整车发动机舱热管理开发简述

宽 面 排数 根数 波高
波带
波距 波数
总散热面积 正面积 总重量
由上表可知，竞品车型与标杆车型所用的中冷器主要差异在于竞品车型横截面宽度，前者是 后者的 2.2 倍左右。竞品车型的散热面积和总迎风面积比标杆车型小 13%左右。 中冷器性能对比分析
中冷器性能对比分析：以上分析表给出了中冷器性能试验数据，数据表明标杆车型的中冷 器性能明显优于现有车型，经分析，标杆车型换热效率高于 70%。而竞品车型的中冷器换热效 率仅为 55%。经过内部结构分析表明，标杆车型的中冷器冷却管采用马口琴式，散热性能和风 阻均优于竞品车型的结构。任何一款零件的选择都在考虑成本和性能的平衡，只站在模块的角 度上进行分析，选择合适的而不是最佳的，平衡某一方面的性能才能保证整个模块的最优化。 风扇基本结构参数 项目 参数 总成外形尺寸 叶片形状 叶片数量 叶片宽度 叶片高度 风扇叶片尺寸 叶片内径 叶片直径 法兰直径 材料 实际重量 硅油离合器 离合器直径 厚度 竞品车型 6 叶风扇 Φ430*76 mm 环形闭口式 6 38 mm 150 mm 170 mm 430 mm 150 mm PA6CF30 0.9 Kg 140 mm 28 mm 标杆车型 10 页风扇 Φ460*115 mm 开口式 10 47 mm 120 mm 196 mm 460 mm 178 mm PA6CF30 1Kg 194 mm 30 mm
测量参数 环境温度 主油道机油温度
是否合格
计可以借鉴以下各个模块设计特点。 散热器基本结构参数对比 项目 发动机额定功率 高 外轮廓尺寸 散热器芯子结构尺寸 轻。 宽 厚 横截面 扁管 排数 根数 波高 波带 波距 波数 总散热面积 正面积 总重量 长 宽 竞品车型 90 KW 516 mm 478.2 mm 38 mm 16 mm 1.8 mm 2(管距 9.6 mm) 98 7.8 mm 3.2 mm 161 11.48 ㎡ 0.2463 ㎡ 3.74 Kg 标杆车型 110 Kw 510 mm 475.3 mm 35 mm 35 mm 1.5 mm 1 57 6.5 mm 4 mm 150 10.38 ㎡ 0.2424 ㎡ 4.24 Kg
材料 与水泵连接法兰直 实际重量
铝合金 60 mm 1.1 Kg
铝合金 60 mm 2 Kg
由上表可知，竞品车型与标杆车型采用了环形闭口式风扇，竞品车型的叶片数和叶片高度 都远低于标杆车型，而叶片高度则是标杆车型的 1.25 倍。
风扇性能对比分析图
风扇性能对比分析：从上图风量性能对比图中看出 ，风量性能区别并不大。在相同转速的 条件下直径越大，风量越大，与此同时，噪音也越大。风扇叶子的形状对风量和性能都影响较 大。风扇的噪音和转速存在倍数关系，选风扇的趋势是风扇直径大，转速低，在保证模块散热 性能的前提下，通过降低转速来减少噪音的产生。
性能并不突出，但是风阻却小很多。6 m/s 风速的情况下，风阻在 245Kpa 左右。而竞品车型均 在 300Kpa 左右，在散热器选型时,在保证散热量一定的前提下,尽量选择风阻小的芯体。 根据标杆车配置来看，在匹配散热器的时候并不能一味追求其散热量的大小，而更应注重 散热器通风性能的优劣。从标杆车数据看来，目前竞品车的散热器性能均优于标杆车，但是实 际使用情况反而没有标杆车效果好。散热器风阻过大导致整个模块风阻过大，风量不足反而使 散热器实际的散热性能发挥不出来。 标杆车的发动机的额定功率在 110Kw 左右，而竞品车型的发动机功率只有 90Kw。但是仅对 散热器而言，标杆车的散热器竟然比竞品车的散热器还小，性能还差。不得不相信标杆车在提 高冷却风量方面做了更多的研究和探索。散热器在整个模块中的成本比例是最高的，所以散热 器的成本控制是整个模块成本控制的关键，也就不难理解标杆车对散热器尺寸的控制以及更多 的措施来提高模块通风性能。
Keyword
thermal management
Cooling system
vehicle performance.
前言
汽车发动机舱是个半封闭的空间，对温度场的要求特别高 。一方面舱内各种材料的零件如 橡胶件、线束对温度有一定的要求；另一方面发动机本身需要适当的散热，以保证在各种工况 下都具有最佳的动力性和经济性。如何在整车项目开发中开展机舱热管理是一项非常重要的工 作。 本文依据整车正向开发设计为要求，在分析标杆车型的基础上，简要介绍整车项目开发中 发动机舱热管理工作的开展，主要的介绍内容如下： a) 标杆车型冷却模块结构参数及性能分析，进行热管理目标确定、标杆车型分析、零部件台架实
整车发动机舱热管理目标
性能分解
属性分解零部件几何模型建立及布置确认 一维/三维之 间耦合优化
零部件性能确认（理论计算、CFD 分析数据）
工程可行性分析
确定产品供货商 台架性能实验 路试实验验证 签发报告
属性开发流程图
1.2、标杆车车型分析
1.2.1 模块结构分析 对轿车而言，整车冷却系统性能开发十分重要，格栅、热交换器和冷却风扇是轿车前段最显 著的特征，需要对前段进行优化，使最大冷却气流进入发动机罩下面。也可以通过控制冷却气 流，来控制发动机罩下面零部件的温度。 以下简要介绍某款标杆车模块布置情况，整车发动机舱可以借鉴该标杆车发动机舱布置特点 设计，该布置可以实现以下目标： a) 、发动机舱密封封条：用于封闭发动机舱使其形成密封腔，便于控制空气流动方向； b) 、冷却模块上部密封板：防止了热空气发生回流； c) 、冷却模块下部密封板：防止了热空气回流，增加了中冷器前的压力、进风量。 风道设置问题对于低速或静止的商用车，可以通过设计冷却流的路径、冷凝器、冷却风扇， 布置热部件和热防护板来满足热管理的要求。通常进气口的有效面积应为散热器迎风面积的 70-80%。 轿车与轻卡可适当降低为 60%。 如果把进气口的有效面对比为散热器迎风面积降低 30%， 冷却能力将降低 20%以上，沸腾时的空气温度相差 10℃。 与中冷器串联在一起的散热器、冷凝器的冷侧风阻太大。模块间的间隙至少需要保证在 50mm 以上，间隙越大对于单个零件的散热效果越好。 风扇与散热器距离太近，风扇同时产生轴向和径向气流。两个方向的气流发生相互干扰而 使风量减少。当不使用护风圈时，风扇与散热器的距离越小越好，约 25~30mm；使用护风圈时， 风扇与散热器距离远就可得到较高的效率，该距离一般为 127~228.6mm。而风扇与发动机的距 离不能太小，一般不能小于 100mm。 风扇与护风罩间隙设定合理。载重车的风扇与护风罩间隙越小越好，一般为 20mm，此时风 量可达到 93%，如果改进风罩的安装方法，可使间隙小到 5mm；轿车的风扇与护风罩间隙却不 能太小。风扇与风罩的相对位置设定合理。风扇伸入护风圈的长度一般为叶片弦长的 2/3~3/3， 其中离心式风扇伸入极限为 2/3， 而轴流式风扇可伸入 3/3 。 发动机挡风的附件尽量不装在风扇 通道的后方。防止热风回流。通过以上几个方面的优化都可以提高模块（中冷器和散热器）的 散热性能。 另外，发Βιβλιοθήκη Baidu机进出气管弯曲太多，流道太长；进出气管直径太小；进出气管截面变化太多； 管子全部为软管。以上几个因素都可导致中冷系统压力降超差。 1.2.2 模块性能分析 通过对比两种功率的发动机，额定功率分别为 90Kw 和 110Kw。分析竞品车型与标杆车的散 热器、中冷器、风扇构成。以下分别列出两款车型冷却系统模块设计的区别，整车冷却系统设
1.2.3 路试试验分析 在属性目标设定过程中开展了标杆车车型的属性实验，属性实验目的是对标杆车进行路试实验 及进排气压力的测试，考察散热系统的散热性能，中冷器的工作状况以及排气系统周围零部件温度 场分布，为项目车型冷却模块目标值设定提供数据支持。实验根据海马 Q/HMAC 100-021-2012《汽车 热平衡能力试验方法及试验结果评价规范》进行，实验主要开展热性能实验和空气动力学实验。试 验中采用具体工况如下：极限使用工况（发动机最大扭矩转速 90%工况） 。常规使用工况（模拟爬坡 工况，高速行驶工况、发动机怠速工况）测试。 根据试验规范要求，每个工况的试验时间为：每种工况持续的时间为 30 分钟，要求是主要测点 温度如水温及机油温度 5 分钟内变化±1℃时，可以认为已达到热平衡。测试数据如下表： 序 号 1 2 参考温度 值（℃） 实际温度值 （℃）
和整车路试试验，对比试验结果与仿真结果的差异。
一、整车发动机舱热管理定义
1.1、整车发动机舱热管理开发流程
整车开发流程是产品开发的基础，该流程的清晰程度将影响产品开发的进度和成功与否。 发动机舱热管理主要涉及热管理和空气动力学工程属性。具体包括如下流程： 1、 整车发动机舱热管理目标的确定：测试标杆车及相关竞争车型数据，专业工程师对属性目 标进行分解，逐级分解到系统和零件性能目标； 2、 零部件性能确认：零部件工程师根据性能目标，对零件尺寸及结构进行分析和相关性能能 实验的确认； 3、 系统性能的确认及优化：将相关零部件性能数据进行整理分析，然后将相关数据进行一维 和三维分析及优化，进行工程可行性分析； 4、 工程开发：完成零部件的工程开发，确认零部件台架性能实验，并完成样车装配； 5、 整车目标实验验证：完成环境模拟实验及相关路试实验，完成工程冻结。 具体开发流程图如下：
中冷器基本结构参数表 项目 发动机额定功率 高 外轮廓尺寸 中冷器芯子结构尺寸 宽 厚 横截 扁管 长 竞品车型 90 KW 425 mm 281 mm 50 mm 50 mm 8.7 mm 1 14 9 mm 5 mm 82 3.46 ㎡ 0.1177 ㎡ 4.19 Kg 标杆车型 110 Kw 425 mm 281 mm 53 mm 53 mm 4 mm 1 21 8.9 mm 6 mm 64 4.07 ㎡ 0．1194 ㎡ 4.24 Kg
整车发动机舱热管理开发简述
梁光炎 整车集成部平台技术室
摘要：本文简要介绍了整车开发中发动机舱热管理工作的流程，依据整车正向开发设计要求， 简
要介绍机舱热管理在整车开发中的工作内容。从而指导冷却模块开发，提高车辆性能。
关键词：机舱热管理 冷却模块 车辆性能
Brief Introduction to Thermal Management on Truck under-hood
Abstract
This article briefly describes the development process of the thermal management on truck unde-hook. This paper is based on the new trucks develop. the main tasks from the thermal management on truck under-hook. Cooling system design and promote the vehicle performance.
验以及热管理属性目标的分解； b) 冷却模块匹配分析计算：结合传统理论计算，标杆车对比以及布置分析，确定冷却模块零件系
统开发尺寸及性能； c) CFD 软件的参数设定和工程应用工作： 结合工程和热管理属性目标开发要求， 将相关工况及
约束条件转化成边界条件进行输入分析，对输出结果进行分析及冷却系统进行优化 d) 仿真结果与试验结果对比：依据 CFD 仿真完成的零部件系统的工程开发，通过大量的台架试验
由上表可知， 竞品车型与标杆车型所用散热器的主要差异在于竞品车型扁管采用了双排布 置形式，散热面积和总迎风面积比标杆车型大 10%左右。且竞品车型散热器总重量比标杆车型
散热器性能对比分析图 散热器性能对比分析：对比了标杆车和竞品车的散热器性能。在标准工况下冷却液和冷却 空气温差 55℃时，分别以 2、4、6、8m/s 对散热器进行吹风，经过相关换算以后得出散热量的 数据。对比以上分析图的性能数据后发现，在两者外形尺寸相差不多的情况下,标杆车的散热器