某轻型卡车中冷温升超标原因分析与改进

陈俊梅

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

使用维修

某轻型卡车中冷温升超标原因分析与改进

陈俊梅

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

欧Ⅲ排放实现后，发动机普遍采用增压中冷式满足发动机的进气流量、温度的要求[1]。其中中冷温升是指在中冷器热侧出气温度和环境温度的差值。一般发动机对中冷温升有一个上限值要求，中冷温升超过上限值时，会导致发动机限扭、动力性下降、排放超标等问题。本文从设计理论的角度对某轻卡车型中冷温升超标的原因进行分析，最终通过优化整改彻底解决此问题。

中冷温升；超标；原因分析；改进

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

引言

排放升级后，柴油机普遍采用增压中冷形式满足发动机对进气量、清洁度、干燥度、温度和压力适当的空气，以进行燃烧并最大限度地降低发动机磨损并保持最佳的发动机性能[2]。其中，进气温度对发动机的动力性、排放物影响至关重要。研究表明，中冷出气温度每超出规定温度10 ℃，发动机扭矩输出约降低2%，燃油消耗量增加8%以上[3]。

本文从设计理论的角度对某轻卡车型中冷温升超标的原因进行分析，最终通过优化整改彻底解决此问题。

该轻型卡车进气道固定在驾驶室后方，进气口离地面距离约2m，可以有效的防止进气系统吸入高温气体；中冷器和散热器一起固定在发动机前方，与一般轻型卡车不同的是，中冷器前方增加了冷凝器，这会导致中冷器的迎风温度升高，对中冷器性能有一定的影响。试验数据如下：

表1 热平衡试验曲线

1、原因分析

针对中冷温升超标问题做FTA分析。

表3 中冷温升超标故障树

1.1 前格栅有效迎风面积小

在3D数据上，对前格栅在中冷器的投影面积校核，计算投影面积占中冷器面积的。对比顶端WSL品牌的某车型，如表4所示，该车型的前格栅尺寸较大。可见前格栅有效迎风面积合适，并非造成中冷温升超标的主要原因。

表4 格栅外廓尺寸 （单位：mm）

1.2 进气温升过高

进气温升是指增压进气前进气管内部的温度和环境温度的温差，根据康明斯要求，进气温升≤15℃。该车型进气道采用高位进气，可以避免吸到高温空气，通过实验数据可以看出，进气温升最大在扭矩点，数值为8.1℃，小于设计要求15 ℃ 。因此，进气温升高不是造成中冷温升超标的主要原因。

表5 热平衡试验数据

1.3 散热器风阻大

选择中冷温升较好的三款车型，与目标车型的散热器结构参数、风阻性能参数对比，如表6所示。由表6可看出，该散热器风阻参数较大，为中冷温升超标的主要原因。

表6 散热器风阻对比

1.4 中冷器热侧风阻大

通过中冷器的性能试验报告可知，该款中冷器的热侧风阻为13.7kPa，相对较大，影响中冷器的热交换，为中冷温升超标的主要原因。

1.5 中冷器芯体焊接工艺差

该散热器生产厂家为国内领先的中冷器设计、制造、生产公司，焊接工艺及设备先进，焊接工艺较好。因此，排除中冷器芯体焊接工艺差的因素。

1.6 发动机排风背压大

该车型搭载的发动机为技术领先的万国发动机，该发动机布置相对合理，对排风影响不大。因此，可以排除此因素的影响。

1.7 中冷器的散热面积小

中冷器实际散热面积为8.22m2，理论计算需要的散热面积为9.08m2，从理论计算[4]的角度可以得出，中冷器散热面积偏小为中冷温升超标的主要原因。

表7 中冷器散热面积计算

1.8 系统热风回流现象严重

对表5热平衡试验数据进行分析，迎风温度与环境温度差值最高0.8℃（理论要求不超过6℃），因此热风回流现象基本可以忽略。此因素，并非造成中冷温升超标的主要原因。

1.9 风扇距离水箱近

该车型的风扇距离水箱的距离为111mm，设计要求为80mm到150mm之间，两者之间的间隙满足要求。

1.10 冷凝器与中冷器之间的间隙

冷凝器布置在中冷器前方，与中冷器间隙为8mm，间隙偏小，小于推荐值20mm，对中冷器进风量有较大影响，是造成中冷温升超标的主要原因。

2、改进优化

根据上文分析，该车型中冷温升超标主要因素有散热器的风阻过大、中冷器有效散热面积小、中冷器热侧压力降过大和冷凝器与中冷器间隙过小四种。

2.1 减小散热器风阻

调整散热器散热带参数，将散热带波距由3.4mm调整到3.5mm，散热器风阻由0.533减少到0.517，散热器外形尺寸保持不变，可实施性较强。

2.2 增大中冷器散热面积

将中冷器的波距由5.5mm调整到5mm，散热面积由8.22m2增加到9.13m2，散热面积满足设计要求。

2.3 调整紊流片参数

调整中冷器紊流片参数，由2.56mm调整到3.3mm，热侧阻力与13.7kPa降低到10.2kPa，增加热交换速度。

2.4 冷凝器与中冷器间隙过小

冷凝器与中冷器之间的距离由8mm增加到25mm，满足系统风量要求。

3、试验验证

对上述措施整改完成后，在整车上重新进行热平衡试验，试验结果如表8所示。

表8 整改后试验结果

由此可见，按上述方案改进后，中冷后最大的温升为29.9℃，满足发动机要求。通过上述整改，目标终于达成。整个过程中未对周边其他系统造成影响，整改方案可行、有效。

4、结束语

本文从设计理论和计算的角度出发，对影响中冷温升的各个因素进行逐个排查，一一验证，找出导致中冷温升超标的主要原因。并从零部件内部结构着手，完成整改目标，未对周边其他系统造成不良影响。本文研究的方法推广到其他车型中，避免采用直接加大中冷器来解决中冷性能不合格问题，造成资源和成本的浪费。

[1] 王霄锋.汽车底盘设计.北京：清华大学出版社，2010.

[2] 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2000.

[3] 朱一德.进气系统参数对柴油发动机性能的影响分析.设备管理&维修技术.

[4] 江淮汽车集团研发中心.江淮轻型卡车设计规范.第一版,合肥: 江淮汽车股份有限公司,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

陈俊梅，就职于江淮汽车技术中心商用车研究院。