某轿车中冷器性能优化分析及解决措施

张鹤，钟素娟，何延刚，麻金贺

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某轿车中冷器性能优化分析及解决措施

张鹤，钟素娟，何延刚，麻金贺

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在某轿车产品研发过程中，出现了进气温度偏高导致扭矩下降，从而影响整车动力性表现的问题，为了消除这个问题，对中冷器系统进行优化分析并针对中冷器性能对发动机扭矩的影响进行相关的试验验证，通过优化中冷器，最终解决了整车扭矩下降的问题，提高了产品品质和动力性。

中冷器；聚风罩；CAE；优化设计

CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-234-02

前言

随着中国经济的飞速发展，汽车保有量迅猛增加，人们对汽车动力性、经济性的要求也日益增高，因此增压车型也是未来发展的趋势，废气涡轮增压的应用最为普遍。

由于发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。而且，空气在被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降10 ℃，发动机功率就能提高3%～5%。

如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的NOx的含量，造成空气污染。

为了解决增压后的空气升温造成的不利影响，因此需要加装中冷器来降低进气温度。

1、中冷器的优化方法

中冷器基本由气室和芯体组成，芯体由铝制内翅片、外翅片、扁管构成，外界冷却介质如冷空气或水通过外翅片与中冷器内部的热空气进行热传导来进行增压空气的冷却。因此风冷式中冷器的优化方法通常有以下几种：1、调整内翅片、外翅片的规格、增大热交换面积；2、增大芯体面积；3、增大进风量。

本文所针对的某轿车车型在加速过程中通过中冷器进入发动机的温度较高，导致整车扭矩发挥不畅、加速无力，经测试发动机峰值扭矩约为270N.m，而实际中仅能输出230N.m的扭矩，严重影响了整车的加速性能。采取通过中冷器的模拟分析并结合优化内部结构保证发动机性能的发挥。

2、中冷器出气温度偏高及优化

该车在热平衡工况时，中冷器出气较高，发动机最大输出扭矩仅为230N.m，较发动机的峰值扭矩减小了40N.m的输出，严重影响了整车动力性的发挥。

图1为3200rpm@wot工况ECU读取数据，从图中更可以看出转毂风机随车速变化时，此时中冷温度64.5℃，扭矩250Nm。保持工况不变，加大风机的风量，使温度降到55℃，此时扭矩可达到270Nm。

图1 3200rpm@wot工况ECU读取数据

2.1 中冷器优化分析

为尽量降低中冷器出气温度，对中冷器自身结构相关参数进行调整如下，见表1：将散热面尺寸调整到126×680× 82；扁管数量调整到9个，规格调整到7.8×0.4；外翅片调整到8条，规格调整到7.0×4.0×0.11；内翅片（扁管内部）调整到7.0×0.44×0.12；经计算和测试散热面积由2.986m2增加到4.45m2；10m/s风速下散热量由10.5kW增加到16.3kW。

表1 中冷器自身结构优化参数示意

图2为在中冷器前端增加聚风罩结构，将外界冷空气强制引流至中冷器表面，从而增加进风量。

图2 中冷器增加聚风罩结构示意图

图3、图4为增加聚风罩前后的进气量对比模拟分析示意图，模拟工况为3档WOT爬坡，从对比中可以看出，增加中冷器聚风罩以后强制更多气流进入中冷器，较增加之前中冷器进风量增加约44%，从而大大提高了中冷器的冷却效果。（黄色圆框处为中冷器位置）。

表2为热平衡工况下的中冷器出气温度对比示意图，看以看出中冷器在优化后出气温度均有较大幅度下降，高速工况由60.5℃下降到49.3℃，爬坡工况由61.9℃下降到52.6℃。效果较为明显。

图3 增加聚风罩前后Y=100mm剖面速度云图

图4 增加聚风罩前后Z=80mm剖面速度云图

表2 热平衡工况下的中冷器出气温度对比示意图

备注：优化前高速工况6档130km/h、爬坡工况3档60km/h由于发动机输出扭矩不足无法实现，因此使用6档120km/h和3档40km/h工况代替。

3、结论

在进行中冷器设计时，在考虑到成本、安装空间的同时，更要优先处理好中冷器与格栅之间的匹配关系，确保进风量可以满足增压后的气体温度，保证发动机功率和扭矩的正常发挥，在模拟分析的基础上考虑增加强制进风，找到适中的方案，达到既能够满足发动机的功率、扭矩输出的要求，又能达到不过度设计的目的。

本论文通过试验分析和模拟分析相结合的手段改进中冷器的结构，利用Star-CD分析软件对中冷器的进风量、流场模拟分析，同时结合中冷器自身散热量和散热面积的计算建立优化的计算模型，便于更加迅速的优化中冷器的冷却结构和流量的模拟分析判断，准确而快速的确定中冷器的方案，从而可以在设计阶段就可以开展对中冷器系统的结构优化工作，进一步缩短研发周期和经费投入。

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An automobile exhaust noise performance optimization analysis and solutions

Zhang He, Zhong Sujuan, He Yangang, Ma Jinhe
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In a course of product research and development of the car, the intake air temperature on the high level due to a high torque decreased ,thus affecting the vehicle power performance problems, in order to eliminate of the intercooler system to optimize the analysis and test for related affects the performance of intercooler of engine torque, by optimizing the intercooler, finally solves the problem of the vehicle torque decreased ,and improve the product quality and performance.

Intercooler; Air concentrator; CAE; Optimization analysis

U462

A

1671-7988 (2017)10-234-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.080

张鹤,（1984-）, 男，本科，底盘设计工程师就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。