天然气发动机冷却系统校核.pdf

测 试试 验 汽车实用 技术 AUTOMOB I I E APPL I ED TECf t NOI 0GY 2 0 1 F 第1 划 2 Ol 5 N0．1 天然气发动机冷却系统校核 李恩光，黄娜 陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 7 1 0 2 0 0 摘 要发动机冷却系统的作用是使发动机的温度在所有工况下均保持在适当的范围内。冷却系统不仅要防止发动 机过热，也要防止发动机过冷。本文主要是对某重卡车型的发动机冷却系统进行了校核计算，为整个车型的匹配计 算提供数据支持。 关键词散热器；散热量；散热表面积；燃料消耗率；低热值 中图分类号U 4 6 4 ． 9 文献标识码A 文章编号1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 5 o l 一 9 6 0 3 Ca l c ul a t i o n o f c o o l i n g s ys t e m o f na t u r a l g a s e ng i n e Li En g u a n g， Hu a n g Na S h a a n x i He a v y Du t y Au t o mo b i l e Co ． ， L t d ． ， S h a a n x i Xi ’a n 7 1 0 2 0 0 Ab s t r a c t T h e e n g i n e c o o l i n g s y s t e m i s t h e r o l e o f t h e e n g i n e t e mp e r a t u r e a t a l l o p e r ati n g c o n d i t i o n s we r e ma i n t a i n e d i n th e p r o p e r r a n g e ． Co o l i n g s y s t e m s h o u l d n o t o n l y p r e v e n t e n g i n e o v e r h e a t i n g ， b ut a l s o t o p r e v e n t a c o l d e n g i n e ． Th i s p a p e r i s ma i n l y the e n g i n e c o o l i n g s y s t e m o f a c e r t a i n t r u c k mo d e l s a r e c a l c u l a t e d an d c h e c k e d ， F o r t h e c a l c u l a t i o n o f ma t c h i n g mo d e l s p r o v i d e d a t a s u p p o rt． Ke y W o r ds Radi a t o r ；He a t di s s i pat i ng c a pac i t y；Th e r adi at i ng s ur f ac e a r e a；Fue l c ons umpt i on r at e ；Low c al or i fic v a l u e C L C No． U4 6 4 ． 9 Do c u me n t C o d e A Ar t i c l e I D 1 6 7 1 - 7 9 8 8 2 0 1 5 0 1 9 6 - 0 3 刖 菁 在我国经济快速发展的过程中，重型卡车已经成为工程 建设、物流运输的重要组成部分，而大部分车型都会长期处 于超负荷运行状态，发动机高温现象频出不穷，这样就对发 动机冷却系统提 出了更高 的要求 ，本文从设计角度 出发 ，通 过系统计算校核，保证发动机匹配合理，从根源上消除发动 机高温等 问题 。 1 、车型信息及系统计算 该车型为一款半挂牵引车，匹配的发动机为 3 8 0马力天 然气发动机，型号为 W P 1 2 N G 3 8 0 。在冷却系统计算过程中， 作者简介李恩光，就职于陕西重型汽车有限公司。 选用散热器、风扇必须确定冷却系统应该散走的热量⋯ ，但 由于它受很多复杂因素的影响，很难精确计算，在初步设计 时按下式估算 QW-- 式中 冷却系统的散热量，k J ／ s 一一 传给冷却系统的热量 占燃料热能的百分 比， A O ． 1 8 ～0 ． 2 5 ，取 A 0 ． 2 0 ； g 内燃机燃料消耗率 ，k g ／ k W ． h ； Ⅳ 内燃机功率，k w ； 一一 燃料 低热值 ，可近似取 5 0 5 8 6 k J ／ k g ； 天燃 气 W P 1 2 N G 3 8 0发动机参数及 散热量 Q ，见表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 7 汽车实用技术 2 0 1 5 年第 1 期 表 1 ＼数 值 功 率 燃 料 消 耗 率g 转 速n ＼ f k Ⅵ k g ／ k W ． h r ／ m i n Q 1c l ／ s 发动机额 定 功率丁况 2 8 0 0 ． 2 0 3 2 2 0 0 l 5 9 ． 8 5 发 动机最 大扭矩_『 况 2 2 3 O ． 1 9 0 1 4 0 0 1 1 8 ．9 8 2 、散热器的选择 散 热 器 的散 热 量 等 于 冷 却 系 统 的 散 热量 ￡ ，冷 却 气量 等 于流过散热器 的空气量 ，其计算公式如下 。 At y oCP 式中 冷却空气理论需要 量，m ／ s ； △ 一一空气进入散热器以前与通过散热器以后的温度 差 ，。 C ，取 A t 2 5 。 C ； 空气的重度， 1 ． 0 1 k g ／ m ； CP 空气定压 比热， C 1 ． 0 4 7 k J ／ k g‘。 C 。 ② 根据冷却空气量 ，计算散热器的正面积 式 中 散热器的理论正面积 ，m 2 ； 一 散热器正面前的空气流速，％ 8 m ／ s ～1 0 m ／ s ，取 9 m ／ s 。 ③ 散热器的散热表面积 F 盟 R 式中 F散热器的理论散热表面积，m 。 ； 传热系数，KR 0 ． 0 6 9 U／ m s 。 C～0 ． 1 l 7 k J ／ m s。 C ，取 0 ． 0 9 9 k J ／m s。 C ； 散热器 中冷却液和冷却空气的平均温差 ，。 C ， 取 A t 4 0 o C 。 计算结果， 见 表 2 。 表 2 ～ ＼数值 散热器的理 散热器的理论散 ＼ 论正面 i n 热表面积 F m 发动机额定功率 I 况 0 ． 6 7 4 0 I3 7 发动机最大扭矩工况 0 ． 5 3 0 ．0 5 ④ 选用的散热器参数见表 3 表 3 内容 芯高 m m 芯宽 i11 m 芯厚fn 1m 1 正面面积 n 、 散热表面积F in m 数值 9 5 0 6 3 8 5 2 0 6 8 0 4 l 由表 2 、3可得， 。 ，F F，所选散热器满足要求。 3 、风扇的选择 ①风扇的扇风量应该等于散热器的冷却空气量 ，而冷 却空气量 又 由散热器的散热量决定 。所 以，扇 风是 可由 公式 3 得 望 5 ． 8 2 m ／ s At Yo CP ②计算风扇的压力 p 7 式 中 △ 一散热器的阻力，△ 1 0 0 5 0 0 P a ，取 △ 5 00 P a； △ 一 除 散 热 器 以外 的 所 有 空 气 通 道 的 阻力 ， △ 0 ． 4 ～1 ． 1 A P R ， 取 △ 1 ． 0 A P R 将相关参数代入 式 7 得 所 以 p △ 1 0 0 0 P a 。 ③计算风扇的外径 D 2 风扇 轮 叶扫 过 的环 面积 等 于散 热 器芯 部正 面积 的 4 5 ％～6 O ％， 风扇 叶轮 内径与外径 之 比通常取 D ／ D1 O ． 2 8 ～ 0． 3 6。 ㈡ 叫 s o ．e 8 即D 2 o ． 7 9 ～ 0 ． 9 3 √ m 将相关参数代入式 8 得 D1 一O ． 6 0 2 0 ． 7 0 9 m ④计算风扇外径 处的圆周速度 U m a i D2 m ／ s 9 式 中 n 一 发动机转速 r ／ m i n ，取 n 2 2 0 0 r ／ m i n ； 一 风扇驱动速 比，取 1 ． 2 6 。 将相关参数代入式 9 得 7 2 ． 1 m ／ s 9 8 ． 2 m ／ s ⑤计算风扇的消耗功率 N， 1 o 式中 r 1 一风扇 的总效 率， r 1 0 ． 3 ～O ． 5 ，取 I 1 O ． 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5 年第 1期 李恩光 等 天然气 发动机冷 却系 统校 核 9 8 将相关参数代入式 1 0 得 N， 1 7 64 0W 17 ．64 kW 根据本车的实际情况，考虑到风扇在安装时的位置及增 大扇风量，风扇外径扫过的环行面积占散热器芯子正面面积 的 4 5 ％ 6 0 ％ ，采用直径定为 6 7 0 m m的吸风风扇。 风扇的参数见表 4 。 表 4 外径 总效帛 消耗功率Ⅳ 驱动 风扇转速渊 周处 D m 呻 t ‘ 6 ％Ⅳ k W 速比i 线速度1 UI ra／ s 发动机额定功率工况 1 6 8 9 7 06 7 0 5 0 1 2 6 发动机最大扭矩 I 况 l 3 3 8 7 3 由表 4 可得 ， 0 ． 6 0 2 0 ．7 0 9 ， 7 2 ． 1 U’ 9 8 ． 2， J V NI ， 故所选风扇满足要求。 4 、结论 通过上述分析计算可以看出，该车型所选用的散热器、 风扇能够满足 3 8 0马力天然气发动机 W P 1 2 N G 3 8 0 在各种环 境及工况下对冷却量 的需求 。 参考文献 【 l 1余志 生．汽 车理论． 机械 工业出版 社，2 0 0 0 ． [ 2 ]刘惟信 ．汽车 设计 ．清华大 学出版社 ，2 0 0 1 ． [ 3 】郭新 民． 自控 电动冷 却风扇 在汽 车发动机 上的应用 ． 内燃机 工程 1 9 9 3 1 1 7 9 8 2 ． 上接 第 8 4页 根据仿真模型，设定使用的轮胎型号相同等，计算三款 柴油机动力总成匹配不同的后桥主减速比的动力性经济性数 据 ，以标杆车型试验值为基准，将每组动力总成中的较优传 动系匹配方案选出，分别从起步换档加速、直接档加速、最 高档加速、最高车速、最高档等速油耗及 N E D C 综合油耗六 个方面进行数据对比，形成如下对比表 表 4 仿真计算数据 型 2 8 L 6 M T 2 0 C n 6 M T 2 7 C T I 州r 标 杆 卑 型 __ 序 性 能项目 单啦 丰 减3 ．2 7 3 减3 7 2 7 女 3 27 3 试骑 值 次高倘 k 1 4 7 6 l 5 1 2 J 4 0 3 1 3 0 9 最高车速 满载 最高梢 k m m I 8 1 0 1 4 8 3 0 - 8 0 k n T h 加速 额定转速 1 I 2 6 1 0 4 】 5 2 加速性能 4 改高档 2l 8 l 7O 2 l1 l 满载 舯一 1 2 O k ra 加速 5 螭高档 3 2 4 2 4 5 1 8 ． 7 3 0 4 6 爬坡 性 能 满载 最 大爬 坡 艘 l 档 ％ 4 8 5 5 0 0 5 0 0 4 0 6 0 k r n m l O O k m 4 2 4l tj 5l 最高棒等 空载 9 0 k n J h I l m k 61 6 0 5 8 6 ． 6 速汕耗 [ q 1 2 0 l - h Ul f 瑚【 m 8 4 q 2 B O q 7 m N E D C综 合油耗 档备质醋 1 5 0 k g f ， 1 埘 k in 8 5 8 ． 4 8 J 综 合 以上分 析得 出，上述 所匹 配的三 款动力 总成 表 5柴油车辆第二阶段油耗 限值 N E D C 综合 油耗 均满足 G B 2 0 9 9 7 2 0 0 7 轻型商用车辆燃料消耗量限值；与标杆车试 验值相 比， 三款动力 总成 中的动 力性基本 能达 到标 杆车 水平 ， 最 高档等速油耗优于标杆车 ，但 N E D C综合油耗均差于标杆 车为了达到标杆综合油耗目标，建议要严格控制整车重量 3 ． 3 成本和重量 根据数据对比，动力总成成本高低顺序分别为 2 ． 8 L 6 MT 2 ． 0 C T I 6 MT2 ． 7 C T I 6 MT ；而动力总成重量大 小顺 序分别为 2 ． 0 C T I 6 MT 2 ． 8 L 6 MT 2 ． 7 C T I 6 MT 。 建议中低端市场以成本为主，可匹配 2 ． 8 L 6 MT 高 端市场以动力性与排放为主，可匹配 2 ．7 C T I 6 MT，但同时 要考虑前悬加长方案可行。 4 、结论 通过 以上综合分析，建议该载货汽车优先匹配 2 ． 8 L 6 MT动力总成， 在正向数据设计时同时考虑发舱能布置其它 两款发动机的可行性 ，做好发舱通用化设计工作 。匹配 2 ． 8 L 6 MT 动力总成 ，若偏 向经济性 ，建议后桥主减速 比可 选择 3 ．2 7 3 。 本文介绍了某整车动力匹配设计分析研究的思路，同时 利用 某软件建立了整车 仿真模型，可 匹配 不同动力 总车 以及 后桥主减速比等进行整车性能计算分析研究，能很好地指导 某款车型平台化开发，同时为后续变型产品开发节约了成本 和缩短了研发周期等。 和滑行阻力，同时 优化发动 机怠 速油耗和 燃油消耗率。 参考文献 表 5 柴油车辆第二阶段油耗限值 最 大 设 计 总 质 M／ k g 发 动 机 排 摄 V／ I 第 二 阶 段 限 值 ／ L ／ 1 O O k m V ≤ 2． 5 9 0 2 5o o M 3 00 0 2． 5 V≤ 3． 0 9． 5 [ 1 ]余志生 汽车理论机械工业出版社 2 0 0 0 ． [ 2 ]林学东 汽车动力匹配技术中国水利水 电出版社 2 0 1 0 ． 1 [ 3 】 G B 2 0 9 9 7 --2 0 0 7 轻型商用车辆燃料消耗量 限值 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m