整車熱管理技術對節能減排的影響研究

肖亮，劉耀華，田文毅，劉中擁

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整車熱管理技術對節能減排的影響研究

肖亮，劉耀華，田文毅，劉中擁

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

車輛熱管理技術就是從整車角度，合理有效的對車輛的發動機、變速箱、冷卻系統、空調系統、進氣系統、排氣系統進行熱流的控制及利用，使各系統在一個最佳的工作環境下高效地運行，達到節能減排的目的。文章依托項目開發，對項目開發過程中熱管理技術對整車節能減排優化的研究。

車輛熱管理技術；節能減排；發動機溫升

引言

整車熱管理是在能源危機出現，汽車排放法規日益嚴格以及人們對汽車舒適性要求高的背景下應運而生的，由于車輛熱管理對提高整車的燃油經濟性和減排有直接和間接的關系因此有必要對其進行研究和改善。

1 整車熱管理性能技術

何為整車熱管理系統？整車熱管理系統是從系統集成和整車角度出發，統籌熱量與發動機之間的關系，采用綜合手段控制熱量傳遞的系統。先進的熱管理系統設計必須同時考慮發動機冷卻系統與潤滑系統、暖風空調系統（HVAC）以及發動機艙內外相互影響，采用系統化、模塊話設計方法將這些系統進行設計集成、執照集成，集成為一個有效的熱管理系統。其必須能根據行車工況和環境條件，自動調節冷卻強度以保持相應的部件在最佳溫度方位內工作，改善汽車各方面的性能，例如燃油經濟性，駕駛舒適性等。因此開發高效可靠的汽車熱管理系統已經成為發動機進一步提供功率，改善經濟性必須突破的關鍵技術問題。

如圖1所示為整車熱管理系統分解圖：

圖1 整車管理系統

2 熱管理性能方案

在某車型項目前期開發過程中發現整車NEDC油耗較高，冬季暖風效果差等現象，無法滿足開發性能目標，經排查發現該車型發動機水溫上升較慢，發動機無法快速進入最佳工作環境，因此準備通過改善熱管理性能，來提升發動機溫升。

具體優化方案：

（1）下調水泵性能；

（2）發動機除氣管與散熱器除氣管合并通過三通連接;

（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）散熱器進水口位置與除氣管布置同側；

（6）增加暖風節溫器；

（7）膨脹壺除氣管接口內徑改成小。

圖2 方案示意圖

3 試驗驗證

3.1 試驗工況1

發動機溫升工況，將車輛浸至在環境溫度為-15℃的恒溫環境內（在恒溫環境倉內），直至機油溫度，發動機水溫與環境溫度一直（允許誤差±1℃）然后將車輛原地啟動并開始記錄整個試驗過程中發動機水溫情況。

表1 驗證工況

以發動機水溫到達60℃所需時間為標準，從圖3發動機溫升示意圖很明顯看出溫升改善效果整改前的發動機溫升時間需840S 整改后的只需要420S 溫升時間縮短了一半。

3.2 試驗工況2

試驗按照GB18352.5-2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》中Ⅰ型試驗：常溫下冷啟動后試驗將汽車放置在帶有負荷和慣量模擬的底盤測工機上，按照附錄C規定的運轉工況見表2，排氣取樣和分析方法進行試驗。

表2 驗證工況

試驗前對車輛布置發動機水溫傳感器記錄試驗過程中整車OBD數據所有數據，試驗循環如下圖4所示：

從采集的NEDC工況下發動機水溫對比分析見圖5，溫升改制前，整車NEDC試驗過程中，第四個ECE循環780s發動機水溫才達到80℃。溫升方案體現后整車在第二個ECE循環580s水溫已經達到發動機正常工作溫度；改制前后發動機水溫從常溫25℃升至80℃，時間縮短了300s。

圖5 NEDC工況下發動機水溫對比

從OBD采集數據發動機損失扭矩見圖6可知，整車動力系統損失扭矩隨著發動機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，在溫升過程中，損失扭矩下降明小于溫升改善前。發動機水溫一致后，兩次試驗損失扭矩也基本持平。

圖6 NEDC工況下發動機損失扭矩

在工況固定的情況下，不同輪次的試驗整車所需動力系統輸出的飛輪端凈扭矩不變，損失扭矩約大，意味著需要動力系統提供更大的燃燒扭矩。圖7反映了兩次試驗過程中整車請求的燃燒扭矩的情況，溫升改善后在整個試驗的溫升過程中整車所需燃燒扭矩明顯減少。

圖7 NEDC工況發動機請求扭矩比對圖

從表3反映了兩次試驗過程各小循環的百公里油耗。隨著溫度的升高各ECE循環的油耗逐漸降低。優于請求的燃燒扭矩（功率）的變化，溫升改善后各ECE小循環的百公里油耗明顯優于溫升改善前。兩次試驗進入EUDC循環后，發動機基本已達到正常工作水溫，請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試驗結果分別為8.3L/100km和8.1L/100km，溫升方案總計優化油耗0.2L/ 100km。

表3 油耗結果

從整車油耗結果上看前期市區運轉循環ECE有個很大下降，百公里油耗降低0.62L，而后期發動機水溫到達平衡后市郊運轉循環NEDC影響0.07L百公里（誤差范圍內）基本沒有變化，綜合油耗NEDC百公里下降0.2L。

表4為排放結果，可見在排放結果很好的情況下此次改制方案對其影響較小，可以判斷認為排放污染物結果較好的情況下提升發動機溫升，對試驗結果無效。

表4 排放試驗結果

5 結論

整車熱管理技術對節能減排影響很大，運用有效的熱管理技術，改善發動機冷卻系布局。在發動機溫升改善后隨之空調采暖效果有明顯提升，整車燃油經濟性提高幅度較大，在排放性能已經很好的情況下，此方案對其影響較小。

[1] 余志生.汽車理論.北京:機械工業出版社1983.3.

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

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

A

1671-7988(2019)10-154-03

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