发动机

发动机冷却风扇容积效率计算方法的研究

黄 晖1，马翠英1，李国祥

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（1.济宁职业技术学院，山东 济宁 272037；2.山东大学 能源与动力学院，济南 250061）

摘 要：冷却风扇是发动机冷却系统的重要部件，运转时需要消耗一定的能量，其效率直接影响风扇的能耗。提高冷却风扇效率是降低风扇能耗的途径之一。为此，对冷却风扇容积效率进行了分析和研究，介绍了冷却风扇容积效率的计算方法，并对其简化计算方法进行了修正。 关键词：能源与动力工程；冷却风扇；理论研究；容积效率

中图分类号：TK441+.32 文献标识码：A 文章编号：1003—188X(2006)06—0217—04

0 概述

冷却系统是汽车发动机的重要组成部分，对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大的影响，其主要作用是使发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作。现代汽车发动机大多采用强制循环式水冷系统，主要由散热器、冷却风扇、冷却水套、水泵和节温器等部件组成。由于空气的导热系数小，散热器的散热能力主要取决于空气的强烈流动，通过散热器芯部的风量起了决定性的作用。冷却风扇是冷却系统中必不可少的重要部件，其主要作用是增大流经散热器芯部空气的流速，提高散热器的散热能力。因此，冷却风扇的性能直接影响到发动机冷却系统的散热效果、噪声以及发动机动力性、燃油经济性等。

目前，国产汽车冷却系统普遍采用传统的冷却风扇或硅油风扇离合器。两种类型的风扇仍由发动机曲轴通过皮带驱动，其冷却调节的灵敏度不高，功率损失较大。据测算，发动机冷却系统造成的燃油浪费占汽车耗油量的10%左右。当前，能源供应紧张，燃油价格不断攀升，对发动机的燃油经济性提出了更高的要求。因此，人们对包括冷却风扇在内的发动机冷却系统的研究愈加重视和深入，高效率、低能耗、与散热器匹配良好的冷却风扇可以减少发动机的功率消耗，改善发动机的动力性、工作可靠性和经济性，是冷却风扇未来的发展方向。

高，大约只有30%左右，造成了能量的极大浪费。据测算，水冷发动机冷却风扇的功率消耗约占发动机功率的5%~12%。因此，减少冷却风扇的功率消耗对于提高发动机性能、降低燃油消耗具有十分重要的意义。

冷却风扇消耗功率的大小Nf取决于风扇的压力P、风量Va以及风扇效率η。其计算公式为

Nf=

PVa

η

冷却风扇的效率是指风扇工作时发生的局部损失，包括液力损失、容积损失和机械损失。各种损失以相应的效率来表示，即为液力效率ηh、容积效率ηv和机械效率ηm。冷却风扇的效率η的计算工公式为

η=ηhηvηm

从冷却风扇消耗功率的计算公式可以看出，冷却风扇的效率直接影响风扇的功率消耗。同样条件下，风扇效率愈高，风扇的功率消耗就愈小，提高冷却风扇效率是降低风扇功率消耗的途径之一。

2 风扇的容积效率

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2.1 护风罩及其作用

冷却风扇一般要安装护风罩。护风罩又称为导风罩，主要用来提高风扇的风压和风量，引导气流均匀流过散热器芯部，以充分利用散热器的冷却面积，以避免气流回流或涡流现象的出现，从而提高发动机的冷却强度。特别是在散热器和冷却风扇受到安装空间的制约、总体布置达不到理想状态的状况时，护风罩的作用则更为重要。气流通过没有安装护风罩风扇时的速度分布情况如图1所示。

从图1可以看到，气流通过风扇叶片后的流速分布不均匀。风扇叶片外径处的气流速度最大，而风扇轮毂附近的气流速度最小，这样气体便在风扇

1 冷却风扇消耗的功率及风扇效率

在传统的冷却系统中，冷却风扇的效率普遍不

收稿日期：2005-07-13

作者简介：黄 晖（1968-），男，福建福安人，讲师，在职硕士，

（E-mail）huanghui1968@。