摘要：煤矿井下通风性差、车辆行驶速度低，极易导致防爆发动机高温现象发生，本文基于重型车辆防爆发动机舱的布局现状，对舱体内的主要热源进行实时监控，得到发动机舱内相关温度数据，针对主要热源进行局部的改造，并对改造后的发动机舱温度进行试验，最终对试验结果进行对比分析，证明了优化设计的正确性，进而指导对发动机舱内热源与部件的布局，改善发动机舱的散热性能。

关键词：发动机舱;散热分析;发动机试验;仿真对比

1 引言

为满足长距离、大坡度工况下的运行要求，矿用重型车辆几乎全部采用大功率防爆发动机，大功率防爆发动机的应用对提高车辆重载大坡度的动力性能起到了关键性作用。然而当重型车辆长时间处于重载大坡度爬坡工况时，由于动力系统长期处于高负荷运行状态，极易导致防爆发动机热负荷高、发热量大，对发动机冷却系统造成沉重的负担。发动机舱作为发动机系统的主要散热系统，其散热性能的好坏直接决定着防爆发动机散热性能的优劣，影响着整车的运行可靠性、安全性。因此对发动机舱进行热管理分析，对改善矿用重型车辆发动机舱的散热条件，提高动力系统工作效率和可靠性具有重大意义。

尽管我国在防爆发动机设计方面具备很强的技术经验，但是长久以来，对于重型车辆发动机舱的散热性能仍然是依赖经验设计，在整车制造完成前并未对发动机舱的散热性能进行准确计算，导致发动机舱的散热性能无法准确衡量。

2 仿真分析

为更好地解决柴油机散热问题，避免因柴油机高温保护导致的停机等一系列影响，选择模拟柴油機大坡度重载工况下，对其防爆系统进行了散热分析。结合相关软件，输入散热系统元部件参数及防爆柴油机散热量计算方法，对柴油机散热系统进行了流固耦合仿真分析，并通过试验对其分析结果进行了验证，试验模拟井下环境，设置环境温度为33℃。

防爆柴油机理论散热量为：

其中：

η—传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，对柴油机η取0.18～0.25;

—内燃机燃料消耗率，kg/kW·h;

—内燃机功率，kW;

—燃料低热值，kJ/kg;

图3-12  柴油机舱网格划分

3、试验研究

防爆柴油机采用单体泵电控喷油技术。由发动机控制单元（ECU）控制燃油喷射时刻、喷射脉宽和喷射规律。电控技术可实现喷油定时可变。喷油提前角的大小对柴油机运行状况影响很大，燃油消耗率、排放指标、热平衡等参数相互影响，在合理控制燃油消耗的基础上，有效优化排放指标及热平衡至关重要。项目针对相关工况，通过台架试验获得最佳喷油提前角的变化规律，实现在满足国三排放的基础上，取得较低的燃油消耗率和良好的热平衡。发动机系统热平衡试验及优化后的喷油规律见图3-1、图3-2所示。

1）实验设备

测试车道路实验所用的温度测试仪器包括三种温度范围 K 型温度传感器、十六通道数据采集模块、红外成像仪、电源线、高温胶带以及卡箍及扎丝等固定工具。

结合仿真及试验数据，最终在分析得到的易高温位置设计加装了隔热罩，处理后最高温降低10℃左右，可满足整机的使用条件。

5、结语

基于CFD分析和试验方法，研究了发动机舱内各位置的温度信息，通过对发动机舱进行优化设计，得到优化前后的数据对比信息，证明优化后结果满足设计要求。

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作者简介：任肖利（1987-），男，山西忻州人，硕士，现从事煤矿机械设计研发工作。