液力風(fēng)扇在商用車(chē)上的應(yīng)用

苑衛(wèi)松，曲萬(wàn)達(dá)，谷京哲

(中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，吉林長(zhǎng)春130011)

0 引言

某車(chē)型是一款新型城市用商用車(chē)，其底盤(pán)采用階梯式車(chē)架總成及低入口、低地板平頭駕駛室，既能滿(mǎn)足人員頻繁上下車(chē)的方便性，又能保證乘員在駕駛室內(nèi)直立通行，同時(shí)在狹窄街巷內(nèi)具有靈活的機(jī)動(dòng)性。

該款商用車(chē)由于采用了低地板設(shè)計(jì)，如圖1所示。

地板平面2的離地高度為825 mm，此高度已經(jīng)低過(guò)了水箱風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸線，水箱1后端面和發(fā)動(dòng)機(jī)3前端面之間的距離為650 mm，傳統(tǒng)的皮帶驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇將無(wú)法布置。由于液壓泵和帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)之間采用液壓油管連接，布置起來(lái)更加靈活，因此在該款商用車(chē)上考慮選用液力驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。

1 液力風(fēng)扇和普通風(fēng)扇的對(duì)比

普通皮帶驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖3所示。普通皮帶驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的特點(diǎn)是，風(fēng)扇與發(fā)動(dòng)機(jī)之間為固定傳動(dòng)比，發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速工作時(shí)，風(fēng)扇功率較低。

液力驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)如圖4所示，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖5所示。液力驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的特點(diǎn)是，風(fēng)扇工作轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān);風(fēng)扇可以在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之間無(wú)級(jí)調(diào)速;發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速工作時(shí)，可提供更高的風(fēng)扇功率。

因此，液力風(fēng)扇在功率優(yōu)化、轉(zhuǎn)速控制、空間布置等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，更適合應(yīng)用在散熱要求高，不適合布置傳動(dòng)軸和皮帶的車(chē)輛中。

2 液力風(fēng)扇的匹配

2.1 液力控制方式的選擇

根據(jù)控制方式不同，可分為液壓控制和電液控制;根據(jù)液壓泵結(jié)構(gòu)形式不同，也可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。如圖6所示。

電液控制方式具有反應(yīng)靈敏、操縱靈活、線束布置方便等特點(diǎn)，相對(duì)于液壓機(jī)械控制方式反應(yīng)慢、效率低、布置具有局限性的缺點(diǎn)，更具有優(yōu)勢(shì)［1］。定量泵不可調(diào)節(jié)流量，而變量泵的輸出流量可以根據(jù)系統(tǒng)的壓力變化 (外負(fù)載的大小)，自動(dòng)地調(diào)節(jié)流量，這樣可以節(jié)省液壓元件的數(shù)量，從而簡(jiǎn)化了油路系統(tǒng)，而且可以減少油發(fā)熱。在液力風(fēng)扇中選用變量泵能夠更好地實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制，可以實(shí)現(xiàn)如圖7所示的可控轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，風(fēng)扇保持靜止，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速保持正比，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)保持最大功率或者超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)扇保持最大轉(zhuǎn)速，以滿(mǎn)足散熱需求。

在該款商用車(chē)上，選用了電液控制方式的變量泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

2.2 液力風(fēng)扇匹配

按照該款商用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)BF6M2012-20E4計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖8所示。

該款發(fā)動(dòng)機(jī)在約1 500 r/min時(shí)具有最大功率，最大功率為150 kW;在約1 500 r/min時(shí)具有最大扭矩，最大扭矩為720 N·m。發(fā)動(dòng)機(jī)在最大扭矩附近工作時(shí)，發(fā)熱量最大，因此發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1 500 r/min附近時(shí)需要具有最大的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，柴油機(jī)的風(fēng)扇為發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的標(biāo)配風(fēng)扇，扇葉直徑為647 mm，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇功率關(guān)系曲線如圖9所示。按照設(shè)計(jì)要求，當(dāng)風(fēng)扇在1 500 r/min時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷的散熱需求。由于油泵的最大允許轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，傳動(dòng)效率約為95%，初步選擇傳動(dòng)速比為0.53，從而得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系，根據(jù)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和風(fēng)扇軸功率之間的關(guān)系，可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇功率之間的關(guān)系曲線如圖9所示。

最后確定液壓泵及馬達(dá)排量:液壓泵為28 mL/r;液壓馬達(dá)為20 mL/r;輸入功率為20 kW;輸入扭矩為100 N·m。得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和風(fēng)扇功率的關(guān)系如圖10所示。

3 液力驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)的布置

如圖4所示，液力驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)的主要組成元件包括:軸向柱塞油泵、液壓馬達(dá)、液壓油罐、電氣控制器、油管等，原理圖如圖11所示，可以看出除軸向柱塞油泵、液壓馬達(dá)的布置需要嚴(yán)格按照水箱和發(fā)動(dòng)機(jī)的位置設(shè)計(jì)外，其他元件可以在商用車(chē)上靈活布置。

具體在該款商用車(chē)上的布置如圖12所示，冷卻風(fēng)扇與散熱器及中冷器模塊總成布置在底盤(pán)前端，軸向柱塞油泵布置在發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)，如圖13所示，通過(guò)皮帶從發(fā)動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，液壓油罐布置在駕駛室后端的龍門(mén)梁上。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹液力驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇在某商用車(chē)上的應(yīng)用，分析液力風(fēng)扇的匹配和布置。采用液力驅(qū)動(dòng)方式，風(fēng)扇不再由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，冷卻系統(tǒng)布置安裝方式更加靈活;電控液力驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)可依據(jù)冷卻介質(zhì)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，可節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)功率消耗，減少噪聲;實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的功能［2］;冷卻系統(tǒng)的冷卻能力可隨車(chē)輛的散熱需要而改變，使車(chē)輛中的冷卻介質(zhì)保持最佳溫度狀態(tài)。

【1】董浩海.助力汽車(chē)排放升級(jí)的博世力士樂(lè)液壓驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)［J］.商用汽車(chē)，2011(18):66－67.

【2】李毅，胡瑞玲，劉景平.電控液驅(qū)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)及其在工程機(jī)械上的應(yīng)用［J］.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(4):29－32.