轻型卡车发动机舱热管理优化分析

陈玉鸿

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230022）

前言

发动机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、整机的关系，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、空调系统及后处理系统等集成一个有效的热管理系统，控制和优化工程机械的热量传递过程，保证各关键部件和系统安全高效运行，完善地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。

通过三维流体分析软件star-ccm+，对某型轻型卡车的发动机舱进行流场和温度场的分析，评价进入冷却系统的空气流量，以及发动机舱的温度分布，去除热害隐患。

1 三维热管理分析

1.1 三维模型搭建

首先建立整车三维数模，建立热管理的三维计算模型，模型包含了除驾驶舱内饰外的所有部件，为了捕捉到细微的流动结构，对格栅等部件进行了特殊处理，如图1。

图1 三维计算模型

在整车模型的基础上，建立流体计算空间，并划分流体网格，如图2。

图2 三维网格

1.2 计算结果分析

1.2.1 流场分析

截取车身不同位置的截面，分析发动机舱内部的流场，如图3。

由计算结果得到从格栅进入的风在中冷器处受到阻力，导致气体上下分流，没有很好的通过中冷器，风扇护罩的布置不太合理，导致风扇上半部分的高风速没有对散热器起到散热作用，风扇的效率较低，另外，中冷器以及散热器的布置不合理，中冷器的位置偏下，风扇的强制对流作用没有很好的作用到中冷器。

在车速 50km/h的工况下，通过中冷器的空气流量为0.442kg/h，通过散热器的空气流量为1.052kg/h。

1.2.2 温度场分析

通过施加温度边界，计算发动机舱内部的温度场，如图4，可以分析机舱内部是否有回流现象，以及局部热害点。

通过温度场分析得到流线图以及温度云图，获得了发动机舱的温度分布情况。中冷器以及散热器作为热交换器设置，外界冷空气进入中冷器和散热器之后被逐步加热，在散热器前有热回流产生，导致散热器排风的部分温度较高，影响散热效率，需要增加改进措施。

图4 温度场分析

1.2.3 中冷器上移优化方案

将中冷器上移160mm，并在中冷器下侧增加导流板以增加通过中冷器的进气流量，如图5。

图5 中冷器上移

在移动了中冷器并增加了导流板后，中冷器的进气风量有所增加，如表 1，但是由于中冷器阻挡了散热器的进气，导致散热器的进气流量有所降低，如图 6，可以通过下移风扇的位置并修改风扇护罩以及修改格栅方案提高通过中冷器以及散热器的风量。

表1 进风量对比

图6 中冷器上移方案对比

1.2.4 增加导流板优化方案

根据之前的分析结果，给出两种不同的导流板如图 7，计算在这两种不同导流板作用下，发动机舱内部的流场情况。

图7 两种不同导流板

新增的导流板1由于遮挡了部分从机舱底部进入到冷却模块的气流，导致进风量反而有所下降，导流板2直接连接到进气格栅位置，对进入格栅的气流有一定的导向作用，但是效果并不明显，如图 8，建议将侧面也增加导流板，形成从进气格栅到冷却模块之间的一个流动通道，提高进风量。

图8 截面流场图

由流线图可以看出，如图 9，原始方案在底部有一部分气流会流入发动机舱内通过换热模块，导流板1遮挡了这部分气流，但导流板2在通过进气格栅后气流速度有所提高，一定程度上增加了进气量。

图9 流线图

1.2.5 发动机上导流板优化方案

图10 发动机上导流板

在散热器上方增加导流板方案，减少风扇排风重新进入到散热器的热回流，如图10。

新增的导流板可以有效的隔绝风扇排风以及发动机舱内的热回流重新进入到散热器，有效的排除了热回流的问题，如图11、12，这样的优化设计提高了冷却系统的工作效率。

图11 截面温度场对比

图12 流线图对比

2 总结

从三维分析中可以得到详细的发动机舱内部流场和温度场的分布情况，为三维机舱优化提供参数。该型轻型卡车从三维流场分析入手，计算了机舱流场、温度场，进行了多次优化，最后找到一条切实可行，并且效果相对较好的优化方案。

参考文献

[1] 周龙宝,刘忠长,高宗英.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2] 谢辉,康娜.重型柴油机冷却风扇和水泵的功率分配对热管理系统总能耗的影响[J].天津大学学报,2015.

[3] 肖能,王小碧,王伟民,等.前扰流板对机舱进气量和车辆气动阻力的影响研究[J].汽车工程,2014.

[4] 李毅,董琳,张延静.电子风扇与散热器距离匹配的试验研究[J].装备制造技术,2012.