发动机前置式机舱内气热模型的构建及分析

周亚文+鲁锦涛+彭行翠

摘 要：采用实验与数值计算相结合的方法，研究前置式发动机舱内空气流场对散热性能的影响，并进而探索前舱散热与整车燃油经济性之间的关系。

关键词：发动机舱；空气流场；耦合计算；结构优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.251

1 引言

汽车前舱散热性能直接影响着整车运行的可靠性，相关研究表明发动机故障的50%左右是由冷却系统故障引起。其次是整车运行的经济性，冷却系的功用是保证发动机在任何负荷条件下和工作环境下，均能在最适合的温度状态下正常和可靠地工作。而目前冷却系统通常按照满足最大散热要求进行设计，冷却系统仅在3～5%的运行时间里达到极限设计状态，因此在大部分时间里，系统处于过冷状态，不利于车辆正常高效地工作。通过构造前舱的气热模型，分析探索优化散热的方法极具研究价值。

2 模型构建及试验

通过对原车进行整车热平衡试验搭建整车CFD仿真三维模型，将试验结果与实验结果对比来验证仿真结果的正确性和优化方案的可行性。

2.1 原车改进

经CFD仿真分析可知，最优的优化方案为增加上中下导流板，并调节散热器组之间的距离，最优组合为：上导流板向下倾斜0°、中导流板结构2、下导流板向上倾斜20°、风扇后移25mm、散热器前移15mm、冷凝器35mm。

2.2 试验过程

整车热平衡实验在室内排放实验室进行，环境温度为40℃，试验车先以120km/h热车15分钟，怠速5min后进行室內模拟爬坡工况，7.2%坡度负载，试验车以手动挡3档速度37km/h-41km/h爬坡，空调为冷风模式外循环，风量最大，30min后熄火静置15min，然后怠速5min后进行室内高速工况，试验车以最高档116-120km/h运行，空调为冷风模式外循环，风量最大。

3 验证分析

3.1 冷却系统散热性能对比

通常以温升曲线、冷却常数和许用环境温度作为汽车冷却系统适应能力的评价指标。通过对比分析优化前后水温和油温的温升曲线、冷却常数以及许用环境温度的变化，对改进前后的冷却系统散热能力进行评价。

在道路环境模拟实验室内进行了实车的高速、模拟爬坡行驶、最大扭矩转速行驶和额定功率转速行驶四个工况下的道路环境模拟实验，由于所用实验室不能满足将环境温度稳定在所需的40℃，本次实验所测的环境温度是变化的，湿度33%。表1为改进前后环境模拟实验各工况温度参数记录。

从表1可以看出，在原车的基础上进行改造优化后，模拟爬坡工况和高速工况下机油温度、发动机进水温度、发动机出水温度明显下降，冷却常数液气温差和油气温差也明显下降。原车改造优化后，模拟爬坡工况下温度浮动较大，效果较明显；高速工况下，温度浮动较小，提升较小。对原车进行改造优化后，模拟爬坡工况和高速工况下的发动机出水温度、油底壳温度和冷却介质冷却常数都相较原车的低，这也进一步说明了，原车改造优化提升了散热效率，提高了散热能力。

综上所述，优化方案有效了提升了上下进气格栅的进气效率，原车改造优化提升了散热效率，提高了散热能力，提升了散热器组的进气量，改善了冷却系统的散热效率。

4 结束语

通过对CN210M优化前后进行室内环境模拟实验，从冷却系统散热能力、发动机舱空间温度变化、冷却风风速变化等进行对比分析，对CN210M冷却风进风效率优化方案进行验证，证实了对冷却系统和发动机舱的散热性能的提高。

（1）通过使用温升曲线、冷却常数和许用环境温度三个评价指标对改进前后的冷却系统散热能力进行对比分析，冷却系统的冷却效果均有明显的改善，尤其是在模拟爬坡工况下的优化效果显著，液气温差降低3.05℃，油气温差降低了2.27℃。证明冷却系统进风效率的优化是可行的。

（2）通过对改进前后的发动机舱空间温度进行对比分析，改造优化后，散热器前后温差变大，冷却风带走热量增加，散热性能提升；除散热器组温度变化较小外，前舱其他测点温度基本都小于原车同测点温度，其中蓄电池、发电机、发动机盖、排气歧管和底部出风口温度下降较明显。

（3）通过改进前后的冷却风风速对比分析，在各工况下，上进气格栅和下进气格栅的进气风速均增大，即流经散热器组风量增加，提高了整个冷却系统的散热性能。

参考文献：

[1]吴海荣，郭新民.发动机冷却系统设计参数的确定[J].农业研究，2007（01）：223-224.

[2]李云龙等.车辆动力舱冷却风道流场的仿真研究[J].车辆与动术，2005（03）：27-31.endprint