重型卡車熱平衡道路試驗細節探討

FRONTIER DISCUSSION

| 前沿探討

重型卡車熱平衡道路試驗細節探討

薛黎明 張濤 王東亮 敖娜娜

湖北大運汽車有限公司 技術中心 湖北省十堰市 442000

摘 要： 目前，國內關于整車熱平衡試驗的研究主要偏向于發動機冷卻系統的匹配分析與熱平衡性能的改善，而對

一些常見的影響熱平衡試驗的細節問題沒有引起足夠的重視，導致試驗結果的有效性、準確性大打折扣。

以重型卡車為例，對整車熱平衡道路試驗過程中發動機故障、節溫器、風扇離合器、傳感器布置、環境風

速、試驗操作、結果評價與修正等細節問題進行探討，對整車熱平衡道路試驗的試驗條件、試驗方法、試

驗結果評價與修正進行了補充。

關鍵詞：重型卡車 熱平衡 道路試驗 冷卻性能 風扇離合器

Discussion on Details of Heat Balance Road Test for Heavy Truck

Xue limingZhang TaoWang Dongliang Ao Nana

At prent, the domestic rearch on vehicle thermal balance test mainly focus on the matching analysis of engine cooling system and the

Abstract

：

improvement of thermal balance performance, but not enough attention has been paid to some common details affecting the thermal balance test,

which leads to the reduction of the validity and accuracy of the test results. Taking the heavy truck as an example, the details of engine failure,

thermostat, fan clutch, nsor layout, ambient wind speed, test operation, result evaluation and correction in the process of vehicle thermal

balance road test are discusd, and the test conditions, test methods, test results evaluation and correction are supplemented.

Key words

：

heavy truck, heat balance, road test, cooling performance, fan clutch

1 前言

汽車冷卻系統應能保證發動機在各種工況

下的散熱需求，而冷卻系統的散熱性能需要通過

熱平衡試驗進行評價。現行的熱平衡試驗標準為

GB/T 12542-2009《汽車熱平衡能力道路試驗方

法》，規定了整車熱平衡試驗的試驗條件與試驗

方法。然而在實踐過程中,由于可操作性和評

[1]

價工況有所欠缺，因此很多整車制造企業并未直

接采用該準，而是結合國標制訂出可操作性更強

的企業標準。

以重型卡車為例，對整車熱平衡道路試驗

過程中細節問題進行探討，為整車制造企業制訂

更加科學、有效、合理、可操作的熱平衡試驗企

業標準提供參考。

根據大量試驗經驗，發動機最大扭矩與最

大功率工況，扭矩百分比應達到85～100%，中

冷進氣壓力應達到150～200kPa，中冷進氣溫

度應達到150～200℃，否則發動機存在限扭的

可能。因此，在熱平衡試驗前需確認試驗車輛是

否存在發動機故障并及時將故障處理關閉。

傳動整改為剛性傳動，使冷卻系統始終保持最大

冷卻效能。

4.1 機械硅油離合器

機械硅油離合器大多采用雙金屬感溫圈控

制。當流經散熱器的空氣溫度升高時，雙金屬感

溫圈受熱變形，迫使閥片軸轉動，高黏度硅油便

流入工作腔，離合器接合，風扇轉速升高。熱平

衡試驗前，需將風扇前端雙金屬螺旋彈簧直段從

固定槽中撬出，按逆時針方向旋轉，觀察轉軸，

應能轉動，直到轉不動為止。

4.2 電控硅油離合器

電控硅油離合器作為機械硅油離合器的升級

產品，不同的是由帶有電磁線圈的電磁閥門取代

機械硅油離合器熱敏雙金屬感溫閥門。它直接讀

取發動機控制模塊ECU信號，由離合器內部電

磁閥根據發動機冷卻液溫度控制冷卻風扇轉速。

熱平衡試驗前，需拔掉電控硅油離合器控

制線束插件，將風扇改為剛性連接。

4.3 電磁離合器

電磁離合器通過溫控開關自動控制風扇吸

合、分離。當發動機工作時，風扇在軸承慣性作

用下空轉。當水溫升高到規定溫度，溫控開關閉

合導通電路，離合器產生磁力帶動風扇轉動，

使水溫快速下降。熱平衡試驗前，需用梅花扳手

或套筒，利用3顆M6螺栓，將鎖緊片對準傳動

3 節溫器

節溫器是控制冷卻液流動路徑的閥門。節

溫器的主要作用是根據冷卻液溫度的高低自動調

節冷卻液的循環范圍，保證發動機始終在合適的

溫度范圍內工作。目前廣泛采用的是蠟式節溫器，

裝在缸蓋水套出水口處。

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盤螺紋孔，扭緊3顆M6螺栓，扭緊力矩為8～

9Nm，同時拔出電磁離合器控制線束插件。

若未按以上操作將冷卻風扇由離合器傳動

整改為剛性傳動，試驗過程中發動機出水溫度將

無法穩定，數據曲線呈波浪形，整車將無法達到

熱平衡狀態，最終導致試驗失敗。

5 傳感器布置

5.1 中冷壓力與溫度傳感器

在選擇傳感器安裝位置時，應注意留有足

夠的空間，防止與周圍部件干涉，同時應與增壓

器等高溫部件保持距離，避免傳感器損壞。測點

的位置盡量選擇在直管段，即不在彎折、變截面

的地方，同時應將壓力測點布置在溫度測點的上

游，以免溫度傳感器探針擾亂氣流而影響壓力測

量結果。

5.2 冷卻液溫度傳感器

布置傳感器時，應確保傳感器探針深入冷

卻液管路的長度為0.5-1R（R為管路半徑）。

因溫度傳感器屬非隔離傳感器，與被測冷卻液直

接接觸，電流可以在二者之間流通，因此要求采

用隔離地線，以避免接地循環引起測試誤差。

5.3 環境溫度傳感器

試驗時，一般將環境溫度傳感器固定在駕

駛室外部。因駕駛室表面受陽光照射吸熱、發動

機艙排出的熱風上升、從車后往前吹的自然風將

經過散熱器和發動機艙的熱風吹到駕駛室附近等

因素，均會對環境溫度測點造成影響

[5]

。

可制作一個紙筒（也可用其他耐熱材料制

作），將環境溫度傳感器放在紙筒中間部位。盡

量將紙筒放置在駕駛室最前端和最高的位置上，

并且使紙筒軸線方向朝向車輛行駛方向。這樣既

可以避免傳感器受陽光直射，又可以防止駕駛室

表面熱輻射，同時保證測點通風，免受發動機艙

熱風影響。

6 環境風速

環境風速會引起車輛迎面風速及熱風回流

的變化。若自然風沿車頭向后吹，會增大車輛迎

面風速，吹到散熱器表面風風速也隨之而變大，

使吹過散熱器的風量增加，從而有利于散熱器散

熱性能的發揮。若自然風從車尾往前吹，可能將

發動機艙排出熱風吹到前格柵附近，被風扇重新

吸入，再次參與熱交換，使散熱器散熱性能有所

降低。

GB/T 12542-2009規定試驗時環境風速不

超過3m/s。根據試驗經驗，建議在環境風速不

超過1.5m/s的自然環境下進行試驗，否則可能

導致熱平衡試驗結果失真。

7 試驗操作

負荷拖車發動機功率應盡可能比試驗車大

或至少是與試驗車輛同功率車型，杜絕用大功率

試驗車拖小功率負荷拖車。試驗車輛多態開關

[6]

（也叫省油開關）應調至“重載”位置，否則發

動機無法發揮該轉速下的最大扭矩，即使達到熱

平衡狀態，試驗數據也是無意義的。

最大功率工況，試驗車輛一般使用2檔或3

檔，最大扭矩工況，試驗車輛一般使用3檔或4檔。

負荷拖車檔位推薦與試驗車輛同檔位或高出試驗

車輛1個檔位。試驗開始時，試驗車輛逐漸將油

門踏板踩到底, 當發動機轉速超過試驗要求轉

速時，負荷拖車逐漸松掉離合。避免急加速、急

松離合，導致試驗車與負荷拖車連接裝置崩斷。

若試驗車輛發動機轉速仍高于試驗要求轉

速，則負荷拖車應通過剎車繼續對試驗車輛施加

負荷；若試驗車輛發動機轉速低于試驗要求轉速，

則試驗車輛應及時降低1個檔位或負荷拖車升高

1個檔位；若負荷拖車轉速過高，則負荷拖車應

及時升高1個檔位。

若道路不夠平直，上坡路段負荷拖車應適

當減小剎車力度，下坡路段負荷拖車應適當增加

剎車力度，使試驗車輛與負荷拖車發動機轉速始

終保持穩定。因負荷拖車需長時間使用剎車，因

此必須加裝淋水降溫裝置，對車輪進行淋水降溫，

防止車輪溫度過高引起輪胎起火燃燒。

8 結果評價與修正

8.1 結果評價

對于冷卻系統散熱能力的評價，采用冷卻

常數和中冷后溫升作為其主要評價指標。冷卻常

數是指發動機熱平衡時發動機出水溫度與環境溫

度的差值，是反映散熱器散熱能力的重要指標。

該指標用以計算極限使用許用環境溫度（冷卻液

允許最高溫度與冷卻常數的差值）。一般要求冷

卻常數限值為58～61℃。中冷后溫升是指中冷

器中冷后空氣溫度與環境溫度的差值，是反映中

冷器散熱能力的重要指標。一般要求中冷后溫升

限值為25～30℃。

另外，發動機艙溫度、冷卻模塊前端進風

溫度與風速、空濾進氣溫度、發動機進出水溫差

與壓差、中冷壓降等參數常用于判斷冷卻系統相

關零部件性能及發動機艙布置是否合理，一般作

為輔助評價指標。

8.2 結果修正

國標要求試驗環境溫度不低于30℃，但大

多地區大多時間均無法滿足該要求。由于發動機

艙內積熱、地面熱輻射與熱風回流的影響，冷卻

液溫度會比環境溫度上升的更快，二者并不是呈

時代汽車

線性關系變化。所以較高的環境溫度將得到較高

的液氣溫差，較低的環境溫度將得到較低的液氣

溫差。整車與發動機制造企業進行了大量試驗研

究，得到了冷卻常數與試驗環境溫度的修正關系

（如表1）。

表1 某發動機冷卻常數修正標準

序號

環境溫度冷卻常數

T（℃）K（℃）

1T≥30K≦58

225≦T＜30.0K≦57.2

320.0≦T＜25.0K≦56.1

415.0≦T＜20K≦55.3

9 結論

以重型卡車為例，對整車熱平衡道路試驗

中發動機故障、節溫器、風扇離合器、傳感器布

置、環境風速、試驗操作、結果評價與修正等細

節問題進行探討，對重型卡車整車制造企業建立

科學、有效、合理、可操作性更強的熱平衡試驗

企業標準具有一定參考價值。并且對中、輕型卡

車的熱平衡試驗以及熱平衡環境艙臺架試驗也具

有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]GB/T 12542-2009，汽車熱平衡能力道路試

驗方法[S].

[2]張育雄，謝小虎，張兵.商用車電控發動