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摘要：汽车动力系统可靠性的好坏，与发动机冷却系统的好坏有着直接的关系，一个良好的冷却系统能及时将发动机和传动装置传递的热量送至周围环境，从而使发动机和传动装置能够获得可靠和有效的热量，不会过热，功率和经济性好，工作可靠性好。介绍了车辆冷却系统的优化匹配方法。首先，采用适当的测试方法对相关部件的性能进行测试，获得完整的性能数据。这不仅可以对特定组分进行综合评价，而且可以为冷却系统匹配试验提供有价值的参考数据。如果条件允许，可以使用CFD模拟分析方法，车辆风洞试验或车辆道路试验是车辆冷却系统的匹配优化。
关键词：冷却系统；匹配；优化
整个车辆冷却系统一般由发动机、风扇、水散热器、中冷器、恒温器、空调系统、变矩器油散热器、液压油散热器、加热装置、以及相应的管道、温度传感器和仪表组成。如何分析和评价所选冷却系统的配置，从而缩短新产品的设计开发周期，提高设计的成功率，是设计者的目标。目前，汽车工业发展迅速，国内汽车厂商和零部件供应商的技术水平不断提高，测试能力不断提高，仿真计算手段日趋成熟。这些都为冷却系统匹配的研究提供了良好的条件。
一、典型冷却系统
冷却系统的布置型式多样具体布置包括：热源（包括发动机、工作液压泵、变矩器）、散热器（包括水散热器、机油冷却器、变矩器油散热器、液压油散热器）、冷却介质（包括水（防冻液）、机油、液压油、变矩器用机械传动油、环境空气）、结构件（包括车架、机罩、导风罩、前格栅）。
二、部件试验和分析
1、发动机水泵。水泵的作用是对冷却水加压，使之在冷却泵中加速循环流动，因此水泵性能的好坏直接影响冷却系统的工作，在试验时应测定以下参数：
1）测定各档转速下的流量—扬程特性。水泵试验转速选定时一般应选取发动机标定转速、最大扭矩转速和其它特定需要的转速，另外还需要适当再穿插一些转速。
2）测定其空化能力。空化能力有一定的实用参考价值。当外部散热器的流动阻力过大时，会在泵的进口处产生一定程度的真空。当接近空化区域时，泵的流量会大大减少，从而导致故障的发生。在确定配置时应充分考虑这一点。一些系统使用补偿水管来避免这样的故障。
2、节温器
节温器属于冷却系统的调控装置，其作用是随发动机出水温度变化自动控制通过散热器的冷却液流量，以调节冷却液的温度。在试验时应测定：
1）测定节温器开启规律。一般来说，增加发动机的冷却剂温度可以使其热效率在更高的水平上。发动机的温度很高，因此现代发动机的开启温度大多在80℃以上，全开温度约为90～95℃，此外，为了避免冷却剂温度的过度变化，小循环应为CLO。大循环逐渐打开，其行程适合于大循环冲程的1/2-2/3。
2）测定节温器全开情况下的流量—阻力特性关系。试验时，设法使其处于全开位置，并和对应的节温器座体安装在一起进行试验，选取合适的流量，测出对应的阻力。
3、发动机内部冷却液侧流动阻力特性。发动机中的冷却剂流动阻力主要是指发动机机体和气缸盖冷却剂通道的阻力。对于新研制的发动机在冷却系统试验中，有必要对二者进行阻力试验，以便更好地设计和评价泵的参数。具体操作：如有必要，泵和恒温器应在泵体恒温器座上隔离和正确处理。
3、发动机外部阻力——冷却剂流动特性试验根据实际热负荷最大状况或发动机常用工况确定某一齿轮的转速。在外流阻力的不同速度下测量相应的流量变化。在试验过程中，发动机冷却剂应是循环的，恒温器处于全开状态。
4、发动机散热量的测定
1）确定典型工况转速（标定和最大扭矩，或根据最终车辆的使用特点，必要时调速特性上的转速）。
2）测定各档转速下的燃料消耗量、冷却液散热量、中冷器散热量、EGR 散热量、有用功、排气带走热量，计算出各自的比例。
3）测定各档发动机进气流量、中冷器进出口溫度、进出口压力等参数，可以计算出中冷热量，为中冷器的选型提供依据。试验时的注意事项：
1）应保持发动机油门为最大。
2）必要时，在额定功率上偏差条件下（如+5%）重复上述试验，以便掌握生产一致性对散热量的影响。
3）试验测定时，发动机冷却液进出口的温差一般不大，因此温度传感器的精度要予以保证，同时测点位置的布置也应符合相关测试规范。
4）试验室条件许可时，可以调节不同的实验室温度，以了解环境温度对散热的影响，采用相同的水散热器的方法，在整个车辆的特定工况下，选择热侧介质作为实际工作介质、散热器的散热和介质流。如果理论计算不确定，则需要对整车进行测量和确定。最后，得到散热器的传热特性场。
5）利用部件风洞试验或CFD 得到的数据：油散热器冷侧前后压差、中冷器冷侧前后压差、水箱冷侧前后压差，从而得到水箱上下两部分冷侧的空气流量Qflow 上、Qflow 下，可根据精度要求等用求解结果对CFD 计算结果进行反复运算，以逼近真实解，此种算法是可行的。
5、风扇。风洞试验可以得到风机静压、风量效率、风量功率特性参数和曲线的风量。如果条件允许，可以同时测量风机的噪声，以便为方案的选择提供辅助参考信息。测试方法的合理性、测试技术的标准化和测试计划的针对性是非常重要的。在系统匹配分析中，组件的测试数据的价值将更有价值，并且应该充分关注实际工作。部件的特性不仅对系统分析是必要的，而且便于相同部件的比较，例如两种泵。根据它们的部件性能，可以判断和判断它们的流量、升力和功耗。从而优化了构件的方向。系统中所有相关部件均未被隔离。我们的研究目标是了解每个组分的流体动力学和热力学，然后了解它们之间的相互作用。
6、匹配分析方法
对每个单独的构件进行了优化设计，强调了系统的概念，因为每个组件都有优化和改进的空间，但是系统的好处在不同的大小和可能很大的差异，因此系统方法使我们能够找到主要矛盾，从而展开最有效的改进优化措施，达到事半功倍之目的。模拟匹配计算的初始边界条件：发动机全油门，整车车速、环境状况和档位保持在设定的条件下。系统匹配计算可分以下：
1）首先需要确定整车实际使用过程中最为恶劣的散热工况。一般地，车用发动机的危险工况为长距离爬坡，车速较低（按标准规定，试验时变速箱处于二档位置），而对应的发动机处于全油门最大扭矩工况；装载机的工况则为最高速跑车工况，对应的发动机工况为调速特性上的某一转速。
2）确定对应的各相关部件的工作点。从发动机转速得到相应的泵转速和风机转速。然后求出相关部件的特性曲线，得到冷却液流量、冷却液热量、冷却器散热量、工作油热量等数据。但必须考虑到一些结构部件对整车的影响是不可忽视的，如车架、发动机罩、导流格栅、发动机本身。由于目前CFD技术是相当完善的，它可以用来模拟和计算风侧的流动特性，并获得各种不同叠加模式的风得到阻力分布规律。
总之，整车冷却系统匹配优化的前提是建立在已有配置、且备选零部件的各项阻力参数、热力学参数比较齐全的情况下才能开展的一项工作，整车冷却系统的设计计算，应与计算机仿真和热态模拟试验相结合为方向，辅以必要的野外实车试验，只有这样，才能准确可靠地匹配好车辆的冷却系统。
参考文献：
[1]盛明星. 整车冷却系统优化匹配方法浅谈[J].柴油机设计与制造2013，6：10-17.
[2]卢广锋，郭新民，孙运柱. 汽车冷却系统水温对发动机性能的影响[J]. 山东内燃机，2012，1：29-33.
[3]郭春裕，郭斌，陈永良. 汽车冷却水泵密封性能试验台的设计[J].中国科技信息，2014，15：47-48.
[4]黄环国. 轻型载货汽车冷却系统设计[J]. 合肥工业大学学报：自然科学版，2013，30（S1）：38-42.
[5]周永明，郑红梅.浅析进风面积对整车热平衡的影响[J].农业装备与车辆工程，2012，50（7）：29-31.
关键词：冷却系统；匹配；优化
整个车辆冷却系统一般由发动机、风扇、水散热器、中冷器、恒温器、空调系统、变矩器油散热器、液压油散热器、加热装置、以及相应的管道、温度传感器和仪表组成。如何分析和评价所选冷却系统的配置，从而缩短新产品的设计开发周期，提高设计的成功率，是设计者的目标。目前，汽车工业发展迅速，国内汽车厂商和零部件供应商的技术水平不断提高，测试能力不断提高，仿真计算手段日趋成熟。这些都为冷却系统匹配的研究提供了良好的条件。
一、典型冷却系统
冷却系统的布置型式多样具体布置包括：热源（包括发动机、工作液压泵、变矩器）、散热器（包括水散热器、机油冷却器、变矩器油散热器、液压油散热器）、冷却介质（包括水（防冻液）、机油、液压油、变矩器用机械传动油、环境空气）、结构件（包括车架、机罩、导风罩、前格栅）。
二、部件试验和分析
1、发动机水泵。水泵的作用是对冷却水加压，使之在冷却泵中加速循环流动，因此水泵性能的好坏直接影响冷却系统的工作，在试验时应测定以下参数：
1）测定各档转速下的流量—扬程特性。水泵试验转速选定时一般应选取发动机标定转速、最大扭矩转速和其它特定需要的转速，另外还需要适当再穿插一些转速。
2）测定其空化能力。空化能力有一定的实用参考价值。当外部散热器的流动阻力过大时，会在泵的进口处产生一定程度的真空。当接近空化区域时，泵的流量会大大减少，从而导致故障的发生。在确定配置时应充分考虑这一点。一些系统使用补偿水管来避免这样的故障。
2、节温器
节温器属于冷却系统的调控装置，其作用是随发动机出水温度变化自动控制通过散热器的冷却液流量，以调节冷却液的温度。在试验时应测定：
1）测定节温器开启规律。一般来说，增加发动机的冷却剂温度可以使其热效率在更高的水平上。发动机的温度很高，因此现代发动机的开启温度大多在80℃以上，全开温度约为90～95℃，此外，为了避免冷却剂温度的过度变化，小循环应为CLO。大循环逐渐打开，其行程适合于大循环冲程的1/2-2/3。
2）测定节温器全开情况下的流量—阻力特性关系。试验时，设法使其处于全开位置，并和对应的节温器座体安装在一起进行试验，选取合适的流量，测出对应的阻力。
3、发动机内部冷却液侧流动阻力特性。发动机中的冷却剂流动阻力主要是指发动机机体和气缸盖冷却剂通道的阻力。对于新研制的发动机在冷却系统试验中，有必要对二者进行阻力试验，以便更好地设计和评价泵的参数。具体操作：如有必要，泵和恒温器应在泵体恒温器座上隔离和正确处理。
3、发动机外部阻力——冷却剂流动特性试验根据实际热负荷最大状况或发动机常用工况确定某一齿轮的转速。在外流阻力的不同速度下测量相应的流量变化。在试验过程中，发动机冷却剂应是循环的，恒温器处于全开状态。
4、发动机散热量的测定
1）确定典型工况转速（标定和最大扭矩，或根据最终车辆的使用特点，必要时调速特性上的转速）。
2）测定各档转速下的燃料消耗量、冷却液散热量、中冷器散热量、EGR 散热量、有用功、排气带走热量，计算出各自的比例。
3）测定各档发动机进气流量、中冷器进出口溫度、进出口压力等参数，可以计算出中冷热量，为中冷器的选型提供依据。试验时的注意事项：
1）应保持发动机油门为最大。
2）必要时，在额定功率上偏差条件下（如+5%）重复上述试验，以便掌握生产一致性对散热量的影响。
3）试验测定时，发动机冷却液进出口的温差一般不大，因此温度传感器的精度要予以保证，同时测点位置的布置也应符合相关测试规范。
4）试验室条件许可时，可以调节不同的实验室温度，以了解环境温度对散热的影响，采用相同的水散热器的方法，在整个车辆的特定工况下，选择热侧介质作为实际工作介质、散热器的散热和介质流。如果理论计算不确定，则需要对整车进行测量和确定。最后，得到散热器的传热特性场。
5）利用部件风洞试验或CFD 得到的数据：油散热器冷侧前后压差、中冷器冷侧前后压差、水箱冷侧前后压差，从而得到水箱上下两部分冷侧的空气流量Qflow 上、Qflow 下，可根据精度要求等用求解结果对CFD 计算结果进行反复运算，以逼近真实解，此种算法是可行的。
5、风扇。风洞试验可以得到风机静压、风量效率、风量功率特性参数和曲线的风量。如果条件允许，可以同时测量风机的噪声，以便为方案的选择提供辅助参考信息。测试方法的合理性、测试技术的标准化和测试计划的针对性是非常重要的。在系统匹配分析中，组件的测试数据的价值将更有价值，并且应该充分关注实际工作。部件的特性不仅对系统分析是必要的，而且便于相同部件的比较，例如两种泵。根据它们的部件性能，可以判断和判断它们的流量、升力和功耗。从而优化了构件的方向。系统中所有相关部件均未被隔离。我们的研究目标是了解每个组分的流体动力学和热力学，然后了解它们之间的相互作用。
6、匹配分析方法
对每个单独的构件进行了优化设计，强调了系统的概念，因为每个组件都有优化和改进的空间，但是系统的好处在不同的大小和可能很大的差异，因此系统方法使我们能够找到主要矛盾，从而展开最有效的改进优化措施，达到事半功倍之目的。模拟匹配计算的初始边界条件：发动机全油门，整车车速、环境状况和档位保持在设定的条件下。系统匹配计算可分以下：
1）首先需要确定整车实际使用过程中最为恶劣的散热工况。一般地，车用发动机的危险工况为长距离爬坡，车速较低（按标准规定，试验时变速箱处于二档位置），而对应的发动机处于全油门最大扭矩工况；装载机的工况则为最高速跑车工况，对应的发动机工况为调速特性上的某一转速。
2）确定对应的各相关部件的工作点。从发动机转速得到相应的泵转速和风机转速。然后求出相关部件的特性曲线，得到冷却液流量、冷却液热量、冷却器散热量、工作油热量等数据。但必须考虑到一些结构部件对整车的影响是不可忽视的，如车架、发动机罩、导流格栅、发动机本身。由于目前CFD技术是相当完善的，它可以用来模拟和计算风侧的流动特性，并获得各种不同叠加模式的风得到阻力分布规律。
总之，整车冷却系统匹配优化的前提是建立在已有配置、且备选零部件的各项阻力参数、热力学参数比较齐全的情况下才能开展的一项工作，整车冷却系统的设计计算，应与计算机仿真和热态模拟试验相结合为方向，辅以必要的野外实车试验，只有这样，才能准确可靠地匹配好车辆的冷却系统。
参考文献：
[1]盛明星. 整车冷却系统优化匹配方法浅谈[J].柴油机设计与制造2013，6：10-17.
[2]卢广锋，郭新民，孙运柱. 汽车冷却系统水温对发动机性能的影响[J]. 山东内燃机，2012，1：29-33.
[3]郭春裕，郭斌，陈永良. 汽车冷却水泵密封性能试验台的设计[J].中国科技信息，2014，15：47-48.
[4]黄环国. 轻型载货汽车冷却系统设计[J]. 合肥工业大学学报：自然科学版，2013，30（S1）：38-42.
[5]周永明，郑红梅.浅析进风面积对整车热平衡的影响[J].农业装备与车辆工程，2012，50（7）：29-31.