气动式汽车节温器的研究与开发

论文摘要

冷却系统是发动机的重要组成部分,对发动机的动力性、经济性和可靠性有较大影响。随着发动机转速和功率的不断提高,对冷却系统的要求也越来越高,因而各国对发动机冷却系统的设计与研究也愈来愈深入。而在冷却系统中,节温器起到了至关重要的作用。它主要作用是控制冷却水的循环线路,当温度较低时,节温器关闭,冷却水进行小循环以利于发动机温度迅速升高;当温度超过90℃时,节温器打开,冷却水进行大循环以使发动机温度降低。通过控制节温器阀门开口的程度,使发动机的温度达到动态平衡。本文首先对各种常见的节温器的工作原理及性能做了分析,指出了其存在的主要优缺点。在此基础之上对气动式节温器的结构进行了研究与设计。然后对感温溶液的选取过程进行了详细的分析。在各种常用的有机溶剂中,首先选定沸点在35℃—75℃之间的溶液,主要有乙醚、丙酮和乙醇。然后开发实验台,测定以上三种备选溶液的饱和蒸汽压与温度之间的关系。通过实验观察,选用丙酮溶液作为感温介质其活塞上升位移符合节温器的要求。通过对实验数据的拟合,得到丙酮溶液饱和蒸汽压与温度之间的函数关系,再根据胡克定律,算得了回位弹簧的刚度。在此基础之上,本文利用ANSYS对丙酮溶液建立温度场数学模型,从而得出了丙酮溶液随温度变化的响应时间。模拟计算结果表明丙酮的响应时间优于常用的石蜡介质。最后对膨胀膜片的密封性进行了分析,选择了合适的密封膜片,并计算出在这种丁基橡胶膜片密封环境下丙酮蒸汽的泄漏时间。本文是在总结国内外节温器的基础之上,提出了新型的气动式汽车节温器的构思,是对节温器的一个创新性探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 发动机冷却系统的概述
• 1.2 发动机冷却系统的基本组成部分及其作用
• 1.3 节温器在汽车冷却系统中的作用
• 1.4 选题背景及意义
• 1.5 国内外关于节温器的研究现状
• 1.6 本论文研究的主要内容
• 第二章 气动式节温器方案设计及具体实施过程
• 2.1 感温驱动部件方案的选择
• 2.2 节温器整体方案的确定
• 2.2.1 节温器结构组成的分析及材料选择
• 2.2.2 新型气动式节温器的工作过程
• 2.3 感温介质简介
• 2.4 气动式节温器的备选感温介质
• 2.5 最佳感温介质的确定
• 2.5.1 模拟节温器的静态实验
• 2.5.2 实验数据的整理与分析
• 2.5.3 实验总结
• 2.6 回位弹簧的设计与计算
• 2.6.1 丙酮温度与饱和蒸汽压的关系
• 2.6.2 基于最小二乘法的直线拟合
• 2.6.3 实验数据的修正及误差分析
• 2.6.4 回位弹簧的设计计算与校核
• 2.7 感温体壁厚设计及其强度校核
• 2.7.1 薄壁应力分析
• 2.7.2 第一强度理论
• 2.7.3 感温体壁厚设计及其强度校核
• 第三章 气动式节温器响应时间的分析
• 3.1 有限元法原理简介
• 3.2 温度场有限元法基本理论
• 3.2.1 热传导微分方程
• 3.2.2 初始条件和边界条件
• 3.3 感温介质模型的建立及网格的划分
• 3.4 感温介质响应时间的分析
• 3.5 计算结果及误差分析
• 第四章 密封的基本理论及膨胀膜片的选择
• 4.1 在合成树脂和橡胶中选择橡胶作为膜片材料
• 4.2 在橡胶类产品类选择丁基橡胶作为膜片材料
• 4.3 计算丁基橡胶膜片密封丙酮的泄漏时间
• 4.3.1 温度对透气系数的影响
• 4.3.2 薄膜特性对透气性的影响
• 4.3.3 结晶和填料对溶解度的影响
• 4.3.4 气体性质对扩散系数的影响
• 4.3.5 丙酮泄漏时间的计算
• 第五章 全文结论与课题展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 课题展望
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文
• 致谢