宋心雷

無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇節(jié)油效果的試驗(yàn)研究

宋心雷

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇對(duì)于商用車節(jié)油效果的試驗(yàn)研究。研究結(jié)果顯示無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇應(yīng)用在某2.5 L柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上比普通硅油風(fēng)扇的車輛油耗可以節(jié)省1.5%～3%。

無級(jí)變速；溫控離合器風(fēng)扇；節(jié)油；試驗(yàn)研究

前言

在2021年7月1日《重型商用車輛燃料消耗量限值》（GB30510—2018）（簡(jiǎn)稱“三階段油耗標(biāo)準(zhǔn)”）開始實(shí)施。該油耗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步加嚴(yán)了車型燃料消耗量限值要求，較二階段油耗平均降幅約為 15％?！吨袊?guó)制造 2025》要求：到 2020年，商用車新車油耗接近國(guó)際先進(jìn)水平；到 2025年，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。國(guó)內(nèi)法規(guī)對(duì)油耗的持續(xù)加嚴(yán)給重型商用車企業(yè)帶來較大油耗壓力。

冷卻系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇工作時(shí)需要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，一定程度上影響整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性[1]。普通溫控硅油離合器風(fēng)扇僅實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速兩檔調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失較大，無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇通過技術(shù)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速無級(jí)變速，有助于降低發(fā)動(dòng)機(jī)附件能量損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性[2]。本文通過商用車的車輛等速油耗試驗(yàn)工信部測(cè)試工況油耗試驗(yàn)，研究無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇對(duì)車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的提升效果。

1 無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇工作原理

普通溫控硅油離合器風(fēng)扇都是開關(guān)控制模式。如圖1所示：隨著風(fēng)扇前端風(fēng)溫度升高到某個(gè)臨界值，風(fēng)扇離合器由分離狀態(tài)突變耦合狀態(tài)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速突然增加；溫度降低時(shí)到某臨界值，風(fēng)扇離合器由耦合狀態(tài)突變分離狀態(tài)。這種離合器一般在空氣溫度60 ℃以上，風(fēng)扇全耦合。從車輛使用情況看，這種離合器全耦合比例 30%左右，這時(shí)消耗功率較高。

無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇控制上更為精細(xì)。如圖2所示，它可以隨著離合器前端風(fēng)溫度升高，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速逐漸升高，并在達(dá)到某設(shè)計(jì)值時(shí)，風(fēng)扇離合器才全耦合，風(fēng)扇全耦合轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。同理，溫度降低時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在某溫度區(qū)域內(nèi)逐漸降低，到某設(shè)計(jì)溫度時(shí)，離合器徹底分離，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到最低轉(zhuǎn)速。其風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度變化成無極控制特性，而不是原開關(guān)式控制特性。一般，全耦合的溫度點(diǎn)75 ℃或80 ℃左右，遠(yuǎn)高于開關(guān)式離合器。風(fēng)扇全耦合時(shí)間一般10%左右，大大降低風(fēng)扇的耦合噪聲和油耗。

圖1 開關(guān)式溫控風(fēng)扇離合器

圖2 無級(jí)變速溫控風(fēng)扇離合器性能曲線圖

2 無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇試驗(yàn)原理

以某匹配2.5 L電控柴油機(jī)的載貨車為載體，將無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇和普通溫控硅油風(fēng)扇先后裝配在車上進(jìn)行相應(yīng)的整車試驗(yàn)。試驗(yàn)車參數(shù)見表1。

表1 車輛參數(shù)表

參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值 發(fā)動(dòng)機(jī)排量/L2.5 功率/kW115 變速箱型號(hào)6MT 各擋速比1擋：5.675/2擋：3.678/3擋：2.513/4擋：1.652/5檔：1/6檔：0.735 后橋速比4.33 輪胎型號(hào)7.50R16 氣壓/kPa670 載荷滿載/kg4 500

影響油耗的主要因素包括環(huán)境溫度、車輛載荷和運(yùn)行工況。[3]試驗(yàn)在環(huán)境倉(cāng)中的整車轉(zhuǎn)股上進(jìn)行，試驗(yàn)過程中控制環(huán)境倉(cāng)的溫度、車輛前端的風(fēng)量以及車輛載荷等會(huì)影響車輛油耗的邊界，通過油耗儀分別測(cè)量車輛的等速油耗以及在C-WTVC路譜下的綜合油耗，C-WTVC路譜如圖3所示。

整車試驗(yàn)前在風(fēng)扇上布置轉(zhuǎn)速傳感器，實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)過程中風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。再通過風(fēng)扇臺(tái)架測(cè)試出在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的風(fēng)扇功率，從而計(jì)算出在油耗試驗(yàn)時(shí)兩種風(fēng)扇消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

圖3 C-WTVC路譜

3 無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇試驗(yàn)分析

3.1 風(fēng)扇臺(tái)架試驗(yàn)

本次選取兩種風(fēng)扇均為直徑490 mm，7葉的風(fēng)扇。在臺(tái)架上測(cè)試兩種風(fēng)扇在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的風(fēng)扇功率并擬合成功率曲線，結(jié)果如圖3所示。由此可見，兩種風(fēng)扇在同樣轉(zhuǎn)速下消耗的功率基本是一致的。

圖4 風(fēng)扇功率曲線

3.2 等速油耗試驗(yàn)

設(shè)置環(huán)境倉(cāng)的溫度為30 ℃，利用擺放在車輛前端可調(diào)節(jié)風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)模擬車輛行駛過程中的空氣對(duì)流。試驗(yàn)車是 4x2載貨車，6擋變速箱，測(cè)試檔位為最高檔，車輛總質(zhì)量為4.5噸。分別進(jìn)行30 km/h、40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h、90 km/h時(shí)速的等速油耗測(cè)試，同時(shí)采集風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。車輛燃油消耗測(cè)試結(jié)果如表2所示。由此可見，無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇比普通溫控硅油風(fēng)扇的等速油耗節(jié)省 0.66%～6.77%，且車速越高節(jié)油的效果越明顯。

表2 等速油耗對(duì)比表

序號(hào)車速/(km/h)普通風(fēng)扇油耗/(L/100 km)無級(jí)變速風(fēng)扇油耗/(L/100 km)節(jié)油率/% 1305.855.810.66 2406.056.020.41 3506.956.713.38 4607.767.611.91 5708.858.553.41 68010.459.786.41 79011.9311.126.77

根據(jù)臺(tái)架測(cè)得的風(fēng)扇功率曲線以及試驗(yàn)過程中采集的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算出各車速下風(fēng)扇的平局消耗功率，測(cè)試結(jié)果如表3所示。由此可見，無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇比普通溫控硅油風(fēng)扇的功耗更低，同樣也是車速越高差距越大。

表3 等速工況風(fēng)扇平均輸出功率

序號(hào)車速普通風(fēng)扇平均輸出功率/W無級(jí)變速風(fēng)扇平均輸出功率/W差值/W 13050.1245.364.76 240108.1584.223.95 350267.54205.6461.9 460398.66310.6488.02 570600.22480.77119.45 6801 041.8867.39174.41 7901 456.121 157.53298.59

3.3 車輛平原高速油耗試驗(yàn)

同樣將環(huán)境倉(cāng)的溫度控制在30 ℃，采用自由換擋策略，按照C-WTVC路譜進(jìn)行1 800 s的油耗試驗(yàn)。該路譜包含城市、城郊和高速三種工況。利用油耗儀采集并輸出三種工況下的平均油耗，測(cè)試過程中同時(shí)記錄風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。測(cè)試結(jié)束后按照國(guó)標(biāo)規(guī)定的權(quán)重比例計(jì)算出綜合油耗。車輛燃油消耗測(cè)試結(jié)果如表4所示。由此可見，無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇比溫控硅油風(fēng)扇的綜合油耗節(jié)省1.5%。

根據(jù)臺(tái)架測(cè)得的風(fēng)扇功率曲線以及試驗(yàn)過程中采集的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算出各車速下風(fēng)扇的平局消耗功率，測(cè)試結(jié)果如表5所示。由此可見，無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇比普通溫控硅油風(fēng)扇的功耗低了80.82 W。

表4 C-WTVC工況油耗對(duì)比表

工況普通風(fēng)扇油耗/(L/100 km)無級(jí)變速風(fēng)扇油耗/(L/100 km)節(jié)油量節(jié)油百分比/% 市區(qū)11.7911.770.020.1 市郊10.4210.260.161.6 高速11.4510.960.494.3 綜合11.1711.010.171.5

表5 C-WTVC工況風(fēng)扇平均輸出功率

風(fēng)扇平均輸出功率/W功率差值/W 普通風(fēng)扇579.3680.82 無級(jí)變速風(fēng)扇498.54

4 結(jié)論

（1）無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇匹配在某2.5 L電控柴油機(jī)上比普通溫控硅油風(fēng)扇的車輛等速油耗節(jié)省0.66%～6.77%，且車速越高節(jié)油效果越明顯。

（2）無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇匹配在某2.5 L電控柴油機(jī)上比普通溫控硅油風(fēng)扇的車輛綜合油耗節(jié)省1.5%。

（3）無論是在哪一種工況下測(cè)試，無級(jí)變速溫控離合器風(fēng)扇的功率消耗均低于普通溫控硅油風(fēng)扇。

[1] 楊小強(qiáng),蔡立艮,趙立強(qiáng).熱管理技術(shù)在工程車輛中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào),2006,4(1):61-63.

[2] 周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009,20-64.

Test Research for Stepless Speed Change Temperature Control Silicone Oil Fan to Improve Vehicle Fuel Consumption

SONG Xinlei

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This paper described test research for stepless speed change Temperature control silicone oil fan to improve vehicle fuel consumption. The results show that the application of stepless speed change Temperature control silicone oil fan in a 2.5 L diesel engine can save 1.5%～3% fuel consumption than that of ordinary silicone oil fan.

Stepless speed change; Temperature control silicone oil fan; Vehicle fuel consumption; Test research

U467

B

1671-7988(2021)23-121-03

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1671-7988(2021)23-121-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.023.034

宋心雷，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。