田新宇，李靜

（西安蘭德新能源汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，陜西 西安 710043）

汽車散熱器冷卻可控匹配設(shè)計

田新宇，李靜

（西安蘭德新能源汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，陜西 西安 710043）

針對傳統(tǒng)車發(fā)動機(jī)易發(fā)生的過熱過冷現(xiàn)象，本文對冷卻系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件散熱器及其風(fēng)扇進(jìn)行匹配設(shè)計，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性，減少能量消耗。

汽車；散熱器；風(fēng)扇；可控

CLC NO.:U463.6Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-33-02

1、概述

冷卻系由散熱器、風(fēng)扇、水泵和節(jié)溫器組成，由水管和缸體內(nèi)的流道組成封閉的系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)中，風(fēng)扇由發(fā)動機(jī)的曲軸來驅(qū)動如圖1所示：因此其轉(zhuǎn)速是相對固定的。在機(jī)械裝配時，裝有風(fēng)扇的發(fā)動機(jī)與裝有風(fēng)罩的散熱器必須分別用彈性支座圃定在車架上，為了避免車輛在運(yùn)行中因振動而引起風(fēng)扇與風(fēng)罩相碰，風(fēng)扇葉片與風(fēng)罩的徑向間隙值至少為15-20mm，這就極大地降低了風(fēng)扇的容積效率。再加上風(fēng)扇機(jī)械效率損失較大及液力效率較低，使得風(fēng)扇總效率僅為30%左右[1-2]。

由于風(fēng)扇總效率較低，故風(fēng)扇消耗發(fā)動機(jī)大量的有效功率約10%以上。這一數(shù)值是十分可觀的，大量試驗(yàn)指出，水冷系只有25%的時間是需要風(fēng)扇工作的。而冬季風(fēng)扇的工作只有5%的時間是有意義的[3]。由上所訴可知，散熱器的質(zhì)量以及散熱器和風(fēng)扇的配合選型，直接影響著汽車發(fā)動機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

2、散熱器選型

循環(huán)式水冷用散熱器可分為直流型和橫流型。橫流型的散熱芯子水平布置，用左右兩側(cè)水室的上下水室結(jié)構(gòu)，冷卻液左右流動。這種散熱器寬度尺寸較大，為得到大的散熱面積需要 需加大風(fēng)扇尺寸，來使氣流更為流暢，在整車上需要比較大的布置空間。故這里選用直流式散熱器。

散熱器芯子是散熱器的核心部分，起主要的散熱作用。

散熱器芯子由散熱管、散熱片(或散熱帶)、上下主片等組成。由于它具有足夠的散熱面積，因此能保證將必須的熱量從發(fā)動機(jī)散發(fā)到周圍的大氣中去。而且散熱器芯子是用極薄的導(dǎo)熱性能好的金屬及其合金制造的，能使散熱器芯子以最小的質(zhì)量和尺寸達(dá)到最高的散熱效果。散熱器的計算所根據(jù)的原始參數(shù)是散熱器散發(fā)的熱量和散熱器的外形尺寸。散熱器散發(fā)的熱量就等于發(fā)動機(jī)傳給冷卻液的熱量。已知散熱器散發(fā)的熱量后，所需散熱面積F可由下式計算：

式中：

K-散熱器的傳熱系數(shù)千卡/米2.小時

φ-散熱器貯備系數(shù)，一般φ=1.1～1.5，取1.1

Δtm-冷卻水與空氣的平均溫差，取26°

散熱器的正面積也稱迎風(fēng)面積，正面積越大，則散熱器被冷風(fēng)掃過的區(qū)域就越大，冷卻效率就越高。這樣可以減少芯厚，從而降低風(fēng)阻及風(fēng)扇功率損耗。但是散熱器的正面積還需同相應(yīng)直徑的風(fēng)扇及風(fēng)扇與散熱器的相對位置匹配，散熱器正面積計算公式如下：

式中：

FR--散熱器的理論正面積，m2；

νa--散熱器正面前的空氣流速，νa=8m/s～10m/s，取νa＝10m/s。

3、風(fēng)扇匹配

可控冷卻系統(tǒng)采用電動冷卻風(fēng)扇。這種風(fēng)扇不再是由發(fā)動機(jī)通過V型帶驅(qū)動風(fēng)扇，而是利用電機(jī)帶動風(fēng)扇，使風(fēng)扇可以根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度和負(fù)荷情況的不同，實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的變化，避免了發(fā)動機(jī)驅(qū)動冷卻風(fēng)扇的功率損失，縮短了發(fā)動機(jī)的預(yù)熱時間，減少傳熱損失。

根據(jù)發(fā)動機(jī)參數(shù)與參考同類型的汽車發(fā)動機(jī)，選擇軸流式電動風(fēng)扇。它用裝在散熱器上的石蠟式溫控開關(guān)控制（控制水溫87～97°C），自動控制風(fēng)扇電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，保持發(fā)動機(jī)溫度正常。這種自動控制的冷卻系統(tǒng)啟動暖機(jī)快，布置較自由。

按照總布置的要求和散熱器芯部的尺寸,風(fēng)扇輪葉掃過的環(huán)面積等于散熱器芯部正面積的45%～60%,風(fēng)扇輪葉內(nèi)徑與外徑之比為0.28～0.36,得風(fēng)扇外徑、風(fēng)量、消耗功率由下式計算：

式中：

D2--風(fēng)扇理論外徑，m；

u2--風(fēng)扇外徑處的圓周速度，m/s；

n--發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；

i--風(fēng)扇驅(qū)動速比；

P--空氣道的阻力，Pa；

ΔPR--散熱器的阻力，Pa，ΔPR=100Pa ～500Pa，取ΔPR=400Pa；

ΔP1--除散熱器以外的所有空氣道的阻力，Pa；Δp1=(0.4～1.1)ΔPR，取ΔP1=0.8ΔPR；

η--風(fēng)扇總效率；

Nf--風(fēng)扇的消耗功率，W。

4、結(jié)論

散熱器的任務(wù)是避免發(fā)動機(jī)在非適宜溫度下工作，但是在額定功率工況下設(shè)計的散熱器及其相對應(yīng)匹配的風(fēng)扇，滿足不了發(fā)動機(jī)在任何工況時都保持最佳溫度工作，在非額定狀態(tài)時可能會出現(xiàn)過熱活過冷現(xiàn)象，因此在進(jìn)行風(fēng)扇匹配時應(yīng)對冷卻系的散熱能力進(jìn)行調(diào)節(jié)。散熱器冷卻可控體統(tǒng)設(shè)計匹配了可控風(fēng)扇，還加裝了溫度傳感器，整個系統(tǒng)反應(yīng)更為迅速、靈敏、對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制更精確，反饋更智能。從而使發(fā)動機(jī)基本保持在最佳工況工作，功率消耗減少，增加能源利用率，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 郭新民，高平，吳海榮等．汽車發(fā)動機(jī)電控冷卻系統(tǒng)的試驗(yàn)研究．內(nèi)燃札2006，3：28-31．

[2] 千春華。孫逕柱，郭新民．ZL50裝載冷卻能力的智能控制．農(nóng)機(jī)化研究．2003，2：55-57．

[3] 崔靖。邊耀璋等．汽車構(gòu)造(上冊)．西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1991．

Matching Design of Intelligent Controlling System of Automobile Radiator

Tian Xinyu, Li Jing
(Xi'an Land New Energy Vehicle Technology Development CO.,Ltd., Shaanxi Xi'an 710043)

In order to avoid the engine working at inappropriate temperature.Expounds the key part radiator and fan of cooling system theoretics matching design process in this article. The diesel engine’s power Can be improved and the fuel wastage can be reduced.

Automobile；radiator；fan；intelligent controlling

U463.6

A

1671-7988(2014)11-33-02

田新宇，就職于西安蘭德新能源汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，從事整車設(shè)計工作。