張志超，黃葉明

（安徽安凱汽車股份有限公司汽車工程研究中心，合肥230051）

發(fā)動(dòng)機(jī)智能溫控冷卻系統(tǒng)在某12 m客車上的應(yīng)用

張志超，黃葉明

（安徽安凱汽車股份有限公司汽車工程研究中心，合肥230051）

客車燃油消耗量已成為用戶購車時(shí)的重要指標(biāo)之一。ATS發(fā)動(dòng)機(jī)智能溫控冷卻系統(tǒng)分別通過氣溫傳感器、水溫傳感器的感應(yīng)由電子風(fēng)扇對中冷器、散熱器進(jìn)行散熱，避免了兩者風(fēng)扇功耗的浪費(fèi)，并達(dá)到溫度與風(fēng)扇的線性結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)功耗低、發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率高的特點(diǎn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)；智能溫控；冷卻系統(tǒng)；客車應(yīng)用

發(fā)動(dòng)機(jī)智能溫控冷卻系統(tǒng)ATS（Auto Temperature control Cooling System of Engine）將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中的水箱和中冷器獨(dú)立成兩個(gè)系統(tǒng)，采用電子風(fēng)扇分別對兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，水溫高了，冷卻水溫；氣溫高了，冷卻氣溫。電子風(fēng)扇可以實(shí)現(xiàn)無級變速，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在水溫90℃～95℃、氣溫＜50℃的最佳工作狀態(tài)。下面以蘇州伊力發(fā)動(dòng)機(jī)智能溫控冷卻系統(tǒng)ATS為例，介紹其工作原理及在12m客車上的應(yīng)用情況。

1　 ATS的組成和工作原理

ATS主要由電子風(fēng)扇、護(hù)風(fēng)罩、散熱器、中冷器、控制器、指示燈、電源以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成，如圖1所示。此外，還增加了診斷口，以便可以及時(shí)快速地檢查冷卻系統(tǒng)的工作狀況，以保證冷卻系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)［1-2］。

ATS采用現(xiàn)代冷卻設(shè)計(jì)理念，通過ECU分別控制中冷系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的水、氣溫度。ECU智能管理系統(tǒng)采用了PWM脈寬調(diào)制波控制技術(shù)、純數(shù)字化、閉環(huán)式系統(tǒng)設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)。ATS的工作原理：傳感器采集散熱器進(jìn)出水、中冷器空氣溫度的信號，并將信號傳遞至控制器，控制器依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水套散熱率曲線、增壓器特性曲線進(jìn)行分析，以達(dá)到控制各風(fēng)扇轉(zhuǎn)速強(qiáng)度的目的。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速強(qiáng)度隨著發(fā)動(dòng)機(jī)水套散熱率曲線、增壓器特性曲線呈線性變化；散熱器、中冷器的獨(dú)立化、模塊化布置，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的氣溫、水溫始終處于臺架工況要求的最佳溫度范圍，從而實(shí)現(xiàn)功耗低、發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率高的特點(diǎn)［3-4］。

2　 ATS在12 m客車上的應(yīng)用對比分析

2.1傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)

目前客車上傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)主要有“間接式溫控”、“皮帶連續(xù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇”、“串聯(lián)式換熱器布置”三個(gè)特點(diǎn)，具體有以下不足：

1）完全忽視了中冷、水冷是兩種不同的工作系統(tǒng)，其隨整車及發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化，分別有著不同的散熱特性要求。

2）注重以水箱不“開鍋”為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)常處于低溫狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率低，燃油消耗高。

3）由于“間接式溫控”，使得發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、進(jìn)水溫度僅與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)，達(dá)不到發(fā)動(dòng)機(jī)臺架要求的最佳溫度。由于溫度差異大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率低，燃油消耗增加。

4）冷卻風(fēng)扇持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要散熱時(shí)，仍繼續(xù)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，造成燃油浪費(fèi)。

5）“串聯(lián)式換熱器布置”時(shí)，換熱器互相影響，散熱器經(jīng)常在額定功率或最大扭矩時(shí)出現(xiàn)過熱“開鍋”現(xiàn)象，影響車輛正常運(yùn)行。

6）“串聯(lián)式換熱器布置”的中冷器、散熱器任一需要散熱時(shí)，風(fēng)扇就必須克服兩個(gè)換熱器的風(fēng)阻，風(fēng)阻疊加造成風(fēng)扇流量減小，必須加大流量，風(fēng)扇功耗增加。

7）“串聯(lián)式換熱器布置”的中冷器芯部出風(fēng)溫度接近許用環(huán)境溫度，散熱器“液-氣”溫差減小，必須加大風(fēng)扇流量，風(fēng)扇功耗增加。

8）采用大功率機(jī)械風(fēng)扇（功率約16 kW），風(fēng)扇流量Q=n·D·k，風(fēng)扇功耗N=n3·D·k，功耗與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速成3次方的比例關(guān)系。受車輛空間限制，常采用提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速方法加大流量，風(fēng)扇功耗嚴(yán)重。風(fēng)扇由發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)，能量轉(zhuǎn)換效率低，特別是在每次客車起動(dòng)瞬間，帶動(dòng)機(jī)械風(fēng)扇需增加發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)負(fù)載，易引起發(fā)動(dòng)機(jī)過載冒黑煙現(xiàn)象。

9）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整復(fù)雜，現(xiàn)場裝配速度慢，傳動(dòng)效率低，皮帶及機(jī)械運(yùn)動(dòng)件易磨損，故障率高，保養(yǎng)項(xiàng)目多且要求的保養(yǎng)周期短。

2.2 ATS冷卻系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1）散熱器、中冷器并列布置，左側(cè)為散熱器，右側(cè)為中冷器，換熱器互不影響。

2）電子風(fēng)扇①、②組控制散熱器，③、④組控制中冷器。這兩組電子風(fēng)扇通過控制器內(nèi)部的程序設(shè)定（可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)議要求限值進(jìn)行設(shè)定），分別通過水溫傳感器、氣溫傳感器對散熱器、中冷器進(jìn)行散熱，避免了兩者風(fēng)扇功耗的浪費(fèi)。

3）采用"AVF"變頻、變壓、變流、無級變速控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇隨發(fā)動(dòng)機(jī)溫度曲線呈線性變化。

4）采用專用密封結(jié)構(gòu)裝置，解決高溫?zé)峄亓鲉栴}。

5）無機(jī)械傳動(dòng)部分，總布置方便，安裝簡便；模塊化整體供貨；體積小，重量輕（30～50 kg）；傳統(tǒng)系統(tǒng)因?yàn)樗?、中冷器風(fēng)扇護(hù)風(fēng)罩系統(tǒng)固定在一起裝配，重量達(dá)到80～150 kg；減少冷卻系統(tǒng)現(xiàn)場裝配時(shí)間，工藝性能優(yōu)越，產(chǎn)品免維護(hù)性能好［5-8］。

2.3 ATS在某12m客車上的應(yīng)用效果

1）節(jié)油效果。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器冷卻風(fēng)扇所耗功率約占發(fā)動(dòng)機(jī)總功率的10%；大量試驗(yàn)表明，水冷系只有25%的時(shí)間需要風(fēng)扇工作，而在冬季風(fēng)扇的工作只有5%的時(shí)間是有意義的，其他時(shí)間風(fēng)扇所消耗的功率純屬浪費(fèi)。因此，解決水冷系的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)問題是節(jié)油的重要途徑。某12m客車為城間長途客車，根據(jù)實(shí)驗(yàn)部門對該車15 000 km行駛試驗(yàn)檢測，以常用車速100 km/h為例，采用傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)時(shí)，油耗為24.95 L/100 km；改用ATS后油耗為22.03 L/100 km，平均節(jié)油率≥12%，實(shí)際行駛節(jié)油率為15%以上，高速行駛時(shí)節(jié)油效果最明顯。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖2［9-10］。

2）冷卻效果分析。通過測量相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和改用ATS后的冷卻效果對比見表1。

表1　某12m客車發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3　結(jié)束語

隨著燃油價(jià)格的飚升以及環(huán)境的不斷惡化，汽車燃油消耗量已成為汽車整體性能的重要指標(biāo)之一。ATS憑借其優(yōu)越的節(jié)能性、超低的噪聲性，已成為用戶購車青睞所向。作為客車設(shè)計(jì)者，我們必須不斷創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出更低油耗、低噪聲、高舒適性的客車。下一步，我們將對客車進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，以設(shè)計(jì)開發(fā)對燃油消耗量、尾氣排放質(zhì)量及發(fā)動(dòng)機(jī)自身壽命影響更優(yōu)越的進(jìn)行系統(tǒng)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)和低排放的理想?yún)^(qū)間。

［1］全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車加速性能試驗(yàn)方法：GB/T 12543-2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：3.

［2］金加龍.汽車底盤構(gòu)造與維修［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.4.

［3］吳海榮，郭新民.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2007（1）：223-224.

［4］全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法：GB/T 6323-2014［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014：2.

［5］編輯委員會(huì).汽車工程手冊：設(shè)計(jì)篇［K］.北京：高等教育出版社，1997.7.

［6］陳家瑞.汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：人民交通出版社，1993.

［7］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.5.

［8］陳禎福.汽車底盤控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.汽車工程，2006，28（2）：105-113.

［9］全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車最低穩(wěn)定車速試驗(yàn)方法：GB/T 12547-2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：3.

［10］全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車滑行試驗(yàn)方法：GB/T 12536 -1990［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990：12.

修改稿日期：2016-02-19

Application of Engine Intelligent Temperature Control Cooling System to a 12m Coach

Zhang Zhichao，Huang Yeming

（Automotive Engineering Research Center，Anhui Ankai Automobile Co.，Ltd，Hefei230051，China）

Fuel consumption has now become an important index when customers choose and buy coaches.ATS engine intelligent temperature control cooling system can cool the inter cooler and radiator by using electronic fans separately through the induction of air temperature sensor and water temperature sensor to avoid the waste of the power consumption of the fans and achieve the linear combination of the temperature and fans，and thus realize the characters of low power consumption and high engine thermal efficiency.

engine；intelligent temperature control；cooling system；coach on application

U464.138

B

1006-3331（2016）03-0042-02

張志超（1982-），男，工程師；主要從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。