摘 要 柴油機(jī)中冷器本質(zhì)上是熱交換器的一種。它作為增壓中冷柴油機(jī)不可缺少的部分，對(duì)從增壓器流出的壓縮空氣進(jìn)行冷卻，進(jìn)而提高進(jìn)入柴油機(jī)的新鮮空氣的密度，增大柴油機(jī)的進(jìn)氣量，提高柴油機(jī)的功率，降低污染物的排放。

關(guān)鍵詞 載貨汽車 柴油機(jī) 中冷器 作用 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)

載貨汽車中冷器是增壓柴油機(jī)不可缺少的一部分。而增壓中冷系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染物具有巨大的貢獻(xiàn)。在今能源緊缺、注重環(huán)保的大前提下，對(duì)柴油機(jī)中冷器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其與柴油機(jī)的匹配研究就顯得十分重要。增壓中冷的作用是降低發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度，將經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后的高溫空氣進(jìn)行冷卻，可使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的空氣密度進(jìn)一步提高，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷，降低排溫，改善經(jīng)濟(jì)性，降低排放，尤其是可以大大降低NOx的排放量。一般增壓空氣溫度每下降10℃，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可增加3%～5%，提高燃料經(jīng)濟(jì)性和對(duì)海拔高度的適應(yīng)性， 改善增壓器匹配和適應(yīng)性。進(jìn)氣溫度下降使排氣溫度相應(yīng)下降，這對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷和提高增壓器的使用壽命等都十分有利。

一、載貨汽車中冷器的設(shè)計(jì)

1、初期設(shè)計(jì)

中冷器換熱量Q（kJ/s）計(jì)算

Q=qmbCpb（Tb1-Tb2） 式中qmb（kg/s）-增壓空氣流量，Cpb（kg/s）-增壓空氣比熱容，Tb1（k）-中冷器進(jìn)口溫度，Tb2（k）-中冷器出口溫度。

中冷器換熱系數(shù)K（m2K/W）計(jì)算

K=1/（1/hb+R1+R2+R3+R4+Ab/hwAw） 式中hb（W/m2K）-增壓空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，hw（W/m2K）-冷卻介質(zhì)的對(duì)流換熱系數(shù)，Ab（m2）-增壓空氣換熱面積，Aw（m2）-冷卻介質(zhì)換熱面積，R1（m2K/W）-增壓空氣污垢熱阻，R2（m2K/W）-冷卻介質(zhì)污垢熱阻，R3（m2K/W）-散熱片焊接處接觸熱阻，R4（m2K/W）-導(dǎo)熱熱阻。

2、中期校核

中冷器散熱面積校核（對(duì)數(shù)平均溫差法）

增壓空氣和冷卻空氣的對(duì)流平均溫差△T（K）計(jì)算

△T=[（Tb1-Tw2）-（Tb2-Tw1）]/ln[（Tb1-Tw1）-（Tb2-Tw2）]

式中Tw1（k）-冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度，Tw2（k）-冷卻介質(zhì)出口溫度。

中冷器散熱面積Ac（m2）計(jì)算

Ac=Q/（K△T） 柴油機(jī)正常工作所需散熱面積值必須小于實(shí)際散熱面積值。

增壓空氣出口溫度校核（效能傳熱單元數(shù)法）

（1）熱容比：€%O=（qmCp）min/（qmCp）max 式中（qmCp）min取qmbCpb和qmwCpw中較小者，（qmCp）max取較大者，其中qmw（kg/s）-冷卻介質(zhì)流量，Cpw（kg/s）-冷卻介質(zhì)比熱容。

（2）傳熱單元數(shù)：NTU=KAc/（qmCp）min

（3）效能：€%^=1-exp{-（€%O/n）·[exp-NTU·€%O（n-1）]} 式中n=NTU-0.22

（4）增壓空氣出口溫度：Tb2=Tb1-€%^（Tb1-Tw1）

冷卻介質(zhì)出口溫度：Tw2=Tw1+（qmbCpb）/（qmwCpw）（Tb1-Tb2）

柴油機(jī)正常工作增壓空氣出口溫度必須小于允許溫度值。

壓力損失校核

中冷器芯體中的阻力主要由傳熱面形狀的改變而產(chǎn)生的阻力和摩擦力組成，該阻力直接影響增壓柴油機(jī)進(jìn)氣壓力狀況，為了柴油機(jī)正常工作增壓空氣的壓力損失△Pb和冷卻介質(zhì)的壓力損失△Pn必須小于允許損失的壓力值。

（1）增壓空氣的壓力損失：△Pb=PbCb2（0.3164Lb/Reb0.25Db

+1.4）/2 式中Lb-增壓空氣通道深度

（2）冷卻介質(zhì)的壓力損失：△Pw=PwCw2（0.3164Lw/Rew0.25Dw

+1.4）/2 式中Lw-增壓空氣通道深度

二、載貨汽車中冷器結(jié)構(gòu)

柴油機(jī)中冷器本質(zhì)上是熱交換器的一種。它作為增壓柴油機(jī)不可缺少的部分，對(duì)從增壓器流出的壓縮空氣進(jìn)行冷卻，進(jìn)而提高進(jìn)入柴油機(jī)的新鮮空氣的密度，增大柴油機(jī)的進(jìn)氣量，提高柴油機(jī)的功率，降低污染物的排放。在實(shí)際應(yīng)用中，其類型和結(jié)構(gòu)差別很大。柴油機(jī)中冷器的類型有很多，目前增壓柴油機(jī)的中冷器大都采用錯(cuò)流外冷間壁式冷卻方式。中冷器一般由鋁合金材料制成。根據(jù)冷卻介質(zhì)不同，常見(jiàn)的中冷器可以分為水冷式和風(fēng)冷式。水冷式利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷卻系統(tǒng)來(lái)冷卻增壓空氣，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且冷卻效果受發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的限制，不可能達(dá)到更低的溫度。載貨汽車中冷器多采用風(fēng)冷式即空-空中冷器，它用管子將增壓空氣引至安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水散熱器前面的空氣散熱器，利用發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇和汽車行駛時(shí)的迎面風(fēng)來(lái)冷卻增壓空氣。風(fēng)冷式中冷器的體積比水冷式的大，它不增加發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的散熱負(fù)擔(dān)，但對(duì)散熱器的散熱有一定的影響，其溫降一般為25℃～60℃。風(fēng)冷式中冷器是用環(huán)境空氣來(lái)冷卻增壓后的高溫空氣，由于熱側(cè)和冷側(cè)換熱介質(zhì)均為空氣，兩側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)在同一數(shù)量級(jí)，因此兩側(cè)的換熱面積應(yīng)大致相同，風(fēng)冷式中冷器的結(jié)構(gòu)有扁管式、翅片式和管翅式等。扁管式中冷器在扁管外圍設(shè)有散熱片，增壓空氣在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻空氣在管外流動(dòng)。由于熱氣側(cè)換熱面積太小，使中冷器傳熱效率低，應(yīng)用少。應(yīng)用較多的是板翅式和管翅式中冷器。

（作者單位：沈陽(yáng)金杯車輛制造有限公司）