发动机排气系统的热害评估方法和装置与制造工艺

文档序号:11155671
发动机排气系统的热害评估方法和装置与制造工艺
本发明涉及汽车技术领域,特别涉及一种发动机排气系统的热害评估方法和装置。

背景技术:
在车辆使用过程中,由于发动机的排气温度比较高,会对其周围的部件产生热害问题,严重影响车辆的使用寿命,所以在车辆开发阶段,需要对车辆排气系统周围的部件进行热害评估。相关技术中,通过CAE(ComputerAidedEngineering,计算机辅助工程)进行仿真分析,但由于工作量大、时间周期长、计算复杂等因素无法满足对热害问题的快速分析,且测试实验样车受时效、成本、周期等限制无法满足车辆开发的工程要求。

技术实现要素:
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种发动机排气系统的热害评估方法,该方法简化了车辆热管理中复杂的三维CAE仿真分析,避免了无样车阶段的无法实验测量的矛盾,并且避免了高昂的实验费用。本发明的另一个目的在于提出一种发动机排气系统的热害评估装置。为实现上述目的,本发明一方面实施例提出了一种发动机排气系统的热害评估方法,包括以下步骤:获取设定转速工况下发动机的排气参数;根据所述排气参数和所述排气系统中热源部件的尺寸结构参数计算所述热源部件的表面温度分布信息;以及根据热害部件的位置和材料参数以及与所述热害部件对应的热源部件的表面温度分布信息计算所述热害部件的受热温度,以对所述热害部件进行热害评估。根据本发明实施例的发动机排气系统的热害评估方法,首先,获取设定转速工况下发动机的排气参数,然后,根据排气参数和排气系统中热源部件的尺寸结构参数计算热源部件的表面温度分布信息,最后,根据热害部件的位置和材料参数以及与热害部件对应的热源部件的表面温度分布信息计算热害部件的受热温度,以对热害部件进行热害评估。该方法不仅能够实现对热害部件的可靠评估,而且简化了车辆热管理中复杂的三维CAE仿真分析,避免了无样车阶段的无法实验测量的矛盾,并且避免了高昂的实验费用。根据本发明的一个实施例,所述排气参数包括所述排气系统入口处的排气温度、排气流量、排气压力和排气成分以及所述排气系统出口处的排气温度、排气流量、排气压力和排气成分。根据本发明的一个实施例,所述热源部件包括排气管、消声器、催化器、隔热罩、风扇中的一种或多种,所述热源部件的尺寸结构参数包括外形尺寸、内部结构尺寸、管壁厚度以及材料物性,所述热害部件包括吊耳、线束、ABS(AntilockBrakeSystem,制动防抱死系统)、油管、防火墙、护套、传动轴油封、转向机、拉线、油底壳中的一种或多种,所述热害部件的材料参数包括尺寸以及材料物性。根据本发明的一个实施例,通过热对流和热传导公式计算所述热源部件的表面温度分布信息,其中,所述热对流和热传导公式分别为:其中,q为排气与所述热源部件的对流换热量,h为所述热源部件的换热系数,tf为排气温度,tw所述热源部件的表面温度,φ为所述热源部件的导热速率,λ1为所述热源部件的导热系数,A1为所述热源部件的导热面积,为温度梯度。根据本发明的一个实施例,通过辐射受热量公式和强制对流放热公式计算所述热害部件的受热温度,其中,所述辐射受热量公式和所述强制对流放热公式分别为:其中,Q1为辐射受热量,A2为所述热害的表面积,d1为所述热源部件的长度,d2所述热害部件的长度,σ辐射常数,T1所述热源部件的表面温度,T2为所述热害部件的受热温度,F12角系数,ε1为所述热源部件的发射率,ε2所述热害部件的发射率,Q2为强制对流放热量,λ为空气导热系数,U∞为环境空气的对流速度,T∞为周围环境温度,υ空气粘性系数。为实现上述目的,本发明另一方面实施例提出的一种发动机排气系统的热害评估装置,包括:获取模块,用于获取设定转速工况下发动机的排气参数;第一计算模块,用于根据所述排气参数和所述排气系统中热源部件的尺寸结构参数计算所述热源部件的表面温度分布信息;以及第二计算模块,用于根据热害部件的位置和材料参数以及与所述热害部件对应的热源部件的表面温度分布信息计算所述热害部件的受热温度,以对所述热害部件进行热害评估。根据本发明实施例的发动机排气系统的热害评估装置,首先,通过获取模块获取设定转速工况下发动机的排气参数,然后,第一计算模块根据排气参数和排气系统中热源部件的尺寸结构参数计算热源部件的表面温度分布信息,最后,第二计算模块根据热害部件的位置和材料参数以及与热害部件对应的热源部件的表面温度分布信息计算热害部件的受热温度,以对热害部件进行热害评估。该装置不仅能够实现对热害部件的可靠评估,而且简化了车辆热管理中复杂的三维CAE仿真分析,避免了无样车阶段的无法实验测量的矛盾,并且避免了高昂的实验费用。根据本发明的一个实施例,所述排气参数包括所述排气系统入口处的排气温度、排气流量、排气压力和排气成分以及所述排气系统出口处的排气温度、排气流量、排气压力和排气成分。根据本发明的一个实施例,所述热源部件包括排气管、消声器、催化器、隔热罩、风扇中的一种或多种,所述热源部件的尺寸结构参数包括外形尺寸、内部结构尺寸、管壁厚度以及材料物性,所述热害部件包括吊耳、线束、ABS、油管、防火墙、护套、传动轴油封、转向机、拉线、油底壳中的一种或多种,所述热害部件的材料参数包括尺寸以及材料物性。根据本发明的一个实施例,所述第一计算模块通过热对流和热传导公式计算所述热源部件的表面温度分布信息,其中,所述热对流和热传导公式分别为:其中,q为排气与所述热源部件的对流换热量,h为所述热源部件的换热系数,tf为排气温度,tw所述热源部件的表面温度,φ为所述热源部件的导热速率,λ1为所述热源部件的导热系数,A1为所述热源部件的导热面积,为温度梯度。根据本发明的一个实施例,所述第二计算模块通过辐射受热量公式和强制对流放热公式计算所述热害部件的受热温度,其中,所述辐射受热量公式和所述强制对流放热公式分别为:其中,Q1为辐射受热量,A2为所述热害的表面积,d1为所述热源部件的长度,d2所述热害部件的长度,σ辐射常数,T1所述热源部件的表面温度,T2为所述热害部件的受热温度,F12角系数,ε1为所述热源部件的发射率,ε2所述热害部件的发射率,Q2为强制对流放热量,λ为空气导热系数,U∞为环境空气的对流速度,T∞为周围环境温度,υ空气粘性系数。附图说明图1是根据本发明实施例的发动机排气系统的热害评估方法的流程图;图2是根据本发明一个实施例的发动机排气系统的热害评估的测试平台;图3是根据本发明一个实施例的热害部件受热温度计算程序的运行界面;图4是根据本发明一个实施例的热源部件与热害部件的示意图;图5是根据本发明一个实施例的消声器与吊耳之间加装隔热板的示意图;图6是根据本发明一个实施例的加装隔热板后进行验证的计算程序的运行界面;以及图7是根据本发明实施例的发动机排气系统的热害评估装置的方框图。附图标记:发动机1、入口处的流量计2、入口处的温度传感器3、入口处的压力传感器4、出口处的温度传感器5、出口处的压力传感器6、出口处的流量计7、催化格栅8、出口处的烟气分析仪9、入口处的烟气分析仪10、排气测量箱11、连通管12、数据计算机13、吊耳14、消音器15、周围气流16、隔...
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