曹鳳明

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

為提升發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，提高市場競爭力，許多重型商用車生產(chǎn)廠商在國Ⅴ排放階段，開始匹配電控風扇。電控風扇是一種恒溫扇，采用電控風扇，發(fā)動機可通過ECU自動調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速，使整車的水箱溫度、中冷器溫度及冷凝器溫度壓力始終保持在合理的工作范圍，保證發(fā)動機一直運行在最佳熱效率的溫度，可改善整車的動力性，明顯提升整車的燃油經(jīng)濟性。在節(jié)能的同時，還可以減少一氧化碳等廢氣的排放，減少發(fā)動機磨損，延長發(fā)動機的使用壽命。

本次分析及驗證，采用的電控風扇為電控硅油離合器風扇，該類風扇的優(yōu)點是可實現(xiàn)風扇轉(zhuǎn)速的連續(xù)可調(diào)，是目前應用較多的一種電控風扇。

1 測試車輛及測試條件的選擇

1.1 等速油耗改善效果影響因素分析

經(jīng)分析，電控風扇的節(jié)油效果受散熱器和中冷器的散熱能力、冷凝器壓力控制策略、風扇的控制邏輯等諸多因素影響，因此在不同的車型，即使匹配同一款風扇，其節(jié)油效果也可能存在較大的差異。電控風扇的影響因素復雜，要全面評估其節(jié)油效果較為困難。

本次節(jié)油效果的評估，是針對某成熟的牽引車，采用某特定的風扇和特定的風扇控制策略所能達到的節(jié)油效果。在分析和試驗過程中，考慮的主要影響因素為水溫，因此選擇采用較低的環(huán)境溫度和關(guān)閉空調(diào)的方法，排除進氣、空調(diào)控制等因素的影響。

1.2 整車基本參數(shù)

表1 整車基本參數(shù)Tab.1 Truck Parameters

整車基本參數(shù)如表1所示，車輛常用車速為90km/h。

1.3 測試條件

測試油耗時，保證合理的環(huán)境溫度（20℃），關(guān)閉空調(diào)。風扇轉(zhuǎn)速與水溫控制策略采用如下的對應關(guān)系：

表2 水溫與風扇轉(zhuǎn)速對應關(guān)系表Tab.2 Coolant Temp. vs Fan Speed

2 等速油耗改善效果計算方法

2.1 建立整車CRUISE模型

應用電控風扇后，整車等速油耗的改善效果計算采用目前應用廣泛的AVL公司的CRUISE軟件，在軟件中輸入整車的相關(guān)參數(shù)，設定計算任務。為了提高仿真的精度，行駛阻力采用道路試驗的滑行阻力。

圖1 整車CRUISE模型Fig.1 Truck CRUISE model

2.2 風扇消耗功率分析

圖2 風扇功率消耗圖

風扇運行時消耗的功率，與扇葉型式、風扇直徑、風扇轉(zhuǎn)速、每秒通風量相關(guān)。本次驗證采用的風扇為某風扇廠家提供的直徑730的環(huán)形風扇?？紤]通風量對風扇功率影響較小，為簡化計算，可以忽略。經(jīng)過分析和整理后，風扇的消耗功率近似為如圖2曲線。

2.3 風扇自動控制狀態(tài)和風扇直連狀態(tài)的整車等速油耗的模擬計算方法

對于匹配電控風扇的發(fā)動機，在采用合理并且較低的環(huán)境溫度，關(guān)閉空調(diào)，排除中冷器和冷凝器對風扇轉(zhuǎn)速的影響的情況下，散熱器的散熱能力對風扇的運行狀態(tài)有顯著影響。本次等速油耗的改善效果評估采用的車輛，標配大散熱器，散熱能力強，整車在路況良好的道路上等速行駛時，車輛的迎風可基本滿足散熱需求，等速行駛時，風扇基本處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)，不需要消耗額外的功率，風扇在上坡、不良路面、大功率輸出時，提供輔助散熱。

綜上，風扇自動控制狀態(tài)的整車油耗，可近似由風扇滑轉(zhuǎn)狀態(tài)的整車油耗代替，故節(jié)油效果可近似由下列公式得到：

上式中各參數(shù)含義如下：

E節(jié)油效果—應用電控風扇后的節(jié)油效果

Q風扇直連—風扇處于直連狀態(tài)時，整車的等速油耗

Q風扇滑轉(zhuǎn)—風扇處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)時，整車的等速油耗

2.3.1 風扇滑轉(zhuǎn)時等速油耗計算方法

通過風扇廠商提供的信息，風扇在滑轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)速約為200r/min，查圖2可知，風扇1000r/min轉(zhuǎn)速，消耗的能量約2kW，推算在200r/min轉(zhuǎn)速下，消耗能量會更小。為計算方便，把風扇滑轉(zhuǎn)時功率消耗近似為0。

2.3.2 風扇直連時等速油耗計算方法

計算風扇直連時的等速油耗時，考慮將風扇的功率消耗，體現(xiàn)到傳動系統(tǒng)傳動效率的改變中。

以60km/h為例，風扇滑轉(zhuǎn)下發(fā)動機輸出功率P滑=，風扇轉(zhuǎn)速n風扇=，查圖2可得到風扇的消耗功率約為4.5kW。

將風扇的功率消耗折合為傳動效率的損失，折合后的傳動效率為，按該傳動效率重新計算發(fā)動機油耗，可得到60km/h車速下風扇直連狀態(tài)的等速油耗。

其余車速的計算方法與上述方法相同。

2.4 等速油耗改善效果分析

按1.2.3.1及1.2.3.2的計算方法，得到如下計算匯總結(jié)果：

表3 不同風扇狀態(tài)油耗對比（理論值）Tab.3 Diesel Consumption of Different Fan Status (Calculation)

如表 3，應用電控硅油離合器風扇后，預計理論節(jié)油效果約為5-8%，且隨著車速增加，等速油耗改善效果更為明顯。

3 試驗驗證

在轉(zhuǎn)轂試驗臺架上進行測試驗證，在風扇自動控制狀態(tài)、直連狀態(tài)按車輛動力經(jīng)濟性試驗規(guī)范各進行一次試驗，記錄等速油耗。試驗數(shù)據(jù)記錄如下：

表4 整車油耗及風扇轉(zhuǎn)速（風扇自動控制狀態(tài)）Tab.4 Diesel Consumption and Fan Speed (With Electric Controlled Viscous Clutch Fan)

表5 整車油耗及風扇轉(zhuǎn)速（風扇直連狀態(tài)）Tab.5 Diesel Consumption and Fan Speed (With Direct Connected Fan)

3.1 cruise計算模型精度驗證

由于風扇直連狀態(tài)整車油耗理論計算值是在風扇滑轉(zhuǎn)基礎上進行的，故通過表3中風扇滑轉(zhuǎn)狀態(tài)等速油耗與表4中等速油耗進行對比，對cruise模型計算精度進行驗證，驗證結(jié)果如下如下：

表6 cruise計算模型精度驗證Tab.6 Cruise Model Accuracy Verification

通過表 6對比看出，理論計算值與試驗值偏差均在 5%以內(nèi)，Cruise模型的計算精度較好。

3.2 節(jié)油效果試驗驗證

表7 不同風扇狀態(tài)油耗對比（試驗值）Tab.7 Diesel Consumption of Different Fan Status (Experiment)

經(jīng)過試驗驗證，應用電控硅油離合器風扇后，試驗驗證的節(jié)油效果約為1-8%，且隨著車速增加，節(jié)油效果也逐漸明顯。節(jié)油效果的變化趨勢與理論分析基本保持一致。

4 數(shù)據(jù)偏差分析

4.1 理論油耗值與試驗油耗值的偏差分析

Cruise模型中，傳動效率設置原則會影響等速油耗的計算值。

對于車輛的最高檔，車輛的變速箱傳動效率η變速箱≥98%，后橋傳動效率η后橋≥94%，總傳動效率η實車=η變速箱×η后橋≥92.12%。

為計算方便，在計算模型中，變速箱傳動效率設置為98%，后橋傳動效率設置為94%，均為下限值，導致油耗理論值比試驗值偏大。

4.2 理論節(jié)油效果與試驗節(jié)油效果偏差分析

應用電控硅油離合器風扇后，節(jié)油效果試驗值要差于計算值，經(jīng)分析主要有以下幾個因素：

4.2.1 風扇滑轉(zhuǎn)時

也會消耗功率，但該功率很小，為計算方便，忽略了風扇滑轉(zhuǎn)的功率消耗。在計算節(jié)油效果時，會導致節(jié)油效果略偏高。

4.2.2 試驗時

風扇自動控制狀態(tài)下，風扇的轉(zhuǎn)速并非一直處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)，存在一定的轉(zhuǎn)速波動，風扇轉(zhuǎn)速提高也會相應地增加油耗，故該狀態(tài)下油耗計算值比理想狀態(tài)下會略高。

5 結(jié)論

匹配電控風扇對整車的油耗會有較為改善，本文主要目的是對改善的效果做定量分析，并進行試驗驗證。經(jīng)過分析和驗證，可得出如下結(jié)論：

5.1 相對于直連風扇

電控風扇理論分析的節(jié)油效果約為5-8%，試驗驗證的節(jié)油效果約為 1-8%，理論分析與試驗驗證的節(jié)油效果基本一致。

5.2 在某一確定的檔位下

應用電控風扇后等速油耗的改善效果與車速密切相關(guān)，車速越高，等速油耗的改善越明顯。等速油耗的改善效果的變化趨勢與理論分析保持一致。

5.3 在風扇相關(guān)的參數(shù)不完整的情況下

可以將不同車速下的風扇功率整合并體現(xiàn)在傳動系統(tǒng)的傳動效率的損失中。經(jīng)過試驗驗證，該方法的精度可以滿足分析的需求。

參考文獻

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