重型汽车整车热平衡台架试验方法研究
重型卡车热平衡道路试验细节探讨
FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨重型卡车热平衡道路试验细节探讨薛黎明 张涛 王东亮 敖娜娜湖北大运汽车有限公司 技术中心 湖北省十堰市 442000摘 要： 目前，国内关于整车热平衡试验的研究主要偏向于发动机冷却系统的匹配分析与热平衡性能的改善，而对一些常见的影响热平衡试验的细节问题没有引起足够的重视，导致试验结果的有效性、准确性大打折扣。
以重型卡车为例，对整车热平衡道路试验过程中发动机故障、节温器、风扇离合器、传感器布置、环境风速、试验操作、结果评价与修正等细节问题进行探讨，对整车热平衡道路试验的试验条件、试验方法、试验结果评价与修正进行了补充。
关键词：重型卡车 热平衡 道路试验 冷却性能 风扇离合器1 前言汽车冷却系统应能保证发动机在各种工况下的散热需求，而冷却系统的散热性能需要通过热平衡试验进行评价。
现行的热平衡试验标准为GB/T 12542-2009《汽车热平衡能力道路试验方法》，规定了整车热平衡试验的试验条件与试验方法[1]。
然而在实践过程中,由于可操作性和评价工况有所欠缺，因此很多整车制造企业并未直接采用该准，而是结合国标制订出可操作性更强的企业标准。
以重型卡车为例，对整车热平衡道路试验过程中细节问题进行探讨，为整车制造企业制订更加科学、有效、合理、可操作的热平衡试验企业标准提供参考。
2 发动机故障电控柴油喷射系统通过许多传感器检测柴油机运行状态和环境条件，并由电控单元计算出适应当前运行状况的控制量，然后由执行器实施。
如果发动机运行环境出现故障,或发动机测量环境的传感器出现故障,发动机电控单元会采取“限扭”对发动机本体进行保护。
另外,因后处理故障导致排放超标也会引起发动机限扭[2]。
发动机限扭状态下采集的热平衡试验数据，是无意义的。
根据大量试验经验，发动机最大扭矩与最大功率工况，扭矩百分比应达到85～100%，中冷进气压力应达到150～200kPa，中冷进气温度应达到150～200℃，否则发动机存在限扭的可能。
车架台架疲劳试验方法研究
车架台架疲劳试验方法研究作者：徐文雅申娟胡宏来源：《时代汽车》 2016年第8期徐文雅申娟胡宏中国汽车工程研究院股份有限公司重庆市401122摘要：常规的车架台架疲劳试验方法主要是单独考核车架的弯曲疲劳及扭转疲劳，随着汽车行业对台架道路模拟的重视，对车架疲劳试验提出了新的要求。
本文介绍了几种主要的车架台架疲劳试验方法，并对比了几种试验方法的优劣性。
关键词：车架；疲劳试验；道路模拟试验1 引言车架作为汽车各总成的安装基体，需承受各总成及货物的质量。
在汽车行驶过程中，车架还承受了十分复杂的动载荷。
为了应对节能减排的要求，车架这一主要零部件被选为重要的轻量化对象。
在这种情况下，对车架的精细化设计和精准的耐久可靠性考核显得至关重要。
常规的车架台架疲劳试验方法主要是单独考核车架的弯曲疲劳及扭转疲劳，随着汽车行业对台架道路模拟的重视，对车架疲劳试验提出了新的要求。
本文介绍了几种主要的车架台架疲劳试验方法，并对比了几种试验方法的优劣性。
2 常规的车架弯扭疲劳试验对车架进行受力分析，安装在车架上的各总成质量及车厢里的货物质量使车架主要承受弯曲载荷产生弯曲变形。
而在汽车行驶过程中，路面的不平度使车架主要承受扭转载荷产生扭转变形。
常规的车架台架疲劳试验方法即是分别模拟车架的弯曲工况及扭转工况。
2.1 弯曲疲劳试验设计某车型车架弯曲疲劳试验方案如图1所示。
车架前端用工装模拟钢板弹簧，在板簧中心使用滚动轴承使车架前轴释放沿整车坐标系X 向的平动自由度及绕Y 轴的转动自由度。
车架后轴通过连接座固定在支撑台上，释放其绕Y 轴的转动自由度。
由于挂车的质量通过牵引座施加在牵引车车架上，所以牵引车车架的弯曲载荷集中施加在牵引座上。
其他重型车车架承受的弯曲载荷可简化为货箱质心处的集中载荷（在条件具备的情况下载荷也可以均匀分布施加）如图1 所示。
弯曲载荷加载方式为Z 向等幅正弦波，载荷幅值由满载质量和强化系数决定，频率通常为1Hz，频次通常为30 万次至50 万次。
商用车发动机热平衡试验研究与分析
商用车发动机热平衡试验研究与分析作者：暂无来源：《专用汽车》 2015年第11期郭威田业光朱向洪湖北三环专用汽车有限公司湖北十堰442000摘要：通过对商用车进行发动机热平衡试验，阐述了冷却系统对于水温及发动机性能的影响。
分析了发动机与整车匹配的重要因素及影响原因，对冷却系统优化的测试数据为日后设计工作具有一定的借鉴意义。
关键词：商用车发动机热平衡冷却系统中图分类号：G232: TH242 文献标识码：B文章编号：1004-0226(2015)11-0106-04第一作者：郭威，男，1987年生，助理工程师，现从事商用车产品试验与技术研发。
在目前的汽车技术背景下，节能的技术手段越来越多，运用在发动机技术上主要有两个层面，一个是提高发动机的热效率；另一个是改善发动机排放。
发动机热平衡研究是发动机热效率研究的重要组成部分。
它是从系统集成的角度分析发动机中的能量转换与流动传热过程，使发动机的各个系统（如进排气系统、冷却系统、润滑系统）与发动机匹配最优化，最大程度地提高发动机的热效率。
研究发动机热平衡相对直接的方式就是通过热平衡试验以及相关的模拟计算。
1发动机热平衡试验方法发动机热平衡试验方法主要为两种：一种是台架试验，另一种是整车道路试验。
发动机台架试验边界条件相对较容易控制，试验操作也较为方便。
然而整车道路试验条件较为苛刻，车辆须满足发动机在最大扭矩或最大功率状态下上坡行驶。
一般采用拖车方式，前后车选择合适的变速器挡位控制样车一直能保持最大扭矩输出，要求速度控制在20 km/h以内，持续里程约5 km。
在这种工况下监测发动机冷却液温度、中冷后进气温度等参数变化趋于稳定后整车达到的热平衡状态。
发动机各系统传感器的测量点如图1所示。
发动机冷却系统水温对于发动机的性能产生重大影响。
发动机冷却系统水温过低，容易引起废气排放变差，零部件加剧磨损，输出功率减小，则会缩短发动机的使用寿命；然而水温过高同样能引起发动机的磨损，使可靠性能下降。
重型汽车整车热平衡台架试验方法研究
重型汽车整车热平衡台架试验方法研究
崔启明;侯之超;王永飞;张勇;刘艺
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2016(000)003
【摘要】以某重型汽车为例,对整车热平衡台架试验方法进行了研究.结合车辆实际运行环境确定了台架试验条件,通过对道路试验标准中规定的工况进行扩充确定了台架试验工况,并分别进行了实车道路试验与台架试验对比分析.结果表明,台架试验结果与道路试验结果的一致性较好,证实了扩允改进后台架试验的可行性、合理性以及应用优势.
【总页数】5页(P52-56)
【作者】崔启明;侯之超;王永飞;张勇;刘艺
【作者单位】北奔重型汽车集团有限公司,包头014032;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;北奔重型汽车集团有限公司,包头014032;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;军械工程学院,石家庄050003【正文语种】中文
【中图分类】U461.8
【相关文献】
1.整车道路试验和整车台架试验的相关分析 [J], 张博;姚烈;孙明
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重型商用车平衡悬架性能研究及分析平台构建
重型商用车平衡悬架性能研究及分析平台构建重型商用车平衡悬架性能研究及分析平台构建随着城市化进程的加速和物流行业的发展，重型商用车的运输需求日益增长。
然而，重型商用车在运输过程中经常面临路面崎岖、承载能力超载等问题，给货物运输带来了很大的困难。
因此，研究平衡悬架技术，提高重型商用车的稳定性和安全性，对于促进物流行业发展具有重要意义。
平衡悬架技术是一种利用电子控制系统实现车辆动态平衡的技术。
该技术利用传感器感知车辆的运动状态，通过计算机计算的数据，实时调整车辆的悬架系统，以确保车辆的平稳行驶。
平衡悬架技术的应用可以有效地改善重型商用车的行驶性能，提高承载能力，降低车辆损耗。
为了研究平衡悬架技术的性能，需要构建一个平衡悬架性能研究平台。
该平台应具有以下特点：1.具有高精度的测量和控制系统，能够收集车辆运动状态、底盘变形等数据，实现闭环控制。
2.具有实时计算和显示功能，能实现车辆运动状态的仿真、分析和优化。
3.具有多种工况模拟功能，能模拟不同路况、不同速度等场景，为后续的实验提供完善的环境。
4.具有可扩展性和通用性，能适应不同型号的重型商用车，并支持不同的传感器和控制器。
在平衡悬架性能研究平台的构建中，需要进行以下工作：1.确定研究内容和需求，制定实验方案，进行系统设计。
2.选用高精度传感器和控制器，搭建精密测量和控制系统，确保数据的准确性和实时性。
3.搭建仿真系统，进行不同速度、不同路况下的车辆动态仿真，进行数据的分析和优化。
4.进行试验，验证平衡悬架技术的性能，并找到最优的控制策略和参数。
在实际运用中，平衡悬架技术可以为重型商用车的运输提供重要的技术支持，有效提高车辆的运输效率和安全性。
同时，基于该技术的平衡悬架性能研究平台也将对未来的研究和开发提供重要的参考和基础。
平衡悬架技术的发展可以追溯到20世纪90年代，随着电子技术的发展和车辆控制系统的普及，平衡悬架技术得到了广泛应用。
该技术可以应用于不同类型的车辆，如轿车、SUV、商用车等，但是商用车是最适用的车型之一，因为商用车通常需要承载更重的货物和面临更复杂的路况和工况。
热平衡试验方法
配套技术规范第64部分：重型卡车进排气与热平衡测试1 范围本部分规定了重型卡车进气系统、排气系统、中冷系统、散热系统的匹配测试条件、方法和评定参数。
本部分适用于匹配本公司柴油机的重型卡车，包括14吨以上载货车、自卸车和牵引车新车下线测试。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB7258 机动车运行安全技术条件Q/WCG007.11 产品设计文件编制规范第11部分：试验报告Q/WCG170.1 试传感器命名及安装规范3 试验条件3.1 试验仪表、器具试验仪表、器具如下：a)数据采集记录仪；b)温度传感器，误差不超过±2K；c)相对压力传感器，误差不超过±0.5%；d)气象仪。
3.2 载重质量重型卡车使用负荷拖车试验时，质量为厂定最大装载质量或使试验车处于厂定最大总质量状态。
3.3 轮胎气压试验过程中，轮胎冷充气压力应符合该车技术条件的规定，误差不超过10kPa(±0.1kgf/cm²)。
3.4 燃料、润滑油和制动液试验过程中，轮胎冷充气压力应符合该车技术条件的规定，误差不超过10kPa （±0.1kgf/cm²）。
3.5 气象气象条件要求如下：a)试验时应是无雨无雾天气；b)相对湿度小于95%；c)热平衡试验时，环境温度不低于30℃；d)风速不大于3m/s。
3.6 试验道路试验应在清洁、干燥、平坦、用沥青（或混凝土）铺装的直线道路或连续上行的坡路上进行，为保证试验安全性，要求试验道路周围无其他多余车辆，单向至少两车道。
4 试验车辆准备4.1 检查车辆装备完整性及装配调整情况使之符合该车装配调整技术条件及GB7258的有关规定。
行驶检查，行驶里程不大于100km。
检查试验车的转向机构、各部紧固件的紧固情况及制动系统的效能，以保证试验的安全。
重型牵引车发动机舱的热管理仿真优化
第7卷第1期2024年2月Vol.7 No.1Feb. 2024汽车与新动力AUTOMOBILE AND NEW POWERTRAIN重型牵引车发动机舱的热管理仿真优化张志雄，李湘华，陈云宝，徐星仁（广西玉柴机器股份有限公司，广西南宁 537005）摘要：以某款重型牵引车发动机舱为研究对象，建立了三维整车仿真分析模型，并对发动机舱的流场进行分析。
针对原方案存在热风回流严重、散热器风速不均匀及风扇流量不足的问题，提出了增加热风回流挡板、改用环形风扇等改进措施。
结果表明：经过仿真分析，优化措施改善了发动机舱内流场，解决了冷却常数不满足要求的问题，达到了预期的换热效果；试验结果与仿真分析结果一致，验证了仿真计算结果的准确性。
关键词：发动机舱；热管理；热平衡；热风回流；仿真优化0 前言随着发动机功率的不断提升，对其冷却系统提出了越来越高的要求。
发动机通过冷却系统与冷却空气进行热交换，把多余的热量带走，使水温、油温保持在合理范围内，因此发动机舱内的空气流动对冷却系统有着重要影响。
本文以某款牵引车为研究对象，建立三维整车仿真分析模型，对发动机舱的流场进行分析后得出，目前的方案存在热风回流严重、散热器风速不均匀及风扇流量不足的问题。
针对这些问题提出了增加热风回流挡板，改用环形风扇等改进措施，并通过试验验证仿真计算结果的准确性。
1 计算模型搭建本文采用Simcenter STAR-CCM+软件建立计算模型。
通过该软件的包面功能，可以快速得到流体的拓扑封闭区域。
发动机舱内的主要零件有冷凝器、中冷器、散热器、护风罩、风扇、发动机、冷却系统管路、进气系统和传动系统等。
在计算中保留了全部的零件，没有简化，以保证计算的准确性。
用一个长方体包裹整车形成计算域，宽度为车长的6倍，高度为车长的5倍，车头距离前端4倍车长，车尾距离后端6倍车长，如图1所示。
计算工况为全负荷低速爬坡工况，设定入口风速为7 m/s，出口为压力边界，相对压力为0。
重型汽车整车热平衡台架试验方法研究
重型汽车整车热平衡台架试验方法研究重型汽车的性能和可靠性是车辆品质的重要指标之一，而整车热平衡台架试验是评估车辆热管理系统性能最主要的方法之一。
该试验以模拟实际行驶工况，检测发动机、变速器、冷却系统等相关部件的热性能，能够发现问题并做出相应的改善，提高汽车的热管理性能。
本文将介绍一下重型汽车整车热平衡台架试验的方法研究。
首先，整车热平衡台架试验应该按照ISO 12097-1:1997标准进行操作。
该标准规定了整车热平衡试验的基本原理、试验条件、设备要求、数据获取、结果分析等方面的内容，保证了试验结果的准确性和可靠性。
其次，选择合适的试验路线和试验条件也是试验的关键。
试验路线应该包括高速公路、城市道路、山区等典型路段，考虑到不同路段对车辆的影响及驾驶员的驾驶习惯等。
试验条件则应该参考车辆技术参数及使用环境等实际情况，包括室外温度、大气压、车速、加速度和制动力等，以获得真实的试验结果。
其次，试验设备要达到相关要求，如汽车底盘测功机、环境控制设备、汽车测量仪器等，确保试验的精度和准确性。
同时，对试验设备进行校正和维护，做好试验安全措施，以避免发生安全事故。
最后，试验数据的获取和处理也是试验过程的关键。
试验过程中需实时监测车辆相关参数、温度、压力等，并通过数据采集仪器进行记录和储存。
在试验结束后，将获得的数据进行分析处理，了解车辆热性能的优劣，得出改善方案，提高车辆的整体性能和质量。
综上所述，重型汽车整车热平衡台架试验是提高车辆热管理系统性能的一种重要手段，应该根据ISO 12097-1:1997标准进行操作，选择合适的试验路线和条件，使用适当的试验设备，保证试验数据的可靠性，最终得出实用的试验结果，提高车辆的性能和质量，从而满足用户的需求。
在进行整车热平衡台架试验时，还需要对试验样车进行选择。
样车的选择应考虑车型、车龄、发动机型号等因素，以保证试验结果的可靠性。
在选择样车时还应尽可能与实际使用环境相符，避免影响试验结果的因素存在。
基于智能化控制冷却的柴油机全工况热平衡台架试验
基于智能化控制冷却的柴油机全工况热平衡台架试验曹洪浩;骆清国;龚正波;桂勇【摘要】针对传统大功率柴油机冷却系统智能化水平低,冷却系统存在部件可控性差,功率消耗大,冷却不足或过度冷却等缺点,对柴油机冷却系统进行了智能化改进,并进行了全工况热平衡试验,掌握了各工况下发动机热平衡状况.通过与改进前发动机的热平衡试验数据进行对比分析,得到发动机在安装ECU及高低温双循环电控阀和电控水泵等智能化控制部件后,发动机进气温度得到合理控制,燃料燃烧更加充分,提高了热工转换效率及工作稳定性和可靠性.【期刊名称】《车辆与动力技术》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】6页(P18-22,25)【关键词】柴油机;智能化控制;冷却系统;热平衡试验【作者】曹洪浩;骆清国;龚正波;桂勇【作者单位】装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TK424.2随着重型车辆发动机升功率的大幅度提高，大功率柴油机的热负荷显著增大，由之带来的进气条件、热工转换效率、零部件工作可靠性等问题越来越突出，所以传统的机械驱动的发动机冷却系统已不能满足大功率密度柴油机的需求.针对这一问题，设计了一套柴油机智能化控制冷却系统，该冷却系统可综合考虑发动机的工况、环境等因素，依据发动机的热状况，其控制冷却系统各可控部件，能够精确、自动地调节冷却水的温度，从而使发动机各部件的工作温度限制在最佳范围[1-3].1 智能化控制冷却系统布置方案及控制策略该智能化控制冷却系统布置方案如图1所示，总体布置采用高低温双循环布置，其中高、低温循环冷却水泵由原有曲轴驱动改为电控，热交换器外源水管道上安装电控阀门，通过电控阀门控制外源水流量，模拟实际车辆中风扇的控制.图1 冷却系统部件布置及测点布置示意图控制上高温回路与低温回路控制相互独立，高温回路控制部件包括高温电控水泵及高温电控阀，控制目标为发动机出口冷却水温始终保持90℃，当环境温度、大气压力以及发动机工况发生变化导致发动机出口冷却水温发生变化时，ECU能根据变化情况智能调节高温电控水泵及高温电控阀，其中高温电控阀为开环控制，高温电控水泵为模糊闭环控制.低温回路控制部件包括低温电控水泵及低温电控阀，控制目标为中冷器出口冷却水温始终为60℃，当环境温度、大气压力以及发动机工况发生变化导致中冷器出口冷却水温发生变化时，ECU能根据变化情况智能调节高温电控水泵及高温电控阀，其中高温电控阀为开环控制，高温电控水泵为模糊闭环控制.通过控制使中冷器及发动机本体出口冷却水温始终保持在最佳温度并得到合理冷却.发动机进气温度得到合理控制，燃料燃烧更加充分，提高热工转换效率及工作稳定性，可靠性.2 热平衡台架试验2.1 试验条件试验机型为某型高强化柴油发动机，冷却系统进行高低温双回路布置及智能化改进.2.2 测点布置测量的参数主要为发动机状态参数，冷却水、空气及润滑介质在各部件进出口处的压力、温度及流量.具体测量点如图1所示，其中温度测点30个，压力测点19个，流量测点7个[4-5].测试仪器仪表精度要求如下[6]:1)转速传感器:±5 r/min;2)测功机:0.2级;3)流量计:0.2级;4)温度传感器:±0.2℃;5)压力传感器:0.5级.3 试验数据处理及分析3.1 热平衡试验数据的处理原理柴油机燃料燃烧所产生的热一部分转化为柴油机有效功，其余热量通过冷却水、废气以及余项损失 (机体及缸盖表面散热等)带走[7-9].所以柴油机的热平衡方程为:式中:Qt为燃料完全燃烧所产生热量;Qe为转化为有效功的热量;Qw为冷却介质带走热量;Qr为废气带走热量;Qres为余项损失.其中冷却水带走的热量包括从发动机本体、中冷器以及机油热交换器中带走的热量.1)燃料完全燃烧所产生热量式中:Mf为燃油的质量流量;Hu为燃油低热值，取422 18 kJ/kg.2)有效功式中:Pe为发动机的有效功率.3)冷却水带走热量式中:Qwh为高温回路散热器散走的热量;Qwl为低温回路散热器散走的热量，其计算公式为:式中，Mwi为对应回路冷却水质量流量 (其中i分别表示l，h);Cpw为冷却水的平均比定压热容;Tw_in为对应回路散热器进水温度;Tw_out为对应回路散热器出水温度.4)废气带走热量式中:Mr为排气的质量流量;CPr为排气的平均比定压热容，取定值1.088kJ/(kg·K)，Ta_in为进气温度;Ta_out为排气温度[10].5)余项损失3.2 热平衡试验结果分析热平衡试验按负荷特性进行试验，从怠速800 r/min到额定转速2200 r/min，每隔200 r/min(包括1 500 r/min)进行测试，共9条曲线，每条曲线从最大负荷到空载选4个点测试，实测功率为计算功率乘以0.975.3.2.1 负荷特性试验结果分析表1为在发动机标定点2200 r/min负荷特性下热平衡试验数据，根据计算公式可以计算出在各负荷下的燃油总放热量、有用功、冷却水带走热量及废气带走热量(见图2)以及有用功、冷却水带走热量和废气带走热量占燃油总放热量的百分比(见图3).表1 发动机转速2200 r/min时各负荷下试验数据参数试验数据试验环境温度20℃，大气压力90 kPa扭矩/(N·m) 38 438 877 1 314 1 720燃油消耗量/(kg·h －1) 11.97 28.19 47.43 67.66 87.15水泵1出口温度/℃ 89.07 89.06 88.03 87.46 87.63发动机本体出水温度/℃ 左 89.32 89.86 89.53 89.38 90.09右 89.4289.99 89.62 89.38 90.00高温水散热器进口温度/℃ 89.36 89.89 89.55 89.3290.01高温水散热器出口温度/℃ 89.34 89.22 88.06 87.61 87.53高温水散热器流量/(m3·h－1)29.69 30.29 29.88 29.90 30.03水泵2出口温度/℃ 60.60 58.60 56.49 53.49 52.47中冷器出水总管温度/℃ 59.70 59.90 59.00 59.50 60.30机油散热器出水温度/℃ 63.50 63.40 63.60 64.50 65.10低温水散热器进口温度/℃ 63.52 62.62 63.70 64.67 67.32低温水散热器出口温度/℃ 60.27 58.31 56.03 53.10 51.52低温水散热器流量/(m3·h－1)5.58 5.42 5.70 5.66 5.61图2 2200 r/min时各负荷下的热量分配图3 2200 r/min时各负荷下的热量百分比从图2和图3中可以看出:废气带走的热量最多，其次为有用功，最后为冷却水所带走热量.通过比较可以发现:随着负荷的增加，废气带走热量及有用功均增加，但废气所带走的热量增加趋势减缓，其占燃油总放热量的比例有所降低，而有用功占燃油总放热量的比例不断增加，在标定工况时大于废气带走热量，主要原因为随着负荷的增加，进气及燃烧条件改善，转换为有用功的热量也相应增加.图4 2200 r/min时各负荷下新系统与原系统有用功占总热量百分比比较通过与原冷却系统热平衡试验数据进行比较，相同工况下智能化冷却系统中转化为有用功比原系统[8]要多，见图4，废气带走的热量比原系统[8]要少，见图5.主要原因为冷却系统进行智能化控制后，进气温度比较稳定，缸内部件工作温度限定在最佳范围，燃烧条件得到改善，热工转化效率增高，尤其是在低负荷时改善比较明显.图5 2200 r/min时各负荷下新系统与原系统废气带走热量占总热量百分比比较3.2.2 速度特性试验结果分析表2为柴油机各典型转速下相应最大负荷时热平衡试验数据，从数据来看，发动机左右排水管出水温度能控制在(90±1)℃，中冷器出水总管温度能控制在(60±1)℃的目标值，根据计算公式可以计算出在各工况下的燃油总放热量、有用功、冷却水带走热量及废气带走热量 (见图6)，以及有用功、冷却水带走热量和废气带走热量占燃油总放热量的百分比 (见图7).从图6和图7中可以看出:有用功最多，其次为废气带走的热量，最后为冷却水所带走热量.随着转速的增加，有用功和废气带走热量都有所增加，但当发动机转速在1 400～1 800 r/min之间时，有用功及废气带走热量增加不明显，发动机转速为2 000 r/min时增幅比较明显.主要原因为在测试2 000 r/min负荷特性时，油门位置过大，扭矩达到1 994 N·m，超过最大扭矩转速1 500 r/min表2 柴油机外特性各工况记录数据试验数据参数90 kPa转速/(r·min －1) 800 1 000 1 200 1 400 1 500 1 600 1 800 2 000 2200扭矩/(N·m) 975 1 340 1 7001 907 1 860 1 834 1 808 1 994 1 720燃油消耗量/(kg·h－1) 20.82 36.69 52.17 63.04 64.96 67.49 73.91 90.72 87.15水泵1出口温度/℃ 89.54 87.85 89.03 88.12 88.03 87.78 88.71 87.58 87.63发动机本体出水温度/℃ 左右试验环境温度20℃，大气压力90.09 90.00高温水散热器进口温度/℃ 10.24 10.19 10.88 10.24 11.58 10.84 11.08 12.13 12.73高温水散热器出口温度/℃ 88.81 87.14 86.80 86.60 86.60 84.90 87.16 82.16 84.16高温水散热器流量/(m3·h－1)31.45 31.59 31.94 32.09 31.31 31.05 30.27 29.44 30.03水泵2出口温度/℃ 60.36 60.25 59.90 60.15 57.01 56.30 57.36 49.79 52.47中冷器出水总管温度/℃ 59.50 59.80 61.00 60.40 59.30 60.30 61.00 59.50 60.30机油散热器出水温度/℃ 64.20 60.80 63.10 62.90 62.10 63.90 64.90 64.70 65.10低温水散热器进口温度/℃ 60.35 61.21 62.58 63.58 62.68 64.23 66.06 63.69 67.32低温水散热器出口温度/℃ 60.04 59.82 59.55 59.81 56.41 55.82 57.02 49.33 51.52低温水散热器流量/(m3·h－1)90.58 90.51 89.54 89.56 91.08 91.12 90.25 90.30 90.08 90.18 90.00 89.93 90.96 90.96 90.09 89.90 5.30 5.55 5.41 5.41 5.65 5.69 5.71 5.66 5.61图6 柴油机外特性各工况的热量分配通过与原冷却系统热平衡试验数据[8]进行比较，在相同工况下智能化控制冷却系统中转化为有用功比原系统有所增加，但与同转速的低负荷工况相比增加量相对要少，见图8.废气带走的热量比图8 柴油机外特性新系统与原系统有用功占总热量百分比比较4 结论通过对此型号高强度大功率柴油发动机进行智能化改进前后热平衡试验数据进行对比，可以得到以下结论:1)通过标定工况下负荷特性试验数据对比发现，原发动机废气带走热量始终大于有用功，而进行智能化改进后有用功随负荷增加迅速增大，在负荷大于1 300 N·m 时，有用功大于废气带走热量，且新系统有用功占总热量的比例始终大于原系统，幅度在5%左右.经过分析，发动机冷却系统进行智能化改进后，进气温度得到合理控制，发动机进出口水温平稳，缸套冷却水温度合理，燃烧条件得到改善，热工转换效率提高，有用功增加.2)外特性各工况点发动机 (除个别点)有用功均大于废气带走热量，相比于原系统废气带走热时的扭矩.但从图7可以看出，转化为有用功的热量占燃油释放总热量的比例在1 400 r/min后基本保持不变，可见在外特性点上，发动机热功转化效率随工况变化不明显，但废气带走的热量随工况变化比较明显.原系统减少，同样，与同转速的低负荷工况相比减少量偏低，见图9.可见冷却系统进行智能化控制后，进气、燃烧条件得到改善，热工转化效率增高，在低负荷时体现更为明显.量始终大于有用功，系统得到很大改善.有用功、废气带走热量、冷却水带走热量随转速增加而增大，但变化不明显.可见燃烧条件得到改善后各工况下有用功的比例都有所提高，此时增大转速和负荷对燃烧条件的改善没有原系统明显.图7 柴油机外特性各工况的热量百分比图9 柴油机外特性新系统与原系统废气带走热量占总热量百分比比较3)进行智能化改进后发动机进气条件和燃烧环境得到改善，提高了发动机的热工转换效率、部件的工作稳定性及可靠性，可见智能化控制冷却系统在高强化大功率密度柴油机上有很大的应用价值.参考文献:[1] 桂勇，骆清国，张更云，等.高功率密度柴油机智能冷却系统设计研究 [J].车用发动机，2008，17(6):37-40.[2] 张然治.MTU公司开发新型MT890重载发动机[J].车用发动机，2003，32(1):15-19.[3] 郭新民，翟丽，高平，等.汽车发动机智能冷却系统的研究 [J].内燃机工程，2001，25(1):11-16.[4] 张力，谷操，王敬.坦克装甲车辆智能化散热系统技术[J].车辆与动力技术，2002，13(9):5-9.[5] 王军良.装甲车的高功率密度动力机组 [J].国外坦克，2002，33(2):33-36.[6] 黄鑫.发动机热平衡试验系统开发 [D].浙江大学硕士学位论文，2006:26-36.[7] 叶茂盛.通过热平衡试验探讨冷却系统的设计与改善[J].合肥工业大学学报，2007，15(12):35-37.[8] 龚正波.柴油机全工况热平衡台架试验研究 [J].车用发动机，2009，(3):31-34.[9] 张万里，张锡朝，焦其伟.WD615发动机低负荷热平衡分析 [J].内燃机与动力装置，2006，12(5):13-17.[10] 黄方古，韩凤华.工程热力学与传热学 [M].北京:北京航空航天大学出版社，1993:125-128.。
某天然气发动机重卡整车热平衡试验分析
某天然气发动机重卡整车热平衡试验分析唐飞;王永攀;张猛【摘要】以某天然气发动机重卡整车热平衡试验为例,重点介绍热平衡试验测试系统的搭建,包括车辆准备、传感器安装、测试方法以及数据的处理分析.通过发动机出水温度与环境温度的差值、中冷前后的空气温度和环境温度的差值等参数,对试验车辆冷却系统的散热能力进行分析和评价,为整车冷却系统的设计提供了有效的验证方法,对冷却系统的设计和开发具有一定的指导意义.【期刊名称】《安徽科技》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】5页(P43-47)【关键词】天然气发动机;重卡;整车热平衡试验;冷却系统【作者】唐飞;王永攀;张猛【作者单位】华菱星马汽车<集团>股份有限公司;安徽重型专用车发动机安徽省重点试验室;【正文语种】中文在世界性石油资源日益枯竭以及全球性污染不断加剧的形势下，发展天然气汽车是实现节能减排的更好途径，开展天然气汽车相关性能研究具有重要的理论意义和应用价值。
整车冷却系统是汽车一个重要组成部分，对汽车的动力性、经济性和可靠性有很大的影响，其作用是确保发动机在任何工况下均能满足整车热平衡的要求。
随着研发水平不断提升，在汽车开发阶段利用试验手段进行整车热平衡试验，测试整车冷却系统在极限工况下的各项参数，可有效确认发动机是否存在过热问题，及时对冷却系统的性能进行改进，从而缩短开发周期。
目前，研究整车冷却系统散热性能的试验，基本上是通过整车道路试验或转鼓试验完成。
使用较多的试验方法有负荷拖车牵引试验法、爬长缓坡行驶试验法和转鼓试验法。
由于整车道路试验方法受气候条件、场地条件、人为因素控制条件等多方面因素的影响，尤其是受到道路状况的限制，很难进行长时间、长距离坡道行驶，无法保证发动机在最大转矩点和额定功率点长时间运行并达到运行工况的热平衡状态。
而转鼓试验法使用载荷控制模式，通过恒定车速控制，同时模拟使用环境，使发动机在规定的极限工况下运行并达到稳定的热平衡状态。
发动机热平衡试验方法
ｒ／ｍｉｎ
Ｐｅ
ｋＷ
Ｇｆ
ｋｇ／ｈ
Ｇ 进气
ｋｇ／ｓ
Ｇ 冷却液
Ｌ／ｍｉｎ
Ｔ 出水－Ｔ 进水
℃
Ｔ 环
℃
Ｔ 蜗轮出口
℃
Ｔ 中冷后
计算
％ ｑ 中冷＝（Ｑ 中冷／Ｑ 总）×１００％
计算
％ ｑ 残余＝（Ｑ 残余／Ｑ 总）×１００％
计算
ｋＷ
实测
ｋｇ／ｈ
实测
１４ 燃油质量流量 １５ 燃料低热值 １６ 排气流量 １７ 涡轮出口排气温度 １８ 环境温度 １９ 排气的比定压热容 ２０ 冷却液流量 ２１ 发动机出水温度 ２２ 发动机进水温度 ２３ 冷却液的比定压热容 ２４ 发动机进气质量流量 ２５ 中冷器进口处进气温度 ２６ 中冷器出口处进气温度 ２７ 进气的比定压热容
编号：
柴油机热平衡试验方法
单位 ：
发动机部
编制 ：
李建华
日期 ： ２００５ 年 ９ 月 ２６ 日
审核 ：
日期 ：
批准 ：
日期 ：
东风汽车有限公司商用车研发中心
１ 发动机热平衡试验的作用
发动机的热平衡试验是分析进入发动机的燃油燃烧产生的总热量的去向。其作用主要有： ａ． 根据发动机的有效输出功率，评价发动机的热效率。 ｂ． 评价发动机冷却系统设计、制造水平。 ｃ． 评价发动机冷却系统主要参数。如水泵的流量，发动机冷却液进口和出口温度等。 ｄ． 为整车冷却系统主要参数的选定提供依据。如散热器的散热面积，冷却管路的截面积，风扇直径、风量 等参数。
ｋＪ／ｓ Ｑ 中冷＝Ｇ 进气×（Ｔ 中冷前－Ｔ 中冷后）×Ｃｐ 进气
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底 盘测 功 机功率 ／ｋＷ
５０ｏ
滚筒 直径 ／ｍ
２
底 盘测 功机 最高 时速／ｋｍ·ｈ 可调轴 距 范围／ｍｍ
３０ｏ ２ １８０—７ ４００
底盘测功机为双滚筒结构 ，为了使车轮在转鼓上的 受力尽量与道路上一致 ，根据使用经验 ，滚 筒直径定为 ２—２．５ ｍ。转鼓安装在环境舱的中间位置 ，可为被测车 辆提供精确 的道路负载 ，试验车辆为某 ６￣４重型汽车 ， 其相关参数见表 ２。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｅａｖｙ ｄｕｔｙ ｔｒｕｃｋ．Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｂａｌａｎｃｅ．Ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ
１ 前 言
重 型汽车 由于使用环境 恶劣 ，发 动机长 时间工作 在极 限工 况 ，因而 对冷却系统 的散热能力提 出了严峻 的挑战 ，为此 ，需要从系统集 成和整 车角度对冷却 系统 的散热能力进行考核ｎ 。目前 ，国外 已经建立 了优化发 动机运行 的整车热 管理系统 ，我 国相关部 门也按 着 国 家标准 开展 了整 车热平衡试验 ，总结 了不 同工况下冷 却 系统 的温变特性 ，分析 了冷却 系统各参数 与整车许 用环境温度之间的关 系 。
Ｃｕｉ Ｑｉｍｉｎｇ ，Ｈｏｕ Ｚｈｉｃｈａｏ ，Ｗａｎｇ Ｙｏｎｇｆｅｉ ，Ｚｈａｎｇ Ｙｏｎｇ ，Ｌｉｕ Ｙｉ （１．ＢＥＩＢＥＮ Ｔｒｕｃｋｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂａｏｔｏｕ ０１４０３２；２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ
－ ５２－
架试验 ，并通过与道路试验结果 的对 比 ，验证 台架试验 的合理性和可行性。 ２ 试 验方法
试验在装配有底盘测功机的热环境风洞中进行 ，试 验系统如 图 １所示 ，热环境风洞相关参数见表 １。热环 境舱可提供恒定且均匀的环境温度 ，汽车风洞可提供速 度稳定且分布均匀 的气流 ，底盘测功机可 以准确模拟负 载 ，使发动机能够快速稳定在测试工况 。
图 １ 试 验系统 示 意 汽 车 技 术
· 试 验测试 ·
表 １ 热环境风洞相关参数
风洞 喷 口尺寸 ，ｍ
３．０６￣２．２９／４．５８
风 洞风 机 叶轮直 径，ｍ
４
风 洞风 机叶 轮转 速／ｒ·ｍｉｎ ห้องสมุดไป่ตู้
７４０
风 量 ／ｍ ·ｓ
３９０
温度 范围／℃ 最高 风速／ｋｍ·ｈ
－２０～５５ ２５０
· 试验测试 ·
重型汽 车整 车热平衡 台架试验方法研究
崔启 明 侯之超 王永 飞 张 勇 刘艺 （１．北奔重型汽车集 团有限公 司，包头 ０１４０３２；２．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 ，北京 １０００８４；
３．军械 工程 学 院 ，石 家庄 ０５０００３）
【摘 要 】以某重型汽车为例，对整车热平衡台架试验方法进行 了研究 。结合车辆实 际运行环境确定了台架试验条件 ， 通 过对 道 路 试验 标 准 中规定 的工 况进 行 扩 充 确 定 了 台架 试验 工 况 ，并 分 别 进 行 了实 车 道 路试 验 与 台 架试 验 对 比分 析 。结 果 表 明 ，台架试 验 结果 与 道路 试 验结 果 的一 致 性较 好 ，证 实 了扩 允 改进 后 台架试 验 的 可行 性 、合 理性 以及 应 用优 势 。
ｅｘａｍｐｌｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｅｆ ｉｎｅｄ，ａｎｄ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ｃｙｃｌｅｓ ａｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｙｃｌｅｓ ｓｐｅｃｉｆ ｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｔｅｓｔ ｃｒ ｉｔｅｒ ｉａ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒ ｉｓｏｎｓ ｉｓ ｍａｄｅ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｏａｄ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｇｒｅｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｒｏａｄ ｔｅｓｔ， ｐｒｏｖｉｎｇ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ａ ｆｔｅｒ ｍｏｄｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ．
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４；３．Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０００３） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｌａｎｃｅ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｈｅａｖｙ ｄｕｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｓ
测试系统包括各类传感器和数据采集仪 ，用于对整 车散热系统热平衡试验进行 以下测试。
ａ． 散热器对冷却液既要有足够 的散热 能力 ，同时 对冷却液的流通阻力也应足够小 ，所 以需要测量散热器
目前 ，对整车热平衡 的试验研究包括道路试验和台 架试验两种方式 。虽然道路试验是 整车热平衡研究 的 主要手段 ，然而受道路状况及环境温度的限制 ，无法保 证发动机能长时间稳定在极 限工况下 ，因此在考核整车 热 负荷 的极 限温度时存在偏差［８１；而 台架试验相对道路 试 验具有 周期短 、不受地域和 时间限制 的优势 ，试验结 果具有 良好的可重 复性 ，但 目前仍 缺乏相关标 准。为 此 ，本文 以某重 型车辆为例进行热管理风洞道路模拟 台
主题 词 ：重型汽 车 整 车热 平衡 台架试 验 中图分 类号 ：Ｕ４６１．８ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０００—３７０３（２０１６）０３—００５２—０５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｈｅｒｍ ａｌ Ｂａｌａｎｃｅ Ｂｅｎｃｈ Ｔｅｓｔ Ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｈｅａｖｙ ＤＵｔｙ Ｔｒｕｃｋｓ