[科普中国]-冷却风扇

简介

发动机冷却风扇是车辆冷却系统的重要组成部分，风扇的性能直接影响着发动机的散热效果，进而影响发动机的性能。若风扇选取不当，则会导致发动机冷却不足或冷却过度，造成发动机工作环境恶化，进而影响发动机的性能和使用寿命。此外，风扇消耗的功率约占发动机输出功率的5%～8%，在追求环保、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，则会参考风扇的安装要求、发动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，通过这种方式选取的风扇往往只能满足系统的冷却要求而无法在功耗方面做到最优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。

《工业通风机用标准化风道机械性能试验》建立的冷却风扇气动性能测试系统。通过改变电机的转速，更换节流加载板以改变进入风道的空气流量，测得风扇在不同转速和流量下的流量—静压、流量—功率曲线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，通过比较得到符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，静压与冷却系统阻力相等，此时的流量就是该风扇与冷却系统的匹配流量。研究风扇与冷却系统的匹配，首先要确定风扇与冷却系统的匹配流量，进而判断该流量下，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3。

风扇工作点的确定冷却风扇在某一系统的一定转速下所能发挥的性能称为风扇的工作点。匹配分析中无法对发动机所有工况逐个分析，通常只针对冷却力要求最苛刻的工况来确定风扇的工作点并进行分析，当风扇的冷却力在该工况下仍然能满足要求，则可以选用这款风扇。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，风量增加的幅度要大于发热量上升的幅度，故本研究选择发动机扭矩最大时的状态进行匹配分析。

风扇与冷却系统的匹配和风扇优选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，就可以求出每款风扇在发动机扭矩最大时的工作点。

如需进一步保证匹配结果的可靠性，可计算出标定功率下风扇的工作点，并与此时所需的空气流量进行对比以达到校核的目的。

以节约能耗、提升燃油经济性为出发点对符合冷却系统要求的风扇进行优选，其目的便是要综合考虑发动机的运转情况挑选出总体功耗较低的风扇。因此，风扇的优选应该基于发动机常用转速来考虑，而非基于最大扭矩时的转速1。

冷却系统阻力的计算匹配中需要用到冷却系统的流量—系统阻力曲线。如果主机厂能提供这条曲线，匹配分析就可以很快完成；当无法获得该曲线时，则可以通过计算拟合得到。计算的主要思路是：假设几组不同的流量，根据冷却系统参数求出相应的系统阻力，根据流量和阻力的数值拟合得出流量—系统阻力曲线。

总结一种为车辆冷却系统匹配冷却风扇方法基于对内燃机车冷却系统阻力和冷却风扇性能参数的分析计算，通过校核发动机最大扭矩时的风扇冷却力来选择风扇，并以节约能耗为出发点对风扇进行优选。该匹配方法已在大量的冷却风扇匹配实例中成功应用，能够为大多数冷却系统匹配风扇提供简明、直观的参考1。