主动进气格栅对整车采暖性能影响研究*

端方勇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心， 安徽 合肥 230051）

随着汽车产业升级， 要求油耗越来越低， 对空调舒适性的要求越来越高。 汽车在低温环境下工作， 不仅油耗高，还会加剧发动机的磨损， 同时暖风水温温升慢， 导致空调采暖舒适性变差。 为了改善发动机在低温下的不佳工作状态， 让发动机快速升温， 使得发动机保持在合适的水温下工作， 很多车辆使用了主动进气格栅技术。 主动进气格栅可以在汽车高速行驶或者刚启动时关闭， 减少流经发动机的空气， 降低发动机冷却强度， 可以让发动机快速温升并维持在正常工作温度， 有利于提高空调采暖舒适性以及降低整车油耗。 此外， 主动进气格栅也可以在一定程度上降低空气阻力， 有利于降低油耗。

1 主动进气格栅介绍

进气格栅是汽车前部造型的重要组成部分， 影响着整车的设计风格， 也是空气流入汽车发动机舱的入口。 当前，大多数车辆上的进气格栅都是固定的结构， 发动机系统通过节温器、 散热器风扇等进行调节水温、 空调的稳定工作。而主动进气格栅AGS （Active Grille Shutter） 是通过发动机水温、 机油温度、 空调系统状态、 进气温度等信息， 依靠控制电机实现进气格栅的百叶片开启一定角度或者关闭的装置。

当进气格栅的状态发生变化时， 进入发动机舱的气流量和气流的流向均会受到影响， 从而引起整车冷却系统的有效迎风面积、 内部流场等气动阻力发生变化， 进而对整车性能产生影响： ①降低整车风阻， 达到节油目的； ②保持发动机温度， 提升整车动力性能； ③增强冷起动性能，为快速暖机提供保障； ④有效保护发动机冷却系统， 延长冷却系统部件寿命。

2 主动进气格栅控制策略

整车EMC获取发动机冷却液温度、 空调系统压力、 车速、 环境温度、 冷却风扇状态等物理参数后， 结合发动机最佳工作温度、 空调高效工作系统压力等目标参数， 计算出进气格栅的目标开度， 通过PWM信号， 控制电机调节进气格栅的开度。 如图1、 图2所示。

图1 主动进气格栅控制示意图

图2 主动进气格栅控制策略

3 主动进气格栅对整车采暖性能影响

一般车型的进气格栅都是固定式， 无法主动关闭。 在刚启动冷车行驶时， 空气一样会为温度并不高的散热器降温， 从而使水温攀升缓慢， 无法迅速使发动机进入较佳工作温度。 主动进气格栅就会自动关闭， 防止汽车外部的空气进入发动机， 使汽车内部充满热气， 从而让发动机在最短的时间内达到最佳的工作温度。 当发动机温度达到一定程度的时候， 进气格栅就会打开， 防止发动机温度过高，从而维持最佳的工作温度。

主动式进气格栅主要在低温环境下有助于车辆启动初期的快速温升， 以及高速、 怠速状态下的水温保持。 鉴于以上特点， 设定了图3所示的试验工况进行整车采暖性能对比验证， 测试结果如图4和表1所示。

表1 整车空调采暖试验结果

图3 整车空调采暖试验工况

图4 整车空调采暖试验水温数据

试验在-25℃的环境下进行， 当车辆充分浸透后开始试验。 试验结果分析如下。

1） 在低温环境下汽车启动后需要快速升温， 满足整车采暖需求， 此时主动进气格栅处于关闭状态， 使得发动机处于相对封闭空间， 减少了发动机本体与外界的热交换，有利于快速升温， 从试验结果看， 匹配主动进气格栅在2min内冷机怠速温升有3.95℃/min的改善。

2） 当车辆起步行驶后， 此时水温仍然较低， 暖风水路处于小循环状态， 主动进气格栅仍处于关闭状态。 从水温温升数据来看， 匹配主动进气格栅在中低速工况初期改善了水温温升速率， 有助于提升整车空调采暖效果， 工况后期随着水温升高至节温器开启温度， 大循环已能满足整车冷却需求， 主动进气格栅仍处于关闭状态。

3） 高速工况时， 由于水温已达到节温器半开状态， 此时水温较高， 主动进气格栅对水温保持已无贡献。 之后进入怠速工况， 由于主动进气格栅关闭， 有利于发动机水温的保持， 使得发动机水温下降速率明显低于固定式进气格栅， 从数据看有0.72℃/min的改善， 提高了整车低温环境下的保温性能。

4 总结

整车匹配主动进气格栅对整车造型、 风阻、 热管理系统产生一系列影响， 同时主动进气格栅又是电控系统， 因此在实际匹配开发过程中， 会对整车进行风阻测试、 油耗测试、 热管理测试， 对主动进气格栅进行各工况电控测试，以了解主动进气格栅匹配整车后是否能满足整车各使用场景下的实际使用需求， 以及在整车上的性能提升。 本文主要提取了低温环境下主动进气格栅对整车采暖性能影响特征， 设定了试验验证工况， 开展了对比试验， 从试验结果定量分析了主动进气格栅在各工况下对整车采暖性能的影响， 对主动进气格栅的开发具有指导意义。