朱亮 曾志新 李忠山 朱永成

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

研究表明，汽车发动机大部分机械磨损发生在暖机过程中，冷启动温度越低，低温持续时间越长，磨损就越严重；发动机冷却系统直接对发动机水温和本体温度进行调节，通过改进发动机冷却系统来提高发动机的暖机性能以及根据发动冷却需求主动控制冷强度，正受到越来越多的学者和厂商的重视。截止目前具体的研究工作包括：验证新型零部件对于暖机过程的改善效果[1]；从发动机控制策略调整改善暖机过程的排放[2]；基于商用软件建立耦合发动机与冷却系统的瞬态模型，用于研究虚拟控制策略的影响[3]。但是对于整车水温变化这样一个物理过程没有基本的数学研究，无法定量的研究水温瞬态变化过程的影响因素。文章建立了描述汽车水温变化过程的数模模型，并结合整车试验，对数学模型进行了校准，明确了水温瞬态变化过程的影响因素，最后探讨了模型的应用方向。

1 汽车水温变化过程数学建模

1.1 能量平衡分析

对于以内燃机为动力源的汽车，能量的唯一来源是燃油燃烧释放的能量，通过发动机的缸内过程，能量被分解成有效功、排气带走的热量、冷却液带走的热量及其他余项[4]。某发动机全负荷热平衡数据，如图1所示。

能量平衡关系，如式（1）所示。

式中：Qfuel——燃料总的放热量，J；

Qm——有效功，J；

Qex——排气系统带走的热量，J；

Qre——传递给冷却系统的热量，J；

Qanother——剩余功，J。

1.2 冷却系统热量流向分析及数学模型的建立

常用汽车冷却系统结构，如图2所示。……