車用發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)研究進(jìn)展

滕懷鈺，劉佳鑫,2，邢夢龍，田騰飛

(1.華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

隨著社會與科技的發(fā)展，人們對于汽車的需求量愈來愈大，這也就促使汽車發(fā)動機(jī)的強(qiáng)度不斷上升。而冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化可以使發(fā)動機(jī)的溫度保持在合理的區(qū)間內(nèi)，既可以避免因冷卻不足造成的發(fā)動機(jī)過熱現(xiàn)象，還可以防止因冷卻過度造成的散熱量過多等問題。

基于近年來國內(nèi)外研究者對于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究成果，本研究將從各類冷卻系統(tǒng)分析方法及應(yīng)用、多種方法綜合應(yīng)用以及新型冷卻系統(tǒng)的開發(fā)與研究的角度分別進(jìn)行論述，從而明確發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

1 冷卻系統(tǒng)研究方法及應(yīng)用

1.1 試驗(yàn)分析法

試驗(yàn)分析法是針對在試驗(yàn)或者理論分析中出現(xiàn)的不合理的問題，設(shè)計(jì)一個甚至多個方案，對問題中所涉及冷卻系統(tǒng)的部件的性能參數(shù)或者布置方式進(jìn)行改進(jìn)，必要時還可以通過加裝其他部件協(xié)助冷卻系統(tǒng)進(jìn)行高效工作，從而達(dá)到優(yōu)化的目的，有著較強(qiáng)的直接性和目的性，因此被國內(nèi)外研究者廣泛運(yùn)用于冷卻系統(tǒng)各部件的探究。除此之外，針對于冷卻劑的研究，研究者們也通常使用試驗(yàn)分析法來對比不同冷卻劑之間的優(yōu)勢與不足。試驗(yàn)分析法主要應(yīng)用于性能參數(shù)的研究、布局方式的研究、加裝部件的研究以及冷卻劑的優(yōu)化研究。

很多研究者應(yīng)用該法對冷卻系統(tǒng)中部件的性能參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。要長東針對某重載汽車風(fēng)扇的形式、葉片類型及數(shù)量進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)速對比試驗(yàn)從而確定了該車?yán)鋮s風(fēng)扇的最優(yōu)幾何特征[1]。閆振通過增加某支架搬運(yùn)車散熱面積至合適大小，使發(fā)動機(jī)水溫維持在80～94 ℃，隨后經(jīng)過分析計(jì)算最終確定了合適的散熱面積[2]。張淼針對散熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，確定了冷卻管數(shù)、管帶數(shù)和實(shí)際散熱面積的最佳值[3]。不同于前者，Haimin Shi利用四種不同的風(fēng)扇罩結(jié)構(gòu)對多風(fēng)扇冷卻模塊的傳熱性能進(jìn)行了測試，從而確定了多扇冷卻模塊的最佳葉冠結(jié)構(gòu)，使得該冷卻模塊的整體性能得以提高，并利用試驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性[4]。Mahmoud Khaled則是利用59個熱電偶，運(yùn)用PIV和LDV等技術(shù)模擬冷卻風(fēng)扇運(yùn)行時減速和熱浸相的條件進(jìn)行了探究，并最終將該方案應(yīng)用于實(shí)際車輛冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)[5]。針對散熱器的選材問題，Raju Jadar等探討了不同翅片材料對汽車散熱器對流傳熱系數(shù)的影響，并通過試驗(yàn)分析得出使用納米技術(shù)集成的散熱片材料代替鋁板可以增加對流換熱效率的結(jié)論[6]。

布局方式的改進(jìn)可以宏觀調(diào)整各部件之間的相對位置，從而使冷卻系統(tǒng)具有高效的工作環(huán)境。劉潔等通過調(diào)整冷卻風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩之間的相對位置，計(jì)算風(fēng)扇噪聲風(fēng)速比，最終有效地降低了風(fēng)扇的噪聲風(fēng)速比，同時提升了冷卻風(fēng)扇的性能[7]。梁曉林則是從特種車輛的低溫、中溫、高溫3個散熱器的布置方式出發(fā)，結(jié)合GT-Suite汽車仿真分析軟件對不同的方案進(jìn)行仿真研究，發(fā)現(xiàn)散熱器左右并列式布置效果最佳[8]。

在某些情況下，冷卻系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和布局方式的改進(jìn)具有一定難度，或者對于系統(tǒng)整體工作效率的提升不是很明顯，因此部分國內(nèi)外研究者在系統(tǒng)原裝部件的基礎(chǔ)上，采用加裝部件的方法促使系統(tǒng)高效率工作。胡遠(yuǎn)忠等首先針對進(jìn)氣格柵的進(jìn)風(fēng)角度、上下進(jìn)氣格柵間的結(jié)構(gòu)、散熱器阻流板等進(jìn)行分析研究，最終提出加裝導(dǎo)流板來提升冷卻系統(tǒng)效率[9]。錢堯一對其設(shè)計(jì)的3種采用絕熱擋風(fēng)板的方案運(yùn)用CFX進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)在保證散熱器進(jìn)風(fēng)端冷卻風(fēng)溫度低、流量大的前提下，選用豎直絕熱擋風(fēng)板最佳[10]。Roberto Cipollone等設(shè)計(jì)了一種滑動葉片旋轉(zhuǎn)泵，將其應(yīng)用于車輛發(fā)動機(jī)進(jìn)行測試，并與原機(jī)械式冷卻泵進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)其消耗的機(jī)械能有所降低[11]。Hadi Ghasemi Zavaragh 等在冷卻劑進(jìn)口到發(fā)動機(jī)的間隙建立了一個可根據(jù)流量調(diào)節(jié)的恒壓空氣注入機(jī)構(gòu)，通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)該方法可以使發(fā)動機(jī)部件快速加熱，且可以使傳熱與冷卻的能力增強(qiáng)[12]。

基于納米流體技術(shù)的發(fā)展，GurpreetSingh Sokhal等制備了不同濃度的水基氧化銅納米流體，并對不同輸入?yún)?shù)下的傳熱和壓降性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究并取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果[13]。Dattatraya G.Subhedar，Beriache M’hamed和C.Selvam等均利用乙二醇-水的納米流體冷卻劑進(jìn)行冷卻系統(tǒng)傳熱效率優(yōu)化試驗(yàn)[14-16]，不同的是，Dattatraya G.Subhedar和Beriache M’hamed等是利用乙二醇-水的納米流體冷卻劑與傳統(tǒng)冷卻劑進(jìn)行試驗(yàn)分析對比，而C.Selvam等是針對乙二醇-水的納米流體冷卻劑，研究加入不同數(shù)量的石墨烯顆粒對其換熱系數(shù)和壓降等性能參數(shù)的影響。

從以上研究成果可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)分析法具有可以直接“對癥下藥”的優(yōu)點(diǎn)，但是由于缺少對改進(jìn)方案的定性分析，通常需要對多個改進(jìn)方案進(jìn)行分析對比才能得到最佳方案，工作量相對過多。

1.2 一維、三維及聯(lián)合仿真法

仿真分析法主要包括一維仿真(Flowmaster,GT-Cool等)、三維仿真(Fluent,Fire等)及一維三維聯(lián)合仿真。一維仿真雖然可以很快得到計(jì)算結(jié)果，但得不到精確的細(xì)節(jié)，對計(jì)算機(jī)硬件的要求不是很高；三維仿真則是需要高配置的計(jì)算機(jī)來應(yīng)對龐大的計(jì)算量和眾多的邊界條件，但可以得到更多的仿真細(xì)節(jié)。如果將二者結(jié)合起來進(jìn)行仿真研究，則可以大幅提升工作效率，該方法同樣廣泛使用于冷卻系統(tǒng)各部件的研究。

黃文雪和劉峰均利用Flowmaster軟件對汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)建立了一維仿真模型[17-18]。黃文雪通過一維仿真模型發(fā)現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)能力不足的問題所在，并設(shè)計(jì)改進(jìn)方案解決了問題[17]。劉峰則是利用一維仿真模型進(jìn)行2個冷卻系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)方案的對比分析，著重分析了冷卻液流量分布的均衡性，確定了最終的改進(jìn)方案[18]。惠昭晨與李朝陽同樣運(yùn)用了Flowmaster對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過對冷卻水套進(jìn)行一維建模并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而提升了冷卻水套的性能[19-20]。

不同于一維仿真，三維仿真需要大量的計(jì)算與邊界條件，因此其仿真結(jié)果往往精確度比較高且適用范圍更廣。陳彬彬等通過利用Fluent等軟件建立了風(fēng)扇風(fēng)道與風(fēng)室的模型并進(jìn)行了一系列分析，得到了風(fēng)扇性能與其結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝位置的關(guān)系[21]。劉佳鑫等對于散熱器模塊提出了3種改進(jìn)方案，并在建立了動力艙的三維模型的情況下對虛擬風(fēng)洞進(jìn)行仿真分析，從而完成了對改進(jìn)方案的評估[22]。唐彪與王天宇在多學(xué)科優(yōu)化平臺Isight上利用Fluent流體分析軟件針對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究，王天宇搭配非支配排序遺傳算法對冷卻風(fēng)扇進(jìn)行了改進(jìn)[23]，而唐彪另外集成了Mathlab，Pro/E等軟件對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究，運(yùn)用近似模型與近似計(jì)算的理論代替三維仿真進(jìn)行優(yōu)化，最后用CFD仿真計(jì)算校核優(yōu)化成果，計(jì)算量大大減少且提高了風(fēng)扇的工作效率[24]。田海勇等則是首先繪制了風(fēng)扇的散熱特性曲線，提出了導(dǎo)風(fēng)罩外形優(yōu)化方案并討論了風(fēng)扇與散熱器芯子的最優(yōu)距離，隨后應(yīng)用Fluent軟件進(jìn)行仿真并對改進(jìn)方案進(jìn)行了分析論證[25]。

考慮到一維和三維仿真各自的缺點(diǎn)，通過聯(lián)合仿真可以將二者有機(jī)地結(jié)合起來，使得仿真工作的效率與分析結(jié)果的精確率有所提高。江全軍利用GT-Suite和CFD軟件建立了某自卸車一維三維耦合模型，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)模型能夠很好地重現(xiàn)自卸車的工作狀態(tài)，為冷卻系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供了一個良好的平臺[26]。冉凱等首先建立一維模型和三維云圖對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，隨后采用轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)和實(shí)車行駛試驗(yàn)兩種方案來驗(yàn)證一維三維聯(lián)合仿真分析的有效性[27]。黃昌瑞等在確定了零件參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用了一維模擬及整機(jī)水套三維CFD模擬計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法使該發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)性能得到了改善[28]。Chunhui Zhang和Mesbah Uddin等在進(jìn)行全車CFD模擬的基礎(chǔ)上，分析了前格柵開孔尺寸和發(fā)動機(jī)氣動裝置對冷卻阻力和散熱器性能的影響，從而提出提升散熱器整體性能的方案[29]。

從上述分析可知，一維三維數(shù)值模擬仿真技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，設(shè)計(jì)與開發(fā)人員可以首先將設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證其合理性，隨后針對性地進(jìn)行下一步研究，在提升了工作效率的同時，增加了結(jié)果的精確性。

1.3 流固耦合仿真法

近年發(fā)展形成的流固耦合仿真法可以有效解決單獨(dú)研究固體和流體流動時邊界條件無法準(zhǔn)確確定的問題。流固耦合分為順序耦合與整體耦合。相比于順序耦合，整體耦合則可以將缸內(nèi)工作狀態(tài)與燃燒室部件和水套建立耦合關(guān)系從而進(jìn)行模擬分析。目前該方法多應(yīng)用于冷卻部件與冷卻介質(zhì)的研究[30]。

高翔等針對某8缸柴油機(jī)，加入進(jìn)、排氣進(jìn)行氣-液-固三相耦合分析，從而得到缸蓋和水套的溫度場，發(fā)現(xiàn)該結(jié)果與不考慮進(jìn)、排氣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不符，更接近于試驗(yàn)值，驗(yàn)證了流固耦合仿真計(jì)算的有效性和準(zhǔn)確性[31]。

鑒于該方法的諸多優(yōu)勢，一部分研究者將其用于對冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)研究中。張煥宇和李軍等通過對冷卻水套進(jìn)行流固耦合仿真分析，針對缸蓋、缸套的結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，從而改善了缸蓋、缸套的性能以及水套冷卻液的流動性[32-33]。唐剛志則是針對發(fā)動機(jī)的氣缸蓋提出了3種改進(jìn)方案，對該3種方案進(jìn)行流固耦合仿真分析，最終得到了最優(yōu)方案[34]。基于不影響泵送效率和提高傳熱效率的角度，Hardik V Patel對不同質(zhì)量流量的基于水的CuO納米流體流經(jīng)散熱器的情況進(jìn)行傳熱評價，并基于試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化了散熱器的尺寸，達(dá)到了預(yù)期效果[35]。S.H.Habibian研究了加入不同體積的防凍劑對百葉窗和矩形渦發(fā)生器翅片性能的影響，并模擬了添加氧化銅和氧化鋁納米顆粒對旋轉(zhuǎn)和矩形渦發(fā)生器傳熱的影響，結(jié)果表明加入防凍劑會降低傳熱效率，但是添加氧化銅和氧化鋁納米顆粒可以補(bǔ)償防凍劑放熱帶來的負(fù)作用，且相對于純水可以提高傳熱效率[36]。類似地，M.Hatami對于含有2種不同形狀的氫基流體和4種不同形狀的納米顆粒，以4種不同的雷諾數(shù)納米流體在扁管散熱器中分別進(jìn)行模擬，計(jì)算了不同形狀納米顆粒下納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)，討論了納米顆粒體積分?jǐn)?shù)對納米顆粒努塞爾數(shù)的影響，為納米流體的選擇提供了依據(jù)[37]。

流固耦合傳熱仿真法是將流體與固體的傳熱過程融合成一個總的傳熱過程后求解，使流體與固體的外邊界轉(zhuǎn)化成內(nèi)部耦合界面進(jìn)行計(jì)算，從而使仿真結(jié)果更趨近于實(shí)際。

1.4 數(shù)學(xué)規(guī)劃與智能控制法

相比于一維三維仿真法和流固耦合仿真法，數(shù)學(xué)規(guī)劃與智能控制法是一種抽象性較強(qiáng)的分析方法。研究人員可通過數(shù)據(jù)控制、模糊控制、數(shù)學(xué)模型的建立甚至有向圖等手段對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。由于該方法需要大量計(jì)算和分析，具有一定的抽象性與很強(qiáng)的數(shù)學(xué)思維，因此使用頻率不是很高。

冉光政等基于系統(tǒng)內(nèi)熱部件的散熱特點(diǎn)與系統(tǒng)調(diào)控機(jī)理，利用多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃與模糊智能控制相結(jié)合的方法，將發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)抽象化為單變量多目標(biāo)的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，通過分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)該控制策略具有良好的控制效果[38]。相似地，Tianwei(Thomas)Wang和John Wagner等則提出了一種基于李雅普諾夫的非線性控制策略，并通過分析研制了1臺具有多散熱器風(fēng)扇、換熱器、風(fēng)洞、冷卻液泵、三通閥和發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷的試驗(yàn)臺，通過一系列試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該控制器在功耗來源及溫度控制跟蹤方面具有優(yōu)越的性能，但是相對于傳統(tǒng)的查表式控制器和繼電器式控制器，在性能上仍舊存在著不足之處[39]。毛飛鴻針對一種液黏驅(qū)動的冷卻風(fēng)扇，對其外環(huán)風(fēng)扇控制系統(tǒng)采取溫差控制風(fēng)扇目標(biāo)轉(zhuǎn)速的措施，然后采用PID和PID模糊控制算法進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了方案的可行性[40]。駱清國在建立冷卻系統(tǒng)簡化模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用有向圖結(jié)合遺傳算法的思想設(shè)計(jì)出冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)方案，使冷卻系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期效果[41]。不同于前者，晁智強(qiáng)是建立了純數(shù)學(xué)模型對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過對風(fēng)扇馬達(dá)排量、總工作容積等不同參數(shù)進(jìn)行分析，從而得出各性能參數(shù)對風(fēng)扇系統(tǒng)的影響規(guī)律，為改善該系統(tǒng)的性能提供一定的參考依據(jù)[42]。

通過上述分析可知，數(shù)學(xué)規(guī)劃和智能控制法多數(shù)情況下是利用數(shù)據(jù)與理論結(jié)合，通過一系列分析與計(jì)算得出結(jié)果，因此，該類方法具有很強(qiáng)的抽象性，且對于研究者的數(shù)學(xué)能力要求較高，因此該方法在應(yīng)用上缺乏一定的廣泛性。除此之外，該法較一維三維仿真等方法相比還缺乏一定的直觀性，由此，算法與數(shù)據(jù)控制法的使用范圍具有一定的局限性。

1.5 滑動模態(tài)控制法

滑動模態(tài)控制是一類具有不連續(xù)性的非線性控制，區(qū)別于其他控制策略的是其系統(tǒng)具有不固定性，可以根據(jù)系統(tǒng)每段時間內(nèi)不同的狀態(tài)變化，使其按照預(yù)定的狀態(tài)軌跡滑動。由于滑動模態(tài)控制可進(jìn)行人為設(shè)計(jì)且具有較強(qiáng)的抗干擾性，因此該法具有響應(yīng)迅速、無須系統(tǒng)在線辨識等優(yōu)點(diǎn)。目前該方法流行于部分國外研究者對冷卻系統(tǒng)的研究，在國內(nèi)此類研究較為缺乏。

Saif S.Butt等對一種汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的滑動模態(tài)控制模型進(jìn)行研究，將冷卻風(fēng)扇的速度作為控制輸入。為了估計(jì)燃燒過程中產(chǎn)生的未知熱量和從管道到環(huán)境的熱損失，Saif S.Butt等采用了一種具有增益調(diào)度的SMO算法。隨后，Saif S.Butt等使該模型具有了匹配與不匹配的集總擾動特點(diǎn)，且為跟蹤發(fā)動機(jī)出口溫度而研制了一種基于自適應(yīng)滑模控制的新型魯棒跟蹤控制器[43-44]。經(jīng)過試驗(yàn)分析，最終發(fā)現(xiàn)在正常的驅(qū)動模式下，在部分啟動、起停操作過程中，跟蹤誤差幅度很小，證明了滑模控制的有效性。

從目前狀況來看，滑模控制這一方法在國內(nèi)廣泛應(yīng)用于永磁同步電機(jī)和無人飛機(jī)等方面的研究。而對于汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)方面，該方法應(yīng)用較少，因此國內(nèi)研發(fā)人員需要對滑模控制在冷卻系統(tǒng)研究中的應(yīng)用作進(jìn)一步的探索。

2 多種方法綜合應(yīng)用

前文列舉了常見的冷卻系統(tǒng)研究方法及代表性應(yīng)用成果，但是這些方法的應(yīng)用都具有一定的單一性，與此不同的是，在國內(nèi)外某些對冷卻系統(tǒng)的研究中則是結(jié)合了多種方法。

張明運(yùn)用STAR-CCM+對某型號客車進(jìn)行仿真分析研究，利用后處理模塊輸出可視化發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的流場、溫度場情況，從而提出了“加裝風(fēng)扇導(dǎo)流罩+改造部分車體+加裝導(dǎo)風(fēng)罩”的改進(jìn)方案[45]。而Jonghyuk Lim則是先對冷卻風(fēng)扇葉片的振動信號進(jìn)行了試驗(yàn)測量，隨后與反映實(shí)際系統(tǒng)振動特性的動態(tài)仿真模型相結(jié)合，并與散熱器-冷卻風(fēng)扇試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證了動態(tài)仿真模型的正確性，并在一定程度上減少散熱器-冷卻風(fēng)扇質(zhì)量不平衡引起的傳遞振動力[46]。王文坤則是將試驗(yàn)研究法與一維三維聯(lián)合分析法有機(jī)結(jié)合，首先對風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流罩的深度、擋風(fēng)板進(jìn)行改造與加裝，隨后通過對一維三維耦合模型進(jìn)行計(jì)算分析，確定了合適的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流罩深度和導(dǎo)流板的最佳安裝位置[47]。不同于前者，Arya K.Haghighat等通過電動水泵、電風(fēng)扇和加熱的恒溫器建立了冷卻系統(tǒng)控制模型，與傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)對比發(fā)現(xiàn)該控制模型的燃油消耗、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉呐欧帕慷加兴档蚚48]。相似地，David Chalet提出了一種先進(jìn)的熱管理模型并將其應(yīng)用于汽車柴油機(jī)上，通過一系列的試驗(yàn)與計(jì)算，初步獲得了冷啟動NDFC循環(huán)過程中冷卻劑溫度的變化規(guī)律[49]。針對現(xiàn)階段冷卻系統(tǒng)體積更小、更節(jié)能、更高傳熱效率的需求，Akhilnandh Ramesh基于原有散熱器的結(jié)構(gòu)，采用一種標(biāo)準(zhǔn)的空氣冷卻散熱片和管散熱器開發(fā)出了一種緊湊的螺旋散熱器，并運(yùn)用ε-NTU局部元素的方法對其流動特性和熱力性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與理論值較為接近，該散熱器具有較好的應(yīng)用前景[50]。

對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行多手段綜合研究可以在一定程度上提升其工作性能，且能夠保證多個部件的發(fā)展速度相對均衡。但是多角度同時優(yōu)化在加大了工作量的同時，針對每個角度的研究就不會很深入，因而其發(fā)展速度比較緩慢。

3 新型冷卻系統(tǒng)的開發(fā)與研究

在傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)研究方法較為成熟的基礎(chǔ)上，部分研發(fā)人員嘗試著在保證冷卻系統(tǒng)性能有所提升的基礎(chǔ)上，研發(fā)出新型的冷卻系統(tǒng)。

單壓電式風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的性能受工作頻率、風(fēng)扇振幅、風(fēng)扇布置和功耗等因素的影響較大，針對這一問題，H.K.Ma等研究并利用壓電力和磁力研制出了一種具有良好散熱效果的多振動風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)[51]。同樣地，針對停放車輛的機(jī)艙在陽光下如何快速冷卻的問題，Maan Al-Zareer研發(fā)出一款能夠在60 s內(nèi)冷卻發(fā)動機(jī)艙室的便捷式冷卻系統(tǒng)，通過對該冷卻系統(tǒng)的三維傳熱傳質(zhì)模型進(jìn)行分析與評價，驗(yàn)證了其有效性[52]。Yi Chen等則是基于“廢物利用”的角度研發(fā)了一種氨蒸氣驅(qū)動工作產(chǎn)生能量的冷卻系統(tǒng)，其中內(nèi)燃機(jī)的廢氣被用來在發(fā)電的次循環(huán)中產(chǎn)生過熱的氨水蒸氣供冷卻系統(tǒng)工作使用。研究者通過多指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)該新型冷卻系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[53]。不同于以上研發(fā)人員，R. Cipollone等基于有效分配車輛熱需求的角度設(shè)計(jì)了一種具有兩種電路的、在不同的溫度下都可以運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)。通過對該冷卻系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該冷卻系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)預(yù)熱、燃油消耗和空氣動力方面具有重要改進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性都大幅提高[54]。

但是，新型冷卻系統(tǒng)并不能總是很好地發(fā)揮出最優(yōu)性能，因而需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。Xiang Yin等基于系統(tǒng)模態(tài)變化的角度研發(fā)了一種泵壓一體化式電子蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，然而在系統(tǒng)運(yùn)行模式改變的情況下，冷卻溫度會急劇升高。研究發(fā)現(xiàn)，合適的閥門順序可以減少冷卻溫度的急劇變化，并在系統(tǒng)切換過程提高冷卻性能，從而使問題得到解決[55]。

新型冷卻系統(tǒng)的開發(fā)與研究都是基于提升發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能減排的思維，但是由于研究思路較新、研究時間較短、研究人員較少，對新型冷卻系統(tǒng)相關(guān)研究還須進(jìn)一步深入。

4 結(jié)論

a) 試驗(yàn)研究法的可行性很高，但是缺少對改進(jìn)方案的定性分析和詳細(xì)計(jì)算，因此無法精準(zhǔn)研究；數(shù)學(xué)規(guī)劃與智能控制法需要較強(qiáng)的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，因此其分析過程相對來說較為抽象；滑動模態(tài)法較前一種方法更加“智能”一些，可以在不同狀態(tài)下按照預(yù)定的軌跡滑動且可以通過人為設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，但是目前在冷卻系統(tǒng)的研究領(lǐng)域該方法的應(yīng)用較少;以上三種方法由于存在著各自的不足，因此使用范圍都具有一定的局限性;

b) 由于建模的直觀性與計(jì)算的準(zhǔn)確性，因此一維三維分析仿真法與流固耦合仿真法是當(dāng)前主流的研究方法，其中,國外研究人員目前對于流固耦合仿真法的應(yīng)用更多一些;一維三維聯(lián)合仿真分析法可以將單獨(dú)的一維和三維仿真分析的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來；而流固耦合傳熱仿真法可以解決流固下邊界條件無法準(zhǔn)確確定的問題，因此該兩種方法效果更佳;

c) 多手段綜合應(yīng)用和新型冷卻系統(tǒng)的開發(fā)與研究均為基于各種分析方法的基礎(chǔ)上引申出的具有創(chuàng)新性的研究理論；其中，多手段綜合應(yīng)用可以將單類分析結(jié)合到一起,針對一個冷卻系統(tǒng)進(jìn)行多元化改進(jìn)，且國外的研究方向較為先進(jìn)，可以為我們提供更多的參考;但由于研究方法或部件的種類繁多，因此該方法的總體進(jìn)展緩慢；而新型冷卻系統(tǒng)則是在基本研究方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合創(chuàng)新性思維而研發(fā)出來的,但是需要相關(guān)研發(fā)人員對新型冷卻系統(tǒng)進(jìn)行更深入地分析;

d) 發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究趨勢是研究人員將各類研究方法結(jié)合現(xiàn)實(shí)中各類環(huán)境下所遇到的具體問題，從而定制方案，改善冷卻系統(tǒng)的工作性能，使發(fā)動機(jī)的運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能。