汪 勇

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

對車輛來說，前格柵造型是影響風速場較大的因素，但受整車開發(fā)流程約束，很難在整車冷卻系統(tǒng)設(shè)計階段變更前臉造型以及更改前格柵，所以優(yōu)化風速場的方向只能改變前端模塊中其他部件入手。

1 前端模塊風速場對車輛熱管理的影響

1.1 熱管理的重要性

對于燃油車而言，傳統(tǒng)汽油發(fā)動機熱效率在30%左右，很少機器能突破40%，柴油機熱效率略大于汽油機，其余能量大部分以熱能的形式散失，除排氣帶走的能量外，發(fā)動機自身的冷卻完全依靠車輛的冷卻系統(tǒng)，尤其渦輪增壓發(fā)動機，還需要中冷器對進氣降溫，大部分車輛的空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器也布置在散熱器前端，這給原本布置空間有限的冷卻系統(tǒng)的帶來一定難度。

1.2 風速場的作用

當空間及成本原因，不能增大散熱器、中冷器、冷凝器體積，也不能更改各散熱器類型，無論冷凝器還是中冷器與散熱器，參考熱平衡方程可知，在不能改變其他參數(shù)下，提高空氣流速可以提高換熱效率，所以增大通過前端模塊的風速是提高各散熱器效率的重要辦法。由于整車前端模塊復雜結(jié)構(gòu)與發(fā)動機艙不規(guī)則布置，零部件臺架試驗結(jié)果并不能直接應(yīng)用至整車開發(fā)，測量前端模塊風速場與優(yōu)化對整車的熱管理性能非常重要。

2 前端模塊風速場試驗測量

2.1 試驗測量方法

現(xiàn)階段常見的風速傳感器有兩類，一類是電阻式，另一類是葉輪式，其中葉輪式風速傳感器的優(yōu)點是精度高，受外界干擾小。測量前端模塊的風速場，最常用的方法是基于整車拆解前端模塊，將多個葉輪式風速傳感器均勻安裝在散熱器或冷凝器前端，然后恢復整車原狀態(tài)，進行相關(guān)工況的測量。本次測量使用了16只葉輪式傳感器，按4×4矩陣式均布安裝。

2.2 聚風板對前端模塊風速場的影響

使用江淮汽車某小型汽車作為試驗樣車，其冷卻系統(tǒng)為冷凝器、中冷器、散熱器、護風圈及風扇疊放布置，環(huán)境空氣依次經(jīng)過上述各散熱器進行換熱，因此保險桿與各散熱器邊緣的密封狀態(tài)必定影響風速場，而保險桿不規(guī)則，與矩形的散熱器保持密封狀態(tài)需要增加聚風板，此舉必然會增加整車成本，因此測量增加聚風板帶來的增益，以此權(quán)衡是否增加或考慮其他優(yōu)化方案。

聚風板分4種狀態(tài)（無聚風板、上下聚風板、左右聚風板、全聚風板），由于樣車風扇為高低速風扇，風扇有3種風扇狀態(tài)（不轉(zhuǎn)、低速、高速），測試共計12個狀態(tài)在相同車速、4種狀態(tài)的聚風板下風速場的差別。

圖1 無聚風板時風速場

該車在60km/h車速下，4種狀態(tài)結(jié)果分別為：加裝全聚風板效果最好相對無聚風板增益達到6.6%，其次是上下聚風板增益達到 6.4%、左右聚風板增益最低為 0.9%，無聚風板效果最差，若考慮成本增加上下聚風板就可以達到很好的效果，提高各散熱器的換熱效率。

車速60km/h、風扇高速扇狀態(tài)部分測試結(jié)果如圖1-2。

圖2 增加全聚風板時風速場

將上述4種狀態(tài)的結(jié)果輸入至KULI進行一維仿真，得到結(jié)果如下：

表1

綜上可以得知，聚風板對前端模塊風速場影響會因車而異，在整車條件下進行試驗結(jié)合仿真分析方能確定具體增益，同時考慮成本做出選擇。

2.3 不同車速下風扇對風速場的增益

車輛低速行駛時，冷卻系統(tǒng)主要靠風扇提高散熱器、中冷器的進風量，此時風扇作用很關(guān)鍵，冷卻液溫度和中冷器出氣溫度會強相關(guān)，當風量小不足以帶走散熱器中冷器熱量時，發(fā)動機進氣溫度與冷卻液溫度升高，混合氣氧氣密度會降低、空燃比降低、退點火角等一系列惡性循環(huán)；當車輛速度逐漸提高，自身撞風可以為散熱器中冷器提供風量，此時風扇的作用不大，本小節(jié)以江淮汽車某小型汽車研究，在不同車速下風扇對風速場的增益。

試驗分別測試3種風扇狀態(tài)下（不轉(zhuǎn)、低速轉(zhuǎn)、高速轉(zhuǎn)）不同車速時的風速場，為使數(shù)據(jù)直觀化，計算各狀態(tài)下風速場的平均風速，結(jié)果如下：

表2 各狀態(tài)下風速場的平均風速數(shù)據(jù)對比表

由此得知，當車速達到100km/h時，風扇帶來的增益很小，此時風扇效果較小，主要作用是降低風阻，可以考慮在車輛高速行駛時，關(guān)閉風扇或以較低功率驅(qū)動，同時在護風圈上加入百葉窗式開孔，車速增加至一定程度撞風后自然開啟減小風阻。

3 結(jié)語

從上述試驗結(jié)果可以得知，前端模塊風速場對車輛發(fā)動機的冷卻、進氣溫度的降低、空調(diào)制冷效果都有很大影響，不僅風速大小，風速場的均勻性也很重要，通過試驗的方法測量風速場，配合CFD仿真，能夠有針對性地對風速場進行優(yōu)化。