却液在试验之前从4.6中预览结果。试验目的是决定避免气蚀的情况下所要求的最 小系统压力。当一个给定温度区域的局部压力降低于冷却液和液体沸腾时的蒸汽压力 时，气蚀产生。这种现象通常最初在水泵进口（也就是系统中的最低压力点）处产生。 起初水泵中的蒸汽重新冷凝（长时间这样将导致腐蚀）但最终将产生“气锁”而使流 动停止，在使用中必须避免。在这些试验当中，

14、必须避免达到“气锁”条件。对于给定的冷却液温度，气蚀极限被定义为水泵传输流量率与以相同的泵转速 测量的参考流量率相比较降低3%，但为了避免气蚀产生水泵的进口压力应足够高。 降低3%的流量相应的会降低近6%的水泵压力升高（dP正比于流量的平方）。在整车冷却系统中减少冷却液来检测气蚀同样要求试验，这在台架上模拟并不 能满足要求。参考适当的试验程序。通常额定转速与评估水泵的气蚀特性有关，因为额定功率下产生很多的热量给 冷却液；另一方面，发动机最大转速也很关键，因为水泵转子中的动态压力降正比于 转速的平方。由于发动机功率与风扇气流量的比值很高，通常在最大扭矩下稳定运行， 产生的冷却液温度最高。为了模拟

15、整车冷却系统阻力，应该调节下部软管阀。如果这些数据未知，应该 在覆盖可能的整车冷却系统范围内，下部软管阀门的不同位置处进行试验。由于在最 大流量的条件下水泵进口处气蚀通常最先发生；因此如果拿不准的话，选择最小的流 动阻力。负责工程师应该定义评估气蚀现象的发动机转速范围和模拟整车冷却系统阻 力。下列情况假定相应的发动机转速为额定转速。试验采用开启式调温器和小循环，注意小循环水流进入水泵叶轮入口将会影响 气蚀的特性，这决定于具体设计。往系统中加入推荐的冷却液。4.12在额定转速下运行发动机并调节热交换器，维持水泵进口温度在80C；必要时 加载最低的负荷。4.13设置系统压力为1.0bar （或说明的系统压力），记录表3.3中的测量值。4.14以每次大约0.2bar的速度降低系统压力并重复3.3中的测量，直到系统压力降低 或观测到气蚀产生且流量减少超过10%。（注，除非水泵进口阻力过大，否则低温时 不应该产生气蚀）。4.15以每次5C逐步升高水泵进口温度并重复4.13和4.14，直到达到最大试验温度 或与在全系统压力下基准值相比流量降低大于10%或达到沸腾极限且冷却液喷出。推 荐最高温度应该大于在整车临界运行条件下（通常大于120C ）的最大