液力風扇在商用車上的應用

苑衛松，曲萬達，谷京哲

(中國第一汽車股份有限公司技術中心，吉林長春130011)

0 引言

某車型是一款新型城市用商用車，其底盤采用階梯式車架總成及低入口、低地板平頭駕駛室，既能滿足人員頻繁上下車的方便性，又能保證乘員在駕駛室內直立通行，同時在狹窄街巷內具有靈活的機動性。

該款商用車由于采用了低地板設計，如圖1所示。

地板平面2的離地高度為825 mm，此高度已經低過了水箱風扇的旋轉軸線，水箱1后端面和發動機3前端面之間的距離為650 mm，傳統的皮帶驅動風扇將無法布置。由于液壓泵和帶動風扇轉動的馬達之間采用液壓油管連接，布置起來更加靈活，因此在該款商用車上考慮選用液力驅動風扇。

1 液力風扇和普通風扇的對比

普通皮帶驅動風扇的結構如圖2所示，發動機轉速與風扇轉速的關系如圖3所示。普通皮帶驅動風扇的特點是，風扇與發動機之間為固定傳動比，發動機低轉速工作時，風扇功率較低。

液力驅動風扇的結構如圖4所示，發動機轉速與風扇轉速關系如圖5所示。液力驅動風扇的特點是，風扇工作轉速與發動機轉速無關;風扇可以在最低轉速和最高轉速之間無級調速;發動機低轉速工作時，可提供更高的風扇功率。

因此，液力風扇在功率優化、轉速控制、空間布置等方面具有獨特的優勢，更適合應用在散熱要求高，不適合布置傳動軸和皮帶的車輛中。

2 液力風扇的匹配

2.1 液力控制方式的選擇

根據控制方式不同，可分為液壓控制和電液控制;根據液壓泵結構形式不同，也可分為定量泵系統和變量泵系統。如圖6所示。

電液控制方式具有反應靈敏、操縱靈活、線束布置方便等特點，相對于液壓機械控制方式反應慢、效率低、布置具有局限性的缺點，更具有優勢［1］。定量泵不可調節流量，而變量泵的輸出流量可以根據系統的壓力變化 (外負載的大小)，自動地調節流量，這樣可以節省液壓元件的數量，從而簡化了油路系統，而且可以減少油發熱。在液力風扇中選用變量泵能夠更好地實現風扇轉速控制，可以實現如圖7所示的可控轉速，當發動機轉速較低時，風扇保持靜止，當發動機在低速狀態下運轉時，發動機與風扇轉速保持正比，當發動機保持最大功率或者超負荷運轉時，風扇保持最大轉速，以滿足散熱需求。

在該款商用車上，選用了電液控制方式的變量泵驅動系統。

2.2 液力風扇匹配

按照該款商用車的發動機型號BF6M2012-20E4計算，發動機的功率和扭矩隨發動機的轉速關系如圖8所示。

該款發動機在約1 500 r/min時具有最大功率，最大功率為150 kW;在約1 500 r/min時具有最大扭矩，最大扭矩為720 N·m。發動機在最大扭矩附近工作時，發熱量最大，因此發動機轉速在1 500 r/min附近時需要具有最大的風扇轉速，柴油機的風扇為發動機自帶的標配風扇，扇葉直徑為647 mm，風扇轉速與風扇功率關系曲線如圖9所示。按照設計要求，當風扇在1 500 r/min時發動機能夠滿足發動機全負荷的散熱需求。由于油泵的最大允許轉速為3 000 r/min，傳動效率約為95%，初步選擇傳動速比為0.53，從而得到發動機轉速和風扇轉速的關系，根據風扇轉速和風扇軸功率之間的關系，可以得到發動機轉速和風扇轉速、風扇功率之間的關系曲線如圖9所示。

最后確定液壓泵及馬達排量:液壓泵為28 mL/r;液壓馬達為20 mL/r;輸入功率為20 kW;輸入扭矩為100 N·m。得到發動機轉速、風扇轉速和風扇功率的關系如圖10所示。

3 液力驅動風扇系統的布置

如圖4所示，液力驅動風扇系統的主要組成元件包括:軸向柱塞油泵、液壓馬達、液壓油罐、電氣控制器、油管等，原理圖如圖11所示，可以看出除軸向柱塞油泵、液壓馬達的布置需要嚴格按照水箱和發動機的位置設計外，其他元件可以在商用車上靈活布置。

具體在該款商用車上的布置如圖12所示，冷卻風扇與散熱器及中冷器模塊總成布置在底盤前端，軸向柱塞油泵布置在發動機右側，如圖13所示，通過皮帶從發動機輸入動力，液壓油罐布置在駕駛室后端的龍門梁上。

4 結束語

介紹液力驅動風扇在某商用車上的應用，分析液力風扇的匹配和布置。采用液力驅動方式，風扇不再由發動機直接驅動，冷卻系統布置安裝方式更加靈活;電控液力驅動風扇冷卻系統可依據冷卻介質溫度自動調節風扇轉速，可節省發動機功率消耗，減少噪聲;實現了自動調節風扇轉速的功能［2］;冷卻系統的冷卻能力可隨車輛的散熱需要而改變，使車輛中的冷卻介質保持最佳溫度狀態。

【1】董浩海.助力汽車排放升級的博世力士樂液壓驅動冷卻風扇系統［J］.商用汽車，2011(18):66－67.

【2】李毅，胡瑞玲，劉景平.電控液驅風扇冷卻系統及其在工程機械上的應用［J］.湖北汽車工業學院學報，2008(4):29－32.