外置式油冷器的應用對空調相關性能的影響

章 桐，李德才

（1.同濟大學 汽車學院，上海 200092；2.泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201 ）

外置式油冷器的應用對空調相關性能的影響

章 桐1，李德才2

（1.同濟大學 汽車學院，上海 200092；2.泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201 ）

對比分析油冷器不同的布置方式對于發動機水流量的影響，提出對于整車油耗、發動機冷卻系統和整車空調加熱系統均可以接受的方案，試驗驗證了應用外置式油冷器前后的空調加熱性能以及發動機冷卻性能。

外置式油冷器；油耗；空調加熱性能；整車冷卻性能

隨著國家相關部門對整車油耗的要求越來越高，各汽車公司都在考慮各種方案來降低整車油耗。在裝配自動變速器的車中，整車開啟初始階段的變速器油溫對于油耗有著一定的影響。傳統車輛的變速器油冷器安裝在前面的散熱器中，在整車油耗試驗的過程中，變速器油溫上升緩慢，對于油耗存在負面的貢獻。如果在油耗試驗過程中，可以讓變速器油溫上升得更快一點，可以減少攪油損失，改善油耗；傳統車輛在油耗試驗過程中，變速器油流經至散熱器的油冷器中，但此時發動機大循環未開啟，變速器油不能得到加熱。本文介紹的外置式油冷器（圖1）是將油冷器安置在發動機水路循環的小循環中，在油耗試驗過程中，可以利用發動機冷卻液對變速器油進行加熱，從而在油耗試驗過程中盡快提高變速器油溫，對油耗起到正向作用。

1 對油耗的貢獻

經過分析，發現變速器油溫在NEDC工況內增幅緩慢。NEDC結束后，Trans Oil temp只有不到60 ℃。而變速器油在90 ℃時，效率最高。以下試驗數據說明了使用2種油冷器在試驗過程中變速器油溫的變化情況。由圖2可以看到，使用外置式油冷器的變速器油溫相比傳統內置式油冷器的變速器油溫提高了15～20 ℃。在NEDC試驗結束后，裝配外置式油冷器的變速箱油溫約在80 ℃ 左右。

圖1 外置式油冷器

圖2 標準油耗試驗工況—水溫與油溫

經過NEDC試驗對比，一臺裝配了外置式油冷器的車輛，按照標準油耗試驗工況與裝配傳統內置式油冷器的入門級車油耗對比，可以降低0.12 L/100 km ，約1.8 %。整車標準工況油耗試驗結果對比見表1。

表1 整車標準工況油耗試驗結果對比

2 對空調、發動機冷卻系統的影響

2.1 對發動機冷卻液流量的影響

圖3 外置式油冷器布置形式

雖然外置式油冷器對于整車油耗有著比較大的貢獻，但是對于整車的艙內加熱性能以及整車的發動機冷卻性能存在著潛在的負面影響。外置式油冷器是將傳統布置在發動機冷卻循環大循環水路中的油冷器布置在小循環中。布置方式存在2種布置形式（圖3）：一種是外置式油冷器與空調箱加熱器并聯，一種是外置式油冷器與空調箱加熱器串聯。如果油冷器與加熱器并聯，相當于在整車水路循環中增加了一路阻力，可能會影響到發動機冷卻循環大循環的水流量，進而影響發動機冷卻性能，通過模擬分析，2種布置形式下各水路循環的水流量見表2。

表2 串、并聯形式下的水流量情況

經過模擬分析發現，如果將油冷器并聯在小循環水路中，雖然流過油冷器的流量較串聯式相比要大50 %，但是流經大循環散熱器的流量較原系統下降了約50 %，流經空調箱加熱器的水流量也降低了接近50 %，流量降低如此之多，肯定對發動機冷卻系統的性能以及整車采暖性能有著致命性的沖擊。而將油冷器串聯在小循環水路中，流經散熱器的水流量基本不變，甚至略有增加，而且流經空調箱加熱器的水流量略有下降，但并不明顯，后續將通過試驗驗證對于整車采暖系統的影響。經過對比分析，我們認為將外置式油冷器串聯在發動機冷卻循環小循環中，對于整車采暖和發動機冷卻性能的影響會較低一些。

2.2 對空調加熱性能的影響

將外置式油冷器串聯在發動機冷卻系統小循環中又分2種形式：一種是將油冷器布置在空調箱加熱器之前，發動機冷卻液先流經油冷器，加熱變速器油，再流經空調加熱器，對車艙內空氣加熱，為車內乘客采暖使用；另外一種則為將外置式油冷器布置在空調加熱器之后，由于整車油耗標準工況試驗為在環境溫度25 ℃下進行，在油耗試驗過程中并不開啟車艙內加熱功能，所以空調加熱器并不工作，沒有熱量損失。對于整車油耗試驗，無論將外置式油冷器布置在空調加熱器之前還是之后，對于整車油耗的試驗結果不會造成影響。而對于整車采暖性能，將外置式油冷器放置在空調加熱器之前會對整車空調采暖性能造成比較大的影響。據此，作者按照整車采暖試驗的整車規范分別就2種油冷器布置形式以及傳統內置式油冷器整車進行了整車采暖試驗。整車采暖試驗結果見表3。

分析表3的試驗數據，與配置傳統的內置式油冷器的車輛相比，裝配了外置式油冷器的車輛的空調采暖性能會受到一定的影響，無論外置式油冷器串聯在空調加熱器前或之后。相比之下，將外置式油冷器串聯在空調加熱器之后對空調采暖的性能影響會小一些。從發動機冷卻液溫度和空調出風溫度來看，如果將油冷器串聯在空調加熱器之前，在試驗的前40min，發動機冷卻液溫度會較傳統內置式油冷器的車輛水溫低15 ℃左右，再考慮到發動機水流量略小于傳統油冷器車輛，其空調出風溫度也降低15 ℃左右，這對整車空調采暖性能是極大的沖擊，對于乘客舒適性造成了極大的影響，是不能接受的。而將外置式油冷器布置在空調加熱器之后，發動機冷卻液溫度基本不受影響，甚至在50min時，冷卻液溫度由于變速器油的反向加熱作用反而會有一定的上升，但因水流量的影響，空調出風溫度會受到一定的影響。綜合來說，外置式油冷器的應用對于空調采暖性能是負面的影響，不過相比來說，將油冷器串聯在空調加熱器之后對于整車空調采暖性能的影響會相對較小一些。

表3 裝配外置式油冷器的空調采暖性能試驗結果

2.3 對發動機冷卻性能的影響

對于整車發動機冷卻系統的性能，外置式油冷器在高溫工況起到降低變速器油溫，為變速器油提供散熱的功能。根據整車發動機冷卻性能規范執行了整車試驗。試驗結果如圖4所示。

圖4 裝配外置式油冷器整車發動機冷卻性能試驗結果

分析試驗結果發現：裝有外置式油冷器系統的變速器油溫最高為112 ℃，在高速工況；裝有外置式油冷器系統的發動機水溫在102 ℃，發生在高速后的Idle工況。此次試驗油冷器裝在風扇后方，對于油冷器的散熱比較有利，后續油冷器位置變化后需要重新試驗進行PTC性能的驗證。總體來說，裝配外置式油冷器對于整車發動機冷卻系統是可以接受的。

3 結論

在整車油耗標準日益嚴苛的現在，外置式油冷器的應用確實為整車油耗降低起到了一定的作用，但是其對整車空調系統會帶來一定的影響。本文通過試驗分析了油冷器不同的布置方式對于發動機水流量的影響，提出了對于整車油耗、發動機冷卻系統和整車空調加熱系統均可以接受的方案，并且通過試驗的方式，驗證了應用外置式油冷器前后的空調加熱性能以及發動機冷卻性能，為后續項目應用外置式油冷器提供了參考。

［1］ 郭凱，陳明，張小矛.非均勻氣流與溫度分布對汽車空調性能的影響［J］.汽車技術，2015（6）：35-39.［2］ 魏崇帆，陳少明.汽車水冷發動機冷卻系統冷卻性能影響因素的分析［J］.現代車用動力，2014（3）：23-26.

［3］ 鐘紹俊，黃鎮海，黃艷巖.汽車發動機冷卻水泵性能測試系統設計［J］.中國計量學院學報，2006，17，（3）：196-198.

［4］ Norihiko Watanabe， Masahiko Kubo，Nobuyuki Yomoda.An 1D-3D Integrating Numerical Simulation for Engine Cooling Problem［J］.Sae World Congress &Exhibition，2006， 64 （5）：438-443.

［5］ P.Li， G.K.Chui， J.M.Glidewell， etc，A Flow Network Approach to Vehicle Underhood Heat Transfer Problem［M］. Vehicle Thermal Management Systems Conference，1993.

（編輯楊 景）

The Impact of SPHE Application on H VAC Performance

ZHANG Tong， LI De-cai
（1. Automobile School， Tongji University， Shanghai 200092;
2. Pan Asia Technical Automotive Center Co.， Ltd.， Shanghai 201201， China）

Through comparing the impact of different SPHE configuration on engine cooling water usage， a strategy is proposed that can coordinate the vehicle oil consumption， engine cooling system and A/C heating system. Then experiment is conducted to test the engine cooling performance before and after the application of SPHE.

SPHE; fuel consumption; A/C heating performance; vehicle powertrain cooling performance

U463.85

A

1003-8639（2017）08-0069-0312

2016-10-27；

2017-05-08

章桐（1960-），男，博士，教授，，全球汽車精英組織成員；李德才（1982-），男，山東德州人，主要從事汽車空調系統及零部件開發工作。