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车辆冷却系统发展趋势 夏立峰 2013.11 目录 - 2 - 一．传统燃油车辆热管理技术 二．节能与新能源车辆热管理技术 一．传统燃油车辆热管理技术 二．节能与新能源车辆热管理技术 目录 3 主要研究工作 ? 车辆（发动机）热系统热状态变化规律研究 ? 冷却介质传热、流动特性研究 ? 冷却回路传热、流动研究 ? 高效热交换器技术研究 ? 高效水泵、风扇技术研究 ? 隔热与废热回收利用 ? 冷却系统集成设计分析与试验技术 ? 冷却系统智能控制技术 一、传统燃油车辆热管理技术 4 基础工作：了解系统的热平衡状况 （以发动机为例） ? 追求经济性 绝热发动机 高温冷却 一、传统燃油车辆热管理技术 5 对流散热 机油散热 冷却液散热 排气散热 发动机有效功 基础工作：掌握系统流动传热规律（以发动机及其舱室为例） 发动机多缸CFD分析 汽车发动机舱热管理分析 发动机舱速度矢量图 从CAE/CFD的技术发展上讲，大规模复杂模型（数亿网格）生成 的自动化、高速化，及其超级并行计算（数百CPU以上），结构、 流体、热、电磁场、声学等多学科耦合解析是趋势 一、传统燃油车辆热管理技术 6 商用软件： KULI GT-COOL 先进理念：整车系统集成设计分析 一、传统燃油车辆热管理技术 7 ? 统一冷却介质的冷却系统 利用一种冷却介质（发动机冷却液）来 冷却车辆中需要冷却的所有流体，如增压空气，制冷剂，油、废气、 燃料等。 ? 径流式紧凑冷却系统 试验发现比传统轴流式冷却系统性能优异， 散热性能提高42％，噪声降低6dB，功率消耗降低30％。 ? 德尔福公司提出的CFRM模块，即冷凝器，风扇，水箱顺序排列模块 比传统的CRFM结构（冷凝器，水箱，风扇顺序排列模块）性能更加 优异。 ? Johnson Electric公司 (2003)开发了一种冷却风扇模块，把风扇、电机、 控制电路等封装在一起，可以编程精确控制发动机、散热器、发动机 舱室的温度。 先进理念：模块化设计 一、传统燃油车辆热管理技术 8 ? 液态氦：1998年，英国布里斯托尔大学航天系，开发的微型汽车散热 器只有一个火柴盒大小，体积为普通汽车散热器的1‰，散热能力却与 后者不相上下。由细微的不锈钢管组成，中间装有液态氦。 ? 高温冷却介质：醇类 ? 纳米流体冷却介质： 2001年，美国Valvoline Oil Company， Argonne National Laboratory ---减少传热工质用量，减少泵功率。 发动机机内传热 ? 变量泵和电控阀使核态沸腾冷却成为可能，冷却液流量从传统的对流冷 却方式的2.0~2.6L/min·kW降到1.0L/min·kW，显著减少泵送功耗。 先进技术：强化传热 新型冷却介质开发 一、传统燃油车辆热管理技术 9 热交换器的强化传热 先进技术：强化传热 一、传统燃油车辆热管理技术 通过把换热器材料变得更薄、增加单位面积上的翅片数和面积、采用 切口散热表面、表面粗糙化处理，延展表面等增加散热能力。 被动强化传热技术 通过流体诱导传热元件振动来提高换热系数 复合强化传热技术 通过改善流体速度场与温度梯度场的协同程度来提高对流换热系数和 换热器的传热性能－－场协同理论。 主动强化传热技术 利用石墨发泡材料（Graphite Foams)制造换热器，该材料的传热系 数比铝大，而比重小得多。 高效紧凑型热交换器技 术 10 ? 机油冷却器： – 不锈钢油冷器→铝油冷器 ? EGR冷却器：两级冷却 – EGR冷却器的高温部分设计成单回路顺流以避免沸腾 – EGR冷却器的低温部分设计成逆流 ? 空空中冷器 – 乘用车中冷器 ? 全铝制 ? 压力 1.5Bar → 2.5Bar – 铜硬钎中冷器 ? 能经受260 ℃ ? 高可靠性 ? 水箱 – 芯子减薄：10毫米厚，重量减轻25% – 水室材料：从塑料回到金属材料，考虑可回收 – 植物提取的树脂散热器水室 – 铝散热器取代铜散热器 – 装配式向钎焊式转变 ? 风扇、水泵等零部件的可调可控、电动是趋势 乘用车普及采用电子风扇，其效率高达80％左右；商用车采用 温控液力驱动风扇、电磁离合器风扇等。 ? 传感器（控制系统的信号） 各相关系统部件温度传感器、车速传感器、气缸垫片温度传感 器。 案例： VALEO公司的THEMIS系统 DANA公司的智能冷却系统 一、传统燃油车辆热管理技术 先进技术：电控零部件 12 DANA公司的智能冷却系统 一、传统燃油车辆热管理技术 13 智能冷却系统减排成效（Valeo公司数据） 一、传统燃油车辆热管理技术 14 智能冷却系统节能成效 （Valeo公司数据） 一、传统燃油车辆热管理技术 15 智能冷却系统提高发动机运行可靠性 （Valeo公司数据） 一、传统燃油车辆热管理技