无级变速温控离合器风扇节油效果的试验研究

宋心雷

无级变速温控离合器风扇节油效果的试验研究

宋心雷

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介绍了无级变速温控离合器风扇对于商用车节油效果的试验研究。研究结果显示无级变速温控离合器风扇应用在某2.5 L柴油发动机上比普通硅油风扇的车辆油耗可以节省1.5%～3%。

无级变速；温控离合器风扇；节油；试验研究

前言

在2021年7月1日《重型商用车辆燃料消耗量限值》（GB30510—2018）（简称“三阶段油耗标准”）开始实施。该油耗标准进一步加严了车型燃料消耗量限值要求，较二阶段油耗平均降幅约为 15％。《中国制造 2025》要求：到 2020年，商用车新车油耗接近国际先进水平；到 2025年，达到国际先进水平。国内法规对油耗的持续加严给重型商用车企业带来较大油耗压力。

冷却系统发动机风扇工作时需要消耗发动机功率，一定程度上影响整车动力性、经济性[1]。普通温控硅油离合器风扇仅实现转速两档调节，发动机功率损失较大，无级变速温控离合器风扇通过技术优化，可实现风扇转速无级变速，有助于降低发动机附件能量损失，提高发动机燃油经济性[2]。本文通过商用车的车辆等速油耗试验工信部测试工况油耗试验，研究无级变速温控离合器风扇对车辆燃油经济性的提升效果。

1 无级变速温控离合器风扇工作原理

普通温控硅油离合器风扇都是开关控制模式。如图1所示：随着风扇前端风温度升高到某个临界值，风扇离合器由分离状态突变耦合状态，风扇转速突然增加；温度降低时到某临界值，风扇离合器由耦合状态突变分离状态。这种离合器一般在空气温度60 ℃以上，风扇全耦合。从车辆使用情况看，这种离合器全耦合比例 30%左右，这时消耗功率较高。

无级变速温控离合器风扇控制上更为精细。如图2所示，它可以随着离合器前端风温度升高，风扇转速逐渐升高，并在达到某设计值时，风扇离合器才全耦合，风扇全耦合转速运转。同理，温度降低时，风扇转速在某温度区域内逐渐降低，到某设计温度时，离合器彻底分离，风扇转速达到最低转速。其风扇转速随温度变化成无极控制特性，而不是原开关式控制特性。一般，全耦合的温度点75 ℃或80 ℃左右，远高于开关式离合器。风扇全耦合时间一般10%左右，大大降低风扇的耦合噪声和油耗。

图1 开关式温控风扇离合器

图2 无级变速温控风扇离合器性能曲线图

2 无级变速温控离合器风扇试验原理

以某匹配2.5 L电控柴油机的载货车为载体，将无级变速温控离合器风扇和普通温控硅油风扇先后装配在车上进行相应的整车试验。试验车参数见表1。

表1 车辆参数表

参数名称参数数值 发动机排量/L2.5 功率/kW115 变速箱型号6MT 各挡速比1挡：5.675/2挡：3.678/3挡：2.513/4挡：1.652/5档：1/6档：0.735 后桥速比4.33 轮胎型号7.50R16 气压/kPa670 载荷满载/kg4 500

影响油耗的主要因素包括环境温度、车辆载荷和运行工况。[3]试验在环境仓中的整车转股上进行，试验过程中控制环境仓的温度、车辆前端的风量以及车辆载荷等会影响车辆油耗的边界，通过油耗仪分别测量车辆的等速油耗以及在C-WTVC路谱下的综合油耗，C-WTVC路谱如图3所示。

整车试验前在风扇上布置转速传感器，实时记录试验过程中风扇的转速。再通过风扇台架测试出在各个转速下的风扇功率，从而计算出在油耗试验时两种风扇消耗的发动机功率。

图3 C-WTVC路谱

3 无级变速温控离合器风扇试验分析

3.1 风扇台架试验

本次选取两种风扇均为直径490 mm，7叶的风扇。在台架上测试两种风扇在各个转速下的风扇功率并拟合成功率曲线，结果如图3所示。由此可见，两种风扇在同样转速下消耗的功率基本是一致的。

图4 风扇功率曲线

3.2 等速油耗试验

设置环境仓的温度为30 ℃，利用摆放在车辆前端可调节风量的鼓风机模拟车辆行驶过程中的空气对流。试验车是 4x2载货车，6挡变速箱，测试档位为最高档，车辆总质量为4.5吨。分别进行30 km/h、40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h、90 km/h时速的等速油耗测试，同时采集风扇的转速。车辆燃油消耗测试结果如表2所示。由此可见，无级变速温控离合器风扇比普通温控硅油风扇的等速油耗节省 0.66%～6.77%，且车速越高节油的效果越明显。

表2 等速油耗对比表

序号车速/(km/h)普通风扇油耗/(L/100 km)无级变速风扇油耗/(L/100 km)节油率/% 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

根据台架测得的风扇功率曲线以及试验过程中采集的实时转速计算出各车速下风扇的平局消耗功率，测试结果如表3所示。由此可见，无级变速温控离合器风扇比普通温控硅油风扇的功耗更低，同样也是车速越高差距越大。

表3 等速工况风扇平均输出功率

序号车速普通风扇平均输出功率/W无级变速风扇平均输出功率/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 车辆平原高速油耗试验

同样将环境仓的温度控制在30 ℃，采用自由换挡策略，按照C-WTVC路谱进行1 800 s的油耗试验。该路谱包含城市、城郊和高速三种工况。利用油耗仪采集并输出三种工况下的平均油耗，测试过程中同时记录风扇转速。测试结束后按照国标规定的权重比例计算出综合油耗。车辆燃油消耗测试结果如表4所示。由此可见，无级变速温控离合器风扇比温控硅油风扇的综合油耗节省1.5%。

根据台架测得的风扇功率曲线以及试验过程中采集的实时转速计算出各车速下风扇的平局消耗功率，测试结果如表5所示。由此可见，无级变速温控离合器风扇比普通温控硅油风扇的功耗低了80.82 W。

表4 C-WTVC工况油耗对比表

工况普通风扇油耗/(L/100 km)无级变速风扇油耗/(L/100 km)节油量节油百分比/% 市区11.7911.770.020.1 市郊10.4210.260.161.6 高速11.4510.960.494.3 综合11.1711.010.171.5

表5 C-WTVC工况风扇平均输出功率

风扇平均输出功率/W功率差值/W 普通风扇579.3680.82 无级变速风扇498.54

4 结论

（1）无级变速温控离合器风扇匹配在某2.5 L电控柴油机上比普通温控硅油风扇的车辆等速油耗节省0.66%～6.77%，且车速越高节油效果越明显。

（2）无级变速温控离合器风扇匹配在某2.5 L电控柴油机上比普通温控硅油风扇的车辆综合油耗节省1.5%。

（3）无论是在哪一种工况下测试，无级变速温控离合器风扇的功率消耗均低于普通温控硅油风扇。

[1] 杨小强,蔡立艮,赵立强.热管理技术在工程车辆中的应用研究[J].中国工程机械学报,2006,4(1):61-63.

[2] 周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2010.

[3] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,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，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。