商用车发动机热平衡试验研究与分析

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1、商用车发动机热平衡试验研究与分析-汽车商用车发动机热平衡试验研究与分析郭威田业光朱向洪湖北三环专用汽车有限公司湖北十堰442000摘要：通过对商用车进行发动机热平衡试验，阐述了冷却系统对于水温及发动机性能的影响。分析了发动机与整车匹配的重要因素及影响原因，对冷却系统优化的测试数据为日后设计工作具有一定的借鉴意义。关键词：商用车发动机热平衡冷却系统中图分类号：G232:TH242文献标识码：B文章编号：1004-0226(2015)11-0106-04第一作者：郭威，男，1987年生，助理工程师，现从事商用车产品试验与技术研发。在目前的汽车技术背景下，节能的技术手段越来越多，运用在发动

2、机技术上主要有两个层面，一个是提高发动机的热效率；另一个是改善发动机排放。发动机热平衡研究是发动机热效率研究的重要组成部分。它是从系统集成的角度分析发动机中的能量转换与流动传热过程，使发动机的各个系统（如进排气系统、冷却系统、润滑系统）与发动机匹配最优化，最大程度地提高发动机的热效率。研究发动机热平衡相对直接的方式就是通过热平衡试验以及相关的模拟计算。1发动机热平衡试验方法发动机热平衡试验方法主要为两种：一种是台架试验，另一种是整车道路试验。发动机台架试验边界条件相对较容易控制，试验操作也较为方便。然而整车道路试验条件较为苛刻，车辆须满足发动机在最大扭矩或最大功率状态下上坡行驶。一般

3、采用拖车方式，前后车选择合适的变速器挡位控制样车一直能保持最大扭矩输出，要求速度控制在20km/h以内，持续里程约5km。在这种工况下监测发动机冷却液温度、中冷后进气温度等参数变化趋于稳定后整车达到的热平衡状态。发动机各系统传感器的测量点如图1所示。发动机冷却系统水温对于发动机的性能产生重大影响。发动机冷却系统水温过低，容易引起废气排放变差，零部件加剧磨损，输出功率减小，则会缩短发动机的使用寿命；然而水温过高同样能引起发动机的磨损，使可靠性能下降。本文开展的试验工作是在湖北三环专用汽车有限公司所生产的昊龙T2808x4型自卸车上进行，其搭载玉柴YC6L290-42型发动机，该发动机主

4、要参数及整车相关配置如表1所示。2试验结果以及主要影响因素本次测试是在平均环境温度为29.20C所进行的热平衡试验，在发动机处在最大扭矩工况之下(发动机转速为1500r/min)达到热平衡点的过程中，发动机冷却液温度的变化趋势如图2所示。从图2中可以看出，当车辆运行至4km时，发动机的冷却液温度趋于稳定状态。在达到热平衡后，通过10次测试测量点，得到相关的测试结果数据如表2所示。根据发动机厂所提供的《发动机配套指南》以及《柴油机技术条件》等技术文件，此试验中关键指标——冷却系数K值为发动机出水温度与试验环境温度之差，即K=93.425-29.210≈64.2。因此，该车需要在此基础上

5、进行改进，提升发动机热效率，从而达到降低冷却系数K值。影响发动机热平衡的主要因素有：水箱匹配和护风罩匹配。2.1水箱匹配将此试验车所使用的水箱A与另一款不同厂家的水箱B进行台架试验，重点监测在不同工况下两种水箱的进出水温度、水流量（体积／质量）、水密度、水阻力等参数，相关试验数据如表3所示。不同工况下两款水箱的散热量和散热系数如图2-6所示（图中右下部数值代表不同的水流量）。从图3-6中可以看出，随着风速的增加，散热量和散热系数的值也随之增大。对水箱A与水箱B进行比较，在风速相同环境下，水箱B的散热量与散热系数都大于水箱A的值：在水流量相同的范围内，水箱B的水阻值与水箱A的水阻值相差

6、不大，即水箱B中的水流速度与水箱A中的水流速度接近。虽然两种水箱的迎风面积相同，但在相同风速下，水箱B的风阻值小于水箱A的风阻值。由于水箱A和水箱B中水流速度基本相同，所以水箱B中冷却水流动时带走的热量比水箱A中的多，冷却效果较好，有利于降低冷却系数K值。2.2护风罩匹配护风罩的作用是确保风扇产生的风量集中流经散热器，以提高风扇效率。护风罩对低速大功率风扇效率的提高特别显著。风扇与护风罩的径向间隙越小，风扇的效率越高。但间隙过小，车辆在行驶中由于振动会造成风扇与护风罩之间产生干涉。风扇与护风罩之间的径向间隙般控制在5-25mm范围。风扇与护风罩的轴向位置在护风罩内一般为风扇径向投影宽

7、度的2/3，而余下的1/3在护风罩外，以增加导流减小背压。风扇直径大小应和散热器的形状相协调，条件允许时可增大风扇的直径，降低风扇转速，以达到减小功率消耗和降低噪音的目的。在安装护风罩时必须注意，护风罩与散热器之间不得有缝隙，应采用橡胶或泡沫塑料垫加以密封，以保证冷却效率不会下降。此试验车初始装配时，发动机风扇直径为640mm，护风罩直径为660mm。护风罩与散热器之间在安装时有一定的间隙，影响到散热器和风扇之间的气流运动，而降低了冷却效率。在将产生间隙处