外置式油冷器的应用对空调相关性能的影响

章 桐，李德才

（1.同济大学 汽车学院，上海 200092；2.泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201 ）

外置式油冷器的应用对空调相关性能的影响

章 桐1，李德才2

（1.同济大学 汽车学院，上海 200092；2.泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201 ）

对比分析油冷器不同的布置方式对于发动机水流量的影响，提出对于整车油耗、发动机冷却系统和整车空调加热系统均可以接受的方案，试验验证了应用外置式油冷器前后的空调加热性能以及发动机冷却性能。

外置式油冷器；油耗；空调加热性能；整车冷却性能

随着国家相关部门对整车油耗的要求越来越高，各汽车公司都在考虑各种方案来降低整车油耗。在装配自动变速器的车中，整车开启初始阶段的变速器油温对于油耗有着一定的影响。传统车辆的变速器油冷器安装在前面的散热器中，在整车油耗试验的过程中，变速器油温上升缓慢，对于油耗存在负面的贡献。如果在油耗试验过程中，可以让变速器油温上升得更快一点，可以减少搅油损失，改善油耗；传统车辆在油耗试验过程中，变速器油流经至散热器的油冷器中，但此时发动机大循环未开启，变速器油不能得到加热。本文介绍的外置式油冷器（图1）是将油冷器安置在发动机水路循环的小循环中，在油耗试验过程中，可以利用发动机冷却液对变速器油进行加热，从而在油耗试验过程中尽快提高变速器油温，对油耗起到正向作用。

1 对油耗的贡献

经过分析，发现变速器油温在NEDC工况内增幅缓慢。NEDC结束后，Trans Oil temp只有不到60 ℃。而变速器油在90 ℃时，效率最高。以下试验数据说明了使用2种油冷器在试验过程中变速器油温的变化情况。由图2可以看到，使用外置式油冷器的变速器油温相比传统内置式油冷器的变速器油温提高了15～20 ℃。在NEDC试验结束后，装配外置式油冷器的变速箱油温约在80 ℃ 左右。

图1 外置式油冷器

图2 标准油耗试验工况—水温与油温

经过NEDC试验对比，一台装配了外置式油冷器的车辆，按照标准油耗试验工况与装配传统内置式油冷器的入门级车油耗对比，可以降低0.12 L/100 km ，约1.8 %。整车标准工况油耗试验结果对比见表1。

表1 整车标准工况油耗试验结果对比

2 对空调、发动机冷却系统的影响

2.1 对发动机冷却液流量的影响

图3 外置式油冷器布置形式

虽然外置式油冷器对于整车油耗有着比较大的贡献，但是对于整车的舱内加热性能以及整车的发动机冷却性能存在着潜在的负面影响。外置式油冷器是将传统布置在发动机冷却循环大循环水路中的油冷器布置在小循环中。布置方式存在2种布置形式（图3）：一种是外置式油冷器与空调箱加热器并联，一种是外置式油冷器与空调箱加热器串联。如果油冷器与加热器并联，相当于在整车水路循环中增加了一路阻力，可能会影响到发动机冷却循环大循环的水流量，进而影响发动机冷却性能，通过模拟分析，2种布置形式下各水路循环的水流量见表2。

表2 串、并联形式下的水流量情况

经过模拟分析发现，如果将油冷器并联在小循环水路中，虽然流过油冷器的流量较串联式相比要大50 %，但是流经大循环散热器的流量较原系统下降了约50 %，流经空调箱加热器的水流量也降低了接近50 %，流量降低如此之多，肯定对发动机冷却系统的性能以及整车采暖性能有着致命性的冲击。而将油冷器串联在小循环水路中，流经散热器的水流量基本不变，甚至略有增加，而且流经空调箱加热器的水流量略有下降，但并不明显，后续将通过试验验证对于整车采暖系统的影响。经过对比分析，我们认为将外置式油冷器串联在发动机冷却循环小循环中，对于整车采暖和发动机冷却性能的影响会较低一些。

2.2 对空调加热性能的影响

将外置式油冷器串联在发动机冷却系统小循环中又分2种形式：一种是将油冷器布置在空调箱加热器之前，发动机冷却液先流经油冷器，加热变速器油，再流经空调加热器，对车舱内空气加热，为车内乘客采暖使用；另外一种则为将外置式油冷器布置在空调加热器之后，由于整车油耗标准工况试验为在环境温度25 ℃下进行，在油耗试验过程中并不开启车舱内加热功能，所以空调加热器并不工作，没有热量损失。对于整车油耗试验，无论将外置式油冷器布置在空调加热器之前还是之后，对于整车油耗的试验结果不会造成影响。而对于整车采暖性能，将外置式油冷器放置在空调加热器之前会对整车空调采暖性能造成比较大的影响。据此，作者按照整车采暖试验的整车规范分别就2种油冷器布置形式以及传统内置式油冷器整车进行了整车采暖试验。整车采暖试验结果见表3。

分析表3的试验数据，与配置传统的内置式油冷器的车辆相比，装配了外置式油冷器的车辆的空调采暖性能会受到一定的影响，无论外置式油冷器串联在空调加热器前或之后。相比之下，将外置式油冷器串联在空调加热器之后对空调采暖的性能影响会小一些。从发动机冷却液温度和空调出风温度来看，如果将油冷器串联在空调加热器之前，在试验的前40min，发动机冷却液温度会较传统内置式油冷器的车辆水温低15 ℃左右，再考虑到发动机水流量略小于传统油冷器车辆，其空调出风温度也降低15 ℃左右，这对整车空调采暖性能是极大的冲击，对于乘客舒适性造成了极大的影响，是不能接受的。而将外置式油冷器布置在空调加热器之后，发动机冷却液温度基本不受影响，甚至在50min时，冷却液温度由于变速器油的反向加热作用反而会有一定的上升，但因水流量的影响，空调出风温度会受到一定的影响。综合来说，外置式油冷器的应用对于空调采暖性能是负面的影响，不过相比来说，将油冷器串联在空调加热器之后对于整车空调采暖性能的影响会相对较小一些。

表3 装配外置式油冷器的空调采暖性能试验结果

2.3 对发动机冷却性能的影响

对于整车发动机冷却系统的性能，外置式油冷器在高温工况起到降低变速器油温，为变速器油提供散热的功能。根据整车发动机冷却性能规范执行了整车试验。试验结果如图4所示。

图4 装配外置式油冷器整车发动机冷却性能试验结果

分析试验结果发现：装有外置式油冷器系统的变速器油温最高为112 ℃，在高速工况；装有外置式油冷器系统的发动机水温在102 ℃，发生在高速后的Idle工况。此次试验油冷器装在风扇后方，对于油冷器的散热比较有利，后续油冷器位置变化后需要重新试验进行PTC性能的验证。总体来说，装配外置式油冷器对于整车发动机冷却系统是可以接受的。

3 结论

在整车油耗标准日益严苛的现在，外置式油冷器的应用确实为整车油耗降低起到了一定的作用，但是其对整车空调系统会带来一定的影响。本文通过试验分析了油冷器不同的布置方式对于发动机水流量的影响，提出了对于整车油耗、发动机冷却系统和整车空调加热系统均可以接受的方案，并且通过试验的方式，验证了应用外置式油冷器前后的空调加热性能以及发动机冷却性能，为后续项目应用外置式油冷器提供了参考。

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（编辑杨 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，，全球汽车精英组织成员；李德才（1982-），男，山东德州人，主要从事汽车空调系统及零部件开发工作。