冷卻風扇

發動機冷卻風扇是車輛冷卻系統的重要組成部分，風扇的性能直接影響着發動機的散熱效果，進而影響發動機的性能。若風扇選取不當，則會導致發動機冷卻不足或冷卻過度，造成發動機工作環境惡化，進而影響發動機的性能和使用壽命。此外，風扇消耗的功率約佔發動機輸出功率的5%～8%，在追求環保、低能耗的趨勢下，風扇也日益引起關注。

傳統的風扇匹配中，技術人員往往是通過類比方式來選擇風扇，即相似的冷卻要求選擇相同的風扇，如果無法類比，則會參考風扇的安裝要求、發動機型號以及車輛工作環境等因素來選擇風扇。這種方式缺乏針對性且匹配的效果很大程度上取決於技術人員的經驗，通過這種方式選取的風扇往往只能滿足系統的冷卻要求而無法在功耗方面做到最優 ^[1]  。

風扇的氣動性能通常指風扇的流量與靜壓、流量與功率之間的關係。風扇的流量等於其在單位時間內的吸氣或排氣量，即性能試驗中單位時間通過風道的氣體體積流量。風扇的靜壓表徵氣體克服流道中各種阻力流動的能力。

《工業通風機用標準化風道機械性能試驗》建立的冷卻風扇氣動性能測試系統。通過改變電機的轉速，更換節流加載板以改變進入風道的空氣流量，測得風扇在不同轉速和流量下的流量—靜壓、流量—功率曲線 ^[2]  。

根據已確定的冷卻系統來選擇相匹配的風扇，即對每款風扇分別進行匹配分析，通過比較得到符合冷卻要求且功耗最低的風扇。

風扇在冷卻系統中穩定運轉時，靜壓與冷卻系統阻力相等，此時的流量就是該風扇與冷卻系統的匹配流量。研究風扇與冷卻系統的匹配，首先要確定風扇與冷卻系統的匹配流量，進而判斷該流量下，冷卻力是否符合冷卻系統的要求，最後從符合要求的風扇中選取功耗最低的一款 ^[3]  。

冷卻風扇在某一系統的一定轉速下所能發揮的性能稱為風扇的工作點。匹配分析中無法對發動機所有工況逐個分析，通常只針對冷卻力要求最苛刻的工況來確定風扇的工作點並進行分析，當風扇的冷卻力在該工況下仍然能滿足要求，則可以選用這款風扇。當發動機功率最大時，其發熱量也是最大的，但這種工況甚少遇到，而且隨着轉速的增加，風量增加的幅度要大於發熱量上升的幅度，故本研究選擇發動機扭矩最大時的狀態進行匹配分析。

冷卻風扇與冷卻系統匹配的先決條件是風扇要符合系統的安裝要求。根據給定的冷卻系統參數確定符合安裝條件的備選風扇之後，就可以求出每款風扇在發動機扭矩最大時的工作點。

如需進一步保證匹配結果的可靠性，可計算出標定功率下風扇的工作點，並與此時所需的空氣流量進行對比以達到校核的目的。

以節約能耗、提升燃油經濟性為出發點對符合冷卻系統要求的風扇進行優選，其目的便是要綜合考慮發動機的運轉情況挑選出總體功耗較低的風扇。因此，風扇的優選應該基於發動機常用轉速來考慮，而非基於最大扭矩時的轉速 ^[1]  。

匹配中需要用到冷卻系統的流量—系統阻力曲線。如果主機廠能提供這條曲線，匹配分析就可以很快完成；當無法獲得該曲線時，則可以通過計算擬合得到。計算的主要思路是：假設幾組不同的流量，根據冷卻系統參數求出相應的系統阻力，根據流量和阻力的數值擬合得出流量—系統阻力曲線。

一種為車輛冷卻系統匹配冷卻風扇方法基於對內燃機車冷卻系統阻力和冷卻風扇性能參數的分析計算，通過校核發動機最大扭矩時的風扇冷卻力來選擇風扇，並以節約能耗為出發點對風扇進行優選。該匹配方法已在大量的冷卻風扇匹配實例中成功應用，能夠為大多數冷卻系統匹配風扇提供簡明、直觀的參考 ^[1]  。