某輕型卡車中冷溫升超標原因分析與改進

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原因分析與改進

陳俊梅

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

歐Ⅲ排放實現后，發動機普遍采用增壓中冷式滿足發動機的進氣流量、溫度的要求[1]。其中中冷溫升是指在中冷器熱側出氣溫度和環境溫度的差值。一般發動機對中冷溫升有一個上限值要求，中冷溫升超過上限值時，會導致發動機限扭、動力性下降、排放超標等問題。本文從設計理論的角度對某輕卡車型中冷溫升超標的原因進行分析，最終通過優化整改徹底解決此問題。

中冷溫升；超標；原因分析；改進

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

引言

排放升級后，柴油機普遍采用增壓中冷形式滿足發動機對進氣量、清潔度、干燥度、溫度和壓力適當的空氣，以進行燃燒并最大限度地降低發動機磨損并保持最佳的發動機性能[2]。其中，進氣溫度對發動機的動力性、排放物影響至關重要。研究表明，中冷出氣溫度每超出規定溫度10 ℃，發動機扭矩輸出約降低2%，燃油消耗量增加8%以上[3]。

本文從設計理論的角度對某輕卡車型中冷溫升超標的原因進行分析，最終通過優化整改徹底解決此問題。

該輕型卡車進氣道固定在駕駛室后方，進氣口離地面距離約2m，可以有效的防止進氣系統吸入高溫氣體；中冷器和散熱器一起固定在發動機前方，與一般輕型卡車不同的是，中冷器前方增加了冷凝器，這會導致中冷器的迎風溫度升高，對中冷器性能有一定的影響。試驗數據如下：

表1 熱平衡試驗曲線

1、原因分析

針對中冷溫升超標問題做FTA分析。

表3 中冷溫升超標故障樹

1.1 前格柵有效迎風面積小

在3D數據上，對前格柵在中冷器的投影面積校核，計算投影面積占中冷器面積的。對比頂端WSL品牌的某車型，如表4所示，該車型的前格柵尺寸較大。可見前格柵有效迎風面積合適，并非造成中冷溫升超標的主要原因。

表4 格柵外廓尺寸 （單位：mm）

1.2 進氣溫升過高

進氣溫升是指增壓進氣前進氣管內部的溫度和環境溫度的溫差，根據康明斯要求，進氣溫升≤15℃。該車型進氣道采用高位進氣，可以避免吸到高溫空氣，通過實驗數據可以看出，進氣溫升最大在扭矩點，數值為8.1℃，小于設計要求15 ℃ 。因此，進氣溫升高不是造成中冷溫升超標的主要原因。

表5 熱平衡試驗數據

1.3 散熱器風阻大

選擇中冷溫升較好的三款車型，與目標車型的散熱器結構參數、風阻性能參數對比，如表6所示。由表6可看出，該散熱器風阻參數較大，為中冷溫升超標的主要原因。

表6 散熱器風阻對比

1.4 中冷器熱側風阻大

通過中冷器的性能試驗報告可知，該款中冷器的熱側風阻為13.7kPa，相對較大，影響中冷器的熱交換，為中冷溫升超標的主要原因。

1.5 中冷器芯體焊接工藝差

該散熱器生產廠家為國內領先的中冷器設計、制造、生產公司，焊接工藝及設備先進，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 發動機排風背壓大

該車型搭載的發動機為技術領先的萬國發動機，該發動機布置相對合理，對排風影響不大。因此，可以排除此因素的影響。

1.7 中冷器的散熱面積小

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

表7 中冷器散熱面積計算

1.8 系統熱風回流現象嚴重

對表5熱平衡試驗數據進行分析，迎風溫度與環境溫度差值最高0.8℃（理論要求不超過6℃），因此熱風回流現象基本可以忽略。此因素，并非造成中冷溫升超標的主要原因。

1.9 風扇距離水箱近

該車型的風扇距離水箱的距離為111mm，設計要求為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，對中冷器進風量有較大影響，是造成中冷溫升超標的主要原因。

2、改進優化

根據上文分析，該車型中冷溫升超標主要因素有散熱器的風阻過大、中冷器有效散熱面積小、中冷器熱側壓力降過大和冷凝器與中冷器間隙過小四種。

2.1 減小散熱器風阻

調整散熱器散熱帶參數，將散熱帶波距由3.4mm調整到3.5mm，散熱器風阻由0.533減少到0.517，散熱器外形尺寸保持不變，可實施性較強。

2.2 增大中冷器散熱面積

將中冷器的波距由5.5mm調整到5mm，散熱面積由8.22m2增加到9.13m2，散熱面積滿足設計要求。

2.3 調整紊流片參數

調整中冷器紊流片參數，由2.56mm調整到3.3mm，熱側阻力與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小

冷凝器與中冷器之間的距離由8mm增加到25mm，滿足系統風量要求。

3、試驗驗證

對上述措施整改完成后，在整車上重新進行熱平衡試驗，試驗結果如表8所示。

表8 整改后試驗結果

由此可見，按上述方案改進后，中冷后最大的溫升為29.9℃，滿足發動機要求。通過上述整改，目標終于達成。整個過程中未對周邊其他系統造成影響，整改方案可行、有效。

4、結束語

本文從設計理論和計算的角度出發，對影響中冷溫升的各個因素進行逐個排查，一一驗證，找出導致中冷溫升超標的主要原因。并從零部件內部結構著手，完成整改目標，未對周邊其他系統造成不良影響。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解決中冷性能不合格問題，造成資源和成本的浪費。

[1] 王霄鋒.汽車底盤設計.北京：清華大學出版社，2010.

[2] 王望予.汽車設計.北京：機械工業出版社，2000.

[3] 朱一德.進氣系統參數對柴油發動機性能的影響分析.設備管理&維修技術.

[4] 江淮汽車集團研發中心.江淮輕型卡車設計規范.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中心商用車研究院。