汽车冷却系统设计介绍

Pressure Drop
Study LOGO
Flow
27
内容
传统动力总成冷却系统集成
• 动力总成冷却系统输入要求 • 发动机散热需求分析 • 变速箱散热需求分析 • 涡轮增压器散热需求分析
Study LOGO
• 动力总成冷却系统设计工况定义
• 动力总成冷却系统负荷计算 • 动力总成冷却系统回路设计
• 动力总成冷却系统控制
33
传统动力总成冷却系统集成
工况定义源于销售区域的客户需求
• 温度：关键因素
Study LOGO
• 湿度：次要因素，通过冷凝器负荷影响前端散热，通过压缩机负 荷影响发动机工作（不显著）
• 坡度：关键因素
• 车速：关键因素 • 负载（含拖车）：关键因素 • 持续时间（距离）：重要因素
31
传统动力总成冷却系统集成
涡轮增压器散热
Study LOGO
• 中冷系统通常按发动机最大功率点进行设计（考虑限功率），校
核低速爬坡工况下的风量情况，其他工况下，仅需要考虑可能对
水箱等带来的负荷。
工况 最大功率 低速爬坡 环境温度 中冷器进 口温度 进气流量 换热量需求 中冷器出口温 中冷系统压降 通风量 度要求 要求 需求
Study LOGO
Line Pressuห้องสมุดไป่ตู้e kPa
Pump Loss Nm
25
传统动力总成冷却系统集成
变速箱油流量
Study LOGO
Temp 1
Flow (L/min)
Temp 2
WTOC放在水箱出水侧
RPM
26
传统动力总成冷却系统集成
系统压降 Vs. 流量
• 变速箱油冷在指定工况下的压降，是保障油冷的必要条件。 • 对于既有WTOC，又有ATOC的串联系统，压降非常重要。 • 对有ATOC的系统，推荐使用TVB阀
• 实际操作中可考虑分段拟合
19
传统动力总成冷却系统集成
无量纲化处理的缺点
Study LOGO
• 没有考虑相同功率下，发动机不同转速下的发动机效率不同，从 而散热量不同 • 没有发动机转速，无法确定水泵流量 • 数据点散差较大，处理复杂，工程师需要具有一定整车开发经验 • 后期信息完备后需要进一步校核
工况 最大功率
环境温度
进水温度
进水流量
换热量需求 出口水温要求
冷却液压降要 通风量 求 需求
低速爬坡
32
内容
传统动力总成冷却系统集成
• 动力总成冷却系统输入要求 • 发动机散热需求分析 • 变速箱散热需求分析 • 涡轮增压器散热需求分析
Study LOGO
• 动力总成冷却系统设计工况定义
• 动力总成冷却系统负荷计算 • 动力总成冷却系统回路设计
100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 90.00% 90.00% 90.00% 90.00% 90.00%
……
……
PFI： Port Fuel Injection SIDI: Spark Ignition Direct Injection Turbo IEM EGR
17
传统动力总成冷却系统集成
同一发动机，相同功率下，散热相同？ 同一发动机，相同功率下，效率相同？ 同一发动机，相同功率下，油耗相同？ 同一发动机，同一辆车，不同档位，油耗相同？
20
传统动力总成冷却系统集成
发动机水流量
• 发动机水流量可近似认为和发动转速是线性关系
Study LOGO
• 注意大小循环影响
• 可以通过台架实验或者模拟获取 • 为减小附件损失，水泵选型趋向减小，相同功率不同转速下的水
●
●
●
●
混合动力车工况定义
混合动力车冷却系统的负荷计算 混合动力车冷却回路设计
●
●
4
内容
纯电动车冷却系统集成
●
Study LOGO
纯电动车冷却系统特点 纯电动车冷却系统负荷计算 纯电动车工况定义
●
●
●
混合动力车冷却回路设计范例
5
内容
传统动力总成冷却系统集成 新型热管理系统 混合动力车冷却系统集成 纯电动车冷却系统集成
发动机散热量数据无量纲化分析处理
Study LOGO
最大功率
散热
行驶功率
发动机转速
节气门开度
18
传统动力总成冷却系统集成
无量纲化处理的优点
Study LOGO
• 通过建立数据库，总结参数规律，对不同发动机散热需求进 行评估。 • 早期缺乏发动机数据的情况下，尤其是发动机和整车同步开 发的项目，根据发动机类型、配置及名义功率，对发动机可 能的散热需求进行早期评估，确定冷却模块框架尺寸，指导 初期项目开发。
流量可能成为瓶颈，但增加某些特征会导致水泵能力提升，如
IEM、EGR等 • 1L/KW侧传统选型原则，大排量过设计， 小排量不足，可通过Benchmark、模拟 及台架确认
21
内容
传统动力总成冷却系统集成
• 动力总成冷却系统输入要求 • 发动机散热需求分析 • 变速箱散热需求分析 • 涡轮增压器散热需求分析
Study
整车驱动冷却系统集成
2017-12-22
内容
传统动力总成冷却系统集成
• 动力总成冷却系统输入要求 • 发动机散热需求分析 • 变速箱散热需求分析 • 涡轮增压器散热需求分析
Study LOGO
• 动力总成冷却系统设计工况定义
• 动力总成冷却系统负荷计算 • 动力总成冷却系统回路设计
• 动力总成冷却系统控制
。。。
10
传统动力总成冷却系统集成
项目输入 工程语言

Study LOGO

动力总成 发动机系列？排量？最大功率？PFI or SIDI? -- 水箱大小 涡轮增压？水冷 or 风冷？ -- 中冷系统 手动、DCT、自动变速箱？ -- 油冷系统 车型区间和载荷
A/B/C, Van Trailer…
13
传统动力总成冷却系统集成
发动机散热
进气
燃烧室
Study LOGO
燃油
• 附件损失
化学能转化
热能
机械 功
本体
排气
车轮
润滑
冷却液
环境
14
传统动力总成冷却系统集成
Study LOGO
排气散热 Exhaust Heat
燃油热能 Fuel Energy
冷却散热 Cooling
摩擦 Friction 泵 Pumping 指示功 Indicated Power 附件 Accessories 有效功 Brake Power 传动 Transmission 车辆损失 惯性 Inertia 空气阻力Aerodynamic Drag Vehicle Losses 滚动阻力 Rolling Resistance
压降可达到12~20Kpa
30
传统动力总成冷却系统集成
涡轮增压器散热
Study LOGO
• 水冷式中冷系统：间接冷却，成本高，增加低温水箱，水泵，冷
却水路。
• 中冷器水冷，无需迎面风，因此可以尽可能缩短进气路径，甚至 集成在进气歧管中，从而有效改善扭矩迟滞现象 • 水冷中冷系统的冷却泵通常由ECM 控制，和排放相关，需要满足国6 OBD诊断要求。
整车性能要求（Cd）
Study LOGO
动力总成冷却系 统要求
动力总成系统和空调 系统散热
平衡 热量散入环境
产生热量
换热器 + 前端风量
带走热量
冷却液，制冷剂，润滑油
前端风量
8
传统动力总成冷却系统集成
集成的核心：平衡
Balance with Cost， Package， Quality，Mass，Cd, Safety, Elec. Power budget, Studio…
Study LOGO
6
内容
传统动力总成冷却系统集成
• 动力总成冷却系统输入要求 • 发动机散热需求分析 • 变速箱散热需求分析 • 涡轮增压器散热需求分析
Study LOGO
• 动力总成冷却系统设计工况定义
• 动力总成冷却系统负荷计算 • 动力总成冷却系统回路设计
• 动力总成冷却系统控制
7
冷却系统能量平衡
Study LOGO
扭矩反应迟滞。由于风冷式中冷器需要
布置在前端，依靠前端风量进行冷却， 因此冷却管道长，内容积大，系统压降 大，导致踩油门和车辆加速存在时间差， 影响驾驶体验。 • Full Face的中冷器压降更加明显。 通常轿车Brick形式中冷器压降 约6~8Kpa, Full Face形式中冷器
时要和TCM标定工程师紧密联系
24
传统动力总成冷却系统集成
变速箱散热量： Spin Loss & Pump Loss
Line Turbine 1st Temp Pressur Speed Gear C e RPM Nm kPa 2nd Gear Nm 3rd Gear Nm 4th Gear Nm 5th Gear Nm Temp C Turbine Speed RPM

销售市场：国内/中东/东南亚/印度/墨西哥 /澳大利亚/欧洲？
不同考核工况，尤其热区特殊要求
11
传统动力总成冷却系统集成
项目输入 工程语言

Study LOGO
竞争车型
Mass 比较 Cost 比较 Package 比较

产地
供应商数量、生产地规划 模具和物流成本平衡

销量
模具核算 冷却模块Matrix优化（平衡销量过低的配置？）
发动机转速 发动机负荷 1000 2000 100.00% 100.00% 扭矩 功率
Study LOGO
冷却液进水 冷却液出水 增压器出口 中冷器后温 冷却液流量 空气流量 温度 温度 温度 度
3000
4000 5000 5500 6000 1000 2000 3000 4000 5000
100.00%
Study LOGO
性能 空间尺
质量
寸匹配
Cooling Performance
Mass Cost Package Warranty Cd Electric Power
重量
成本
9
传统动力总成冷却系统集成
项目输入

Study LOGO
动力总成


车型区间： A/B/C, Van…
销售市场：国内/中东/东南亚/印度/墨西哥/澳大利亚/欧洲？ 竞争车型 产地 销量 成本
23
传统动力总成冷却系统集成
变速箱散热量
• Pump Loss：规定油温下，和油泵转速和油压相关
Study LOGO
• Spin Loss：规定油温下，和Turbine转速、油压、档位相关
• TCC：和液力变矩器特性有关，受变速箱标定策略影响极大。 通常选型主要考虑TCC Lock情况，滑擦作为瞬态考虑。后期开发

成本：
系统成本分解 零部件成本核算
12
内容
传统动力总成冷却系统集成
• 动力总成冷却系统输入要求 • 发动机散热需求分析 • 变速箱散热需求分析 • 涡轮增压器散热需求分析
Study LOGO
• 动力总成冷却系统设计工况定义
• 动力总成冷却系统负荷计算 • 动力总成冷却系统回路设计
• 动力总成冷却系统控制
15
传统动力总成冷却系统集成
发动机输入
• 功率 • 冷却液散热量
Study LOGO
• 水泵流量特性及冷却液流量
• 水温限值（持续，短暂，极端） • 发动机油散热量（Opt：大多和集成在发动机上）
• 发动机油流量（Opt：大多和集成在发动机上）
• 发动机油温限值 • 节温器特性
16
传统动力总成冷却系统集成
• 动力总成冷却系统控制
28
传统动力总成冷却系统集成
涡轮增压器散热
• 中冷系统的作用：当空气进入涡轮增压后
Study LOGO
其温度会大幅升高，密度也相应变小，
中冷器冷却高温空气，保证进气量， 防止因空气温度过高导致发动机爆震。
29
传统动力总成冷却系统集成
涡轮增压器散热
• 风冷式中冷系统：有成本优势。缺点是
34
传统动力总成冷却系统集成
Study LOGO
销售区域的工况参数收集是定义工况的前提条件
35
传统动力总成冷却系统集成
通常不同销售区域的工况参考
Study LOGO
• 欧洲：常温，高速（德国 Max Speed）平路；常温，中速，大坡度， 大拖车 • 北美：高温，中等坡度，拖车，中速（Performance Car 除外）
Study LOGO
• 动力总成冷却系统设计工况定义
• 动力总成冷却系统负荷计算 • 动力总成冷却系统回路设计
• 动力总成冷却系统控制
22
传统动力总成冷却系统集成
变速箱输入
• 变速箱类型 • 各档速比
Study LOGO
• 液力变矩器效率
• 换挡策略 • 变速箱油流量
• 变速箱油温限值
• 油冷系统压降
2
内容
新型热管理系统
•
Study LOGO
新型热管理系统背景和特点 载荷新型热管理系统的回路设计 新型热管理系统的控制 新型热管理系统的诊断需求
• • •
3
内容
混合动力车冷却系统集成
●
Study LOGO
混合动力车冷却系统特点 混合动力车驱动电机散热需求 混合动力车电池冷却回路散热需求 混合动力车电子模块冷却回路散热需求