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智慧能源的追求者和倡导者
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新闻资讯
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针对整车的“热管理”技术汽车节油减排的杀手锏

  我们都听说过一句话,叫做“懒人推动世界进步”。说的是很多新发明都来自于懒人的需求,比如看电视懒得换台,所以有了遥控器;天热懒得扇扇子,于是有了电风扇和空调;家里脏了懒得扫地,于是清洁机器人来替你完成。甚至连方便面、外卖这一些产品和商业模式,也都能算得上是懒人的功劳。

  汽车行业里就没这么随性。在汽车被发明出来的一百多年里,所有的进步都是由压力造成的,生存的压力,安全的压力,环保的压力......汽车能从130多年前摇摇晃晃的敞篷马车模样进化到现在时速300公里的梦幻玩具,都是在持续不断的内部和外部压力之下,压榨出的前进动力。

  在最近这些年,汽车行业承受的最大压力就是环保压力,一方面希望汽车少喝油、少用电、少排放,另一方面又希望它跑的更远。无论是在汽油车,还是电动车的时代,汽车的原理都是围绕热能的转换来进行的。管理好车上能量的转换和利用效率,就能带来明显的节油或节电效果。在过去的上百年里,各家车企做的都比较粗放,直到环保压力大了,“热管理”这个概念才得到认真的研究和执行。

  在过去,车厂对能量的利用有多粗放?大浪费掉的性能比用掉的还多,发动机的散热能量也被直接排掉,一边是大玻璃车顶暴晒,一边是空调开到最高档降温。只要没人管,更可以像美国车那样巨大、厚重、浪费,像中东石油国家那样全天不熄火!

  在中国这样不行。几千年来中国人骨子里的节约和居安思危的意识,都让我们一定要在节能减排上有所作为。现在奇瑞正在开发的2.0TGDI已经是排量最大的一款机型了,已经很成熟并量产的1.6TGDI则是这个系列里的中流砥柱,可以匹配很多车型,也是最新技术的最大化应用。

  而要让1.6升发动机实现车上所有的性能需求,就必须在效率上下足功夫,前面我们已介绍过如何开源,也就是把燃烧效率提高到极致。现在另外一个重要问题也摆在面前:如何“节流”,减少浪费?

  在奇瑞刚开始自主研发的时候,对热量方面的管理只有简单的几个指标。但自从2011年系统地建立正向研发体系开始,与热管理相关的性能发展到了7个大模块,对应120项性能指标。在这些指标下,还能够继续再细分,从而对发动机热量的方方面面进行整合管理,杜绝浪费。

  一是温度分层管理,包括底盘发动机排气管这些热源周围的部件,它们的受热保护能力。比如电池的温度,排气管周围的胶套、橡胶件、三元催化器的吊耳、悬置、传动轴橡胶套这些部件,温度不能过高,否则就烧焦、失效了。要确保它们周边温度的合理分布。

  我们能够正常的看到,这部分其实解决的并非是能量浪费,而是重要零部件的可靠性和耐久性问题。是对延长车辆常规使用的寿命、提高二手车保值率的考虑。虽然这些橡胶件单个价格并不贵,但延长了它们的寿命,就能够大大减少进修理厂的时间,省却了车主的麻烦,对车主来讲就是降低了使用成本,是必须要考虑的。而且,如果发动机保用10年100万公里,那么相应的其它车上零件也得有相似的常规使用的寿命设计,否则对厂家的口碑和售后体系来讲,又是额外的负担,倒不如一次性提供好的零部件更划算。

  第二部分,是发动机的冷却管理。我们常规的理解是:发动机散热一定要特别好,防止发动机开锅。这是在技术差的时候,一种很保守也很无奈的思路。现在奇瑞早已升级,有能力在更精细的层面上对发动机的热量来控制,比如:冬天要求发动机的散热不能太快,以便寒冷地区尽快提升水温到工作时候的温度;而夏天水温要快速降下去。在车上,需要散热的部件有发动机变速箱、空调冷凝器涡轮增压器,它们各自有一套冷却系统,如何统一管理这四路冷却系统,确保它们之间不打架,对热管理系统的智能化有很高的要求。试驾过瑞虎8的人可能已发现瑞虎8发动机被严密地罩起来了,而且是外面的发动机罩加上里面的塑料罩两层,这就是考虑到了排气热量的再利用而做出的改进;甚至在高配车型上,还设计了主动式进气格栅,冷启动的时候前几分钟不让冷风进入,让发动机快速升温。装在瑞虎8上1.6TGDI发动机,冬天采暖的时候水温升得很快,三分钟之内就可以出暖风,车里能够迅速取暖。

  不止是瑞虎8,我们在今年发布的改款艾瑞泽GX和EX上也都能看到发动机被遮盖得很紧密。发动机快速升温不止为了让车里的人暖和,也要让发动机快速进入正常工作时候的温度,这样燃烧充分,排出的尾气也更干净。在今年刚刚发布的宝马新3系上,我们也看到了类似的理念:隔热和发泡材料把发动机裹得紧紧的,好让这些热能被充分的利用。发动机罩下如果还是一眼看到的发动机和无数管线的,无疑是设计思路落伍或者减配了。

  热管理的第三部分,是针对车内环境舒适性,主要是空调的控制。空调温度的速降能力、调温能力、响应能力、除雾能力,包括空调噪音,还有用户界面的简洁易用、阳光照射的影响等等,都在考虑的维度之内。

  车内空间的热量管理是涉及到使用者真实的体验的重要性能,所以既要兼顾用户的舒适,又要在能量利用上做到极致,对工程师们的经验和研发体系的数据支撑都是重要的考验。奇瑞把研发指标无限细分、量化,弱化了个人的经验因素,让相同的技术在不同的车上表现出风格一致的效果,是更成熟、理性的做法。

  如果对汽车研发了解不多,可能会觉得开发汽车就是每辆车都从头开始。其实并非那样,所有的技术都是在过去的知识、经验、教训、产品基础上进行升级的。对汽车性能的完善,如同冲锋陷阵一般,一个阵地一个阵地地去突破。一旦突破了,以后开发就直接拿来可以用。而“突破”的意思,就是把这项技术探讨研究透了:哪些场景下使用,哪些指标能改变变量,改变后是什么结果......根据车辆的定位和需求,改变这些指标的值,就成为新车的一部分。

  具体到热管理方面,奇瑞目前已经把汽车使用的80%的高频场景都研究过了,或者说80%的阵地已经拿下,只剩下20%非常少见的小概率场景没有研究到。这80%的高频场景可能覆盖了国内车主所能遇到的99%的用车环境。什么是“小概率场景”?打个极端些的比方:在海拔4000米以上的地区、气温超过10度、阳光直射、连续行驶100小时的场景下怎么样做热管理。这种场景会有吗?当然有;概率大吗?不大,肯定是极小概率;值得研究吗?不好说。因为海拔超过4000米,在全球也找不出几块地方;温度超过10度,还允许连续行驶100小时的,恐怕不得不进行实验室模拟了。这个例子不一定准确,但它就属于20%的小概率场景——理论上存在,但没有实际的车辆使用需求。

  最近几年变化比较大的是对热回流的研究。热回流问题很重要,它对动力、油耗、空调降温、冷却这些车辆性能都有影响,但车企多采取选择性忽视的态度,因为它很不容易被消费者感知,还是隶属于“费力不讨好”的技术,花九牛二虎力气帮车主省了2%的油钱,从技术上看是很大进步了,但是如果不告诉消费者,基本上没感觉。奇瑞很喜欢干这种“把肉埋在饭里”的事儿。下面咱们把这样的一个问题说一说,理解这个概念需要烧烧脑,还得了解点物理学基础,就当做个脑部体操吧。

  我们都知道汽车是个复杂系统,所以很多因果都是互相缠绕在一起的,热回流对其他性能的影响,就是这种错综复杂的关系。发动机舱是一个部分封闭的空间,在水箱冷凝器和前保险杠之间有很大的缝隙,当车子开起来,发动机舱下部的气流是乱的。冷却风扇降温后的热风有七、八十度,这些热风如果没有经过刻意的引导,一部分就会随着乱流回到水箱的前面去,导致两个后果:1、发动机进气温度上升;2、冷凝器和散热器前的空气温度上升,降低冷却散热效率。第一个后果升高了发动机的进气温度,由于热胀冷缩的原理,发动机的进气量就降低了,最终影响动力性;第二个后果导致风扇长时间非常快速地旋转,消耗更多功率,自然也更费油。

  是不是觉得上面这两个后果有点大惊小怪?是的。在国内用车,只要夏天不去吐鲁番和海南岛,影响都不明显、可忽略。所以在研究热回流之前,包括奇瑞在内的车都没出现过什么样的问题——这也是很多厂家选择忽视的原因。但奇瑞是自主品牌出口的第一名,等把车子卖到中东、南美去,就察觉缺陷了:动力下降。当热管理团队去了伊朗跟踪了解后,发现中东尤其伊朗是世界上最热的地区之一,夏季白天温度达到51度,离开空调没法活;当地人开车风格还特别暴力,造成机械部分过热的几率增大,这对汽车的热管理提出了更苛刻的要求。

  在这样的气温下,阳光也会成为热管理的重要影响因素。比如:同样是25度的环境下,有和没有太阳照射,人的体感温度是不同的。所以奇瑞的车上有阳光传感器,根据它的强度来进行车内乘员察觉不到的微调,维持人体感知的一致性。可能这种技术奇瑞觉得天经地义,所以一般不说。

  看见了吧,只是车上热量方面的管理就有多费劲。如果没有很深的技术沉淀,这部分工作其实可以依靠供应商去完成。但供应商的产品是普适性的,不可能在深层次上实现对某辆车的定制,性能达不到最好。当然消费者根本感觉不出来,毕竟热管理没做好也就是多费点油,并不能被普通人所辨识。但正向研发能力就是要找出各种细微场景的应对办法,让汽车成为一个有生命、有灵魂的整体,而不是只把上万个零件攒在一起。

  至此,关于发动机效率的研发就形成了一个完整的闭环:发动机负责以最少的汽油消耗转化出最大的动力和最多的热能,而热管理系统以最高效的方式分配这些能量的使用。

  中国人的节约是刻在基因里的,而这样的基因今天指导着我们在技术上的走向。爱护大自然有很多方式,尊重每一滴油,物尽其用,是奇瑞的技术态度,也是中国人感恩大自然的方式。