客车液压冷却系统的设计与应用

张芹，黄叶明

（1.安徽三联学院，安徽 合肥 230601；2.安徽安凯汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

客车液压冷却系统的设计与应用

张芹1，黄叶明2

（1.安徽三联学院，安徽 合肥 230601；2.安徽安凯汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文根据液压冷却系统的结构及工作原理、对比分析其较之传统冷却系统的优越性，阐述液压冷却系统在某款12米客车上的设计应用.

客车底盘；发动机后置；液压冷却系统；三维设计

1 前言

随着燃油价格的飚升、客车安全问题的广泛关注,客车安全、低耗已成为用户购车的重要性能指标之一.因此,在保证客车性能、客车安全的前提下,生产低投入底研发低能耗高性能的客车已成为客车企业开发的重要任务之一，其中节能减排则是客车行业最为亟待解决的课题.

近年来，通过对发动机各系统的研究表明：优越的冷却系统设计对整车寿命及发动机性能影响最大.发动机机体冷却液的温度过高或过低,都会恶化发动机的动力性、降低整车的经济性.然而，我国客车的冷却系统普遍采用散热器中冷器串联纵向或横向布置，从发动机曲轴皮带轮取力，驱动风扇；该冷却风扇的转速只与发动机转速有关，在无需散热时，冷却风扇仍持续工作，消耗发动机功率，降低整车的经济性.虽然有部分发动机冷却系统采用电子风扇、电磁离合器风扇或硅油风扇,可以使风扇的转速随发动机冷却液温度的变化而变化；但对于降低油耗仍没有多大效果,且可靠性不高.下面就液压冷却系统在某款12米客车上的应用设计进行详细的阐述.

2 液压风扇系统概述

2.1 工作原理

发动机曲轴皮带轮驱动液压油泵,将油箱的液压油经油泵加压后通过高压油管流向液压马达.液压马达内置电磁阀控制旁通油路.供马达转子的油路又与旁通油路并联,所以液压油经旁通油路直接流向马达回油口或驱动马达运转,然后经低压油管流向液压油散热器，液压油经低压油管并经回油滤清器过滤后流回油箱里.

2.2 系统组成

液压风扇冷却系统由液压油泵、液压马达、油箱、液压油散热器、冷却风扇、高低压油管、控制器、电磁阀、线束等组成.

2.3 工作过程

发动机所需冷却液的最佳工作温度是85℃到95℃.因此，液压风扇控制系统的温度传感器温度转变点通常设在在86℃和94℃.

冷却液温度的变化导致温度传感器的电阻值以及电磁阀的电流随之呈线性变化:当冷却液温度升高时，电阻与电流随之减小；当冷却液温度降低时，电阻与电流也随之增大.当电磁阀的电流减小时，其电磁力也随之减小,从而，导致电磁阀芯在回位弹簧的作用下向关闭方向移动,直到电磁力达到新的平衡,阀芯停止不动.这时液压油流经旁通油路的流量减小,流经液压马达转子的液压油流量增加,风扇转速随之增加,最终使冷却液温度降低;反之，则会使风扇转速降低,冷却液温度升高.这样冷却液温度会始终被控制在86℃～94℃这一理想范围内.

3 系统设计安装

3.1 方案选择

某客车整车长度12000mm，宽度2550mm，高度3950mm；采用全承载骨架结构，保证大容量；最大总重量18000kg；采用国五排放的发动机，降低了尾气排放，起到了相应的环保作用；最高车速100km/h.

由整车参数可以看出，此车采用了高排放的燃气发动机.排放标准越高，要求发动机采用的技术越高，对应要求冷却系统的能力越高，加上气体机相对于柴油机本身辐射热量就很高，整车又采用的液力缓速器，高于缓速器正常工作的油温热量也需要由冷却系统带走，因此整车对冷却系统的要求非常高.普通的冷却系统难以满足整车实验要求，因此我们选择最为先进的液压冷却系统.液压冷却系统能够使风扇在最低转速和最高转速之间无级调速，保证在发动机最低转速且需要降低冷却液温度时，提供更高的风扇功率.这样,可以把发动机冷却液温度始终控制在理想的范围内，发挥发动机最大的经济性，降低油耗.

3.2 布置方案设计

液压风扇系统的设计安装问题主要为油泵、散热器的设计安装，而散热器的布置位置与发动机位置无关，所以我们主要考虑的问题应该是油泵安装问题.油泵安装方式主要有三种形式，一种是皮带驱动（由曲轴皮带轮驱动）；一种空压机尾部通轴驱动，一种是REPTO驱动（飞轮侧）.为了方便整车布置，降低生产成本，我们采用曲轴皮带轮驱动形式，该种驱动形式只需要在原有发动机基础上设计液压泵及其附件的安装支架，使其与发动机保持共有频率.具体设计方案如下：

3.2.1 选择安装位置

该客车的动力传动系统在汽车中心线基础上右偏20mm，由此可以看出发动机左侧空间相对右侧较大，加之，6L系列发动机左侧预留有安装螺纹孔，可以用于安装液压泵支架，因此选择在发动机的左侧安装液压泵.

3.2.2 绘制并组装液压泵

根据发动机、液压泵以及液压冷却系统附件的三维图纸，绘制液压泵支架；并将支架、液压泵及附件先后安装在发动机上.

3.2.3 完善液压管路系统

根据液压冷却系统原理图，将风扇以及管路布置在发动机舱内.

3.2.4 动态仿真

根据发动机的工作原理以及整车实际运行的状态，分别设计发动机的运转状态.观察液压冷却系统的工作情况是否正常，并满足整车的实际要求.

通过以上理论设计，我们确认了该设计方案可行，随后进行整车设计生产.

表1 整车参数见

图1 液压风扇系统装配图

4 实验对比验证

为了验证液压冷却系统的性能是否满足整车实验要求，我们针对该车进行了发动机、自动变速箱热平衡实验测试,并与之前传统冷却系客车进行了对比.

4.1 发动机热平衡实验

通过发动机厂家热平衡实验测试可以看出，传统车冷却风扇转速只与发动机转速成正比关系.当发动机处于低转速大扭矩高负荷时，发动机的散热能力就不能满足整车要求，导致发动机水温过高，影响发动机性能.而液压冷却风扇在低转速大扭矩高负荷等工况时，风扇转速不仅和转速有关，而且会根据发动机的水温做无极调速，温度过高时，风扇转速急剧增加，保证了发动机冷却液温度处于理想范围内.

4.2 自动变速箱热平衡实验

通过自动变速箱热平衡实验测试数据可以看出，传统车在车辆减速时，缓速器开始工作消耗发动机功率，产生热量，促使发动机温度随之快速升高，并超过了发动机最佳温度范围，影响发动机的整车工作，降低发动机的使用寿命.反之，液压冷却系统在车辆减速缓速器开始工作而水温未上升前，风扇即开始以最大转速运转，直到温度降低至发动机最佳工作状态，液压冷却系统降低风扇转速直稳定状态；而且，在车辆滑行或减速制动过程中，液压风扇利用车辆自身的动能进行预冷却，节省功率降低了油耗.

图2 自动变速箱热平衡实验对比

5 结束语

通过对液压冷却系统设计的总结，为了更好的发挥液压冷却系统的性能，在车辆后期使用过程中还需要检查并避免以下二点问题：

第一，风扇始终以最大转速运转:如果发动机冷却液温度低于正常温度，而风扇却始终以最大转速运转,这时一般是电路故障问题,需要检查电路中的保险丝是否熔断、温度传感器是否断路、插接件是否松动等.

第二，风扇转速偏低:将温度传感器拔下后,风扇转速不受冷却液温度控制，风扇转速应不小于发动机转速.如果低于小于发动机转速,应检查液压油泵驱动皮带是否松动、回油滤芯是否由于太脏而被堵塞,液压油是否变质、油面是否太低.液压冷却系统正常运作时，整车运行10万km后，必须更换滤清器滤芯;整车运行20万km或两年，需要更换液压油,否则容易导致系统故障.

目前.液压冷却系统在国内客车上还没有普及应用，只是高档豪华车及特殊功能客车上采用该系统.液压冷却系统在冷却能力、降低油耗、提高了发动机的使用寿命等方面较现有电子风扇、电磁离合器风扇有了较大的提高，随之节能减排、安全舒适性、可靠性被人们的重视提高，该系统在今后的客车产品中将得到更广泛的应用.

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1673-260X（2014）07-0037-03