整车热管理技术对节能减排的影响研究

肖亮，刘耀华，田文毅，刘中拥



整车热管理技术对节能减排的影响研究

肖亮，刘耀华，田文毅，刘中拥

（浙江众泰汽车制造有限公司杭州分公司 汽车工程研究院，浙江 杭州 310018）

车辆热管理技术就是从整车角度，合理有效的对车辆的发动机、变速箱、冷却系统、空调系统、进气系统、排气系统进行热流的控制及利用，使各系统在一个最佳的工作环境下高效地运行，达到节能减排的目的。文章依托项目开发，对项目开发过程中热管理技术对整车节能减排优化的研究。

车辆热管理技术；节能减排；发动机温升

引言

整车热管理是在能源危机出现，汽车排放法规日益严格以及人们对汽车舒适性要求高的背景下应运而生的，由于车辆热管理对提高整车的燃油经济性和减排有直接和间接的关系因此有必要对其进行研究和改善。

1 整车热管理性能技术

何为整车热管理系统？整车热管理系统是从系统集成和整车角度出发，统筹热量与发动机之间的关系，采用综合手段控制热量传递的系统。先进的热管理系统设计必须同时考虑发动机冷却系统与润滑系统、暖风空调系统（HVAC）以及发动机舱内外相互影响，采用系统化、模块话设计方法将这些系统进行设计集成、执照集成，集成为一个有效的热管理系统。其必须能根据行车工况和环境条件，自动调节冷却强度以保持相应的部件在最佳温度方位内工作，改善汽车各方面的性能，例如燃油经济性，驾驶舒适性等。因此开发高效可靠的汽车热管理系统已经成为发动机进一步提供功率，改善经济性必须突破的关键技术问题。

如图1所示为整车热管理系统分解图：

图1 整车管理系统

2 热管理性能方案

在某车型项目前期开发过程中发现整车NEDC油耗较高，冬季暖风效果差等现象，无法满足开发性能目标，经排查发现该车型发动机水温上升较慢，发动机无法快速进入最佳工作环境，因此准备通过改善热管理性能，来提升发动机温升。

具体优化方案：

（1）下调水泵性能；

（2）发动机除气管与散热器除气管合并通过三通连接;

（3）水温传感器位置修改至出水口处；

（4）膨胀壶更改除气管口；

（5）散热器进水口位置与除气管布置同侧；

（6）增加暖风节温器；

（7）膨胀壶除气管接口内径改成小。

图2 方案示意图

3 试验验证

3.1 试验工况1

发动机温升工况，将车辆浸至在环境温度为-15℃的恒温环境内（在恒温环境仓内），直至机油温度，发动机水温与环境温度一直（允许误差±1℃）然后将车辆原地启动并开始记录整个试验过程中发动机水温情况。

表1 验证工况

以发动机水温到达60℃所需时间为标准，从图3发动机温升示意图很明显看出温升改善效果整改前的发动机温升时间需840S 整改后的只需要420S 温升时间缩短了一半。

3.2 试验工况2

试验按照GB18352.5-2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》中Ⅰ型试验：常温下冷启动后试验将汽车放置在带有负荷和惯量模拟的底盘测工机上，按照附录C规定的运转工况见表2，排气取样和分析方法进行试验。

表2 验证工况

试验前对车辆布置发动机水温传感器记录试验过程中整车OBD数据所有数据，试验循环如下图4所示：

从采集的NEDC工况下发动机水温对比分析见图5，温升改制前，整车NEDC试验过程中，第四个ECE循环780s发动机水温才达到80℃。温升方案体现后整车在第二个ECE循环580s水温已经达到发动机正常工作温度；改制前后发动机水温从常温25℃升至80℃，时间缩短了300s。

图5 NEDC工况下发动机水温对比

从OBD采集数据发动机损失扭矩见图6可知，整车动力系统损失扭矩随着发动机水温的不断提升至正常工作温度，逐渐减低。图4反映出，温升改善的整车，在温升过程中，损失扭矩下降明小于温升改善前。发动机水温一致后，两次试验损失扭矩也基本持平。

图6 NEDC工况下发动机损失扭矩

在工况固定的情况下，不同轮次的试验整车所需动力系统输出的飞轮端净扭矩不变，损失扭矩约大，意味着需要动力系统提供更大的燃烧扭矩。图7反映了两次试验过程中整车请求的燃烧扭矩的情况，温升改善后在整个试验的温升过程中整车所需燃烧扭矩明显减少。

图7 NEDC工况发动机请求扭矩比对图

从表3反映了两次试验过程各小循环的百公里油耗。随着温度的升高各ECE循环的油耗逐渐降低。优于请求的燃烧扭矩（功率）的变化，温升改善后各ECE小循环的百公里油耗明显优于温升改善前。两次试验进入EUDC循环后，发动机基本已达到正常工作水温，请求的燃烧扭矩和百公里油耗基本一致。综合考虑温升改善前后NEDC试验结果分别为8.3L/100km和8.1L/100km，温升方案总计优化油耗0.2L/ 100km。

表3 油耗结果

从整车油耗结果上看前期市区运转循环ECE有个很大下降，百公里油耗降低0.62L，而后期发动机水温到达平衡后市郊运转循环NEDC影响0.07L百公里（误差范围内）基本没有变化，综合油耗NEDC百公里下降0.2L。

表4为排放结果，可见在排放结果很好的情况下此次改制方案对其影响较小，可以判断认为排放污染物结果较好的情况下提升发动机温升，对试验结果无效。

表4 排放试验结果

5 结论

整车热管理技术对节能减排影响很大，运用有效的热管理技术，改善发动机冷却系布局。在发动机温升改善后随之空调采暖效果有明显提升，整车燃油经济性提高幅度较大，在排放性能已经很好的情况下，此方案对其影响较小。

[1] 余志生.汽车理论.北京:机械工业出版社1983.3.

[2] GB18352.5-2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》.

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，二级主管工程师，就职于浙江众泰汽车制造有限公司杭州分公司汽车工程研究院，从事热管理方向的工作。