趙永剛

[摘 要]本文主要針對汽車發(fā)動機艙熱管理展開思考，探討了汽車發(fā)動機艙熱管理的原理和具體的管理策略和方法，并對其存在的一些不足之處進行了總結，提出了改進措施。

[關鍵詞]汽車，發(fā)動機艙，熱管理

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）23-0097-01

前言

在汽車的管理工作中，汽車發(fā)動機艙熱管理是一個非常關鍵的環(huán)節(jié)，必須要針對熱管理提出更好的建設意見，改進方案中的一些問題，才能夠提升汽車發(fā)動機艙熱管理的效果。

1、汽車發(fā)動機艙的研究現(xiàn)狀

汽車發(fā)動機艙類似一個半封閉的空間，艙內(nèi)包括了發(fā)動機、冷卻系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、傳動裝置、空調(diào)以及液壓設備等部件，各部件在熱環(huán)境內(nèi)相互影響，使發(fā)動機艙內(nèi)空氣的流動和傳熱過程非常復雜，艙內(nèi)氣流的分離和旋渦的紊流也會影響汽車的氣動阻力。VivekKumar用CFD結合流體網(wǎng)絡模型的方法，把整個區(qū)域劃分成不同的氣流通道，求解一維質(zhì)量和動量守恒方程得到風量與壓力的分布；該方法可縮短CFD技術求解時的迭代時間。RobertD等采用高效的電子水泵和電子風扇設計了多風扇布置型式的冷卻系統(tǒng)，高速公路車載試驗的燃油量減少了5.3%～8.6%。國內(nèi)研究人員從智能化的發(fā)展方向提出風扇和水泵功率分配的控制策略，采用主動抗擾控制算法節(jié)約總能耗。同時，對發(fā)動機艙緊湊的內(nèi)部結構進行優(yōu)化布置，以減少流動損失為目的重新設計前格柵和熱交換器；為了避免逆向流動優(yōu)化各部件之間的空間距離。

隨著我國的工業(yè)化的快速推進，國家對環(huán)境保護的重視程度日益提高。國家工業(yè)和信息化部也出臺了《乘用車燃料消耗量限值》及《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》來進一步加嚴乘用車燃料消耗限值，從2017年1月開始執(zhí)行。所以車輛燃油經(jīng)濟性的進一步提高顯得迫在眉睫。

在汽車設計過程中，發(fā)動機艙的散熱效果往往只評價散熱器的綜合性能或散熱器與風扇的匹配，現(xiàn)有的檢測設備很難全方位地測量發(fā)動機艙內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程；仿真計算已成為發(fā)動機艙設計過程中必不可少的環(huán)節(jié)，它不受風洞實驗中邊界效應或邊界干擾、支架干擾、相似條件不能滿足等的限制。因此，本文針對一款大客車發(fā)動機艙，建立已安裝發(fā)動機、風扇、散熱器、冷凝器、發(fā)動機等零部件的整車模型，設定參數(shù)及模擬發(fā)動機艙內(nèi)流體軌跡和流動特點，并對比發(fā)動機艙的結構布置在改進前后的冷卻效果。

2、性能分析

2.1 模型建立

整車發(fā)動機艙熱管理的模型與外流場分析模型一致。一般計算域設置為車前三倍車長，五倍車高，車后七倍車長，提高計算一致性，基本消除了阻塞效應的影響。整車模型，如圖1所示。

2.2 仿真分析

本次仿真計算基于零部件供應商提供的冷卻系統(tǒng)和發(fā)動機相關實驗數(shù)據(jù)。通過計算高速、爬坡工況對發(fā)動機艙熱管理分析，找到問題原因，探索解決方案及成本優(yōu)化。仿真工況的相關內(nèi)容如下：

工況一：風扇關閉，車速為最高車速，高速工況；

工況二：爬坡工況，風扇轉(zhuǎn)數(shù)為2450rpm，車速為33.4km/h。

如表1所示，仿真系統(tǒng)計算出各個系統(tǒng)的進入量：通過散熱系統(tǒng)進風量統(tǒng)計表分析可知，高速工況下散熱系統(tǒng)的進風量都沒有滿足設計目標值要求；爬坡工況下的散熱器和中冷器進風量均無法滿足設計目標值。這表明汽車在高速、爬坡工況下，發(fā)動機存在冷卻液沸騰的風險。

2.3 仿真優(yōu)化

根據(jù)仿真分析可以通過增加導風板把從散熱器上方泄露的氣流攔截，進而增加散熱器和冷凝器的進風量。同時，在中冷器上、下方增加導風板，增加中冷器進風量。為了避免氣流從橫梁兩側(cè)泄露，可以在橫梁兩側(cè)增加導風板，進一步提高散熱器和冷凝器的進風量。在反饋給設計部門關于增加導風板之前，先對增加導風板的效果進行仿真、評估。通過計算結果表明散熱系統(tǒng)中所有進風量都有所提升，且各零部件的進風量都滿足設計目標要求。其中，冷凝器的進風量效果比較明顯，在一定程度上，可以提升空調(diào)性能，提高整車空調(diào)舒適性。

3、成本優(yōu)化

3.1 成本優(yōu)化

將仿真優(yōu)化好的導風板結構數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，反饋給設計部門，設計部門會根據(jù)導風板數(shù)據(jù)進行確認布置空間及結構細化工作。仿真優(yōu)化的導風板一共6塊，供應商反饋需要500元成本費用，由于項目成本的限制，需要重新優(yōu)化導風板數(shù)量。對所有擋風板計算分析：散熱器導風板被優(yōu)化，由于它的作用是增加進風量；橫梁導風板可以考慮取消；中冷器導風板可以被取消?？紤]仿真時間問題，僅對高速工況進行導風板組合優(yōu)化，高速工況達標后，進行爬坡驗證；相比前期優(yōu)化，散熱器和冷凝器進氣量有所增加，中冷器進氣量有所下降，但仍滿足目標值；最終取消中冷器上導風板，節(jié)約成本100元，完成了成本控制的目標。

3.2 仿真驗證

發(fā)動機艙內(nèi)空氣流動狀況與發(fā)動機艙散熱息息相關。一旦散熱系統(tǒng)的進風量不滿足目標，將會影響散熱系統(tǒng)的散熱效率，進而導致發(fā)動機性能下降，甚至發(fā)動機冷卻液沸騰。散熱器導風板攔截了氣流，增加了冷卻模塊的進氣量，通過增加中冷器下方的導風板，使得中冷器下方泄露的氣流被攔截，從而增加中冷器的進風量。高速工況下，Y=-140mm對比流線。

爬坡工況下，散熱系統(tǒng)的進風量主要是風扇旋轉(zhuǎn)提供的，通過云圖對比分析，導風板對散熱系統(tǒng)的進風量影響不明顯，最終的導風板方案為：散熱器、橫梁兩側(cè)、中冷器下側(cè)導風板。將最終導風板方案提交給設計部門，得到其認可，完成前期發(fā)動機艙流場仿真優(yōu)化任務。

4、結束語

綜上所述，在明確了汽車發(fā)動機艙熱管理的要求的前提下，我們才能夠真正做好管理工作，同時，針對管理的需求和管理的對策，讓熱管理工作更加富有成效。

參考文獻

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[2] 肖能，王小碧，王偉民，等.前擾流板對機艙進氣量和車輛氣動阻力的影響研究[J].汽車工程，2016，36（10）：125.