整車熱管理技術對節(jié)能減排的影響研究

肖亮，劉耀華，田文毅，劉中擁

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整車熱管理技術對節(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(fā)動機、變速箱、冷卻系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)進行熱流的控制及利用，使各系統(tǒng)在一個最佳的工作環(huán)境下高效地運行，達到節(jié)能減排的目的。文章依托項目開發(fā)，對項目開發(fā)過程中熱管理技術對整車節(jié)能減排優(yōu)化的研究。

車輛熱管理技術；節(jié)能減排；發(fā)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(guī)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(tǒng)？整車熱管理系統(tǒng)是從系統(tǒng)集成和整車角度出發(fā)，統(tǒng)籌熱量與發(fā)動機之間的關系，采用綜合手段控制熱量傳遞的系統(tǒng)。先進的熱管理系統(tǒng)設計必須同時考慮發(fā)動機冷卻系統(tǒng)與潤滑系統(tǒng)、暖風空調系統(tǒng)（HVAC）以及發(fā)動機艙內外相互影響，采用系統(tǒng)化、模塊話設計方法將這些系統(tǒng)進行設計集成、執(zhí)照集成，集成為一個有效的熱管理系統(tǒng)。其必須能根據行車工況和環(huán)境條件，自動調節(jié)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(fā)高效可靠的汽車熱管理系統(tǒng)已經成為發(fā)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(tǒng)分解圖：

圖1 整車管理系統(tǒng)

2 熱管理性能方案

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

具體優(yōu)化方案：

（1）下調水泵性能；

（2）發(fā)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(jié)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(fā)動機溫升工況，將車輛浸至在環(huán)境溫度為-15℃的恒溫環(huán)境內（在恒溫環(huán)境倉內），直至機油溫度，發(fā)動機水溫與環(huán)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(fā)動機水溫情況。

表1 驗證工況

以發(fā)動機水溫到達60℃所需時間為標準，從圖3發(fā)動機溫升示意圖很明顯看出溫升改善效果整改前的發(fā)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(guī)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(fā)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(huán)如下圖4所示：

從采集的NEDC工況下發(fā)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(huán)780s發(fā)動機水溫才達到80℃。溫升方案體現后整車在第二個ECE循環(huán)580s水溫已經達到發(fā)動機正常工作溫度；改制前后發(fā)動機水溫從常溫25℃升至80℃，時間縮短了300s。

圖5 NEDC工況下發(fā)動機水溫對比

從OBD采集數據發(fā)動機損失扭矩見圖6可知，整車動力系統(tǒng)損失扭矩隨著發(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(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。兩次試驗進入EUDC循環(huán)后，發(fā)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(yōu)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(qū)運轉循環(huán)ECE有個很大下降，百公里油耗降低0.62L，而后期發(fā)動機水溫到達平衡后市郊運轉循環(huán)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(fā)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(jié)能減排影響很大，運用有效的熱管理技術，改善發(fā)動機冷卻系布局。在發(fā)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(yè)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

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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。