汽车冷却系统设计介绍

Study整车驱动冷却系统集成2017-12-22LOGOStudy2传统动力总成冷却系统集成•动力总成冷却系统输入要求•发动机散热需求分析•变速箱散热需求分析•涡轮增压器散热需求分析•动力总成冷却系统设计工况定义•动力总成冷却系统负荷计算•动力总成冷却系统回路设计•动力总成冷却系统控制内容LOGOStudy3新型热管理系统•新型热管理系统背景和特点•载荷新型热管理系统的回路设计•新型热管理系统的控制•新型热管理系统的诊断需求内容LOGOStudy4混合动力车冷却系统集成●混合动力车冷却系统特点●混合动力车驱动电机散热需求●混合动力车电池冷却回路散热需求●混合动力车电子模块冷却回路散热需求●混合动力车工况定义●混合动力车冷却系统的负荷计算●混合动力车冷却回路设计内容LOGOStudy5纯电动车冷却系统集成●纯电动车冷却系统特点●纯电动车冷却系统负荷计算●纯电动车工况定义●混合动力车冷却回路设计范例内容LOGOStudy6传统动力总成冷却系统集成新型热管理系统混合动力车冷却系统集成纯电动车冷却系统集成内容LOGOStudy7传统动力总成冷却系统集成•动力总成冷却系统输入要求•发动机散热需求分析•变速箱散热需求分析•涡轮增压器散热需求分析•动力总成冷却系统设计工况定义•动力总成冷却系统负荷计算•动力总成冷却系统回路设计•动力总成冷却系统控制内容LOGOStudy8冷却系统能量平衡动力总成系统和空调系统散热热量散入环境整车性能要求（Cd）动力总成冷却系统要求换热器+前端风量冷却液，制冷剂，润滑油前端风量产生热量带走热量平衡LOGOStudy9传统动力总成冷却系统集成性能空间尺寸匹配成本重量质量集成的核心：平衡CoolingPerformanceMassCostPackageWarrantyCdElectricPowerBalancewithCost，Package，Quality，Mass，Cd,Safety,Elec.Powerbudget,Studio…LOGOStudy10传统动力总成冷却系统集成项目输入动力总成车型区间：A/B/C,Van…销售市场：国内/中东/东南亚/印度/墨西哥/澳大利亚/欧洲？竞争车型产地销量成本。。。LOGOStudy11传统动力总成冷却系统集成动力总成发动机系列？排量？最大功率？PFIorSIDI?--水箱大小涡轮增压？水冷or风冷？--中冷系统手动、DCT、自动变速箱？--油冷系统车型区间和载荷A/B/C,VanTrailer…销售市场：国内/中东/东南亚/印度/墨西哥/澳大利亚/欧洲？不同考核工况，尤其热区特殊要求项目输入工程语言LOGOStudy12传统动力总成冷却系统集成竞争车型Mass比较Cost比较Package比较产地供应商数量、生产地规划模具和物流成本平衡销量模具核算冷却模块Matrix优化（平衡销量过低的配置？）成本：系统成本分解零部件成本核算项目输入工程语言LOGOStudy13传统动力总成冷却系统集成•动力总成冷却系统输入要求•发动机散热需求分析•变速箱散热需求分析•涡轮增压器散热需求分析•动力总成冷却系统设计工况定义•动力总成冷却系统负荷计算•动力总成冷却系统回路设计•动力总成冷却系统控制内容LOGOStudy14传统动力总成冷却系统集成发动机散热燃烧室化学能转化环境冷却液本体润滑热能机械功•附件损失车轮进气燃油排气LOGOStudy15传统动力总成冷却系统集成燃油热能FuelEnergy空气阻力AerodynamicDrag惯性Inertia传动Transmission附件Accessories泵Pumping摩擦Friction滚动阻力RollingResistance冷却散热Cooling排气散热ExhaustHeat车辆损失VehicleLosses有效功BrakePower指示功IndicatedPowerLOGOStudy16传统动力总成冷却系统集成发动机输入•功率•冷却液散热量•水泵流量特性及冷却液流量•水温限值（持续，短暂，极端）•发动机油散热量（Opt：大多和集成在发动机上）•发动机油流量（Opt：大多和集成在发动机上）•发动机油温限值•节温器特性LOGOStudy17传统动力总成冷却系统集成发动机转速发动机负荷扭矩功率冷却液进水温度冷却液出水温度冷却液流量增压器出口温度中冷器后温度空气流量1000100.00%2000100.00%3000100.00%4000100.00%5000100.00%5500100.00%6000100.00%100090.00%200090.00%300090.00%400090.00%500090.00%…………PFI：PortFuelInjectionSIDI:SparkIgnitionDirectInjectionTurboIEMEGRLOGOStudy18传统动力总成冷却系统集成发动机散热量数据无量纲化分析处理最大功率行驶功率散热发动机转速节气门开度LOGOStudy19传统动力总成冷却系统集成无量纲化处理的优点•通过建立数据库，总结参数规律，对不同发动机散热需求进行评估。•早期缺乏发动机数据的情况下，尤其是发动机和整车同步开发的项目，根据发动机类型、配置及名义功率，对发动机可能的散热需求进行早期评估，确定冷却模块框架尺寸，指导初期项目开发。•实际操作中可考虑分段拟合LOGOStudy20传统动力总成冷却系统集成无量纲化处理的缺点•没有考虑相同功率下，发动机不同转速下的发动机效率不同，从而散热量不同•没有发动机转速，无法确定水泵流量•数据点散差较大，处理复杂，工程师需要具有一定整车开发经验•后期信息完备后需要进一步校核同一发动机，相同功率下，散热相同？同一发动机，相同功率下，效率相同？同一发动机，相同功率下，油耗相同？同一发动机，同一辆车，不同档位，油耗相同？LOGOStudy21传统动力总成冷却系统集成发动机水流量•发动机水流量可近似认为和发动转速是线性关系•注意大小循环影响•可以通过台架实验或者模拟获取•为减小附件损失，水泵选型趋向减小，相同功率不同转速下的水流量可能成为瓶颈，但增加某些特征会导致水泵能力提升，如IEM、EGR等•1L/KW侧传统选型原则，大排量过设计，小排量不足，可通过Benchmark、模拟及台架确认LOGOStudy22传统动力总成冷却系统集成•动力总成冷却系统输入要求•发动机散热需求分析•变速箱散热需求分析•涡轮增压器散热需求分析•动力总成冷却系统设计工况定义•动力总成冷却系统负荷计算•动力总成冷却系统回路设计•动力总成冷却系统控制内容LOGOStudy23传统动力总成冷却系统集成变速箱输入•变速箱类型•各档速比•液力变矩器效率•换挡策略•变速箱油流量•变速箱油温限值•油冷系统压降LOGOStudy24传统动力总成冷却系统集成变速箱散热量•PumpLoss：规定油温下，和油泵转速和油压相关•SpinLoss：规定油温下，和Turbine转速、油压、档位相关•TCC：和液力变矩器特性有关，受变速箱标定策略影响极大。通常选型主要考虑TCCLock情况，滑擦作为瞬态考虑。后期开发时要和TCM标定工程师紧密联系LOGOStudy25传统动力总成冷却系统集成变速箱散热量：SpinLoss&PumpLossTempCTurbineSpeedRPMLinePressurekPaPumpLossNmTempCTurbineSpeedRPMLinePressurekPa1stGearNm2ndGearNm3rdGearNm4thGearNm5thGearNmLOGOStudy26传统动力总成冷却系统集成Flow(L/min)RPMTemp1Temp2变速箱油流量WTOC放在水箱出水侧LOGOStudy27传统动力总成冷却系统集成FlowPressureDrop系统压降Vs.流量•变速箱油冷在指定工况下的压降，是保障油冷的必要条件。•对于既有WTOC，又有ATOC的串联系统，压降非常重要。•对有ATOC的系统，推荐使用TVB阀LOGOStudy28传统动力总成冷却系统集成•动力总成冷却系统输入要求•发动机散热需求分析•变速箱散热需求分析•涡轮增压器散热需求分析•动力总成冷却系统设计工况定义•动力总成冷却系统负荷计算•动力总成冷却系统回路设计•动力总成冷却系统控制内容LOGOStudy29传统动力总成冷却系统集成涡轮增压器散热•中冷系统的作用：当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度也相应变小，中冷器冷却高温空气，保证进气量，防止因空气温度过高导致发动机爆震。LOGOStudy30传统动力总成冷却系统集成涡轮增压器散热•风冷式中冷系统：有成本优势。缺点是扭矩反应迟滞。由于风冷式中冷器需要布置在前端，依靠前端风量进行冷却，因此冷却管道长，内容积大，系统压降大，导致踩油门和车辆加速存在时间差，影响驾驶体验。•FullFace的中冷器压降更加明显。通常轿车Brick形式中冷器压降约6~8Kpa,FullFace形式中冷器压降可达到12~20KpaLOGOStudy31传统动力总成冷却系统集成涡轮增压器散热•水冷式中冷系统：间接冷却，成本高，增加低温水箱，水泵，冷却水路。•中冷器水冷，无需迎面风，因此可以尽可能缩短进气路径，甚至集成在进气歧管中，从而有效改善扭矩迟滞现象•水冷中冷系统的冷却泵通常由ECM控制，和排放相关，需要满足国6OBD诊断要求。LOGOStudy32传统动力总成冷却系统集成工况环境温度中冷器进口温度进气流量换热量需求中冷器出口温度要求中冷系统压降要求通风量需求最大功率低速爬坡涡轮增压器散热•中冷系统通常按发动机最大功率点进行设计（考虑限功率），校核低速爬坡工况下的风量情况，其他工况下，仅需要考虑可能对水箱等带来的负荷。工况环境温度进水温度进水流量换热量需求出口水温要求冷却液压降要求通风量需求最大功率低速爬坡LOGOStudy33传统动力总成冷却系统集成•动力总成冷却系统输入要求•发动机散热需求分析•变速箱散热需求分析•涡轮增压器散热需求分析•动力总成冷却系统设计工况定义•动力总成冷却系统负荷计算•动力总成冷却系统回路设计•动力总成冷却系统控制内容LOGOStudy34传统动力总成冷却系统集成工况定义源于销售区域的客户需求•温度：关键因素•湿度：次要因素，通过冷凝器负荷影响前端散热，通过压缩机负荷影响发动机工作（不显著）•坡度：关键因素•车速：关键因素•负载（含拖车）：关键因素•持续时间（距离）：重要因素LOGOStudy35传统动力总成冷却系统集成销售区域的工况参数收集是定义工况的前提条件LOGOStudy36传统动力总成冷却系统集成通常不同销售区域的工况参考•欧洲：常温，高速（德国MaxSpeed）平路；常温，中速，大坡度，大拖车•北美：高温，中等坡度，拖车，中速（PerformanceCar除外）•中国：较高温，中等坡度，无拖车•中东：极端高温，高速平路•南美：常温，中速，大坡度LOGOStudy37传统动力总成冷却系统集成工况严苛程度的定义•根据不同工况的严苛程度，冷却系统的要求也不同•持续工况：在10年16万公里的行驶过程中，可能出现累计1400小时或12000次循环。车辆可能经常或长时间在该工况下行驶。•短暂工况：在10年16万公里的行驶过程中，可能出现累计60小时或400次循环，车辆可能短暂地在该工况下行驶。•极端工况：超出定义的使用范围的工况。该工况下，零件可能损坏，但车辆要能够行驶并且没有安全问题（性能允许衰减）。•冷却系统的目标温度设计要求根据上面定义确定LOGOStudy38传统动力总成冷却系统集成•动力总成冷却系统输入要求•发动机散热需求分析•变速箱散热需求分析•涡轮增压器散热需求分析•动力总成冷却系统设计工况定义•动力总成冷却系统负荷计算•动力总成冷却系统回路设计•动力总成冷却系统控制内容LOGOStudy39传统动力总成冷却系统集成整车工作点动力总成散热量冷却