油冷器
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
油冷器的實(shí)例教程
摘要：為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)車輛機(jī)油冷卻器的壓降性能，建立了油冷器壓降的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真模型并進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比研究。基于k-omega剪切應(yīng)力傳輸（SST）湍流模型以及多孔介質(zhì)模型對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，對(duì)油冷器的水側(cè)流道進(jìn)行流場(chǎng)仿真，獲得從進(jìn)口到出口的靜壓降。與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，40L/min時(shí)，CFD預(yù)測(cè)的結(jié)果比試驗(yàn)值低了10.1%，對(duì)油冷器進(jìn)行總壓壓降分解及分析表明，內(nèi)部通道對(duì)總壓降的貢獻(xiàn)最大，占比為65.2%。各個(gè)通道的流動(dòng)比較平均，對(duì)于單個(gè)通道而言，除去進(jìn)口分流頭和出口集流頭部分，中間的翅片區(qū)域主要沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)，且流量比較均勻，進(jìn)口分流頭存在渦流組織。
關(guān)鍵詞：油冷器；CFD；壓降性能；多孔介質(zhì)
油冷器主要用于車輛、工程機(jī)械、船舶等發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油或燃油的冷卻。產(chǎn)品的熱側(cè)是潤(rùn)滑油或燃油，冷側(cè)是冷卻水或空氣。車輛在行駛過(guò)程中，各大潤(rùn)滑系統(tǒng)中，潤(rùn)滑油依靠油泵動(dòng)力，經(jīng)過(guò)機(jī)油冷卻器熱側(cè)通道，將熱量傳給機(jī)油冷卻器的冷側(cè)，而冷卻水或冷風(fēng)則通過(guò)機(jī)油冷卻器冷側(cè)通道將熱量帶走，實(shí)現(xiàn)冷熱流體之間的熱交換，確保潤(rùn)滑油處于最合適的工作溫度。油冷器的作用是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油、自動(dòng)變速箱潤(rùn)滑油、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器潤(rùn)滑油等進(jìn)行冷卻。
隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，排放法規(guī)不斷加嚴(yán)，油冷器產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，客戶提出了更高的耐壓和耐高溫要求，并向輕量化、緊湊化、模塊化等方向進(jìn)一步發(fā)展。疊片式的油冷卻器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)上機(jī)油冷卻及變速箱上機(jī)油冷卻，此類產(chǎn)品的水道和油道設(shè)計(jì)在一起，結(jié)構(gòu)更加緊湊，具有傳熱效率更高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但此類產(chǎn)品對(duì)模具的技術(shù)要求很高，是目前油冷卻器的發(fā)展方向。在現(xiàn)階段，對(duì)油冷器的性能進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
展開 圖3：機(jī)油濾濾芯（左）和兩層材料的微觀結(jié)構(gòu)（右）
第三代油冷器，換熱效率更高、重量更輕
在為純電和混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇油冷器時(shí)，關(guān)鍵要求是足夠的冷卻性能和油側(cè)極低的壓降。油冷器的壓降以及油路中的其他部件決定了電動(dòng)油泵的排量，從而決定了動(dòng)力系統(tǒng)中的功率損失程度。為滿足電驅(qū)動(dòng)的要求，馬勒目前正在開發(fā)下一代油冷器，重量減輕多達(dá)10%，堆疊高度降低多達(dá)15%，并且與冷卻性能相當(dāng)?shù)漠?dāng)前油冷器相比，壓降減少高達(dá)5%。這主要通過(guò)優(yōu)化冷卻液側(cè)的熱傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)。與內(nèi)燃機(jī)油路相比，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)油路中的工作壓力和爆破壓力更低，因此可以使用壁厚優(yōu)化的部件。
圖4：馬勒油冷器
滑動(dòng)鐘擺式電動(dòng)油泵，整體效率更高
為了有效排出電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的廢熱，通常采用水-乙二醇冷卻液在水套中循環(huán)散熱冷卻。如果直接用絕緣油冷卻轉(zhuǎn)子和定子，可以顯著提高冷卻性能。
由于沒(méi)有可用的連續(xù)機(jī)械輸入，因此純電和混合動(dòng)力汽車中的部件冷卻需要電動(dòng)油泵。濕式油底殼和干式油底殼潤(rùn)滑系統(tǒng)都需要在–40°C至+130°C的溫度范圍內(nèi)將油輸送到相關(guān)的用油零件。電動(dòng)油泵的技術(shù)要求與內(nèi)燃機(jī)油泵差異很大。所需的體積流量通常較低，且油壓大小也低于典型的內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用。除了所需的冷卻性能外，最大泵功率的需求在很大程度上取決于通過(guò)管道、過(guò)濾器和油冷器等部件的壓降，以及泵本身的功耗損失。油泵可由集成的PWM、CAN、LIN等通信系統(tǒng)控制運(yùn)行。由于具有所需的高容積效率和機(jī)械效率，并在內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用中表現(xiàn)出的良好耐磨損性能，馬勒滑動(dòng)鐘擺式油泵是適用于電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的泵的類型。與電動(dòng)內(nèi)齒輪泵和葉片泵相比，無(wú)論油壓和泵速如何，滑動(dòng)鐘擺式電動(dòng)油泵的整體效率更高。在供油的低壓范圍內(nèi)，由于滑動(dòng)鐘擺式油泵的容積效率較高，這種優(yōu)勢(shì)會(huì)隨著速度的提高而增加。
展開 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻子系統(tǒng)一般由散熱器、冷卻風(fēng)扇、節(jié)溫器、水泵、膨脹水箱（或儲(chǔ)液罐）、冷卻液管路、氣缸體和氣缸蓋中的水套及其他附屬裝置等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻子系統(tǒng)依靠冷卻液在大、小循環(huán)中的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻和預(yù)熱。
變速箱冷卻子系統(tǒng)主要由油冷器、管道和閥體組成。變速箱冷卻主要借助油冷器吸收潤(rùn)滑油的熱量并與環(huán)境空氣或散熱器冷卻劑進(jìn)行熱交換。
燃油車空調(diào)子系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、貯液干燥器、管道、冷凝風(fēng)扇、真空電磁閥、怠速器和控制系統(tǒng)等組成。空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)冷媒實(shí)現(xiàn)制冷、利用發(fā)動(dòng)機(jī)熱量實(shí)現(xiàn)供暖功能。
1.2 混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)構(gòu)成 混合動(dòng)力汽車的熱管理系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)電控冷卻子系統(tǒng)、變速箱冷卻子系統(tǒng)、電池冷卻子系統(tǒng)和空調(diào)子系統(tǒng)組成。混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力電池容量較小，發(fā)熱量不大，因此混合動(dòng)力汽車的電池冷卻方式多采用風(fēng)冷方式，風(fēng)冷系統(tǒng)主要由冷卻風(fēng)道、風(fēng)機(jī)、電阻絲組成。
混合動(dòng)力汽車的主要熱管理需求來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電機(jī)控制器，這些零部件的冷卻主要采用液冷方案，根據(jù)搭載車型的結(jié)構(gòu)組成一個(gè)或多個(gè)冷卻回路。
1.3 新能源車熱管理系統(tǒng)構(gòu)成 新能源車的熱管理系統(tǒng)主要由電機(jī)電控冷卻系統(tǒng)、電池冷卻系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)組成。新能源汽車的電機(jī)電控冷卻子系統(tǒng)主要采用液冷方式。液冷系統(tǒng)由散熱器、冷卻風(fēng)扇、膨脹水箱、冷卻液泵、冷卻液軟管和冷卻液溫度傳感器組成。液冷系統(tǒng)主要依靠冷卻水泵帶動(dòng)冷卻液在冷卻管道中循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)在散熱器的熱交換等物理過(guò)程，冷卻液帶走電動(dòng)機(jī)與控制器產(chǎn)生的熱量。
1.4 關(guān)鍵零部件 熱管理系統(tǒng)由多個(gè)零部件組成，包括控制部件（閥門、控制器）、換熱部件（蒸發(fā)器、冷凝器、散熱器、油冷器、中冷器、v 電池冷卻器、冷卻板、EGR 冷卻器）、散熱部件（散熱扇）、驅(qū)動(dòng)部件（水泵）、導(dǎo)熱部件（管路）、電動(dòng)壓縮機(jī)和HVAC 單元等。
展開 現(xiàn)在這些汽車制造商正在為此尋求解決辦法，他們?cè)鴮Q熱器（油冷器、中冷器）置于車大燈的下方以減低冷卻包的熱負(fù)荷，最終達(dá)到縮減冷卻包尺寸的，但這又會(huì)增加制造成本。為了更好的解決這一問(wèn)題，本文介紹了另一種解決方案：暖風(fēng)芯體兩用。
2. 技術(shù)難點(diǎn)
暖風(fēng)芯體與發(fā)動(dòng)機(jī)出口相連，當(dāng)有足夠的冷卻劑流過(guò)暖風(fēng)時(shí)，它能移除整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)15%-20%的廢熱。但這里有一個(gè)難題：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用暖風(fēng)通路來(lái)冷卻時(shí)，乘員艙將會(huì)變得很熱，以至于駕駛員不太可能也不愿意打開暖風(fēng)。
3. 案例介紹
為了能使用暖風(fēng)芯體來(lái)達(dá)到降溫目的，通過(guò)在 HVAC 空氣箱中增加一個(gè)冷卻門的方式
排放從暖風(fēng)芯體到發(fā)動(dòng)機(jī)艙的熱空氣（如圖 1），使乘員艙的舒適性不受影響。在這種高溫天氣下，駕駛員會(huì)打開空調(diào)，那么混合門將允許一些冷空氣進(jìn)入到暖風(fēng)芯體。轉(zhuǎn)道的這部分氣流將通過(guò)暖風(fēng)芯體給發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外的冷卻。圖 2 顯示了冷卻門和混合門的位置。
圖 1 HVAC 空氣箱中增加了冷卻門的暖風(fēng)芯體
當(dāng)然暖風(fēng)芯體還可以有其它的兩種操作模式：1）當(dāng)乘員艙也需要被加熱的時(shí)候，暖
風(fēng)芯體的工作模式（如圖 2-左），發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻門按照如圖位置，使熱空氣從暖風(fēng)芯體輸送到乘員艙對(duì)其進(jìn)行加熱，其余的空氣排放到發(fā)動(dòng)機(jī)艙以供乘員艙加熱并補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻。
2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不再需要補(bǔ)充冷卻時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)門將關(guān)閉，與我們現(xiàn)在的 HVAC 空氣箱工作模式一樣（圖 2-右）。
該方案使用了一維熱流體仿真軟件 Flowmaster V7.9（圖 4）對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估。通過(guò)仿真了解到：1）1 立方英尺每分鐘（1CFM）空氣通過(guò)暖風(fēng)芯體，前端進(jìn)氣量可以降低
1.5CFM。2）當(dāng) 150CFM 空氣通過(guò)暖風(fēng)芯體時(shí)，冷凝器的熱負(fù)荷將升高 40%；當(dāng) 200CFM空氣通過(guò)暖風(fēng)芯體時(shí)，冷凝器的熱負(fù)荷將升高到 80%。
展開 通蒸汽的速度要注意嚴(yán)格控制，特別在各部分還處于常溫狀態(tài)時(shí)，如果一下子把蒸汽量加得太多，會(huì)造成冷卻器各部分的溫差太大，產(chǎn)生過(guò)大的溫度應(yīng)力而把冷卻器損壞。
各進(jìn)油總管及軸承、密封等進(jìn)油口應(yīng)裝有濾網(wǎng)，以防止雜質(zhì)進(jìn)入，同時(shí)也作為油清洗檢查之用。回油總管進(jìn)油箱處應(yīng)設(shè)一個(gè)除渣筐，收集回油中的雜質(zhì)，以避免大量雜質(zhì)回油箱。
為使油系統(tǒng)清洗順利進(jìn)行，應(yīng)充分重視和做好清洗前的準(zhǔn)備工作。
清洗前的主要準(zhǔn)備工作如下：
1）油箱內(nèi)部進(jìn)行人工清理，清洗干凈，最后用無(wú)毛棉布擦干，并用面粉團(tuán)（用油調(diào)制）把臟物沾掉。清洗干凈后，注入油箱儲(chǔ)油量60%以上的清洗油。
2）油冷器、過(guò)濾器等油系統(tǒng)設(shè)備及管路，能夠拆卸的要盡可能拆開檢查，并進(jìn)行人工清洗。特別是那些油流的死角部分要仔細(xì)清理，因?yàn)槟切┑胤酱嬗须s質(zhì)不易沖出，如不仔細(xì)清洗將影響質(zhì)量甚至還要返工重新拆卸檢查。
3）現(xiàn)場(chǎng)配制的管道要先清洗干凈。如為碳鋼管，要求進(jìn)行酸洗；如為不銹鋼管，則用蒸汽吹掃干凈。然后用空氣吹干。所以在配管時(shí)要考慮到這一步工作，適當(dāng)加幾對(duì)法蘭，以免全部焊死而無(wú)法處理。
4）將潤(rùn)滑油、密封油、調(diào)速油過(guò)濾器內(nèi)各過(guò)濾元件拆除，待油洗完后再裝入過(guò)濾器內(nèi)，裝上用兩層以上100目不銹鋼絲包上的臨時(shí)濾芯。
5）油清洗后即要正式運(yùn)行，所以希望所有管路都能進(jìn)行油清洗。因此要求主、輔油泵及驅(qū)動(dòng)機(jī)在清洗前全部單機(jī)試車完畢，并處于備用狀態(tài)，以便在油清洗中兩臺(tái)泵都有機(jī)會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，以除去管路及泵內(nèi)存有的雜質(zhì)。
6）按油清洗各階段的具體要求接好臨時(shí)管線及盲板。
7）還有要裝好前面提到的濾網(wǎng)和除渣筐。
清洗步驟一般分階段進(jìn)行。
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油冷器的最新內(nèi)容
通 過(guò)電機(jī)、油泵、油冷器一體化設(shè)計(jì)，油液直接噴淋定轉(zhuǎn)子并主動(dòng)潤(rùn)滑軸承， 凝露風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，設(shè)計(jì)壽命首次突破百萬(wàn)公里，持續(xù)輸出功率較水冷方案 提升 30% ，峰值轉(zhuǎn)速可達(dá) 25000 rpm 。同時(shí)絕緣系統(tǒng)全面升級(jí)，滿足 1000V 高壓平臺(tái)。平臺(tái)化產(chǎn)品電壓覆蓋 320-1000V ，具備高功率密度、高可靠、長(zhǎng) 壽命優(yōu)勢(shì)，已具備規(guī)模化交付能力，將助力商用車電驅(qū)進(jìn)入“ 百萬(wàn)公里 ”時(shí) 代。
3.
5 結(jié)論
基于k-omegaSST湍流模型，結(jié)合多孔介質(zhì)模型，建立了車用疊片式油冷器壓降的計(jì)算流體力學(xué)仿真模型，建立了具備網(wǎng)格無(wú)關(guān)性的油冷器壓降計(jì)算模型，使用該模型預(yù)測(cè)的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果符合程度較好，誤差在可以接受的范圍內(nèi)，故計(jì)算模型能夠用于油冷器內(nèi)部壓力降和流場(chǎng)的分析。所選的油冷器內(nèi)部通道的壓降最大，各個(gè)通道的流動(dòng)比較平均且均勻。
1、PumpLinx在4缸發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用
德國(guó)大眾早在2011年即使用PumpLinx將汽車潤(rùn)滑系統(tǒng)中的若干部件同時(shí)進(jìn)行模擬，包含發(fā)動(dòng)機(jī)水套、油冷器、機(jī)油泵、泄壓閥、4缸軸承油道、主油道和其他管道等部件。通過(guò)仿真分析從機(jī)油泵中泵出的滑油在不同支路中的流量配比情況，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)是否能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部件都得到有效的潤(rùn)滑。
特斯拉Model 3的電機(jī)、減速器采用油冷，控制器采用水冷
▲無(wú)法言說(shuō)的結(jié)構(gòu)之美
中間殼體結(jié)構(gòu)
▲Lucid Air電驅(qū)中間殼體結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：公眾號(hào)【調(diào)皮的JINX】）
電機(jī)軸承的內(nèi)圈與此處配合，外圈與上文轉(zhuǎn)子軸承室配合；
以花鍵形式與減速箱輸出外齒圈相配合；
與主殼體油道配合，并與油冷器連接。
在我們的軟件體系里面，實(shí)際上這些非常簡(jiǎn)單，只要知道了散熱器的散熱能力，那我們就可以求解出第三個(gè)點(diǎn)，就是那個(gè)油冷器出口這個(gè)點(diǎn)的溫度。
用這種材料制造的汽車保險(xiǎn)杠，能夠?qū)绍囅嘧矔r(shí)產(chǎn)生的大部分碰撞能吸收掉,從而保護(hù)了汽車的安全
汽車散熱器用鋁合金復(fù)合材料
鋁合金復(fù)合材料是鋁合金復(fù)合箔、復(fù)合帶、復(fù)合板的統(tǒng)稱，是制造汽車空調(diào)器、散熱器、中冷器、油冷器、暖風(fēng)機(jī)、干手器和空分設(shè)備等釬焊式熱交換器的關(guān)鍵原材料。
整車包括多個(gè)冷卻系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)散熱器進(jìn)行冷卻；自動(dòng)變速箱通過(guò)變速箱油冷器進(jìn)行冷卻；增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器通過(guò)中冷器進(jìn)行冷卻；空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)散熱器進(jìn)行冷卻等。不同配置的車型所包含的冷卻部件不同，如非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)就沒(méi)有中冷器。這些冷卻部件通常一起安裝在汽車的最前端，通過(guò)電子風(fēng)扇來(lái)加速冷卻。所有的冷卻部件及電子風(fēng)扇組成一個(gè)總成，本文稱之為散熱器總成。
圖3：機(jī)油濾濾芯（左）和兩層材料的微觀結(jié)構(gòu)（右）
第三代油冷器，換熱效率更高、重量更輕
在為純電和混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇油冷器時(shí)，關(guān)鍵要求是足夠的冷卻性能和油側(cè)極低的壓降。油冷器的壓降以及油路中的其他部件決定了電動(dòng)油泵的排量，從而決定了動(dòng)力系統(tǒng)中的功率損失程度。
Q: 潤(rùn)滑不正常
A: 檢查油泵、油過(guò)濾器和油冷器，檢查油溫、油壓和油最，檢查油的品質(zhì)。
