[发明专利]一种发动机冷却系统优化设计方法

说明书

技术领域

 本发明涉及汽车发动机开发技术领域，具体涉及一种基于计算机仿真计算的发动机冷却系统优化设计方法。

背景技术

发动机冷却系统的作用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作，并在外界温度低的时候，将冷却液吸收的热量用于乘员舱的取暖。发动机冷却系统台架与整车试验必须要到样机完成后才能开展，此时如果发现布置不当或者匹配不合理的情况，受布置空间限制，很多修改都不能实现，优化工作非常被动。因此在样机试制之前对发动机冷却系统性能进行预估并及时优化显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单、高效的发动机冷却系统优化设计方法，从而更好地指导发动机冷却系统的设计，以提高开发效率，节省试验成本。本发明所述的优化设计方法基于计算机仿真处理进行，应用流体动力学分析软件对冷却系统进行一维模拟以在设计初期模拟冷却系统的压力分布、流量分配以及温度分布等，进而通过参数优化得到最优化匹配的参数，并根据这些最优化参数来对冷却系统进行评价和改进以使其满足设计要求，整体方案路线是：设计部门首先提供给分析部门冷却系统总体布置形式、水泵、散热器、水套、暖风新体、膨胀箱以及连接油道的长度、直径、特性曲线等参数，分析部门根据这些参数，根据分析目的搭建恰当的模型，根据需要分析不同工况下冷却系统的工作状态，最后根据分析结果对系统进行评价与改进。由于从模拟中获取的信息比试验更全面，可以与试验互相验证、相互补充，因此通过本发明所述的方法能够在样机试制之前全面地对发动机冷却系统性能进行优化，使得样机完成后的发动机冷却系统能够处于最佳工作状态，极大的提高了效率。

本发明所述发动机冷却系统优化设计方法的具体技术方案如下：

一种发动机冷却系统优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）收集冷却系统部件的相关数据，并进行参数化处理；

（2）搭建一维冷却系统计算模型；

（3）结合边界条件和不同工况状态进行模拟计算；

（4）分析评价计算结果是否满足预期设计指标，当计算结果未达到预期设计指标时，对冷却系统相关部件进行优化设计，并重新执行步骤（1）-（4），当计算结果达到预期设计指标时，输出优化设计结果。

进一步的根据本发明所述的优化设计方法，其中所述步骤（1）中所述冷却系统部件包括发动机水泵、水套、散热器、节温器、暖风芯体、膨胀水箱以及连接管道。

进一步的根据本发明所述的优化设计方法，其中所述步骤（1）中的相关数据包括：水泵的特性曲线、管道的长度和直径、膨胀水箱尺寸、散热器与暖风芯体的换热特性、节温器的温升与温降开度曲线以及水套、散热器、暖风芯体、节温器的流阻特性和散热特性。

进一步的根据本发明所述的优化设计方法，其中所述步骤（2）进一步为：在一维流体动力学软件平台上，用通用阻力原件代替实际水套、散热器、暖风芯体和节温器的流阻特性；用转速-流量-扬程变化曲线代替实际的水泵特性；用长度、直径、导角参数代替实际的连接管道结构，将冷却系统模型搭建完整，并对冷却系统各部件参数进行填充完善。

进一步的根据本发明所述的优化设计方法，其中所述步骤（3）中所述工况包括冷却系统怠速工况、额定转速工况、最大扭矩点工况和全工况。

进一步的根据本发明所述的优化设计方法，其中所述步骤（3）中所述的模拟计算包括：对冷却系统怠速工况、额定转速工况、最大扭矩点工况和全工况进行稳态和/或瞬态模拟计算，计算过程为将步骤（1）中的参数化处理后的相关数据填入步骤（2）所建立模型中相应部件的参数表中，通过迭代计算来求解连续性方程、动量方程和能量方程。

进一步的根据本发明所述的优化设计方法，其中所述步骤（4）所述计算结果包括冷却系统的压力分布、流量分布和温度分布，分析评价过程包括分析评价流量、压力和温度是否满足预期设计指标。

进一步的根据本发明所述的优化设计方法，其中所述步骤（4）中，如果发动机冷却系统的压力或流量计算结果不符合预期设计指标，则通过修改冷却系统中的管道尺寸或者更换匹配部件对冷却系统进行优化，并重新执行步骤（1）-（4）直至冷却系统满足预期设计指标要求。