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

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

Discussion on Details of Heat Balance Road Test for Heavy Truck

Xue liming Zhang Tao Wang DongliangAo Nana

Abstract：At present， the domestic research on vehicle thermal balance test mainly focuses on the matching analysis of engine cooling system and the 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， sensor layout， ambient wind speed， test operation， result evaluation and correction in the process of vehicle thermal balance road test are discussed， 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。因此，在热平衡试验前需确认试验车辆是否存在发动机故障并及时将故障处理关闭。

3 节温器

节温器是控制冷却液流动路径的阀门。节温器的主要作用是根据冷却液温度的高低自动调节冷却液的循环范围，保证发动机始终在合适的温度范围内工作。目前广泛采用的是蜡式节温器，装在缸盖水套出水口处[3]。

7热平衡试验时，应确保冷却液始终经过散热器，按大循环路径流动，以保证车辆达到最大冷却效能。可以拆除节温器，利用锥形木塞封堵小循环路径。安装木塞时，还应将木塞沿垂直向下方向稍用力锤紧，防止冷却液在水泵增压作用下，将木塞冲掉，导致通往散热器的大循环路径堵塞，引起试验时发动机“开锅”，导致试验失败。

4 风扇离合器

为降低冷却风扇功率消耗，防止发动机过冷，汽车多采用风扇离合器来控制冷却风扇的冷却风量[4]。在热平衡试验前，需将冷却风扇由离合器传动整改为刚性传动，使冷却系统始终保持最大冷却效能。

4.1 机械硅油离合器

机械硅油离合器大多采用双金属感温圈控制。当流经散热器的空气温度升高时，双金属感温圈受热变形，迫使阀片轴转动，高黏度硅油便流入工作腔，离合器接合，风扇转速升高。热平衡试验前，需将风扇前端双金属螺旋弹簧直段从固定槽中撬出，按逆时针方向旋转，观察转轴，应能转动，直到轉不动为止。

4.2 电控硅油离合器

电控硅油离合器作为机械硅油离合器的升级产品，不同的是由带有电磁线圈的电磁阀门取代机械硅油离合器热敏双金属感温阀门。它直接读取发动机控制模块ECU信号，由离合器内部电磁阀根据发动机冷却液温度控制冷却风扇转速。

热平衡试验前，需拔掉电控硅油离合器控制线束插件，将风扇改为刚性连接。

4.3 电磁离合器

电磁离合器通过温控开关自动控制风扇吸合、分离。当发动机工作时，风扇在轴承惯性作用下空转。当水温升高到规定温度，温控开关闭合导通电路，离合器产生磁力带动风扇转动，使水温快速下降。热平衡试验前，需用梅花扳手或套筒，利用3颗M6螺栓，将锁紧片对准传动盘螺纹孔，扭紧3颗M6螺栓，扭紧力矩为8～9Nm，同时拔出电磁离合器控制线束插件。

若未按以上操作将冷却风扇由离合器传动整改为刚性传动，试验过程中发动机出水温度将无法稳定，数据曲线呈波浪形，整车将无法达到热平衡状态，最终导致试验失败。

5 传感器布置

5.1 中冷压力与温度传感器

在选择传感器安装位置时，应注意留有足够的空间，防止与周围部件干涉，同时应与增压器等高温部件保持距离，避免传感器损坏。测点的位置尽量选择在直管段，即不在弯折、变截面的地方，同时应将压力测点布置在温度测点的上游，以免温度传感器探针扰乱气流而影响压力测量结果。

5.2 冷却液温度传感器

布置传感器时，应确保传感器探针深入冷却液管路的长度为0.5-1R（R为管路半径）。因温度传感器属非隔离传感器，与被测冷却液直接接触，电流可以在二者之间流通，因此要求采用隔离地线，以避免接地循环引起测试误差。

5.3 环境温度传感器

试验时，一般将环境温度传感器固定在驾驶室外部。因驾驶室表面受阳光照射吸热、发动机舱排出的热风上升、从车后往前吹的自然风将经过散热器和发动机舱的热风吹到驾驶室附近等因素，均会对环境温度测点造成影响[5]。

可制作一个纸筒（也可用其他耐热材料制作），将环境温度传感器放在纸筒中间部位。尽量将纸筒放置在驾驶室最前端和最高的位置上，并且使纸筒轴线方向朝向车辆行驶方向。这样既可以避免传感器受阳光直射，又可以防止驾驶室表面热辐射，同时保证测点通风，免受发动机舱热风影响。

6 环境风速

环境风速会引起车辆迎面风速及热风回流的变化。若自然风沿车头向后吹，会增大车辆迎面风速，吹到散热器表面风风速也随之而变大，使吹过散热器的风量增加，从而有利于散热器散热性能的发挥。若自然风从车尾往前吹，可能将发动机舱排出热风吹到前格栅附近，被风扇重新吸入，再次参与热交换，使散热器散热性能有所降低。

GB/T 12542-2009规定试验时环境风速不超过3m/s。根据试验经验，建议在环境风速不超过1.5m/s的自然环境下进行试验，否则可能导致热平衡试验结果失真。

7 试验操作

负荷拖车发动机功率应尽可能比试验车大或至少是与试验车辆同功率车型，杜绝用大功率试验车拖小功率负荷拖车[6]。试验车辆多态开关（也叫省油开关）应调至“重载”位置，否则发动机无法发挥该转速下的最大扭矩，即使达到热平衡状态，试验数据也是无意义的。

最大功率工况，试验车辆一般使用2档或3档，最大扭矩工况，试验车辆一般使用3档或4档。负荷拖车档位推荐与试验车辆同档位或高出试验车辆1个档位。试验开始时，试验车辆逐渐将油门踏板踩到底， 当发动机转速超过试验要求转速时，负荷拖车逐渐松掉离合。避免急加速、急松离合，导致试验车与负荷拖车连接装置崩断。

若试验车辆发动机转速仍高于试验要求转速，则负荷拖车应通过刹车继续对试验车辆施加负荷;若试验车辆发动机转速低于试验要求转速，则试验车辆应及时降低1个档位或负荷拖车升高1个档位;若负荷拖车转速过高，则负荷拖车应及时升高1个档位。

若道路不够平直，上坡路段负荷拖车应适当减小刹车力度，下坡路段负荷拖车应适当增加刹车力度，使试验车辆与负荷拖车发动机转速始终保持稳定。因负荷拖车需长时间使用刹车，因此必须加装淋水降温装置，对车轮进行淋水降温，防止车轮温度过高引起轮胎起火燃烧。

8 结果评价与修正

8.1 结果评价

对于冷却系统散热能力的评价，采用冷却常数和中冷后温升作为其主要评价指标。冷却常数是指发动机热平衡时发动机出水温度与环境温度的差值，是反映散热器散热能力的重要指标。该指标用以计算极限使用许用环境温度（冷却液允许最高温度与冷却常数的差值）。一般要求冷却常数限值为58～61℃。中冷后温升是指中冷器中冷后空气温度与环境温度的差值，是反映中冷器散热能力的重要指标。一般要求中冷后温升限值为25～30℃。

另外，发动机舱温度、冷却模块前端进风温度与风速、空滤进气温度、发动机进出水温差与压差、中冷压降等参数常用于判断冷却系统相关零部件性能及发动机舱布置是否合理，一般作为辅助评价指标。

8.2 结果修正

国标要求试验环境温度不低于30℃，但大多地区大多时间均无法满足该要求。由于发动机舱内积热、地面热辐射与热风回流的影响，冷却液温度会比环境温度上升的更快，二者并不是呈线性关系变化。所以较高的环境温度将得到较高的液气温差，较低的环境温度将得到较低的液气温差。整车与发动机制造企业进行了大量试验研究，得到了冷却常数与试验环境温度的修正关系（如表1）。

9 结论

以重型卡车为例，对整车热平衡道路试验中发动机故障、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，对重型卡车整车制造企业建立科学、有效、合理、可操作性更强的热平衡试验企业标准具有一定参考价值。并且对中、轻型卡车的热平衡试验以及热平衡环境舱台架试验也具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]GB/T 12542-2009，汽车热平衡能力道路试验方法[S].

[2]张育雄，谢小虎，张兵.商用车电控发动机动力不足排查方法研究[J].装备维修技术，2017（3/4）：41-50.

[3]吝立永，王大伟.发动机水温过高的问题分析[J].时代汽车，2018（04）：127-128.

[4]賈卫，孙军，黄祥，等.发动机硅油风扇离合器研究现状、讨论与展望[J].机械设计，2019，36（05）：10-14.

[5]黄岸.浅析影响装载机热平衡试验结果的若干因素[J].装备制造技术，2019（01）：65-67.

[6]梁世民.柴油机冷却系统匹配试验研究[D].长沙：湖南大学机械与运载工程学院.2016.10-12.