发动机冷却风扇与冷却系统的匹配

２ ）转 速 不 变 ， 换 不 同 的 节 流 加 载 板 并 获 得 相 更
本 研 究 在 对 冷却 系 统 阻力 进 行 研究 的基 础 上 ， 论 述 了一套 完 善 的阻 力 计算 方 法 ， 利用 冷 却 系 统 阻
力 和风 扇性 能数 据来 校核 风扇 冷却 力 ， 在此 基础 上 ，
扇在 系统 中的实 际转 速 。 。
一 咒 伽 尼 。 （） １
星
式 中 ： 为最大 扭矩 时 的发 动 机转 速 ；ｍ为 风扇 驱 ｎ ｑ 动 的带 传 动效率 ； 为 风扇 速 比。 ｋ 求 出转 速 之 后 ， 据 已知 的某 转 速 下 的 根 流量 一静 压 曲线 ， 考 风扇 定 理 就可 以拟合 出该转 参
应 的流量 、 静压 与功 率 ， 据在 不 同节 流加 载板 下测 根
得 的性 能参 数 ， 拟合 转 速下 风扇 的 流量一 静压 曲
线 和 流量一 功率 曲线 ；
３ ）调 整风 扇转 速为 ，。 … ， 行试 验 并拟 合 ， 进 得 到 多个转 速下 的风 扇性 能 曲线 。
述 ， 未对 冷却 系统 阻力 详细 分析 ； 但 董军 启 ＿ 通过 试 ３ 验 对各 种不 同结构散 热器 的阻力进 行 了详 细分 析并
拟 合 了阻力 计算 方程 ， 并未 涉及 冷却 风扇 的 匹配 。 但
量此 时 的流 量 ｑ
Ｐ １， ）； ｃ １
风扇 静 压
１ 风 扇 功 率 ．和 １
加 载板 以改变 进入 风 道 的空气 流 量 ， 得 风 扇 在不 测 同转 速 和 流 量 下 的 流 量 一静 压 、 量一 功 率 曲 线 。 流 使用 该测试 系统对 风扇产 品进 行气 动性 能试验 以构
建风 扇性 能数 据库 ， 步骤 如下 ： １ ）设置 风扇 转 速 为 并 放 入 节 流 加 载 板 ， 测
（ ．雪龙 集 团 有 限 公 司 ，浙 江 宁波 １ ３ ５ ０ ；２ １ ８ ６ ．华 南 理 工 大 学 机 械 与 汽 车 工 程 学院 ，广 东 广 州 ５ ０ ４ ） １ ６ １
摘 要 ： 绍 了 一种 为 车 辆 冷 却 系统 匹配 冷 却 风 扇 的 方 法 。该 方 法 基 于对 内燃 机 车冷 却 系统 阻 力和 冷 却 风 扇 性 介
Ａ 等时 ， ｐ相 风扇进 入稳 定运 转 ， 时 的 流量 为风 扇 此
的匹配 流量 。即实 际转速 ｎ 下 ， 风扇 的流量 一静 压
曲线与 冷却 系统 的流量一 系统 阻力 曲线 的交点就 是
该 风扇 在发动 机最 大扭矩 时 的工 作点 （ 图 ３ 。 见 ）
要 确 定最 大 扭矩 时 的匹配 风 量 ， 需要 先 确定 风
统阻力 相 等 ， 时 的流量 ｑ 就是 该风 扇与 冷却 系统 此
的 匹配流量 。研 究 风扇 与 冷 却 系统 的匹 配 ， 先要 首 确定 风扇 与冷却 系 统 的匹 配 流量 ｑ ， 而 判 断 该 流 进 量下 ， 冷却 力是 否符合 冷却 系统 的要求 ， 最后 从符合
要求 的风 扇 中选 取 功耗最 低 的一 款 。
第 ２期 （ 第 １ ９ ） 总 ９期 ２１ ０ ２年 ４月
车
用
发
动
机
Ｎｏ ２ Ｓ ｒ １Ｎｏ １ ９ ． （ ｅｉ ． ９ ） ａ
Ａ ｐ ． ０１ ｒ２ ２
Ｖ ＥＨ Ｉ ＣＬＥ ＥＮ ＧＩ Ｅ Ｎ
・
设计 计算 ・
发 动 机 冷 却 风扇 与 冷 却 系统 的 匹配
王 海航 ， 耀龙 段 ，胡 惠祥 上 官文斌 ， 。
Ｔ× ／９５ ０， 中 Ｔ， 分 别 为风 扇 扭 矩 和转 速 ， ５ 其 可 由试验 测得 。 图 １示 出 依 据 Ｇ ／ １ ３ － ２ ０ （ 业 通 风 ＢＴ ２６ ００ 工 （
动 机冷 却不 足或 冷 却 过 度 ， 成发 动 机 工 作 环 境 恶 造
化 ， 而影 响发 动机 的性 能和使 用 寿命 。此外 ， 扇 进 风
风量 的增 幅 。如 果一款 风扇 能够满 足最 大扭矩 下 的
冷却 风扇 在某 一系统 的一定 转速 下所能 发挥 的 性 能 （ Ｐ 称 为风扇 的工作 点 。匹配 分 析 中无 法 ｑ ， ）
散热 需要 ， 那么该 风 扇 也 足 以对 最 大 功率 下 的 发 动
机进 行冷 却 。
机用 标准 化风 道机 械 性 能试 验 》 立 的冷 却 风 扇气 建
动性 能测 试 系统 。通 过 改 变 电机 的转 速 ， 更换 节流
满 足系统 的冷 却要 求 而 无 法 在 功 耗 方 面做 到最 优 。
鉴 于此 ， 内有 研究 者进 行 了相关 分析 ： 晓松 口 对 国 杨 冷却 风扇 的 匹配方 法 进 行 了简 单 的 阐述 ， 未 对 系 但 统 阻力 的计 算 和冷 却 风 扇 的优选 进 行 讨 论 ； 越 琪 刘 等＿ 对 冷却 风扇 的 匹配与 优选 方法 作 出 了详 细 的 阐 ＿ ２ ］
速下 风扇 的流量一 静 压 曲线 （ 图 ２ 。 见 ）
耋
根据 风扇定 理 ， 同一款 风扇 的流量 、 静压 与功率
在不 同转 速下满 足 以下关 系［ ： ５ ］
丝 一
ｑ１
一
图 ３ 风 扇 工 作 点 不 葸
２ ２ 风扇 与冷却 系统 的 匹配和风扇 优选 ．
（） ２
冷 却风 扇与 冷却 系统 匹配的先 决条件 是 风扇要 符合 系统 的安装要 求 。根据 给定 的冷却 系统参 数确 定符合 安装 条件 的备 选 风 扇 之后 ， 可 以求 出每 款 就 风扇在 发动 机扭矩 最大 时 的工 作 点 。 判 断某 风扇是 否与 冷却 系统 匹配 主要是判 断该
进 一 步提 出 了以降 低 能 耗 为 目的风 扇 优 选 的 方 法 ， 为 冷却 风扇 匹 配 的全 过程 提供 了一 套 的合理 易行 的
解 决方 案 。
收 稿 日期 ：２ １ ０ ； 回 日期 ：２ １ — ４ ０ ０ １ ｕ一 １ 修 ０ ２０ — ５
按 照上述过程完 成～款风扇 的性 能数据 采集 ， 整 合 大量风扇产 品性能数据 就得到 了风扇性 能数 据库 。
１ 风 扇 的气 动 性 能 参 数 与 风扇 性 能 数 据 库
风 扇 的气 动性 能通 常 指 风扇 的流 量 与静 压 、 流 量 与功 率之 间 的关 系 。风扇 的 流量等 于其在 单位 时 间 内的吸气 或排 气量 ， 即性 能试 验 中单位 时 间通 过 风 道 的气体 体积 流量 。风扇 的静 压表征 气体 克服 流 道 中各 种阻 力流 动 的能力 。性能试 验 中气体 的入 口 静 压等 于风 道 中各 种 阻 力 之 和 。风扇 的功 率 Ｐ。 一
，
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２１ ０ ２年 ４月
王海 航 ， ：发 动 机 冷 却 风 扇 与 冷 却 系 统 的 匹配 等
风扇 提供 的 流量能 否达 到冷 却 系统 的要求 。进 行这
能参数的分析计算 ， 以节 约 能 耗 为 风 扇 优 选 的 出发 点 ， 够 为 大 多数 冷 却 系统 匹配 风 扇 提 供 简 明 、 能 直观 的 参 考 依 据 。详 细 介 绍 了冷 却 风 扇 匹 配 的原 理 和过 程 ， 阐述 了冷 却 系 统 阻 力 的计 算 方 法 。 最 后 根 据 所 述 的 冷 却 系统 阻 力 并 计 算 方 法 和 匹 配方 法编 写 了 匹 配 分析 程 序 ， 通 过 冷 却 风 扇 匹 配 实例 证 明 了 匹配 方 法 的合 理性 和 实 用性 。 并
一
流量 （ 转速 ｎ ）
一 功率 （ 转速 ｎ ）
图 １ 风扇性能试验 台 ］
２ 冷 却风 扇 的 匹 配 与优 选
根 据 已确定 的 冷却 系 统来 选 择相 匹 配 的风 扇 ，
即对每 款风 扇分 别进 行 匹 配 分析 ， 过 比较 得 到符 通
合 冷却 要求 且功 耗最低 的风 扇 。 风 扇 在 冷却 系 统 中稳 定运 转 时 ， 静压 与冷却 系
消 耗 的功率 约 占发动 机输 出功率 的 ５ ％～ ８ ， 追 在
求 环保 、 低能 耗 的趋势 下 ， 风扇 也 日益引 起关 注 。 传 统 的风 扇 匹 配 中 ， 技术 人 员 往 往是 通 过 类 比 方 式来选 择 风扇 ， 即相 似 的 冷却 要 求 选 择 相 同的 风 扇， 如果 无法 类 比 ， 会 参 考 风 扇 的 安 装要 求 、 动 则 发 机 型号 以及 车辆工 作 环境等 因素来选 择 风扇 。这 种 方式 缺乏 针对 性且 匹 配 的效 果很 大程 度上 取决 于技 术人 员 的经验 ， 过 这 种方 式 选 取 的风 扇 往往 只 能 通
作 者 简 介 ：王 海 航 （ ９ ８ ）男 ， 士 ， １８ 一 ， 硕 主要 研 究 方 向为 数 字 化 设 计 与 制 造 ；ａｌ ｇ ｈ １ ３ ｃｒ。 ｓｉｎ ｗｈ ＠ ６ ．ｏ ｉ ｎ
车
用
发
动
机
２１ ０ Leabharlann Baidu年 第 ２期
即在 转速 为 时 ， 风扇 的流量一 静 压 曲线 通 过点 若 （ ， 。 ， 当转 速 为 ｎ 吼 Ｐ ） 则 时 ， 流量 一静 压 曲线 通 过
２ １ 风 扇 工 作 点 的 确 定 ．
图 ２ 风 扇 定 理 简 图
由风扇定 理亦 可知 ， 同一 款风 扇而 言 ， 对 当转速
由 增 加到 时 ， 应 同一静压 Ｐ。的流量满 足 ： 对
ｑｍ 一 ２ ｑｍ１ ｍ１ 。
一
即随着转速 的增 大 ， 散热 量 的增 幅要 小 于 冷 却 风 扇
对 发动机 所有 工况 逐 个 分析 ， 常 只针对 冷却 力 要 通
求 最苛刻 的工 况来 确 定 风 扇 的工 作 点并 进 行 分 析 ，
实 际行驶 中 的汽 车 ， 却 系统 的阻 力 Ａ 等 于 冷 ｐ
行驶 时 的风压 Ｐ 与 风扇静 压 Ｐ 。 之和 。考虑 到某些
当风扇 的冷却 力在 该 工 况下 仍 然 能 满足 要 求 ， 可 则 以选用 这款 风扇 。 当发 动 机功 率 最 大 时 ， 其发 热 量
也 是最 大 的 ， 但这 种工况 甚少 遇到 ， 而且 随着转 速 的 增 加 ， 量增 加 的幅度要 大 于发热量 上升 的幅度 ， 风 故
本 研 究 选 择 发 动 机 扭 矩 最 大 时 的 状 态 进 行 匹 配 分析。
工况下会 出现 Ｐ 。很 小 的情 况 ， 可 认 为 当 Ｐ。 故 与
关 键 词 ： 动 机 ；风 扇 ；冷却 系 统 ；匹配 发 中图 分 类 号 ： ４ ４ ２ ＴＫ ２ ． 文献标志码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ — ２ ２ ２ １ ） ２０ ０ — ６ ０ １ ２ ２ （ ０ ２ ０ —０ １０
发动 机冷却 风扇 是 车辆冷 却 系统 的重要 组成 部 分 ， 扇 的性能 直接 影 响着发 动机 的散 热效 果 ， 而 风 进 影 响发 动机 的 性 能 。若 风 扇选 取 不 当 ， 会 导 致 发 则
点 （ ・ 。ｎ ， （ ／ ） 。相 应 的流 量一 功 率 ｑ ／ Ｐ ）
曲线 通过 点 （ ・ ／ Ｐ （ ／ 。 。 ｑ ｎ ， ｎ ） ）
１ 锥 形 集 流器 ；２ 节 流 加 载 板 ；３ ５ 整 流 器 ；４ 试 验 风 筒 一 一 ，一 一 ６ 风 扇 ； 一 转 速 、 矩 传 感 器 ； 一 调 速 电 机 ； ，Ｏ 皮 托 管 一 ７ 扭 ８ ９１一