高壓共軌電控柴油機(jī)ECU熱性能分析及優(yōu)化研究.pdf

1、柴油機(jī)電子控制單元(ECU)作為柴油機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其熱性能關(guān)系到整個(gè)柴油機(jī)系統(tǒng)是否能夠安全可靠的工作。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，ECU向著小型化、集成化等趨勢(shì)發(fā)展，溫度等熱性能成為影響ECU工作性能的主要因素。本文以某國(guó)產(chǎn)電控柴油機(jī)ECU為研究對(duì)象，研究了影響其溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力等熱性能的關(guān)鍵因素，并根據(jù)研究結(jié)果對(duì)ECU進(jìn)行了多方面的熱優(yōu)化分析。
　　本文應(yīng)用Pro/Engineer軟件建立了ECU的三維幾何模型;將模型導(dǎo)入熱分

2、析軟件Icepak中，通過劃分網(wǎng)格、確定材料參數(shù)與邊界條件等步驟，完成了ECU溫度場(chǎng)仿真分析模型;并應(yīng)用ANSYS Static Structural軟件建立了ECU熱應(yīng)力仿真分析模型;同時(shí)，搭建了ECU熱測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了ECU仿真分析模型的精確性。試驗(yàn)結(jié)果表明，模型仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的誤差較小，模型精確度較高。
　　基于所建立的熱分析模型，研究了ECU工況、環(huán)境溫度、高原環(huán)境等因素對(duì)于ECU溫度場(chǎng)的影響。研究了六

3、種柴油機(jī)典型工況下的ECU溫度場(chǎng);研究了不同工作環(huán)境溫度及海拔高度對(duì)ECU溫度場(chǎng)的影響，研究表明，ECU溫度隨環(huán)境溫度的上升呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，而海拔高度每上升1000m，ECU溫度均降低5.86-6.16℃。
　　通過仿真計(jì)算研究了PCB基材材料屬性、固定約束位置以及環(huán)境溫度對(duì)ECU熱應(yīng)力及熱變形的影響。研究表明，PCB板的最大熱應(yīng)力及最大熱變形量都與基板材料的熱膨脹系數(shù)呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，且最大熱應(yīng)力點(diǎn)通常出現(xiàn)在固定約束位置附近;環(huán)境

4、溫度為常溫時(shí)，ECU的熱應(yīng)力及熱變形量處于最小值，常溫以上的升溫膨脹過程和常溫以下的降溫收縮過程都會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力及熱變形量增大。
　　本文完成了ECU熱性能優(yōu)化分析與樣件試驗(yàn)。針對(duì)工作過程中高溫的ECU元器件的位置提出了三種優(yōu)化改進(jìn)布局，并通過仿真分析確定了最優(yōu)方案;通過仿真分析，對(duì)比了ECU殼體在柴油與空氣兩種冷卻介質(zhì)下的對(duì)流散熱效果;改進(jìn)了ECU外殼散熱結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)了散熱肋片布局，優(yōu)化后的ECU殼體溫度降低了3.5-5℃，且降