1.背景描述

    在发动机冷却系统中,目前大多数制造商都会遇到这样一个设计问题:在高温的行驶条件下(比如43℃的热天),为了达到良好的散热效果就需要使用超大尺寸的前端冷却包和风扇。这种大尺寸的前端冷却包不仅增加了车身的重量,还不利于车辆燃油经济性。况且,这种极端的天气我们甚少遇到,却要为此设计一个超大尺寸的前端冷却包,让这些制造商苦恼不已。现在这些汽车制造商正在为此寻求解决办法,他们曾将换热器(油冷器、中冷器)置于车大灯的下方以减低冷却包的热负荷,最终达到缩减冷却包尺寸的目的,但这又会增加制造成本。为了更好的解决这一问题,本文介绍了另一种解决方案:暖风芯体两用。

    2.技术难点

    暖风芯体与发动机出口相连,当有足够的冷却剂流过暖风时,它能移除整个发动机15%-20%的废热。但这里有一个难题:当发动机使用暖风通路来冷却时,乘员舱将会变得很热,以至于驾驶员不太可能也不愿意打开暖风。

    3.案例介绍

    为了能使用暖风芯体来达到降温目的,通过在HVAC空气箱中增加一个冷却门的方式排放从暖风芯体到发动机舱的热空气(如图1),使乘员舱的舒适性不受影响。在这种高温天气下,驾驶员会打开空调,那么混合门将允许一些冷空气进入到暖风芯体。转道的这部分气流将通过暖风芯体给发动机提供额外的冷却。图2显示了冷却门和混合门的位置。

    1 HVAC空气箱中增加了冷却门的暖风芯体

    当然暖风芯体还可以有其它的两种操作模式:1)当乘员舱也需要被加热的时候,暖风芯体的工作模式(如图2-左),发动机冷却门按照如图位置,使热空气从暖风芯体输送到乘员舱对其进行加热,其余的空气排放到发动机舱以供乘员舱加热并补充发动机冷却。2)当发动机不再需要补充冷却时,发动机门将关闭,与我们现在的HVAC空气箱工作模式一样(图2-右)。

    两用暖风芯体另外两种模式:空调开,暖风冷却开(左),仅暖风冷却开(右)

    该方案使用了一维热流体仿真软件FlowmasterV7.9(图4)对其进行了评估。通过仿真了解到:11立方英尺每分钟(1CFM)空气通过暖风芯体,前端进气量可以降低1.5CFM2)当150CFM空气通过暖风芯体时,冷凝器的热负荷将升高40%;当200CFM空气通过暖风芯体时,冷凝器的热负荷将升高到80%。虽然增加了冷凝器的负荷,但是由于暖风芯体具有比散热器更高的换热效率,这对于前端冷却模块优化的价值也是非常大的。

    4.总结

    两用暖风芯体(DUHC)技术的关键好处在于为日常驾驶前端冷却模块的优化。前端冷却模块尺寸和冷却风扇尺寸的减小有助于提高路面负载驾驶环境的燃油经济性。特别是对于较大型的汽车,该方法效果尤为明显。而且,如果在固定了前端冷却模块尺寸和结构后使用该方法,还可以增加汽车的拖拽重量。同时,该技术还可以提高燃油经济性,比如可以让自动格栅百叶窗(AGS)长时间关闭,或者在一种更高效率上完成废气再循环(EGR)操作。