發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀

2012年3月14日，中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會受國家科學(xué)技術(shù)委員會委托，組織召開對ATS技術(shù)的”國家高新技術(shù)企業(yè)科技成果鑒定”會議，由方茂東、王秉剛、陳全世等九位著名專家組成的鑒定委員會一致認(rèn)為：ATS技術(shù)“總體技術(shù)達(dá)國際先進(jìn)水平”。

2009年，獲“影響中國客車業(yè)2009年度中國客車技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”

2011年，獲“2011第六屆中國國際客車大賽中國客車零部件技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”

2011年，獲“中國客車零部件創(chuàng)新獎(jiǎng)”

發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)的冷卻功率消耗，僅占發(fā)動機(jī)的有效功率的比率約為2%，功率消耗降低了80%。對應(yīng)于整車的燃料消耗降低率為≥5%。

1.技術(shù)原理

傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的”非溫控”、”非按需散熱”、”非獨(dú)立換熱器”等三個(gè)”三非”主要特點(diǎn)，是商用車輛燃耗高的主要原因。發(fā)動機(jī)智能冷卻系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)模擬了發(fā)動機(jī)臺架實(shí)驗(yàn)工況的水、氣溫度條件，將臺架試驗(yàn)時(shí)的良好條件”移植”到整車，使發(fā)動機(jī)在整車上得到良好應(yīng)用。同時(shí)，采用了低能耗的新型驅(qū)動管理技術(shù)，綜合降低了燃耗。

2.關(guān)鍵技術(shù)

（1）冷卻系統(tǒng)的產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，解決了困擾商用車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)的“二元換熱”理論數(shù)學(xué)模型問題。

（2）將發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)工況理想狀態(tài)，成功”移植”于整車使用，整車維持最佳水、氣溫度，提高發(fā)動機(jī)熱效。

（3）先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)、實(shí)時(shí)溫度控制策略和獨(dú)立換熱器布置型式。

（4）全數(shù)字化、閉環(huán)式的電控系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)方案，”PWM”脈寬調(diào)制波變頻控制技術(shù)、數(shù)字化傳感技術(shù)、“AVF”直流變頻、變壓、變流等變控技術(shù)。溫控方式ECU化、變頻化、實(shí)時(shí)化、恒溫化。

（5）專用高效換熱器設(shè)計(jì)技術(shù)。

3.工藝流程

工藝流程如圖1所示。

一、技術(shù)名稱：發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)

三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀

由于冷卻系統(tǒng)對于發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性具有綜合性的影響，發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)作為傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的升級換代新技術(shù)，不僅有效提升了發(fā)動機(jī)的性 能、降低了燃料消耗、污染排放總量和噪聲，而且具有成本低、效益好、安全可靠 等優(yōu)勢，因此必將得到廣泛推廣應(yīng)用。應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量3萬tce/a，CO2減排約8萬t/a。

應(yīng)用單位：北京公交集團(tuán)

技術(shù)提供單位：蘇州驛力機(jī)車科技股份有限公司

建設(shè)規(guī)模：1000臺公交車。主要技改內(nèi)容：通過在用車技術(shù)改造和更新車標(biāo)配，在公交車裝配采用發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)的冷卻裝置。已經(jīng)實(shí)施的情況：2009年在用車進(jìn)小批量技改換裝，一種車型換裝發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)的設(shè)備；2010年技改換裝量72臺，三種車型換裝發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)的設(shè)備；2011年技改換裝量612臺，采購新車標(biāo)配290臺，共八種車型換裝發(fā)動機(jī)智能冷卻技術(shù)的設(shè)備。建設(shè)期：2年。項(xiàng)目投資總額1025.8萬元，年節(jié)能量為1998噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益約829.6萬元，投資回收期約14個(gè)月

預(yù)計(jì)未來5年，該技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的推廣潛力可達(dá)到55%，預(yù)計(jì)總投入60億元，年節(jié)能能力141萬tce/a，減排能力373萬tCO2/a。 2100433B

《用于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的副水箱和發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)》涉及發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的副水箱和發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)。

薄膜冷卻　由液體推進(jìn)劑或氣體在受熱壁面上形成薄膜阻止燃?xì)庀虮诿鎮(zhèn)鳠岬睦鋮s方式分別稱為液膜冷卻或氣膜冷卻。液體火箭發(fā)動機(jī)的推力室在熱流密度最大的噴管喉部附近采用液膜冷卻，更多的是在噴注器周邊設(shè)置一圈低混合比的噴嘴或燃料直流射孔，在燃燒室內(nèi)壁面附近形成低溫邊區(qū)或薄膜，把中心區(qū)高溫燃?xì)馀c壁面隔開。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的渦輪葉片和火焰筒常用氣膜冷卻，葉片溫度可降低400～600°C。有的液體火箭發(fā)動機(jī)把渦輪排氣引入推力室噴管，對噴管內(nèi)壁進(jìn)行氣膜冷卻。

發(fā)汗冷卻 　也稱發(fā)散冷卻。受熱件用多孔材料制成，冷卻劑通過微孔滲出受熱表面把熱量帶走，同時(shí)在壁面上形成一層冷卻薄膜，有很好的冷卻效果。由于研制多孔材料比較困難，碳?xì)淙剂先紵蟮姆e碳容易堵塞微孔，這種冷卻方式未能廣泛應(yīng)用,僅用于液氧-液氫發(fā)動機(jī)噴注器面板的冷卻。

燒蝕冷卻 　廣泛用于固體火箭發(fā)動機(jī)的噴管（見燒蝕防熱、燒蝕材料）。還有一種自冷卻方式，機(jī)理與燒蝕冷卻類似，用多孔鎢作基體，滲入銀、銅、鋅等熔點(diǎn)較低的材料，遇熱時(shí)熔點(diǎn)低的材料升華逸出而起冷卻作用。基體鎢難熔耐蝕，能保持外形，適用于制作固體火箭發(fā)動機(jī)噴管喉襯。

輻射冷卻 　利用熾熱物體的熱輻射向外散熱。輻射冷卻一般用于火箭發(fā)動機(jī)中熱流密度較小的噴管延伸段、燃?xì)鉁囟容^低的燃?xì)獍l(fā)生器和單元推進(jìn)劑分解的推力室。活塞式發(fā)動機(jī)汽缸頭的黑色散熱片也起輻射散熱作用。提高輻射散熱效果主要靠選用耐高溫材料制造受熱零件；其次靠提高表面黑度，即在壁面上涂黑度0.85以上的高溫涂料。

隔熱層 　在受熱壁面上涂敷或粘貼導(dǎo)熱率低的耐高溫材料，減少燃?xì)庀虮趥鳠帷３Ｓ玫母魺岵牧先缪趸?、氧化鋁等適用于液體火箭發(fā)動機(jī)；石墨、碳化鎢、陶瓷等適用于固體火箭發(fā)動機(jī)；陶瓷、高溫隔熱漆、石棉等適用于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。

不同的冷卻方式可以分別使用，也可以同時(shí)使用。如液體火箭發(fā)動機(jī)的推力室同時(shí)采用對流冷卻和薄膜冷卻（見圖）；渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的渦輪葉片同時(shí)采用噴射冷卻和氣膜冷卻。

對流冷卻 　冷卻劑流過受熱零件壁面，靠對流傳熱將熱量帶走，如對著受熱壁面噴射冷卻劑以提高對流冷卻的效果（稱為噴射冷卻）。對流冷卻廣泛用于發(fā)動機(jī)的各種受熱零、組件。航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片采用空氣對流冷卻，可使葉片溫度降低200～250°C，液體火箭發(fā)動機(jī)的推力室用推進(jìn)劑的一種組元作為冷卻劑，使其流過冷卻套來冷卻室壁，然后進(jìn)入燃燒室參加燃燒，這種冷卻方式稱為再生冷卻。如果流過冷卻套的推進(jìn)劑由噴管末端一周小孔直接排出，則稱為排放冷卻。這種方法適用于以氫作冷卻劑的推力室，排放射流也能產(chǎn)生一部分推力。