外置式油冷器的應(yīng)用對空調(diào)相關(guān)性能的影響

章 桐，李德才

（1.同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院，上海 200092；2.泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201 ）

外置式油冷器的應(yīng)用對空調(diào)相關(guān)性能的影響

章 桐1，李德才2

（1.同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院，上海 200092；2.泛亞汽車技術(shù)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(fā)動機(jī)水流量的影響，提出對于整車油耗、發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)和整車空調(diào)加熱系統(tǒng)均可以接受的方案，試驗驗證了應(yīng)用外置式油冷器前后的空調(diào)加熱性能以及發(fā)動機(jī)冷卻性能。

外置式油冷器；油耗；空調(diào)加熱性能；整車?yán)鋮s性能

隨著國家相關(guān)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(tǒng)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(fù)面的貢獻(xiàn)。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(tǒng)車輛在油耗試驗過程中，變速器油流經(jīng)至散熱器的油冷器中，但此時發(fā)動機(jī)大循環(huán)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(fā)動機(jī)水路循環(huán)的小循環(huán)中，在油耗試驗過程中，可以利用發(fā)動機(jī)冷卻液對變速器油進(jìn)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(xiàn)

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)變速器油溫在NEDC工況內(nèi)增幅緩慢。NEDC結(jié)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(shù)據(jù)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(tǒng)內(nèi)置式油冷器的變速器油溫提高了15～20 ℃。在NEDC試驗結(jié)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(biāo)準(zhǔn)油耗試驗工況—水溫與油溫

經(jīng)過NEDC試驗對比，一臺裝配了外置式油冷器的車輛，按照標(biāo)準(zhǔn)油耗試驗工況與裝配傳統(tǒng)內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)工況油耗試驗結(jié)果對比見表1。

表1 整車標(biāo)準(zhǔn)工況油耗試驗結(jié)果對比

2 對空調(diào)、發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的影響

2.1 對發(fā)動機(jī)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(xiàn)，但是對于整車的艙內(nèi)加熱性能以及整車的發(fā)動機(jī)冷卻性能存在著潛在的負(fù)面影響。外置式油冷器是將傳統(tǒng)布置在發(fā)動機(jī)冷卻循環(huán)大循環(huán)水路中的油冷器布置在小循環(huán)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(diào)箱加熱器并聯(lián)，一種是外置式油冷器與空調(diào)箱加熱器串聯(lián)。如果油冷器與加熱器并聯(lián)，相當(dāng)于在整車水路循環(huán)中增加了一路阻力，可能會影響到發(fā)動機(jī)冷卻循環(huán)大循環(huán)的水流量，進(jìn)而影響發(fā)動機(jī)冷卻性能，通過模擬分析，2種布置形式下各水路循環(huán)的水流量見表2。

表2 串、并聯(lián)形式下的水流量情況

經(jīng)過模擬分析發(fā)現(xiàn)，如果將油冷器并聯(lián)在小循環(huán)水路中，雖然流過油冷器的流量較串聯(lián)式相比要大50 %，但是流經(jīng)大循環(huán)散熱器的流量較原系統(tǒng)下降了約50 %，流經(jīng)空調(diào)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(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)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(lián)在小循環(huán)水路中，流經(jīng)散熱器的水流量基本不變，甚至略有增加，而且流經(jīng)空調(diào)箱加熱器的水流量略有下降，但并不明顯，后續(xù)將通過試驗驗證對于整車采暖系統(tǒng)的影響。經(jīng)過對比分析，我們認(rèn)為將外置式油冷器串聯(lián)在發(fā)動機(jī)冷卻循環(huán)小循環(huán)中，對于整車采暖和發(fā)動機(jī)冷卻性能的影響會較低一些。

2.2 對空調(diào)加熱性能的影響

將外置式油冷器串聯(lián)在發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)小循環(huán)中又分2種形式：一種是將油冷器布置在空調(diào)箱加熱器之前，發(fā)動機(jī)冷卻液先流經(jīng)油冷器，加熱變速器油，再流經(jīng)空調(diào)加熱器，對車艙內(nèi)空氣加熱，為車內(nèi)乘客采暖使用；另外一種則為將外置式油冷器布置在空調(diào)加熱器之后，由于整車油耗標(biāo)準(zhǔn)工況試驗為在環(huán)境溫度25 ℃下進(jìn)行，在油耗試驗過程中并不開啟車艙內(nèi)加熱功能，所以空調(diào)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(diào)加熱器之前還是之后，對于整車油耗的試驗結(jié)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(diào)加熱器之前會對整車空調(diào)采暖性能造成比較大的影響。據(jù)此，作者按照整車采暖試驗的整車規(guī)范分別就2種油冷器布置形式以及傳統(tǒng)內(nèi)置式油冷器整車進(jìn)行了整車采暖試驗。整車采暖試驗結(jié)果見表3。

分析表3的試驗數(shù)據(jù)，與配置傳統(tǒng)的內(nèi)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(diào)采暖性能會受到一定的影響，無論外置式油冷器串聯(lián)在空調(diào)加熱器前或之后。相比之下，將外置式油冷器串聯(lián)在空調(diào)加熱器之后對空調(diào)采暖的性能影響會小一些。從發(fā)動機(jī)冷卻液溫度和空調(diào)出風(fēng)溫度來看，如果將油冷器串聯(lián)在空調(diào)加熱器之前，在試驗的前40min，發(fā)動機(jī)冷卻液溫度會較傳統(tǒng)內(nèi)置式油冷器的車輛水溫低15 ℃左右，再考慮到發(fā)動機(jī)水流量略小于傳統(tǒng)油冷器車輛，其空調(diào)出風(fēng)溫度也降低15 ℃左右，這對整車空調(diào)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(diào)加熱器之后，發(fā)動機(jī)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(diào)出風(fēng)溫度會受到一定的影響。綜合來說，外置式油冷器的應(yīng)用對于空調(diào)采暖性能是負(fù)面的影響，不過相比來說，將油冷器串聯(lián)在空調(diào)加熱器之后對于整車空調(diào)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(diào)采暖性能試驗結(jié)果

2.3 對發(fā)動機(jī)冷卻性能的影響

對于整車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)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(jù)整車發(fā)動機(jī)冷卻性能規(guī)范執(zhí)行了整車試驗。試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 裝配外置式油冷器整車發(fā)動機(jī)冷卻性能試驗結(jié)果

分析試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：裝有外置式油冷器系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)動機(jī)水溫在102 ℃，發(fā)生在高速后的Idle工況。此次試驗油冷器裝在風(fēng)扇后方，對于油冷器的散熱比較有利，后續(xù)油冷器位置變化后需要重新試驗進(jìn)行PTC性能的驗證。總體來說，裝配外置式油冷器對于整車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)是可以接受的。

3 結(jié)論

在整車油耗標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛的現(xiàn)在，外置式油冷器的應(yīng)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(diào)系統(tǒng)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(fā)動機(jī)水流量的影響，提出了對于整車油耗、發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)和整車空調(diào)加熱系統(tǒng)均可以接受的方案，并且通過試驗的方式，驗證了應(yīng)用外置式油冷器前后的空調(diào)加熱性能以及發(fā)動機(jī)冷卻性能，為后續(xù)項目應(yīng)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(diào)性能的影響［J］.汽車技術(shù)，2015（6）：35-39.［2］ 魏崇帆，陳少明.汽車水冷發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻性能影響因素的分析［J］.現(xiàn)代車用動力，2014（3）：23-26.

［3］ 鐘紹俊，黃鎮(zhèn)海，黃艷巖.汽車發(fā)動機(jī)冷卻水泵性能測試系統(tǒng)設(shè)計［J］.中國計量學(xué)院學(xué)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(diào)系統(tǒng)及零部件開發(fā)工作。