Chapter 05
第5章 整车热管理性能集成开发

汽车热管理系统是一个复杂的，涉及汽车动力性、燃油经济性、排放性能、舒适性、安全可靠性及零部件寿命等多方面性能的系统。整车热管理性能集成开发作为现代汽车产品开发的核心内容之一，其概念内涵已从传统的发动机热管理扩展到涵盖发动机舱热管理、动力系统热管理和乘员舱热管理的综合系统工程，并且对包括发动机舱热可靠性、动力总成可靠性、乘员热舒适性、热力系统经济性、发动机排放性能以及NVH性能等在内的多项整车评价指标具有重要影响。

整车热管理性能集成开发以热量为载体，进行收集、输送和排出的统一调配和综合利用；从系统集成管理的角度，统筹热管理系统与热管理对象及整车的关系，控制系统中热量的综合利用率；以热量为纽带将各系统或部件集成为一个高效耦合的整体，控制和优化车辆的热量传递过程，保证系统在动力性、燃油经济性、环境适应性、可靠性、安全防护、乘员舒适性、环境保护等多个维度下的综合性能的提升。

整车热管理性能主要包括发动机舱热管理性能、动力系统热管理性能和乘员舱热管理性能三大部分，如图5-1所示。

发动机舱热管理的功能是保证各种工况下发动机燃烧产生的多余热量能及时地传给空气并带离发动机舱，防止发动机舱部件受到高温损害，确保发动机舱内各零部件能够安全、高效地工作。发动机舱热管理系统主要包括发动机舱前格栅进气系统，由进气格栅、导流板、前端冷却模块，前端密封框架组成，换热介质为空气，如图5-2所示。

零部件的使用寿命与其所处的温度及在该温度下持续的时间有关，对于发动机舱内受温度影响大的零部件的性能和寿命，如线束、油管、悬置和蓄电池等，必须确保其工作在安全温度以内，否则车辆的安全性和可靠性就会出现问题，这时发动机舱热管理就变得尤为关键。

动力系统热管理的功能是保证发动机、变速器、驱动电机、动力电池等发热的动力系统部件能够工作在适宜的温度范围内，确保动力系统工作的安全性和经济性。动力系统热管理系统主要包括发动机冷却系统、发动机进气冷却系统、润滑系统、变速器冷却系统、电池冷却系统、电机冷却系统等，通常采用水冷冷却方式，换热介质包括冷却液、变速器油、机油、制冷剂、空气。以发动机冷却系统为例，系统由水泵、发动机本体的水套、节温器、散热器、膨胀水箱、冷却水管、冷却风扇以及其他附加装置组成，如图5-3所示。

在发动机工作期间，最高燃烧温度高达2500°C，即使在怠速或中等转速下，燃烧室的平均温度也在1000°C左右。发动机冷却系统中的高温零部件，如气缸体、气缸盖、活塞、气门等，若不及时冷却会产生大的热应力、膨胀变形、介质黏度下降等，导致疲劳裂纹、塑性变形、过度磨损、润滑失效，严重时出现卡死或损坏，最终导致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下降。当冷却液温度过低时，汽油在燃烧室升温较慢，滞燃期长，燃烧过程恶化，磨损加剧，同样会导致发动机功率下降、排放性能恶化及燃油消耗率增加。因此，水冷式冷却系统的发动机水套中的冷却液一般应尽量保持在80～90°C。冷却系统既要防止夏季发动机过热，也要防止冬季发动机过冷，还要在发动机冷起动后保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。

乘员舱热管理的功能是确保乘客的热舒适性和视野安全性，通过调节乘员舱内空气的温度、湿度、洁净度和风量，去除风窗玻璃上的雾、霜和冰雪，给驾驶人和乘客提供舒适的环境、新鲜的空气、安全的驾乘。乘员舱热管理系统主要包括通风系统、制冷系统、采暖系统、除霜除雾系统，由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、暖风芯体、鼓风机、冷却风扇、储液干燥器、制冷剂管路和空气管路组成，换热介质包括冷却液、制冷剂、空气，如图5-4所示。

国外的调查报告显示，人们大约有7%的时间是在诸如汽车、飞机、火车以及轮船等交通工具上的，其中在汽车上的时间最长。汽车由于其特殊性，车室内的温度常常达到-30～70°C，因此，合理、经济地对汽车乘员舱进行热管理，是保证乘员舒适和安全行车的必要条件。乘员舱热管理系统通过制冷、制热、除湿来提高乘员舱的舒适性，保证良好的室内环境；同时为风窗玻璃及车窗提供除霜和除雾功能，保证行车的安全性。