液力风扇在商用车上的应用

苑卫松，曲万达，谷京哲

(中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林长春130011)

0 引言

某车型是一款新型城市用商用车，其底盘采用阶梯式车架总成及低入口、低地板平头驾驶室，既能满足人员频繁上下车的方便性，又能保证乘员在驾驶室内直立通行，同时在狭窄街巷内具有灵活的机动性。

该款商用车由于采用了低地板设计，如图1所示。

地板平面2的离地高度为825 mm，此高度已经低过了水箱风扇的旋转轴线，水箱1后端面和发动机3前端面之间的距离为650 mm，传统的皮带驱动风扇将无法布置。由于液压泵和带动风扇转动的马达之间采用液压油管连接，布置起来更加灵活，因此在该款商用车上考虑选用液力驱动风扇。

1 液力风扇和普通风扇的对比

普通皮带驱动风扇的结构如图2所示，发动机转速与风扇转速的关系如图3所示。普通皮带驱动风扇的特点是，风扇与发动机之间为固定传动比，发动机低转速工作时，风扇功率较低。

液力驱动风扇的结构如图4所示，发动机转速与风扇转速关系如图5所示。液力驱动风扇的特点是，风扇工作转速与发动机转速无关;风扇可以在最低转速和最高转速之间无级调速;发动机低转速工作时，可提供更高的风扇功率。

因此，液力风扇在功率优化、转速控制、空间布置等方面具有独特的优势，更适合应用在散热要求高，不适合布置传动轴和皮带的车辆中。

2 液力风扇的匹配

2.1 液力控制方式的选择

根据控制方式不同，可分为液压控制和电液控制;根据液压泵结构形式不同，也可分为定量泵系统和变量泵系统。如图6所示。

电液控制方式具有反应灵敏、操纵灵活、线束布置方便等特点，相对于液压机械控制方式反应慢、效率低、布置具有局限性的缺点，更具有优势［1］。定量泵不可调节流量，而变量泵的输出流量可以根据系统的压力变化 (外负载的大小)，自动地调节流量，这样可以节省液压元件的数量，从而简化了油路系统，而且可以减少油发热。在液力风扇中选用变量泵能够更好地实现风扇转速控制，可以实现如图7所示的可控转速，当发动机转速较低时，风扇保持静止，当发动机在低速状态下运转时，发动机与风扇转速保持正比，当发动机保持最大功率或者超负荷运转时，风扇保持最大转速，以满足散热需求。

在该款商用车上，选用了电液控制方式的变量泵驱动系统。

2.2 液力风扇匹配

按照该款商用车的发动机型号BF6M2012-20E4计算，发动机的功率和扭矩随发动机的转速关系如图8所示。

该款发动机在约1 500 r/min时具有最大功率，最大功率为150 kW;在约1 500 r/min时具有最大扭矩，最大扭矩为720 N·m。发动机在最大扭矩附近工作时，发热量最大，因此发动机转速在1 500 r/min附近时需要具有最大的风扇转速，柴油机的风扇为发动机自带的标配风扇，扇叶直径为647 mm，风扇转速与风扇功率关系曲线如图9所示。按照设计要求，当风扇在1 500 r/min时发动机能够满足发动机全负荷的散热需求。由于油泵的最大允许转速为3 000 r/min，传动效率约为95%，初步选择传动速比为0.53，从而得到发动机转速和风扇转速的关系，根据风扇转速和风扇轴功率之间的关系，可以得到发动机转速和风扇转速、风扇功率之间的关系曲线如图9所示。

最后确定液压泵及马达排量:液压泵为28 mL/r;液压马达为20 mL/r;输入功率为20 kW;输入扭矩为100 N·m。得到发动机转速、风扇转速和风扇功率的关系如图10所示。

3 液力驱动风扇系统的布置

如图4所示，液力驱动风扇系统的主要组成元件包括:轴向柱塞油泵、液压马达、液压油罐、电气控制器、油管等，原理图如图11所示，可以看出除轴向柱塞油泵、液压马达的布置需要严格按照水箱和发动机的位置设计外，其他元件可以在商用车上灵活布置。

具体在该款商用车上的布置如图12所示，冷却风扇与散热器及中冷器模块总成布置在底盘前端，轴向柱塞油泵布置在发动机右侧，如图13所示，通过皮带从发动机输入动力，液压油罐布置在驾驶室后端的龙门梁上。

4 结束语

介绍液力驱动风扇在某商用车上的应用，分析液力风扇的匹配和布置。采用液力驱动方式，风扇不再由发动机直接驱动，冷却系统布置安装方式更加灵活;电控液力驱动风扇冷却系统可依据冷却介质温度自动调节风扇转速，可节省发动机功率消耗，减少噪声;实现了自动调节风扇转速的功能［2］;冷却系统的冷却能力可随车辆的散热需要而改变，使车辆中的冷却介质保持最佳温度状态。

【1】董浩海.助力汽车排放升级的博世力士乐液压驱动冷却风扇系统［J］.商用汽车，2011(18):66－67.

【2】李毅，胡瑞玲，刘景平.电控液驱风扇冷却系统及其在工程机械上的应用［J］.湖北汽车工业学院学报，2008(4):29－32.