发动机热管理系统

28186辆，同比增长2.3%，同年宇通品牌价值达到78.96亿元，继续位列中国客车企业之首。

针对日益冲高的油价和国家节能减排的主流趋势，宇通客车研发出具有显著节油效果的发动机热管理系统。装载该系统的客车投入使用后可实现节油5%-10%。宇通市场部人员介绍，自发动机热管理系统推广一年以来，用户在实际使用过程中的数据显示，安装该系统后油耗普遍降低了1~3升，节油效果明显。他们希望通过此次悬赏活动能获得更多的用户反馈，以更加完善自主研发技术的更新，继续为客户创造更大的价值。

汽车热管理系统及其研究进展 一． 汽车热管理的内涵

运用热力学原理提高整个系统或装置的能量利用率，减少废热损失、提高

系统的稳定性和可靠性的相关技术，从整体的角度来管理热量称为热管理。热管理是从被动地控制温度到主动地管理能量的思想转变，是提高热力系统设计整体性的重要研究方法。热管理的概念提出多年，已在汽车、集成电路、高能激光器、飞机、大型航天器和空间站中应用。汽车热管理是在能源危机的出现、日益严格的汽车排放法规以及人们对汽车舒适性高要求的背景下应运而生的。汽车热管理是从系统集成和整体角度，统筹热管理系统与热管理对象、整车的关系，采用综合控制和系统管理的方法，将各个系统或部件如冷却系统、润滑系统、空调系统集成一个有效的热管理系统，控制和优化汽车的热量传递过程，保证各关键部件和系统安全高效运行，完善的管理并合理利用热能，降低废热排放，提高能源利用效率，减少环境污染。热管理在汽车节能、环保和安全等方面具有突出的战略地位，热管理技术成为汽车节能、提高经济性和保障安全性的重要措施。

二． 汽车热管理的研究内容与研究现状

汽车热管理的主要研究内容包括热管理对象热特性研究、热管理系统集成

以及热能综合利用等；广泛意义上包括对所有车载热源系统进行综合管理与优

化，其中车载热源系统包括发动机的冷却系统、润滑系统、进排气系统和发动机机舱空气流动系统以及驾驶室的空调暖风系统等等，综合考虑空气侧与车载热源系统之间热量传递过程。涉及到冷却介质、热交换器、风扇、泵、底盘空气流动、传感器与执行机构、材料与加工、整车空气动力学、安全性、可靠性、环保性及系统建模仿真等方面的研究。现阶段主要从以下几个方面进行汽车热管理研究。

2.１按需求控制系统各部件运行参数

机械驱动式冷却水泵和冷却风扇使冷却介质流量取决于发动机转速，无法按

需求调节冷却介质的流速以及通过散热器的空气流速，从而难以使发动机在最佳的温度下工作，导致燃料经济性和发动机性能不佳。将冷却介质流速与发动机转速解耦，用电控比例流量阀代替蜡式节温器，根据汽车的运行工况来动态调整冷却量，实现电控化和智能化是冷却系统优化的重要部分。电控冷却系统对发动机性能的影响：(1)根据运行工况动态调整冷却量，避免冷却过度和冷却不足，改善冷却效果；(2)机械驱动式冷却系统的散热设计标准是满足全负荷时散热需求，因而在部分负荷工况下冷却过度导致发动机功率浪费，运用电控冷却系统能有效的提高发动机的工作温度，提高热效率，从而改善燃油经济性；(3)根据运行工况动态调整电控泵和电控风扇的转速，其能耗要低于机械驱动式的冷却系统，即使考虑到电能的转换效率只有机械能效率的一半，燃油经济性仍得到改善；(4)Kyung-Wook Choi 等人研究电控冷却系统对发动机起动和排放性能的影响，结果表明较高的冷却介质温度和较低的冷却介质流速时HC 和CO 排放量减少，但NOx 排放量有所增加；在较低的冷却介质流速下能取得较高的暖车效率[12]。目前冷却系统的电控化已在实际应用中体现出优势。韩国现代汽车公司生产的某型轿车，对散热器冷却风扇和冷凝器冷却风扇分别电控，对冷却液温度和空调冷凝器温度进行多级联合控制，结果减少了风扇功率消耗的90%，节省燃油10%[13]。

Johnson Elecrtic 公司开发一种散热器冷却风扇模块，把风扇、电机、控制电路等封装在一起，可以通过编程精确控制发动机、散热器、发动机舱室的温度。2006 年杨小强对某型推土机的冷却系统进行改造，分离油水散热，冷却水、变矩器油、液压油都采用各自散热器，用电控液压马达驱动冷却风扇系统，成功解决系统过热问题。机械驱动式油泵的压力润滑系统功耗大，不易调节。设计出可

控供油量和供油定时的发动机润滑系统，实现按需分配机油可提高环保性和经济性。2001 年，Zoz 等人研制了发动机润滑系统流动与传热模型，给出置现已在船用柴油机上使用；德国的 SchwaderlappM 提出在压力润滑系统采用可调型元件的设想，并运用一种可调型机油泵，取得很好的试验效果[17]。Masahiko Makino 等人开发了应用于汽车空调系统的小型高效的电控压缩机和相应的变换器，与带式传动压缩机相比，效率更高，特别在怠速情况下温度更加稳定[18]预测滑油箱温度的模型[16]；MANB&W 公司设计了Alpha ACC 电子定时气缸注油装置现已在船用柴油机上使用；德国的 SchwaderlappM 提出在压力润滑系统采用可调型元件的设想，并运用一种可调型机油泵，取得很好的试验效果[17]。Masahiko Makino 等人开发了应用于汽车空调系统的小型高效的电控压缩机和相应的变换器，与带式传动压缩机相比，效率更高，特别在怠速情况下温度更加稳定[18]。

２.２设计改进废热回收装置，提高废热利用率

热平衡实验显示大多数内燃机仅有30%左右的燃料热量用于做功，而其余

的70%作为废热被冷却介质、排气等带走。如何合理有效的利用废热是热管理技术的主要研究内容之一。（1）利用冷却系统中的热量。N.S.Ap 等人对冷却系统进行改进，取消散热器风扇，在暖气风箱增加鼓风机，将冷却液中的废热用于驾驶室供暖；设计的可调暖通装置适用于一年四季各种不同的外部热环境，很大程度上提高废热的利用[19]。（2）利用排气热量。Peter Diehl 等人运用热电转换等相关技术设计排气热回收装置，进行仿真和试验研究，结果表明排气热回收系统可行有效[20-22]。Masayoshi Mori 等研究汽车排气废热利用的热电转换技术，实验和计算表明在当前的技术条件下，通过热电转换技术来提高汽车的燃油经济性并不可行，指出要想通过热电转换技术来提高燃油经济性，仅仅通过提高热电转换效率是不够的，还要提高热交换器等相关设备的性能[23]。（3）热量综合利用。X. Zeng 等人运用热泵、暖风循环和暖通空调模块设计构成混合加热系统（hybrid heating system），并比较该系统在不同的运行工况和外部环境下的能效特性及运行模式，为混合加热系统的优化指明方向[24]。Valerie H.分析金属氢化物制冷系统(metal hydride cooling systems)、吸收式热泵(absorption heat pumps)、沸石热泵(zeoliteheat pumps)以及热声制冷(thermo acoustic cooling)等发动机废热利用装置的性能、对材料特性的要求、优缺点及研究现状[25]。Yoshiaki Takano 等人运用空调系统的一些部件设计了热气加热器(hot gasheater)，改善汽车暖通系统的性能

[26]。

２.３改进系统部件设计，改善部件热特性

探明整个系统的热流分布，结合空气侧的流动与传热，对部件的结构和安装方式进行优化，改善系统部件热特性，使系统热量合理分布。（1）对空调、冷却系统的改进研究。SatomiMuto 等人把散热器和压缩机合二为一，形成单个冷却模块并进行改进，分析结果表明冷却模块的尺寸和重量都大幅减小，而散热器和压缩机的性能都得到提升[27]。Ngy Srun Ap 等人对Renault CLIO 1.6 L和VOLVO S80 2.4 L 两种车型，对车辆前部的风扇和导风罩对压缩机和散热器的影响进行研究，计算和实验表明在中高速情况下，导风罩的存在反而使空气流速降低[28]。德尔福公司提出中置风扇配置，冷却风扇置于冷凝器后和散热器前，显著改善空气侧的温度分布，获得较高的空气流速[29]。Rajesh A Tand Sharad Pol 利用仿真和试验分析方法，研究后置式客车发动机冷却系统的性能，发现在低速工况时可以通过提高散热器风扇的功率来提高散热器的效率，而在高速工况时，散热器散热效果受风扇功率影响不大，提出利用偏转板把底盘空气导向散热器提高散热效率的方法[30]。Kohei Nakashima 等人研究空冷式摩托车发动机冷却肋片的迎风锥度，试验表明采用有锥度的冷却肋片能提高冷却效果，减小发动机的重量[31]。E. Abu-Ramadan 等研究发动机冷却风扇的定子和支撑臂的空气动力学性能，提出相应的优化策略[32]。Ken T. Lan 研究散热器的热风回流问题，运用CFD 分析前端导风罩对散热器的空气流速，压力分布的影响[33]。（2）对车辆结构的研究。陈振明等分析汽车前部、客舱、尾部、底部、附加装置和车轮对汽车空气动力学性能的影响，从汽车空气动力学设计的角度优化汽车造型，进而提高汽车的安全性、经济性和舒适性[34]。2009 年蓝国勇等人针对五菱之光微型汽车冬季除霜除雾效果不佳的问题，改进风管结构和出风口的位置，进行仿真计算和实车模拟试验，成功解决该类问题[35]。

２.４改善驾驶室热环境，提高汽车舒适性

车辆室内热环境直接影响乘员的舒适感，结合人体的感官模型，对驾驶室的流动与传热进行研究，是改善车辆的舒适性，提高汽车性能的重要手段。Ward Atkinson 从车身结构设计出发，从空调排风口、受阳光辐射影响的汽车玻璃及整