基于Flowmaster2、AVL BOOST、AVL CRUISE等软件平台，笔者建立了可用于热管理研究的发动机热管理系统模拟分析平台，并应用该平台对某型增压中冷柴油机的热特性和冷启动特性进行了分析和优化，给出了降低排放的技术建议。传统基于部件/子系统的发动机传热控制研究与应用在发动机研制中取得了巨大成功，但随着对发动机性能要求的不断提高，传统的发动机传热研究已不能满足要求。

发动机系统一个部件、一个过程的改变都会造成多方面影响。整个发动机系统的高性能和稳定工作，是各系统相互匹配、平衡的结果。近年来发动机传热控制的研究方法由部件/子系统转为强调发动机系统整体，重视发动机传热与流动和能量转换过程的相互作用、相互影响，其关键技术为发动机热管理。

发动机热管理是从系统整体角度对发动机传热进行综合控制，达到有效散热和减少排放的目的，同时统筹发动机热量传递，提高发动机热效率并进行废热利用等。

发动机热管理与传统发动机冷却技术有着显著区别。从发动机冷却到发动机热管理，不仅是技术上的进步，更是管理、设计思想上的突破。发动机热管理技术已成为发动机节能、降低排放、功率强化、提高可靠性及寿命的重要措施。发动机热管理为一项系统工程，其研究的基本方法和手段为系统热流体分析。本文基于商业软件Flowmaster2、AVL BOOST、AVL CRUISE建立了可用于热管理研究的发动机热管理系统模拟分析平台，并利用该平台对某型增压中冷柴油机的热特性和冷启动特性进行了仿真研究。

系统模拟分析平台

1、平台功能发动机热管理所涉及的发动机系统包括发动机燃烧系统、进排气系统、燃油系统、冷却及润滑系统等，如图1所示。与传统的发动机工作过程分析相比，发动机系统模拟分析不仅模拟进排气及燃烧系统，还同时耦合模拟燃油系统、冷却及润滑系统，能考虑各子系统间的相互作用、相互影响。

发动机热管理系统模拟分析平台主要功能如下：

（1）发动机工作循环实时耦合模拟

平台可对发动机进排气及热力循环过程、燃油喷射过程、冷却水循环过程、润滑油循环过程等进行实时耦合模拟，并能够根据整车标准测试工况对发动机进行模拟。

（2）发动机排放特性分析平台通过对燃烧放热的模拟可分析不同工况下发动机的排放特性，同时也能对排放后处理（如催化转化器等）进行分析。

（3）发动机热特性分析平台能实时模拟缸内各处及增压中冷、冷却、润滑等子系统热流量及温度的变化情况，对发动机热特性进行分析。

（4）发动机各子系统匹配分析平台可对发动机进排气、燃油、冷却及润滑等子系统进行综合集成、整体优化。

2、平台系统模型及结构

平台利用Flowmaster2建立发动机燃油、冷却、润滑子系统模型，利用AVL BOOST建立发动机进排气与燃烧放热模型，并利用AVL CRUISE建立控制平台模拟发动机运行时的整车工况与台架试验工况（如图2-4所示）。

通过考虑各子系统的耦合关系，建立各子系统之间的耦合模型，采用软件联合仿真的方式沟通各子系统间的数据传递，实现各子系统的耦合分析。

3、平台验证

应用整体热流体分析平台，根据NEDC测试循环，我们对某V型6缸增压中冷发动机进行了计算。发动机出水口处冷却液温度变化计算结果与试验结果的比较如图5所示。计算结果与试验结果基本一致。

发动机热管理分析

1、发动机热特性分析利用所建立的发动机热管理系统模拟分析平台，根据美国高速公路循环测试工况，我们对某V型6缸增压中冷发动机的热特性进行了仿真分析。

测试循环中发动机气缸盖、气缸壁、活塞的热流量和温度变化如图6-8所示。气缸盖温度约200℃左右，其平均热流量约3.5kW；气缸壁温度则约125℃左右，其平均热流量约3kW；活塞温度波动较大，最高达到300℃，其平均热流量约4kW。

2、发动机冷启动特性分析

发动机冷启动特性分析主要考察发动机冷启动时间对排放特性的影响。在排放测试中，发动机在冷启动阶段排出了绝大部分污染物，例如在欧III测试循环中，对于一辆奔驰E240来说，其80％的HC化合物是在冷启动最初阶段40s内排出的。造成冷启动阶段排放污染物高的原因主要有两个：燃料的不完全燃烧、催化转化器未能发挥作用。缩短冷启动时间、尽快达到催化转化器的起燃温度，是降低发动机排放的有效措施之一。

由于冷却水泵由发动机曲轴带动，转速随发动机转速而变化，冷却液流动受发动机转速影响。若可控制冷却水泵在发动机冷启动阶段的转速，降低冷却水循环速率，则可缩短冷启动时间。我们采用独立式冷却水泵，发动机启动时水泵保持较低转速，使冷却液低速循环以保持发动机温度均匀，当发动机温度升高到一定程度时，提高水泵转速，对发动机进行冷却，分析结果如图9所示。

图10是采用非独立式水泵与独立式水泵时发动机出水口处冷却液温度变化情况。采用独立式水泵后，发动机从启动到节温器开始开启时间缩短70s左右，这样就可缩短催化转化器的起燃时间，降低排放。

小结

发动机热管理是从发动机系统整体角度对发动机传热进行综合控制，达到有效散热和减少排放的目的，同时统筹发动机热量传递，提高发动机热效率并进行废热利用等。

与传统的发动机工作过程分析比较，发动机系统模拟分析不仅模拟进排气及燃烧系统，还同时耦合模拟燃油系统、冷却及润滑系统，能考虑各子系统间的相互作用、相互影响。

发动机系统热流体分析为热管理研究的基本方法和手段。我们基于商业软件建立了国内第一个可用于热管理研究的发动机热管理系统模拟分析平台，并应用该平台对某型增压中冷柴油机的热特性和冷启动特性进行了模拟仿真优化。研究表明，缩短冷启动时间、尽快达到催化转化器的起燃温度，是降低发动机排放的有效措施之一。我们采用独立式水泵后，发动机从启动到节温器开始开启时间缩短，这样就可缩短催化转化器的起燃时间，从而可以降低排放。