能也得到了提高。假如能够避免散热器和冷凝器之 间的热过渡区，这种技术可以满足散热器和冷凝器 的性能要求，使空气侧压降最小化，那样就极大的减
少装配空间及其制造费用。 ＶＥＣ公司针对汽车前端换热器的许多特点，研 制出了全新布局的汽车热管理系统Ｕｌｔｉｍａｔｅ—Ｃ００１一
安装在５８８ｋｗ的Ｖ８赛车发动机上，替代原有的
在１９９５年，在美国Ａ唱ｏｎｎｅ国家实验室，ｃｈｏｉ等 人提出了纳米流体概念，并在流体中加入纳米微粒，
万方数据
内燃机与配件
２０１４年第９期
手段。同传统的研究方式相比，仿真具有可预先研 究、无条件限制、信息丰富、成本低和周期短等优点。 汽车热管理方面的仿真研究大部分是利用多个
随着电子技术、计算机技术的发展，热管理技 术将会朝着智能化方向发展，可以满足经济性及排 放控制的要求。 参考文献
些部件和流体必须协调工作以满足车辆散热和温度
控制要求，其是将冷却系统、润滑系统、媛通空调系 统（ＨＶＡＶ）集成为一体的管理系统（图１所示）心ｊ。 热管理系统工作性能的优劣，直接影响着汽车 动力系统的整体性能。开发高效可靠的汽车热管理
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内燃机与配件
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另外还综合考虑车载热源系统与空气侧间的热 量传递过程，涉及到冷却介质、热交换器、风扇、泵、 底盘空气流动、传感器与执行机构、材料与加工、整 车空气动力学、安全性、可靠性、环保性及系统建模 仿真等方面的研究。 国外大公司对热管理部件如散热器、中冷器的 研究已相当成熟，系统匹配已经综合考虑整车动力 性、经济性、排放、乘坐舒适性、可靠性等，并做到了 智能化管理。并且国外整车公司与发动机公司都在
Ｓｏｌｄｎｅｒ【９ ３等提出了一个新的概念一一紧凑型冷
２０℃时保持驾驶室温度３０ｍｉｎ基本不变¨Ｊ。
ｃｏｎｏｎａ【６ ３等开发出的电控冷却系统中采用了
却系统（ＣＣＳ）。ＣＣＳ系统是一个基于离心式风扇的
电控水泵和电控节温器，并开发出与这些电动部件
径流式的系统，即将散热器、中冷器和冷凝器都布置 在风扇周围。与传统的轴流式系统相比，ＣＣＳ系统每 单位体积的性能提高了４２％，噪音降低了６ｄＢ左右。
汽车热臂理系统Ｕｌｌｉｍａｔｅ—Ｃｏｏｌｉｎｇ系统
２．３使用新型材料
热管理系统中各部件的工作特性，进行发动机各种
工况的热性能试验研究。 浙江大学的谭建勋¨刮等进行了工程机械热管
目前，汽车热管理系统材料使用比较单一化，散 热器材料通常为铜、铝或铝合金，冷却介质主要是水 和乙二醇混合物。传统散热器的设计方法已经趋近 极限，因此急需一种全新的高效的冷却理念，来实现 冷却性能的极大改善。纳米流体作为散热器的冷却
也大大提升了燃油经济性。 ２．４综合化研究方式 汽车热管理技术的研究手段主要包括试验研究
ｉｎｇ系统（图３）＂］。该系统仅用一种冷却液（水）对 汽车所有传热流体进行冷却，将原来的风冷换热器 （中冷器、冷凝器、机油冷却器、燃油冷却器）变为全
新的水冷热交换器（ＷＣＡＣ、ＷＣＤＳ、ＷＯＣ和ＷＦＣ）。 将其从汽车前端移到发动机罩下，其中中冷器安装 在发动机上，前端只有一个风冷多温度散热器，以提
（１］Ｍａｈｍｏｕｄ
ＴｈｅＨｎａｌ Ｋ Ｇ，Ｌｏｉｂｎｅｒ Ｅ，ｅｔ ａ１．ｓｉｍｕｌａｔｊｏｎ—Ｂａｓｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ．
热管理系统由各个部件和传热流体组成。部件
包括：换热器、风扇、冷却液泵、压缩机、节温器、传 感器、执行器和各种管道及套管；传热流体包括：大 气、冷却液、机油、润滑油、废气、燃料、制冷剂等。这
图１汽车热管理系统
２研究内容及现状
目前，热管理系统主要研究内容包括热特性研 究、热管理系统集成以及热能综合利用等。广泛意 义上是包括对所有车载热源系统进行综合管理与优 化，即包括发动机的冷却系统、润滑系统、进排气系 统和发动机机舱空气流动系统以及驾驶室的空调暖 风系统等。
同时，径流式风扇功率消耗为轴流式风扇的７０％。 但是，由于发动机舱纵向空间限制，ＣＣＳ系统存在着
相应的优化控制策略。 在国内，郭新民ｏ”等对装载机冷却系统控制装 置进行了研究，该发动机冷却系统中的风扇和水泵
由液压马达驱动，利用单片机根据冷却水温度的变
万方数据
郝毓林：汽车热管理系统研究现状
唯一的缺点就是装配困难。但这种技术还是受到国 内外研究人员的大力推崇，并正处于研发阶段。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
１
前言
汽车热管理系统是从系统集成和整体角度出发，
系统，已成为发动机进一步提高功率、改善经济性所 必须突破的关键技术问题。因此，采用先进的热管
统筹热量与发动机及整车之间的关系，采用综合手段 控制和优化热量传递的系统。其可根据行车工况和
理系统设计理念，应用汽车现代设计方法和手段，对
汽车热管理系统进行深入研究具有十分重要的实际 意义‘引。
对热管理系统进行分析研究。 Ｃｌｅｍｓｏｎ大学已经建成了专门研究智能热管理
气的温度比原来降低４—２０℃，燃油节省６％（２８℃，
ＡＣ／ＯＮ，ＭＶＥＧ）。另外，该系统还可以为ＨＥＶ和
系统的试验平台，包括热源、智能节温器、散热器、可 变速的水泵和风机等。ｓａｌａｈ等人则通过该平台开
发了多种发动机冷却水温非线性控制策略¨３】。
做这方面工作。而在国内，这方面的研究工作基本
化调节电磁比例溢流阀的溢流量以实现冷却风扇和
水泵转速的自动调节。 ２００７年，郑州宇通集团有限公司自主研发了客
车发动机热管理技术，该技术由冷却智能控制模式、 风扇智能控制模式２个系统组成，能够精确控制发 动机冷却水温度８６—９５ｃＣ，使得百公里油耗降低
５％一１０％。
６８．６ｃｍ×４８．３ｃｍ×７．６ｃｍ散热器。在车速为
２９０ｋｍ／ｈ、水温９９．４℃的稳定工况条件下，冷却水流
量仅为５７．５Ｌ／ｍｉｎ，风扇空气流量仅是原来的
２．３％。其整体传热系数要比传统的散热器提高１０ 倍以上。石墨泡沫作为全新的汽车热管理材料，还 可以使散热器的体积变得更小，降低了发动机罩的 高度，进而降低风阻，改善驾驶员视野，提高安全性，
温度或者发动机部件温度来控制冷却液流量，进而
控制冷却液温度，可以达到５％左右的节油效果。
在１９９９年该公司在先前的基础上开发出了 ＴＨＥＭＩＳ先进发动机热管理系统，能够根据驾驶条 件和发动机负荷来管理和优化发动机温度，以改善
Ｄｅｌｐｈｉ汽车公司针对传统的冷凝器一散热器一 风扇布置顺序的冷却模块（ＣＲＦＭ），提出了新的布 置顺序，即冷凝器一风扇一散热器布置顺序的冷却 模块（ＣＦＲＭ）概念，其是将风扇置于冷凝器和散热
Ｅｎｇｉｎｅ
图２
热管理系统电控水泵（左）和电控节温器
２．２优化部件结构
Ｃｏｏｌｉｎｇ（ＶＥＣ）公司于
冷却液流量、压力以及合理的流场分布都直接
影响发动机的冷却效果。部件的空间布局对发动机 舱的空气流动及温度分布影响也是非常明显的。
１９９２年开发出了一种由电控水泵、电控节温器和电
动风扇组成的发动机冷却系统¨】，可以根据冷却液
ａｔ
ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｔｈｅｍｌａｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｓ ａｄｅ，ａ ｓｔｕｄｙｏｎ
ｔｈｅ
ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖｅｈｉｃ】ｅ‘ｒｅｃｈｒ王ｏｌｏｇｙ ｏｆ ｌｈｅ订ｎａｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎ￡
热管理系统与发动机运行的匹配技术以及系统 优化控制策略的选择问题是智能化热管理系统研发 的关键技术。通过试验及仿真分析结果表明，热管
局限于高校，整车企业和发动机企业也只是刚开始， 基本停留在冷却系统研究的初级阶段。整车和发动 机企业缺乏合作研究，只是各自进行匹配，进行的工 作也是只基于冷却角度，而不是热管理的角度，从而
环境条件，自动调节冷却强度以保证被冷却对象工作
在最佳温度范围，从而优化整车的环保性能和节能效 果，同时改善汽车运行安全性和驾驶舒适性等…。
车辆热管理系统广泛意义上包括对所有车载热
源系统进行综合管理与优化，热管理系统主要是用
于冷却和温度控制。例如：对发动机、润滑油、增压
空气、燃料、电子装置以及ＥＧＲ的冷却，对发动机舱 及驾驶室的温度控制等。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ
ｔｈｅ珊ａｌ
ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ
ａ
ｓｉｇｎｉ６ｃａｎｔ ａｐｐｒｏａｃｈ
ｔｏ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒ—
ｆｏ珊ａｎｅｅ ｔｈｅ咖ａｌ
ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｗｈｉｃｈ
ｏｎ
ｅｎｓｕｒｅｓ
ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ｖｉｔａｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｄｎＶｉｎ昏Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ
供高温循环和低温循环冷却。即高温循环对发动 机、机油和ＥＧＲ冷却以及对燃油和车厢加热，低温 循环对空调制冷剂和燃油冷却。试验结果表明，汽
车前端热管理系统体积减少４０％，轻度碰撞不会损 坏冷凝器，避免制冷剂泄漏，水冷式中冷器使增压空
和模拟研究。试验研究虽然周期长、花费高，但真实 可靠，还可为模拟研究提供充分的试验数据，验证仿 真计算精度。目前，国内外的不同研究机构都搭建 了不同的热管理试验平台以及通过不同的仿真软件
并做了大量的研究工作，并达到了很好的冷气效果。
在１９９７年，在美国Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅ国家实验室，Ⅺｅｔｔ
Ａｖｅｑｕｉｎ【ｌ叫等提出了一种多用换热器，其将散
热器和冷凝器连接成单一模块。试验结果表明，换 热器的体积减少近３０％，重量减少５％一１０％，热性
等人开发出了第一种导热率超过４０ｗ／ｍ・Ｋ的石
墨泡沫材料，但目前其导热率已高达１８７Ｗ／ｍ・ Ｋ［１¨。Ｋｌｅｔｔ【ｌ纠等人用石墨泡沫材料做成一个 ２２．９ｃｍ×１７．７８ｃｍ×１５．２７ｃｍ的换热器（散热器），