重卡發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)性能提升設(shè)計(jì)

胡雙洋

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重卡發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)性能提升設(shè)計(jì)

胡雙洋

（徐州徐工汽車制造有限公司技術(shù)中心，江蘇 徐州 221000）

文章以某重卡為研究對(duì)象，重卡由于行駛路況復(fù)雜、環(huán)境惡劣、載貨量較大，在夏季高溫天氣存在散熱能力不足，發(fā)動(dòng)機(jī)“開鍋”現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作?，F(xiàn)使用KULI仿真軟件進(jìn)行分析，對(duì)冷卻系統(tǒng)部件（散熱器大小、風(fēng)扇尺寸）進(jìn)行整改，并進(jìn)行整車熱平衡試驗(yàn)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在扭矩點(diǎn)和功率點(diǎn)極限工況下許用環(huán)境溫度，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)水溫過高問題。

重卡；發(fā)動(dòng)機(jī)；冷卻系統(tǒng)；開鍋；KULI仿真；熱平衡

前言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，“一帶一路”項(xiàng)目的實(shí)施，為商用車創(chuàng)造了空前的發(fā)展機(jī)遇。國內(nèi)車企逐漸意識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量的重要性，不斷加大產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用的投入，積極面對(duì)和解決產(chǎn)品所遇到的問題。以解決車輛冷卻系統(tǒng)為重要內(nèi)容的車輛熱管理是重型卡車必須面對(duì)的重要和突出需要解決問題之一。因?yàn)橹乜ㄜ囕v通常處于相對(duì)惡劣的作業(yè)環(huán)境，如果散熱器冷卻能力不夠，在車輛高速行駛或爬坡等大負(fù)荷作業(yè)工況時(shí)，易出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱能力不足而引起水溫過高甚至“開鍋”的現(xiàn)象，從而影響車輛的正常使用，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命[1,2]。

1 整車熱平衡試驗(yàn)

某重卡樣車完成安裝后，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GBT 12542- 2009汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法》進(jìn)行整車轉(zhuǎn)轂熱平衡試驗(yàn)，測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)極限環(huán)境適應(yīng)溫度，驗(yàn)證要求為發(fā)動(dòng)機(jī)極限使用環(huán)境溫度扭矩點(diǎn)≥41℃，功率點(diǎn)≥46℃。整車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1所示，冷卻模塊（中冷器、散熱器）、風(fēng)扇參數(shù)如表2，整車?yán)鋮s系統(tǒng)熱平衡試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求如表3。

表1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

表2 冷卻模塊、風(fēng)扇參數(shù)

表3 冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

2 原狀態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)樣車在整車道路試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，在額定功率工況下要求試驗(yàn)車輛全速全負(fù)荷運(yùn)行，在最大扭矩工況下要求試驗(yàn)車后面用負(fù)荷拖車將試驗(yàn)車行駛速度控制在25km/h左右，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在最大扭矩轉(zhuǎn)速，試驗(yàn)時(shí)油門應(yīng)踩到全開狀態(tài)，通過增壓壓力或供油量判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷[3]。樣車熱平衡試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表4。

表4 熱平衡試驗(yàn)結(jié)果

從樣車試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)在功率點(diǎn)1900r/min極限使用環(huán)境溫度48.83℃滿足要求的46℃，但是在扭矩點(diǎn)1200r/min，距離使用要求41℃差距較大，不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)在扭矩點(diǎn)的極限使用環(huán)境溫度。

3 使用KULI軟件進(jìn)行方案設(shè)計(jì)

3.1 冷卻系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)優(yōu)化

冷卻系統(tǒng)部件主要是散熱器、風(fēng)扇等，散熱器、風(fēng)扇優(yōu)化前后設(shè)計(jì)參數(shù)如表5，表6所示。

表5 散熱器參數(shù)

表6 風(fēng)扇參數(shù)

3.2 仿真計(jì)算

根據(jù)上述優(yōu)化數(shù)據(jù)，建立KULI一維仿真模型，模型中部件位置坐標(biāo)與樣車保持一致[4]，樣車KULI冷卻系統(tǒng)模型如圖1所示。使用KULI軟件對(duì)優(yōu)化后的的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真結(jié)果參數(shù)見表7。

表7 KULI仿真計(jì)算結(jié)果

從下表KULI仿真計(jì)算結(jié)果可以看出：優(yōu)化后的冷卻系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩點(diǎn)的極限使用環(huán)境溫度41.52℃滿足設(shè)計(jì)要求41℃。為保證KULI計(jì)算的真實(shí)性，以及整車銷往市場(chǎng)的穩(wěn)定性，對(duì)改進(jìn)后的整車進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)。

4 新狀態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)更改方案，對(duì)樣車的散熱器和風(fēng)扇部件進(jìn)行更換，并按照要求進(jìn)行整車熱平衡試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果見表8。

表8 新方案熱平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)過對(duì)比KULI仿真數(shù)據(jù)和熱平衡測(cè)試數(shù)據(jù)，仿真結(jié)果在扭矩點(diǎn)比試驗(yàn)值低了1.26℃，誤差率是2.9%，在功率點(diǎn)仿真結(jié)果比試驗(yàn)值高了1℃，誤差率是2%，同時(shí)優(yōu)化后的整車，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)極限使用環(huán)境溫度，可以肯定的是利用KULI仿真，對(duì)重卡冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是可靠的。

5 結(jié)論

重卡車輛通常處于相對(duì)惡劣的作業(yè)環(huán)境，本文對(duì)不滿足熱平衡使用要求的車輛，對(duì)冷卻系統(tǒng)部件進(jìn)行了針對(duì)性的方案設(shè)計(jì)，增加了卻散熱器的高度和風(fēng)扇的直徑，并通過使用KULI仿真軟件對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算分析，最終通過熱平衡試驗(yàn)，解決了重卡散熱能力不足導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)“開鍋”的問題，為重卡冷卻系統(tǒng)優(yōu)化提供了可行的方案。同時(shí)在重卡整車開發(fā)前，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行KULI仿真，減少大量試驗(yàn)，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

[1] 孫軍.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,2001:35-47.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì),第四版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:140-161.

[3] 國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 12542-2009汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法.

[4] Magna Steyr Engineering Center. KULI8.0 Reference Help[G],2010.

Heavy truck engine cooling system performance improvement design

Hu Shuangyang

( XCMG Automobile Manufacturing Co., Ltd. Technology Center, Jiangsu Xuzhou 221000 )

This paper takes a heavy truck as the research object. Due to the complicated road conditions, harsh environment and large cargo load, heavy trucks have insufficient heat dissipation capacity in high temperature weather in summer, and the engine “opens the pot” phenomenon, which causes the engine to work normally. Now using KULI simulation software for analysis, the cooling system components (heat sink size, fan size) are rectified, and the vehicle thermal balance test is performed to meet the allowable ambient temperature of the engine under the torque point and power point limit conditions, and the engine water temperature is solved. Too high a problem.

heavy truck; engine; cooling system; open pot; KULI simulation; heat balance

U464

B

1671-7988(2019)07-118-03

胡雙洋，學(xué)士，工程師，就職于徐州徐工汽車制造有限公司，從事整車熱管理研究工作。

U464

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1671-7988(2019)07-118-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.039