整車(chē)熱管理技術(shù)對(duì)節(jié)能減排的影響研究

肖亮，劉耀華，田文毅，劉中擁

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整車(chē)熱管理技術(shù)對(duì)節(jié)能減排的影響研究

肖亮，劉耀華，田文毅，劉中擁

（浙江眾泰汽車(chē)制造有限公司杭州分公司 汽車(chē)工程研究院，浙江 杭州 310018）

車(chē)輛熱管理技術(shù)就是從整車(chē)角度，合理有效的對(duì)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、冷卻系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)進(jìn)行熱流的控制及利用，使各系統(tǒng)在一個(gè)最佳的工作環(huán)境下高效地運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能減排的目的。文章依托項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，對(duì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中熱管理技術(shù)對(duì)整車(chē)節(jié)能減排優(yōu)化的研究。

車(chē)輛熱管理技術(shù)；節(jié)能減排；發(fā)動(dòng)機(jī)溫升

引言

整車(chē)熱管理是在能源危機(jī)出現(xiàn)，汽車(chē)排放法規(guī)日益嚴(yán)格以及人們對(duì)汽車(chē)舒適性要求高的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，由于車(chē)輛熱管理對(duì)提高整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性和減排有直接和間接的關(guān)系因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究和改善。

1 整車(chē)熱管理性能技術(shù)

何為整車(chē)熱管理系統(tǒng)？整車(chē)熱管理系統(tǒng)是從系統(tǒng)集成和整車(chē)角度出發(fā)，統(tǒng)籌熱量與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的關(guān)系，采用綜合手段控制熱量傳遞的系統(tǒng)。先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須同時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)與潤(rùn)滑系統(tǒng)、暖風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）以及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)外相互影響，采用系統(tǒng)化、模塊話設(shè)計(jì)方法將這些系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)集成、執(zhí)照集成，集成為一個(gè)有效的熱管理系統(tǒng)。其必須能根據(jù)行車(chē)工況和環(huán)境條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度以保持相應(yīng)的部件在最佳溫度方位內(nèi)工作，改善汽車(chē)各方面的性能，例如燃油經(jīng)濟(jì)性，駕駛舒適性等。因此開(kāi)發(fā)高效可靠的汽車(chē)熱管理系統(tǒng)已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步提供功率，改善經(jīng)濟(jì)性必須突破的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

如圖1所示為整車(chē)熱管理系統(tǒng)分解圖：

圖1 整車(chē)管理系統(tǒng)

2 熱管理性能方案

在某車(chē)型項(xiàng)目前期開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)整車(chē)NEDC油耗較高，冬季暖風(fēng)效果差等現(xiàn)象，無(wú)法滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)性能目標(biāo)，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)該車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升較慢，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法快速進(jìn)入最佳工作環(huán)境，因此準(zhǔn)備通過(guò)改善熱管理性能，來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)溫升。

具體優(yōu)化方案：

（1）下調(diào)水泵性能；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)除氣管與散熱器除氣管合并通過(guò)三通連接;

（3）水溫傳感器位置修改至出水口處；

（4）膨脹壺更改除氣管口；

（5）散熱器進(jìn)水口位置與除氣管布置同側(cè)；

（6）增加暖風(fēng)節(jié)溫器；

（7）膨脹壺除氣管接口內(nèi)徑改成小。

圖2 方案示意圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)工況1

發(fā)動(dòng)機(jī)溫升工況，將車(chē)輛浸至在環(huán)境溫度為-15℃的恒溫環(huán)境內(nèi)（在恒溫環(huán)境倉(cāng)內(nèi)），直至機(jī)油溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫與環(huán)境溫度一直（允許誤差±1℃）然后將車(chē)輛原地啟動(dòng)并開(kāi)始記錄整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)水溫情況。

表1 驗(yàn)證工況

以發(fā)動(dòng)機(jī)水溫到達(dá)60℃所需時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，從圖3發(fā)動(dòng)機(jī)溫升示意圖很明顯看出溫升改善效果整改前的發(fā)動(dòng)機(jī)溫升時(shí)間需840S 整改后的只需要420S 溫升時(shí)間縮短了一半。

3.2 試驗(yàn)工況2

試驗(yàn)按照GB18352.5-2013《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》中Ⅰ型試驗(yàn)：常溫下冷啟動(dòng)后試驗(yàn)將汽車(chē)放置在帶有負(fù)荷和慣量模擬的底盤(pán)測(cè)工機(jī)上，按照附錄C規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)工況見(jiàn)表2，排氣取樣和分析方法進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 驗(yàn)證工況

試驗(yàn)前對(duì)車(chē)輛布置發(fā)動(dòng)機(jī)水溫傳感器記錄試驗(yàn)過(guò)程中整車(chē)OBD數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)，試驗(yàn)循環(huán)如下圖4所示：

從采集的NEDC工況下發(fā)動(dòng)機(jī)水溫對(duì)比分析見(jiàn)圖5，溫升改制前，整車(chē)NEDC試驗(yàn)過(guò)程中，第四個(gè)ECE循環(huán)780s發(fā)動(dòng)機(jī)水溫才達(dá)到80℃。溫升方案體現(xiàn)后整車(chē)在第二個(gè)ECE循環(huán)580s水溫已經(jīng)達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度；改制前后發(fā)動(dòng)機(jī)水溫從常溫25℃升至80℃，時(shí)間縮短了300s。

圖5 NEDC工況下發(fā)動(dòng)機(jī)水溫對(duì)比

從OBD采集數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)損失扭矩見(jiàn)圖6可知，整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)損失扭矩隨著發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的不斷提升至正常工作溫度，逐漸減低。圖4反映出，溫升改善的整車(chē)，在溫升過(guò)程中，損失扭矩下降明小于溫升改善前。發(fā)動(dòng)機(jī)水溫一致后，兩次試驗(yàn)損失扭矩也基本持平。

圖6 NEDC工況下發(fā)動(dòng)機(jī)損失扭矩

在工況固定的情況下，不同輪次的試驗(yàn)整車(chē)所需動(dòng)力系統(tǒng)輸出的飛輪端凈扭矩不變，損失扭矩約大，意味著需要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)提供更大的燃燒扭矩。圖7反映了兩次試驗(yàn)過(guò)程中整車(chē)請(qǐng)求的燃燒扭矩的情況，溫升改善后在整個(gè)試驗(yàn)的溫升過(guò)程中整車(chē)所需燃燒扭矩明顯減少。

圖7 NEDC工況發(fā)動(dòng)機(jī)請(qǐng)求扭矩比對(duì)圖

從表3反映了兩次試驗(yàn)過(guò)程各小循環(huán)的百公里油耗。隨著溫度的升高各ECE循環(huán)的油耗逐漸降低。優(yōu)于請(qǐng)求的燃燒扭矩（功率）的變化，溫升改善后各ECE小循環(huán)的百公里油耗明顯優(yōu)于溫升改善前。兩次試驗(yàn)進(jìn)入EUDC循環(huán)后，發(fā)動(dòng)機(jī)基本已達(dá)到正常工作水溫，請(qǐng)求的燃燒扭矩和百公里油耗基本一致。綜合考慮溫升改善前后NEDC試驗(yàn)結(jié)果分別為8.3L/100km和8.1L/100km，溫升方案總計(jì)優(yōu)化油耗0.2L/ 100km。

表3 油耗結(jié)果

從整車(chē)油耗結(jié)果上看前期市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)ECE有個(gè)很大下降，百公里油耗降低0.62L，而后期發(fā)動(dòng)機(jī)水溫到達(dá)平衡后市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)NEDC影響0.07L百公里（誤差范圍內(nèi)）基本沒(méi)有變化，綜合油耗NEDC百公里下降0.2L。

表4為排放結(jié)果，可見(jiàn)在排放結(jié)果很好的情況下此次改制方案對(duì)其影響較小，可以判斷認(rèn)為排放污染物結(jié)果較好的情況下提升發(fā)動(dòng)機(jī)溫升，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

表4 排放試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

整車(chē)熱管理技術(shù)對(duì)節(jié)能減排影響很大，運(yùn)用有效的熱管理技術(shù)，改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系布局。在發(fā)動(dòng)機(jī)溫升改善后隨之空調(diào)采暖效果有明顯提升，整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性提高幅度較大，在排放性能已經(jīng)很好的情況下，此方案對(duì)其影響較小。

[1] 余志生.汽車(chē)?yán)碚?北京:機(jī)械工業(yè)出版社1983.3.

[2] GB18352.5-2013《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》.

Research on the Impact of Vehicle Thermal Management Technology onEnergy Saving and Emission Reductio Performance

Xiao Liang, Liu Yaohua, Tian Wenyi, Liu Zhongyong

( Zhejiang zhongtai automobile manufacturing co., LTD. Hangzhou branch,Automotive engineering research institute,Zhejiang Hangzhou 310018 )

The vehicle thermal management technology is to control and utilize the heat flow of the engine, gearbox, cooling system, air conditioning system, air intake system and exhaust system from the perspective of the whole vehicle, so that each system works at an optimal level. Efficient operation in the environment to achieve energy saving and emission reduction. Based on project development, this paper studies the optimization of energy-saving and emission reduction of vehicle management by thermal management technology during project development.

Vehicle thermal management technology;Energy conservation;Engine temperature rise

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.053

U473.9

A

1671-7988(2019)10-154-03

U473.9

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1671-7988(2019)10-154-03

肖亮，二級(jí)主管工程師，就職于浙江眾泰汽車(chē)制造有限公司杭州分公司汽車(chē)工程研究院，從事熱管理方向的工作。