陳俊梅

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某輕型卡車中冷溫升超標(biāo)原因分析與改進(jìn)

陳俊梅

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

歐Ⅲ排放實(shí)現(xiàn)后，發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用增壓中冷式滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流量、溫度的要求[1]。其中中冷溫升是指在中冷器熱側(cè)出氣溫度和環(huán)境溫度的差值。一般發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)中冷溫升有一個(gè)上限值要求，中冷溫升超過(guò)上限值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)限扭、動(dòng)力性下降、排放超標(biāo)等問(wèn)題。本文從設(shè)計(jì)理論的角度對(duì)某輕卡車型中冷溫升超標(biāo)的原因進(jìn)行分析，最終通過(guò)優(yōu)化整改徹底解決此問(wèn)題。

中冷溫升；超標(biāo)；原因分析；改進(jìn)

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-129-03

引言

排放升級(jí)后，柴油機(jī)普遍采用增壓中冷形式滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣量、清潔度、干燥度、溫度和壓力適當(dāng)?shù)目諝?，以進(jìn)行燃燒并最大限度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)磨損并保持最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)性能[2]。其中，進(jìn)氣溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、排放物影響至關(guān)重要。研究表明，中冷出氣溫度每超出規(guī)定溫度10 ℃，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出約降低2%，燃油消耗量增加8%以上[3]。

本文從設(shè)計(jì)理論的角度對(duì)某輕卡車型中冷溫升超標(biāo)的原因進(jìn)行分析，最終通過(guò)優(yōu)化整改徹底解決此問(wèn)題。

該輕型卡車進(jìn)氣道固定在駕駛室后方，進(jìn)氣口離地面距離約2m，可以有效的防止進(jìn)氣系統(tǒng)吸入高溫氣體；中冷器和散熱器一起固定在發(fā)動(dòng)機(jī)前方，與一般輕型卡車不同的是，中冷器前方增加了冷凝器，這會(huì)導(dǎo)致中冷器的迎風(fēng)溫度升高，對(duì)中冷器性能有一定的影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

表1 熱平衡試驗(yàn)曲線

1、原因分析

針對(duì)中冷溫升超標(biāo)問(wèn)題做FTA分析。

表3 中冷溫升超標(biāo)故障樹

1.1 前格柵有效迎風(fēng)面積小

在3D數(shù)據(jù)上，對(duì)前格柵在中冷器的投影面積校核，計(jì)算投影面積占中冷器面積的。對(duì)比頂端WSL品牌的某車型，如表4所示，該車型的前格柵尺寸較大?？梢娗案駯庞行вL(fēng)面積合適，并非造成中冷溫升超標(biāo)的主要原因。

表4 格柵外廓尺寸 （單位：mm）

1.2 進(jìn)氣溫升過(guò)高

進(jìn)氣溫升是指增壓進(jìn)氣前進(jìn)氣管內(nèi)部的溫度和環(huán)境溫度的溫差，根據(jù)康明斯要求，進(jìn)氣溫升≤15℃。該車型進(jìn)氣道采用高位進(jìn)氣，可以避免吸到高溫空氣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，進(jìn)氣溫升最大在扭矩點(diǎn)，數(shù)值為8.1℃，小于設(shè)計(jì)要求15 ℃ 。因此，進(jìn)氣溫升高不是造成中冷溫升超標(biāo)的主要原因。

表5 熱平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.3 散熱器風(fēng)阻大

選擇中冷溫升較好的三款車型，與目標(biāo)車型的散熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、風(fēng)阻性能參數(shù)對(duì)比，如表6所示。由表6可看出，該散熱器風(fēng)阻參數(shù)較大，為中冷溫升超標(biāo)的主要原因。

表6 散熱器風(fēng)阻對(duì)比

1.4 中冷器熱側(cè)風(fēng)阻大

通過(guò)中冷器的性能試驗(yàn)報(bào)告可知，該款中冷器的熱側(cè)風(fēng)阻為13.7kPa，相對(duì)較大，影響中冷器的熱交換，為中冷溫升超標(biāo)的主要原因。

1.5 中冷器芯體焊接工藝差

該散熱器生產(chǎn)廠家為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的中冷器設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)公司，焊接工藝及設(shè)備先進(jìn)，焊接工藝較好。因此，排除中冷器芯體焊接工藝差的因素。

1.6 發(fā)動(dòng)機(jī)排風(fēng)背壓大

該車型搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)為技術(shù)領(lǐng)先的萬(wàn)國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)布置相對(duì)合理，對(duì)排風(fēng)影響不大。因此，可以排除此因素的影響。

1.7 中冷器的散熱面積小

中冷器實(shí)際散熱面積為8.22m2，理論計(jì)算需要的散熱面積為9.08m2，從理論計(jì)算[4]的角度可以得出，中冷器散熱面積偏小為中冷溫升超標(biāo)的主要原因。

表7 中冷器散熱面積計(jì)算

1.8 系統(tǒng)熱風(fēng)回流現(xiàn)象嚴(yán)重

對(duì)表5熱平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，迎風(fēng)溫度與環(huán)境溫度差值最高0.8℃（理論要求不超過(guò)6℃），因此熱風(fēng)回流現(xiàn)象基本可以忽略。此因素，并非造成中冷溫升超標(biāo)的主要原因。

1.9 風(fēng)扇距離水箱近

該車型的風(fēng)扇距離水箱的距離為111mm，設(shè)計(jì)要求為80mm到150mm之間，兩者之間的間隙滿足要求。

1.10 冷凝器與中冷器之間的間隙

冷凝器布置在中冷器前方，與中冷器間隙為8mm，間隙偏小，小于推薦值20mm，對(duì)中冷器進(jìn)風(fēng)量有較大影響，是造成中冷溫升超標(biāo)的主要原因。

2、改進(jìn)優(yōu)化

根據(jù)上文分析，該車型中冷溫升超標(biāo)主要因素有散熱器的風(fēng)阻過(guò)大、中冷器有效散熱面積小、中冷器熱側(cè)壓力降過(guò)大和冷凝器與中冷器間隙過(guò)小四種。

2.1 減小散熱器風(fēng)阻

調(diào)整散熱器散熱帶參數(shù)，將散熱帶波距由3.4mm調(diào)整到3.5mm，散熱器風(fēng)阻由0.533減少到0.517，散熱器外形尺寸保持不變，可實(shí)施性較強(qiáng)。

2.2 增大中冷器散熱面積

將中冷器的波距由5.5mm調(diào)整到5mm，散熱面積由8.22m2增加到9.13m2，散熱面積滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 調(diào)整紊流片參數(shù)

調(diào)整中冷器紊流片參數(shù)，由2.56mm調(diào)整到3.3mm，熱側(cè)阻力與13.7kPa降低到10.2kPa，增加熱交換速度。

2.4 冷凝器與中冷器間隙過(guò)小

冷凝器與中冷器之間的距離由8mm增加到25mm，滿足系統(tǒng)風(fēng)量要求。

3、試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)上述措施整改完成后，在整車上重新進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 整改后試驗(yàn)結(jié)果

由此可見，按上述方案改進(jìn)后，中冷后最大的溫升為29.9℃，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)要求。通過(guò)上述整改，目標(biāo)終于達(dá)成。整個(gè)過(guò)程中未對(duì)周邊其他系統(tǒng)造成影響，整改方案可行、有效。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文從設(shè)計(jì)理論和計(jì)算的角度出發(fā)，對(duì)影響中冷溫升的各個(gè)因素進(jìn)行逐個(gè)排查，一一驗(yàn)證，找出導(dǎo)致中冷溫升超標(biāo)的主要原因。并從零部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)著手，完成整改目標(biāo)，未對(duì)周邊其他系統(tǒng)造成不良影響。本文研究的方法推廣到其他車型中，避免采用直接加大中冷器來(lái)解決中冷性能不合格問(wèn)題，造成資源和成本的浪費(fèi)。

[1] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 朱一德.進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響分析.設(shè)備管理&維修技術(shù).

[4] 江淮汽車集團(tuán)研發(fā)中心.江淮輕型卡車設(shè)計(jì)規(guī)范.第一版,合肥: 江淮汽車股份有限公司,2006年6月.

A light truck overproof of charge temperature rise cause analysis and improvement

Chen Junmei
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

When Eu Ⅲ has been extended,the engine apply Turbo-charge to realize the require of air flow and temperature. Charge temperature rise is the difference between the out-temperature in the charge and the temperature surrounding by.There is a limit of the charge temperature rise generally.When the limit is exceeded,the torque will be limited and the exhaust gas will overproof.This paper analysis the cause of charge temperature rise and give a improvement in point of design and theory, at last work out the problem.

charge temperature difference；overproof；analysis；improvement

U464

A

1671-7988(2015)02-129-03

陳俊梅，就職于江淮汽車技術(shù)中心商用車研究院。