概括
全新马自达3的开发旨在在接近实际驾驶环境的状态下对整车进行气流能量管理，同时实现空气动力减阻和高效热管理，作为技术的一部分减少二氧化碳排放。为了实现这一点，设置了空气引导结构，利用穿过前格栅的风有效地冷却散热器，最终将漏风量减少到极限。然后，在散热器的整个表面上放置一个主动式空气百叶窗，分六级控制百叶窗开度，以控制机舱内零件的温度以及气流能量的损失，每个驾驶场景的最小空气流量。此外，还采用了精心设计的结构，旨在以最少的能量损失排出用于冷却的风，这有助于降低同级顶级水平的空气阻力系数和二氧化碳排放量。
关键词:热?流体,空气动力性能,散热器,计算流体动力学,发动机冷却、温度控制、热管理
1.前言
在汽车行业，作为缓解全球变暖的措施，正在加强二氧化碳排放法规，马自达正在努力根据实际市场环境减少二氧化碳排放。
尤其是为了最大限度地发挥发动机的潜力，需要降低运行时产生的阻力值，将燃烧效率高的领域扩大到日常生活中普遍使用的实用领域。
运行阻力主要分为空气阻力和滚动阻力。以公里/小时行驶时，空气阻力约占80%，是决定行驶阻力的主要因素（图1）。该空气阻力由Cd值表示，并被视为由于空气引起的动能损失。该值越低，空气动力学性能越好。
马自达技术报告第35号（年）报告称，该空气阻力与风流动能的损失有关。风流动能的损失取决于外观设计、地板下结构的建模以及最大化发动机、变速箱、电池、排气和传动轴等每个功能的热管理。
图1阻比较
下一章，将介绍全新MAZDA3中的热流体能量管理技术在降低风流动能损失量和热管理的高维兼容性方面，这是新MAZDA3的首创。一代产品组。
2、空气阻力与热管理的关系
本章介绍了减少与空气阻力有关的风流动能损失量的概念，并在高水平上实现热管理。
2.1减少风流动能损失的挑战
为了在满足设计和热管理要求的同时减少风流的动能损失量，抑制车内产生的“分离涡”、“混合涡”和“尾涡”是有必要的。在理想状态下，每个涡流为零，即风流的动能损失量为零。
风流很可能在鼻尖、保险杠角和安装部件周围的台阶处分离。“剥离漩涡”是它是指风流因压力增加而从物体表面分离时产生的涡流（图2）。
马自达采用了一种设计（图3），其特点是低而有弹性的鼻尖和圆形的后部圆周。挑战在于克服这种设计的独特造型以及位于地板下的排气管、油箱和悬架等部件造成的不均匀性，从而改善风流的动能损失量。
图2分离流程示意图
图3KODO-Design（全新马自达3）
“混合涡流”是指用于冷却发动机舱内受热部件的风流与在车辆周围流动的具有高动能的风混合而产生的涡流。例如，通过散热器格栅引入发动机室的冷却空气从轮胎室和隧道排出。此时，风流与车辆周围的风流之间会产生混合涡流（图4），导致风流动能的损失。当风施加到零件附近进行热交换时，风流的动能会损失掉，因此需要对风量很小的零件进行有效冷却，并使排出的风向与风向相匹配。车辆周围的风，这是一个问题。
图4汇流图
“回流涡”是指车辆尾部的风流受到上述分离涡和混合涡的干扰时产生的大的后拉涡，上、下、左、右风分别为混合在车辆后面（图5）。
图5唤醒图像
因此，抑制分离涡和混合涡是减少风流动能损失的重要问题。
2.2市场环境下的最佳风量分布
为了减少2.1中所示的这些涡流，进一步减少风流的动能损失量，考虑到市场环境，研究了减少能量损失的可能性。
例如，导入发动机室的冷却空气量根据发动机、排气管、变速器等所需的散热量而变化。例如，在室外高温下行驶或在拖船拖车或野营拖车等重载下行驶时，所需的散热量很高，并且主动将风吸入机舱。
另一方面，市区和郊区日常行车所需热量较小，冷启动时利用热能进行暖机，最大限度地发挥发动机性能，散热要求尽可能接近于零。.使用满足需求的风的一个例子是使用从以前的模型中采用的主动空气百叶窗(AAS)。控制AAS的开启和关闭，根据发动机等发热部件的温度调节合适的冷却风量。结果，可以一直抑制冷却发动机和部件所需的进气量，并且抑制在冷却空气的排气部分产生的风流的动能损失。
但是，以前的模型存在以下问题。
(1)前格栅与散热器之间，有多余的风没有通过散热器，没有得到有效利用。如果能够减少这种不必要的风，不仅可以减少动能的损失，还可以增加进入散热器的空气量，提高散热器的冷却效率。
(2)前款机型采用的AAS设置在散热器的下半部，开闭控制为全开全闭两级控制。结果，从烤架吸入的空气量减少，与未使用AAS的型号相比，Cd值提高了约3%。此外，如果能将格栅吸入的风量精细控制在日常使用的正常范围内，则在控制机舱内各部件温度适宜的同时，还能减少因进气量过大而造成的能量损失。
针对上述问题，为了抑制车辆周围的分离涡和抑制混合涡以减少风流动能的损失，（I）不将不必要的风引入机舱，并且是最小的每个场景都需要。控制到风量，(II)使用CFD开发的技术具有流量分配概念，即利用散热器冷却所用的风来有效冷却机舱内的部件，将在下一章中描述。
3、降低风流动能损失的技术
3.1剥离涡流抑制技术
抑制在地板周围产生的分离涡流并减少风流的动能损失量的示例如下所示。
首先，地板卧底减少了地板表面的高低差，增加了地板表面的光滑度，减少了剥落漩涡（图6）。
之后，设置（1）后悬挂罩、（2）消音器罩、（3）后保险杠罩（图7），以降低气流方向的压力梯度，抑制风流分离，由于地板下的分离涡流而产生的风。减少了流动的动能损失量。
图6围绕地板的空气动力学优化
图7地板周围的流线
3.2混合涡流抑制技术
导入机舱的冷却空气量主要根据发动机、变速器、电池、排气、传动轴等部件所需的热量来确定。但是，如果不考虑部件布局而单纯保证风量，则风量过大导致混合涡流增加，造成风流动能的浪费。例如，远离热源的洗涤槽不需要冷却，但如果在那里使用冷却空气，则会浪费流动的动能。因此，我们考虑了一种通过从众多部件中提取待冷却部件并集中冷却而不产生不必要的风流动能的方法，并通过控制流路的通风阻力来优化通风路径。
以散热器为例，流入保险杠的空气由于其通风阻力大，从散热器前面漏出冷却系统通路，通过散热器的空气量减少，导致冷却不充分。因此，在散热器周围安装了通风管道，以增加侧面的通风阻力，从而控制风量分布，使风集中在散热器上（图8）。
图8前格栅周围的流线
同样，在排气管周围，将设置在发动机上部的外观罩展开，以减少通风阻力，将风直接送入排气管。此外，通过设置防溅罩盖，改变了机舱内的压力分布，冷却空气排出的地方集中在隧道部分。作为热源的排气管和周边部件可以有效地冷却。
这样，通过用少量空气进行有效冷却，减少了机舱内风流的动能损失量。此外，为了减少冷却空气排出时产生的混合涡流造成的风流动能损失量，在风道部分设置了底盖，使冷却空气的排出方向与气流相匹配。结果，由冷却空气和地板下流动引起的风流的动能损失量减少了（图9）。
图9机舱流程
3.3进风量控制技术
在新MAZDA3中，AAS设置在散热器的整个表面上。通过从半型改为全型AAS，进入机舱的空气量可以减少到40%。结果，在冷暖机期间冷却水不旋转时减少了不必要的进气量，并且在暖风期间气流的动能损失量显着减少。此外，通过精细控制多达6个级别的打开条件，可以精确调整进入发动机室的空气量，并始终控制来自发动机的最小所需空气量（图10）。
图10使用AAS控制气流
4、新款MAZDA3的Cd还原效果
通过将上一章所描述的控制技术和马自达技术报告第35号（）中描述的技术应用于新MAZDA3，减少了车身侧和地板下风流的动能损失量（图11、12）。
图11动能损失的可视化
图12旧款与全新Mazda3动能损失对比
结果，尾涡可以减少，包括车身侧面和地板下在内的整车风流的动能损失量，两厢车比轿车降低7%，轿车降低11%。旧模型Axela能够做到。因此，空气阻力系数（Cd值）可达到同类产品的最高水平。已完成（图13、14）。
图13全新Mazda3与竞争对手（掀背车）的气动阻力系数
图14全新Mazda3与竞争对手（轿车）的气动阻力系数
5.结论
新MAZDA3采用基于风流动能损失的评价方法抑制分离涡和混合涡。尤其是混合涡流区，通过构建机舱内气流的流量分配技术，将冷却风量抑制到最低要求，使冷却风排放矢量与车辆周围的气流相匹配的结构，风流的运动。能量损失量已经减少。因此，在实现“灵*运动设计”的同时，实现了同类最高水平的Cd值，并减少了日常通用实用领域的CO2排放量。这使得验证风流控制技术的开发理念和流量分配技术的量产应用效果成为可能。在未来的发展中，将充分利用这项技术，为客户的首选汽车制造做出贡献，并努力进一步发展热流体能源管理技术。
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