一種用于搭載液力緩速器車型的冷卻系統應用

高帥，雷勝

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710077）

前言

隨著液力緩速器在中重型商用車、寬體車、客車上的廣泛使用，液力緩速器在整車上的匹配使用效果越來越受到重視。液力緩速器的工作原理是將整車的動能轉化為液力緩速器內部油液的熱能，這些熱能再通過液力緩速器上的熱交換器與整車冷卻系統的冷卻液進行熱量交換，然后由整車的冷卻系統將熱量帶走并散失掉。通過這樣持續的熱量交換而實現液力緩速器的持續制動性能。液力緩速器的持續制動功率在 200kW 到 300kW 之間，其最大瞬時制動功率可以達到500kW左右，這些制動功率最終都需要轉化為熱能并由整車冷卻系統帶走并散失掉。如果這些熱量不能及時被冷卻系統帶走，液力緩速器的工作溫度就會達到它的保護點而退出工作，這樣就會影響到緩速器的使用效果。因此，整車冷卻系統的散熱能力決定著液力緩速器的持續使用性能。為了使液力緩速器發揮出良好的輔助制動效能，就需要提高整車冷卻系統的散熱能力。但是在很多車型上，由于整車空間的限制，整車散熱能力在原結構狀態下難以做到有效的提高。

1 搭載液力緩速器車型的冷卻系統匹配

1.1 整車原冷卻系統布置

匹配液力緩速器的原整車冷卻系統的布置示意圖如圖1，它包括散熱器、水泵、發動機、液力緩速器、節溫器等。液力緩速器工作時整車冷卻系統工作過程簡述如下：緩速器的制動扭矩轉化為工作油液的熱量并將熱量傳遞給冷卻液，被加熱的冷卻液從緩速器流出到節溫器進水口，節溫器大循環的閥門逐漸打開，此時冷卻液一部分走大循環，一部分走小循環。走小循環的冷卻液未進入散熱器進行降溫而直接流回水泵，再經過發動機流到緩速器，參與到和緩速器的熱量交換循環中。走大循環的高溫冷卻液流進散熱器進行散熱降溫，散熱后的低溫冷卻液被水泵泵入發動機，再流至緩速器對其循環降溫。

圖1 整車冷卻系統布置示意圖

該冷卻系統有兩個不足，一是當液力緩速器剛進入工作階段，緩速器油液溫度迅速升高并將熱量傳遞給冷卻液，此時由于蠟式節溫器開啟響應緩慢而使得高溫冷卻液不能及時走大循環進行冷卻，而是大部分先進入小循環，經過發動機后又流回緩速器。這樣未進行有效的冷卻的高溫冷卻液又流入緩速器，提高了緩速器的進水溫度，此時若緩速器的制動功率較大，緩速器的水溫及油溫會快速上升達到保護點而退出工作，從而影響了緩速器的使用效果。二是當整車設計匹配液力緩速器時，為了更好的發揮它輔助制動的性能，整車需要通過提高水泵轉速，增加散熱器的尺寸、散熱面積，加大風扇直徑等方式來提高整車冷卻系統的散熱能力。但是由于發動機的限制使得提高水泵轉速受限、整車空間也限制了散熱、風扇的尺寸，因此在原冷卻系統中提高散熱功率的空間有限。或對于主機廠在已有車型上匹配緩速器或用戶改裝緩速器時，要想在原冷卻系統元件基礎上有效的提高散熱能力是非常困難的。

圖2 串聯副散熱器的冷卻系統布置示意圖

1.2 串聯副散熱器的冷卻系統

考慮到上述冷卻系統的不足，本文設計了一種可以在緩速器工作時提高整車冷卻系統散熱能力的冷卻系統，如圖 2所示：在原冷卻系統中串聯一個副散熱器，在副散熱器上匹配一對電子風扇，電子風扇由緩速器進行控制。當緩速器進行工作時，該電子風扇同時開始在最高轉速狀態下工作，使副散熱器處于最佳的散熱狀態。

1.2.1 緩速器工作時串聯副散熱器冷卻系統循環過程

如圖2所示，本文設計的冷卻系統包括主散熱器、水泵、發動機、副散熱器、液力緩速器、節溫器等。當緩速器介入工作時，緩速器的制動扭矩轉化為熱量傳遞給冷卻液，被加熱的冷卻液流到節溫器進水口，節溫器大循環的閥門逐漸打開，此時冷卻液一部分走小循環，一部分走大循環。從節溫器出水口走小循環的冷卻液經過發動機后流到副散熱器，此時由于副散熱器的電子風扇在緩速器的控制下已處于最高轉速狀態，副散熱器對冷卻液進行有效的散熱，將冷卻液的熱量散失到空氣中，冷卻液經副散熱器降溫后流入緩速器，再參與到和緩速器的熱量交換循環中。另一部分從節溫器出水口走大循環的冷卻液進入主散熱器進行熱量交換，經過主散熱器降溫后流過發動機再流入副散熱器，被副散熱器再一次進行降溫后進入緩速器。當節溫器全部開啟大循環后，被緩速器加熱的冷卻液分別依次經過主散熱器及副散熱器進行散熱降溫，然后再流入緩速器進行熱量交換，如此進行持續的循環。

1.2.2 串聯副散熱器冷卻系統的優點

本文介紹的冷卻系統有效改善了原冷卻系統節溫器未及時打開時走小循環部分冷卻液未進行冷卻就參與到與緩速器熱交換循環中的問題。將副散熱器設計在緩速器的進水管路中，可保證緩速器工作時始終有副散熱器進行散熱。而通過緩速器對副散熱器電子風扇的控制，保證了副散熱器在緩速器工作時始終處于最佳的散熱狀態。在主散熱器與副散熱器的配合下，使被緩速器加熱的冷卻液不論是走大循環還是小循環都能進行一定的散熱。

2 結論

液力緩速器作為整車的一種輔助制動系統，提高它的使用效能就是提高整車的安全性能。本文介紹的串聯副散熱器冷卻系統可以有效的提高整車冷卻系統的散熱能力，并充分發揮了主散熱器和副散熱器的散熱能力，使緩速器產生的熱量持續、有效的被冷卻系統散失掉，從而使緩速器的持續工作時間更長、性能發揮的更好，進而可以有效的提高整車輔助制動系統的使用頻率，減少主制動系統的使用次數，提高了整車的安全性能。

參考文獻

[1] 陳家瑞.汽車構造:上冊 [M].北京:機械工業出版,2009.

[2] 孫博,李環.整車散熱系統對液力緩速器持續制動性能的影響.[M]公路與汽運,2014.

[3] 王偉健.法士特串聯液力緩速器工作原理.[M]機械工程師,2014.