無級變速溫控離合器風扇節油效果的試驗研究

宋心雷

無級變速溫控離合器風扇節油效果的試驗研究

宋心雷

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了無級變速溫控離合器風扇對于商用車節油效果的試驗研究。研究結果顯示無級變速溫控離合器風扇應用在某2.5 L柴油發動機上比普通硅油風扇的車輛油耗可以節省1.5%～3%。

無級變速；溫控離合器風扇；節油；試驗研究

前言

在2021年7月1日《重型商用車輛燃料消耗量限值》（GB30510—2018）（簡稱“三階段油耗標準”）開始實施。該油耗標準進一步加嚴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％。《中國制造 2025》要求：到 2020年，商用車新車油耗接近國際先進水平；到 2025年，達到國際先進水平。國內法規對油耗的持續加嚴給重型商用車企業帶來較大油耗壓力。

冷卻系統發動機風扇工作時需要消耗發動機功率，一定程度上影響整車動力性、經濟性[1]。普通溫控硅油離合器風扇僅實現轉速兩檔調節，發動機功率損失較大，無級變速溫控離合器風扇通過技術優化，可實現風扇轉速無級變速，有助于降低發動機附件能量損失，提高發動機燃油經濟性[2]。本文通過商用車的車輛等速油耗試驗工信部測試工況油耗試驗，研究無級變速溫控離合器風扇對車輛燃油經濟性的提升效果。

1 無級變速溫控離合器風扇工作原理

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

無級變速溫控離合器風扇控制上更為精細。如圖2所示，它可以隨著離合器前端風溫度升高，風扇轉速逐漸升高，并在達到某設計值時，風扇離合器才全耦合，風扇全耦合轉速運轉。同理，溫度降低時，風扇轉速在某溫度區域內逐漸降低，到某設計溫度時，離合器徹底分離，風扇轉速達到最低轉速。其風扇轉速隨溫度變化成無極控制特性，而不是原開關式控制特性。一般，全耦合的溫度點75 ℃或80 ℃左右，遠高于開關式離合器。風扇全耦合時間一般10%左右，大大降低風扇的耦合噪聲和油耗。

圖1 開關式溫控風扇離合器

圖2 無級變速溫控風扇離合器性能曲線圖

2 無級變速溫控離合器風扇試驗原理

以某匹配2.5 L電控柴油機的載貨車為載體，將無級變速溫控離合器風扇和普通溫控硅油風扇先后裝配在車上進行相應的整車試驗。試驗車參數見表1。

表1 車輛參數表

參數名稱參數數值 發動機排量/L2.5 功率/kW115 變速箱型號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7.50R16 氣壓/kPa670 載荷滿載/kg4 500

影響油耗的主要因素包括環境溫度、車輛載荷和運行工況。[3]試驗在環境倉中的整車轉股上進行，試驗過程中控制環境倉的溫度、車輛前端的風量以及車輛載荷等會影響車輛油耗的邊界，通過油耗儀分別測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。

整車試驗前在風扇上布置轉速傳感器，實時記錄試驗過程中風扇的轉速。再通過風扇臺架測試出在各個轉速下的風扇功率，從而計算出在油耗試驗時兩種風扇消耗的發動機功率。

圖3 C-WTVC路譜

3 無級變速溫控離合器風扇試驗分析

3.1 風扇臺架試驗

本次選取兩種風扇均為直徑490 mm，7葉的風扇。在臺架上測試兩種風扇在各個轉速下的風扇功率并擬合成功率曲線，結果如圖3所示。由此可見，兩種風扇在同樣轉速下消耗的功率基本是一致的。

圖4 風扇功率曲線

3.2 等速油耗試驗

設置環境倉的溫度為30 ℃，利用擺放在車輛前端可調節風量的鼓風機模擬車輛行駛過程中的空氣對流。試驗車是 4x2載貨車，6擋變速箱，測試檔位為最高檔，車輛總質量為4.5噸。分別進行30 km/h、40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h、90 km/h時速的等速油耗測試，同時采集風扇的轉速。車輛燃油消耗測試結果如表2所示。由此可見，無級變速溫控離合器風扇比普通溫控硅油風扇的等速油耗節省 0.66%～6.77%，且車速越高節油的效果越明顯。

表2 等速油耗對比表

序號車速/(km/h)普通風扇油耗/(L/100 km)無級變速風扇油耗/(L/100 km)節油率/% 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

根據臺架測得的風扇功率曲線以及試驗過程中采集的實時轉速計算出各車速下風扇的平局消耗功率，測試結果如表3所示。由此可見，無級變速溫控離合器風扇比普通溫控硅油風扇的功耗更低，同樣也是車速越高差距越大。

表3 等速工況風扇平均輸出功率

序號車速普通風扇平均輸出功率/W無級變速風扇平均輸出功率/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

同樣將環境倉的溫度控制在30 ℃，采用自由換擋策略，按照C-WTVC路譜進行1 800 s的油耗試驗。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，測試過程中同時記錄風扇轉速。測試結束后按照國標規定的權重比例計算出綜合油耗。車輛燃油消耗測試結果如表4所示。由此可見，無級變速溫控離合器風扇比溫控硅油風扇的綜合油耗節省1.5%。

根據臺架測得的風扇功率曲線以及試驗過程中采集的實時轉速計算出各車速下風扇的平局消耗功率，測試結果如表5所示。由此可見，無級變速溫控離合器風扇比普通溫控硅油風扇的功耗低了80.82 W。

表4 C-WTVC工況油耗對比表

工況普通風扇油耗/(L/100 km)無級變速風扇油耗/(L/100 km)節油量節油百分比/% 市區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工況風扇平均輸出功率

風扇平均輸出功率/W功率差值/W 普通風扇579.3680.82 無級變速風扇498.54

4 結論

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

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

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

[1] 楊小強,蔡立艮,趙立強.熱管理技術在工程車輛中的應用研究[J].中國工程機械學報,2006,4(1):61-63.

[2] 周龍保.內燃機學[M].北京:機械工業出版社,2010.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,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

U467

B

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股份有限公司。