增压发动机热试台冷却循环改造与性能验证

王鹏 周围 孙宇 王静

摘 要：文章针对布置在增压发动机节气门前的中冷器机型介绍了一种热试台水循环改造方法，完成了中冷器的冷却循环系统在原有热试台冷却循环系统上的集成，以及发动机在冷却水加注、循环和排出时的控制策略，改造方法满足了发动机冷却水和进气中冷器冷却水的同步循环功能。最终通过发动机标准样机在热试台上运行的性能验证，确定了台架水循环改造的有效性。

关键词：发动机热试台;中冷器;增压发动机;冷却循环系统

中图分类号：U464  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）21-119-03

Abstract： This article introduces a method of hot test bench cooling water circulation modification for the turbo-charged engine intercooler. Typically， the engine intercooler placed in front of the throttle. It completed the integration of the intercooler cooling circulation system on the original hot test bench cooling circulation， and the control strategy of cooling water filling， circulation and discharge. The modification method meets the synchronous circulation function of engine cooling water and charged-air intercooler cooling water. Finally， the effectiveness of water circulation modification is confirmed through the performance verification test of the standard sample engine on the hot test bench.

Keywords： Engine hot test bench; Intercooler; Charged-air engine; Cooling circulation system

CLC NO.： U464  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）21-119-03

引言

發动机的台架试验是检测发动机性能指标及可靠性的重要环节[1]。而发动机台架冷却系统是保证发动机正常工作的重要组成部分[2]。对于发动机热测试验台架，增压发动机的冷却主要包括，发动机自身冷却和经过涡轮增压后的进气空气冷却。而随着发动机进气中冷器的不断发展，也在逐步由布置在整车前端的风冷进气中冷器发展到直接装配在发动机节气门前的水冷式进气中冷器。面对产品的发展变更，本文在已有发动机热台架冷却系统基础上，集成了进气中冷器的冷却循环管路系统，实现了两个循环同步运行，有效的保障了发动机性能测试，为今后发动机试验台架冷却循环相关的问题提供一种思路和解决方法。

1 发动机的水循环系统要求

解决热试台架中冷循环问题，先分析发动机的水循环系统要求，然后进行热试台架的水循环系统设计，最后进行试验验证。

1.1 发动机中冷器的冷却要求

增压发动机的冷却主要是发动机自身冷却和增压空气的冷却需求。试验台架的冷却水循环系统可以根据发动机在整车上的冷却系统作为参考。如图1，增压发动机在整车中的中冷循环。

因为测试台架可以方便的提供水冷介质，所以热试台架使用水冷换热器替代风冷换热器。为了保证热试的测试节拍，减少暖机时间，发动机冷却水预热在55度。而增压空气要求将进气温度冷却到26度左右，为了实现冷却水加注过程的同步运行，所以需要通过低温介质冷冻水进行换热。

综上分析，可以拟定增压空气中冷器水循环和发动机水循环需要同时加注冷却液，但之后发动机运转过程中需要不同的换热器冷却并将两个封闭的循环冷却到要求的温度。

1.2 发动机水循环的接口连接方案

图2所示，根据发动机上的8个水路接口的作用和流向，本文设计了发动机与试验台架冷却水循环的连接方案。发动机端的连接接口可以在整车找到相应接头，配合耐压耐温胶管和快捷接头，将发动机全部水循环接口连接到试验台接口，从而实现了发动机冷却循环和试验台架冷却循环的对接。

2 热试台架端的水循环系统设计

2.1 热试台架端管路设计

利用已有的布置在试验台架介质供给层的发动机冷却水水箱和布置在测试台架负一层的发动机冷却水箱，在测试台架内部设计如图3所示管路系统。发动机在加注冷却水时，由顶端的发动机冷却水箱水泵1，将冷却液加注到测试台架内部的发动机中冷器与试验台中冷器之间的循环系统中。其中的膨胀水箱起到了保压和加注过程的排气放空及发动机运行过程中的补液作用。发动机在运行时，试验台换热器1和发动机中冷器之间的循环封闭，并且由试验台提供12度的低温冷冻水对此循环冷却。同时，在低温冷冻水供给管路中设置开度阀11来实现对循环温度的控制。在发动机排出冷却液时，通过膨胀水箱1的压缩空气将原本封闭的循环系统内的冷却液排出到测试台负一层冷却水水箱。当负一层冷却水到达水箱高液位时，负一层冷却水水泵2会将发动机冷却液泵回到介质供给层的发动机冷却水水箱。以此，实现了热测试台架上的进气中冷器水循环过程。

2.2 热试台架端水循环控制策略

热试台架水循环的控制策略要求在发动机加注、运行、排出冷却水的同时完成进气中冷器水循环的相同过程，既两个循环系统需要共同加注，封闭独立循环，同时排出冷却水。结合图4 所示，热试台架发动机冷却循环管路，本文设计了如下控制策略。

所有阀门为常闭阀门，当冷却水加注时，泵1启动，图3中冷循环中的阀4，5，6，7，9打开，膨胀水箱1为封闭状态;图4发动机冷却循环中的阀18，20，21打开，开度阀16开度50%，膨胀水箱2为封闭状态。目的是，将两个循环中充满发动机冷却水。之后，图3中冷循环中的阀4，5，6，7，打开，阀9关闭，膨胀水箱1为防空状态;图4发动机冷却循环中的阀18，20打开，阀21关闭，开度阀16开度50%，膨胀水箱2为放空状态。目的是，将两个循环内的气体从处在高点的膨胀水箱全部排出。当冷却水水位到达膨胀水箱设计的液位传感器处时，中冷循环中的阀6，7打开，膨胀水箱1上压缩空气加压到0.5bar;發动机冷却循环中阀18，19打开，开度阀16开度50%，膨胀水箱2上压缩空气加压到0.5bar。至此，加注过程完成。发动机在测试过程中，两循环独立运行，中冷循环通过图3中的开度阀11控制中冷后进气温度;发动机冷却循环通过图4中的开度阀16控制发动机水温。在测试完成后，通过膨胀水箱上接通持续的压缩空气吹扫，将冷却水同步排出到负一层冷却水水箱。

3 热试台架改造性能验证

本文在完成热测试试验台架水循环改造的基础上对此改造进行了发动机性能验证试验。如图5，6，7，本文将某款增压发动机作为标准样机在完成水循环改造的台架上运行，通过得到的发动机性能曲线和该发动机标准性能限值对比，可以判断本次水循环改造是否满足测试需求。从图中可以看出，该发动机功率在4000r/m至6000r/m可达到155KW，扭矩在2000r/m至4000r/m可以到达350Nm，中冷器后进气温度基本在26度附近。故本文对试验台架的水循环改造满足发动机测试需求。

参考文献

[1] 廖明明，林伟键.发动机台架试验浅析[J].装备制造技术，2010（4）： 167-169.

[2] 蒋受宝，蒋绍坚，曾红武.发动机台架试验冷却系统的设计[J].小型内燃机与摩托车2007，36，（3）：45-47.