主動進(jìn)氣格柵對整車采暖性能影響研究*

端方勇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心， 安徽 合肥 230051）

隨著汽車產(chǎn)業(yè)升級， 要求油耗越來越低， 對空調(diào)舒適性的要求越來越高。 汽車在低溫環(huán)境下工作， 不僅油耗高，還會加劇發(fā)動機的磨損， 同時暖風(fēng)水溫溫升慢， 導(dǎo)致空調(diào)采暖舒適性變差。 為了改善發(fā)動機在低溫下的不佳工作狀態(tài)， 讓發(fā)動機快速升溫， 使得發(fā)動機保持在合適的水溫下工作， 很多車輛使用了主動進(jìn)氣格柵技術(shù)。 主動進(jìn)氣格柵可以在汽車高速行駛或者剛啟動時關(guān)閉， 減少流經(jīng)發(fā)動機的空氣， 降低發(fā)動機冷卻強度， 可以讓發(fā)動機快速溫升并維持在正常工作溫度， 有利于提高空調(diào)采暖舒適性以及降低整車油耗。 此外， 主動進(jìn)氣格柵也可以在一定程度上降低空氣阻力， 有利于降低油耗。

1 主動進(jìn)氣格柵介紹

進(jìn)氣格柵是汽車前部造型的重要組成部分， 影響著整車的設(shè)計風(fēng)格， 也是空氣流入汽車發(fā)動機艙的入口。 當(dāng)前，大多數(shù)車輛上的進(jìn)氣格柵都是固定的結(jié)構(gòu)， 發(fā)動機系統(tǒng)通過節(jié)溫器、 散熱器風(fēng)扇等進(jìn)行調(diào)節(jié)水溫、 空調(diào)的穩(wěn)定工作。而主動進(jìn)氣格柵AGS （Active Grille Shutter） 是通過發(fā)動機水溫、 機油溫度、 空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)、 進(jìn)氣溫度等信息， 依靠控制電機實現(xiàn)進(jìn)氣格柵的百葉片開啟一定角度或者關(guān)閉的裝置。

當(dāng)進(jìn)氣格柵的狀態(tài)發(fā)生變化時， 進(jìn)入發(fā)動機艙的氣流量和氣流的流向均會受到影響， 從而引起整車?yán)鋮s系統(tǒng)的有效迎風(fēng)面積、 內(nèi)部流場等氣動阻力發(fā)生變化， 進(jìn)而對整車性能產(chǎn)生影響： ①降低整車風(fēng)阻， 達(dá)到節(jié)油目的； ②保持發(fā)動機溫度， 提升整車動力性能； ③增強冷起動性能，為快速暖機提供保障； ④有效保護(hù)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)， 延長冷卻系統(tǒng)部件壽命。

2 主動進(jìn)氣格柵控制策略

整車EMC獲取發(fā)動機冷卻液溫度、 空調(diào)系統(tǒng)壓力、 車速、 環(huán)境溫度、 冷卻風(fēng)扇狀態(tài)等物理參數(shù)后， 結(jié)合發(fā)動機最佳工作溫度、 空調(diào)高效工作系統(tǒng)壓力等目標(biāo)參數(shù)， 計算出進(jìn)氣格柵的目標(biāo)開度， 通過PWM信號， 控制電機調(diào)節(jié)進(jìn)氣格柵的開度。 如圖1、 圖2所示。

圖1 主動進(jìn)氣格柵控制示意圖

圖2 主動進(jìn)氣格柵控制策略

3 主動進(jìn)氣格柵對整車采暖性能影響

一般車型的進(jìn)氣格柵都是固定式， 無法主動關(guān)閉。 在剛啟動冷車行駛時， 空氣一樣會為溫度并不高的散熱器降溫， 從而使水溫攀升緩慢， 無法迅速使發(fā)動機進(jìn)入較佳工作溫度。 主動進(jìn)氣格柵就會自動關(guān)閉， 防止汽車外部的空氣進(jìn)入發(fā)動機， 使汽車內(nèi)部充滿熱氣， 從而讓發(fā)動機在最短的時間內(nèi)達(dá)到最佳的工作溫度。 當(dāng)發(fā)動機溫度達(dá)到一定程度的時候， 進(jìn)氣格柵就會打開， 防止發(fā)動機溫度過高，從而維持最佳的工作溫度。

主動式進(jìn)氣格柵主要在低溫環(huán)境下有助于車輛啟動初期的快速溫升， 以及高速、 怠速狀態(tài)下的水溫保持。 鑒于以上特點， 設(shè)定了圖3所示的試驗工況進(jìn)行整車采暖性能對比驗證， 測試結(jié)果如圖4和表1所示。

表1 整車空調(diào)采暖試驗結(jié)果

圖3 整車空調(diào)采暖試驗工況

圖4 整車空調(diào)采暖試驗水溫數(shù)據(jù)

試驗在-25℃的環(huán)境下進(jìn)行， 當(dāng)車輛充分浸透后開始試驗。 試驗結(jié)果分析如下。

1） 在低溫環(huán)境下汽車啟動后需要快速升溫， 滿足整車采暖需求， 此時主動進(jìn)氣格柵處于關(guān)閉狀態(tài)， 使得發(fā)動機處于相對封閉空間， 減少了發(fā)動機本體與外界的熱交換，有利于快速升溫， 從試驗結(jié)果看， 匹配主動進(jìn)氣格柵在2min內(nèi)冷機怠速溫升有3.95℃/min的改善。

2） 當(dāng)車輛起步行駛后， 此時水溫仍然較低， 暖風(fēng)水路處于小循環(huán)狀態(tài)， 主動進(jìn)氣格柵仍處于關(guān)閉狀態(tài)。 從水溫溫升數(shù)據(jù)來看， 匹配主動進(jìn)氣格柵在中低速工況初期改善了水溫溫升速率， 有助于提升整車空調(diào)采暖效果， 工況后期隨著水溫升高至節(jié)溫器開啟溫度， 大循環(huán)已能滿足整車?yán)鋮s需求， 主動進(jìn)氣格柵仍處于關(guān)閉狀態(tài)。

3） 高速工況時， 由于水溫已達(dá)到節(jié)溫器半開狀態(tài)， 此時水溫較高， 主動進(jìn)氣格柵對水溫保持已無貢獻(xiàn)。 之后進(jìn)入怠速工況， 由于主動進(jìn)氣格柵關(guān)閉， 有利于發(fā)動機水溫的保持， 使得發(fā)動機水溫下降速率明顯低于固定式進(jìn)氣格柵， 從數(shù)據(jù)看有0.72℃/min的改善， 提高了整車低溫環(huán)境下的保溫性能。

4 總結(jié)

整車匹配主動進(jìn)氣格柵對整車造型、 風(fēng)阻、 熱管理系統(tǒng)產(chǎn)生一系列影響， 同時主動進(jìn)氣格柵又是電控系統(tǒng)， 因此在實際匹配開發(fā)過程中， 會對整車進(jìn)行風(fēng)阻測試、 油耗測試、 熱管理測試， 對主動進(jìn)氣格柵進(jìn)行各工況電控測試，以了解主動進(jìn)氣格柵匹配整車后是否能滿足整車各使用場景下的實際使用需求， 以及在整車上的性能提升。 本文主要提取了低溫環(huán)境下主動進(jìn)氣格柵對整車采暖性能影響特征， 設(shè)定了試驗驗證工況， 開展了對比試驗， 從試驗結(jié)果定量分析了主動進(jìn)氣格柵在各工況下對整車采暖性能的影響， 對主動進(jìn)氣格柵的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。