李佳 孫超 晏雙鶴

摘要：隨著發(fā)動機升功率及燃燒溫度不斷提高，冷卻系統(tǒng)對發(fā)動機性能及可靠性越來越重要。一款發(fā)動機好的冷卻系統(tǒng)匹配能夠在提高輸出功率的同時降低油耗及改善排放性能。冷卻系統(tǒng)既要保證發(fā)動機本體部件的冷卻，也要保證整個汽車冷卻系統(tǒng)的熱平衡。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的功用是使發(fā)動機在所有工況下都保持在適當?shù)臏囟确秶鷥?。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動機過熱，也要防止發(fā)動機過冷，如果冷卻能力不足，則會造成內燃機過熱，充氣效率下降，早燃和爆震傾向增大，致使發(fā)動機功率下降；潤滑油粘度減小、油膜易破裂，零件摩擦磨損加劇?？偠灾l(fā)動機冷卻能力不足會引起動力性、經濟性、可靠性、耐久性全面惡化。而發(fā)動機冷卻能力過度，會造成油氣混合不良、可燃混合氣點燃困難或燃燒延遲，致使發(fā)動機功率下降、油耗上升、排放氣體非甲烷碳氫過多等。

關鍵詞：汽油發(fā)動機；冷卻系統(tǒng)；建模；水溫控制

1冷卻系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

某款2.0L增壓汽油發(fā)動機搭載整車時的冷卻系統(tǒng)原理圖如圖1所示，其中整車暖風散熱器和DCT變速箱機油冷卻器水路為并聯(lián)關系。

雖然在設計之初經過計算分析及發(fā)動機冷卻系統(tǒng)臺架性能開發(fā)，但其搭載整車后，在進行整車熱平衡試驗時，發(fā)動機冷卻液溫度達到平衡時發(fā)動機出水溫度高于設計指標（110℃），在整車熱平衡試驗的3種工況均因為發(fā)動機水溫過高，而設計時為了保護發(fā)動機過熱，當發(fā)動機冷卻液水溫高于設計指標時關閉空調。

2增壓汽油發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的校核

2.1結合發(fā)動機最大扭矩進行校核設計

首先，使用QMmax-Q/QMmax<±10%作為校核的主體公式，散熱量的校核要使用QMmaxQMmax=1000QhCW（t2-t1）。結合冷水資源的循環(huán)量Qh，對超過0.0043m3/s的值予以控制。要將CW作為水資源的熱比例控制基礎，并將超過4.187kJ/kg·℃的水比熱加以控制，使t2與t1的比例值能夠得到縮減，并為水比熱的合理控制提供支持。發(fā)動機裝置進水溫度的控制要實現(xiàn)與最大扭矩狀態(tài)的結合，進水口的溫度還必須適應t2與t1的差值特征。將超過8℃的扭矩參數(shù)帶入公式，并使用QMmax為141kJ/s完成校核處理。

2.2冷卻系統(tǒng)平均散熱量校核

可以從水泵裝置的水溫控制出發(fā)，對增壓式發(fā)動機裝置的節(jié)溫器予以調查控制，為系統(tǒng)的熱量校核提供基礎性幫助。平均性散熱系統(tǒng)的建設工作需要與冷卻系統(tǒng)建設的實際需求保持一致，可使用公式：Q=FS·KS·Δt對平均散熱量予以控制，結合散熱面積管理需要，對超過13.75m2的校核業(yè)務公式進行明確，為散熱量的優(yōu)化控制提供必要支持。要將Δt作為散熱控制的一項關鍵資源，還要將KS做為散熱參數(shù)加以調查，使冷卻系統(tǒng)能夠較為全面的適應汽油發(fā)動機使用需求提供幫助。

3冷卻系統(tǒng)匹配

3.1基于匹配參數(shù)的冷卻系統(tǒng)匹配

可以結合水套對于溫度控制的主體性作用，對冷卻系統(tǒng)的技術匹配要求加以建設，優(yōu)化增壓式汽油機裝置應用價值。匹配點的確定是維護冷卻系統(tǒng)的綜合性匹配價值的關鍵，要使用匹配參數(shù)賽選的方式選擇如上表所示的五項要素作為風扇及水套裝置的參數(shù)調查基礎。調查顯示，冷卻系統(tǒng)的風扇裝置轉速為2300r·min-1，小于nmax。2300r·min-1，表明與匹配點控制方位存在偏差。調查還顯示，風扇裝置功率為0.21kW，效率為40%。風扇轉速在3000r的情況下，功率為0.3kW，效率為25%。而超過5000r的情況下，功率為nmax。3500r·min-1，而這一階段的最小功率為0.2kW，可以判定其效率為30%，使之能夠與水套參數(shù)的具體管理訴求保持一致，以更好的明確冷卻系統(tǒng)的操作價值。

3.2冷卻系統(tǒng)技術調控對比分析

要結合節(jié)溫器對溫度的重要控制性影響，將節(jié)溫器定性為冷卻系統(tǒng)的關鍵性設備資源，為發(fā)動機更好的實現(xiàn)溫度調控創(chuàng)造有利條件。冷卻技術的操作要與噪聲控制格局相適應，按照噪聲處在較低狀態(tài)下的冷卻系統(tǒng)特點，對增壓汽油發(fā)動機的最低點效率予以控制，使冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化建設方案可以得到更高水平的明確。在風扇裝置進行匹配點效率分析的過程中，風扇裝置自身具備較強的消耗性能，其消耗功率的影響較為廣泛。因此，風扇裝置的轉速可以借此得到控制，并保證噪音可以得到較為有效的控制。風扇的轉速大于2300r·min-1的情況下，必須保證其額定功率NS為在0.21kW以上，將冷卻系統(tǒng)的效率調整在40%左右，以便風扇裝置的選型可以適應汽油發(fā)動機應用的要求。

4汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計

4.1散熱器結構設計

通過合理設計散熱器可促進散熱器散熱能力的提升，增大散熱面積，優(yōu)化散熱器芯部結構。

合理設計散熱器結構對冷卻系統(tǒng)大有裨益，不僅可大大縮減芯部厚度，另外還可促進散熱效率的提升，使資源消耗得到有效開展。

值得注意的是，散熱器芯部結構將影響到散熱效率，其結構包括：散熱帶片間距、冷卻管排列、散熱帶片的形貌，這些因素均會影響到散熱效果。適當增加冷卻水管數(shù)量有利于空氣的流暢，對散熱起到一定效果，提高汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的運行效率。

4.2對護風罩合理設計

護風罩作為汽車發(fā)動機的重要組成部分，又被稱為導風罩，通過合理設計護風罩可促進風扇的風量及風壓的提升，使氣流均勻流過散熱器，加劇了系統(tǒng)冷卻強度。

4.3應用可控式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)

經筆者研究，傳統(tǒng)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)成本低廉，結構簡單，基于這種情況下應采取可控式冷卻系統(tǒng)對傳統(tǒng)系統(tǒng)不足加以彌補，可控式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)是由執(zhí)行器、傳感器、電控模塊構成，依據(jù)發(fā)動機運行狀態(tài)對可控式冷卻系統(tǒng)加強控制，將發(fā)動機熱狀態(tài)傳給控制器。將可控式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)作用充分發(fā)揮出來，提高汽車的運行速度及效率，確保汽車發(fā)動機的正常的運行。

4.4合理調節(jié)溫度設定點

在汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)設計中應對溫度設定點加以合理，有效提高溫度設定點，降低了發(fā)動機散熱量與摩擦損失，使汽車發(fā)動機傳遞效果得以提升，改善了燃油的經濟性。與此同時還應降低溫度設定點，促進充氣效率的提高，延長部件的使用壽命，總的來說不論是降低溫度設定點還是提高溫度設定點都應可大大改善性能的效果，但在具體實施中應根據(jù)實際情況來選擇，降低汽車發(fā)動機系統(tǒng)的不良運行事件的發(fā)生，為人們的出現(xiàn)增添更多便利性。

4.5檢查點火正時

假如點火器超出規(guī)定值之內，則需要對系統(tǒng)相關零件進行檢查。在發(fā)動機發(fā)動之前，要把變速桿掛至“空擋”，并且拉近停車制動器）。在使用SUZUKI診斷儀進行診斷時，需要將點火開關關閉，并且將診斷儀SUZUKI與DLC連接在一起。在點火正時檢查時，應滿足汽車運行需求，提高系統(tǒng)運行效率。

結論

增壓汽油發(fā)動機裝置是冷卻系統(tǒng)領域較為常見的一類裝置，對這一裝置進行設計與匹配分析，可以為設計冷卻系統(tǒng)創(chuàng)造更好的散熱性能，使冷卻水可以更好的憑借自身的循環(huán)量優(yōu)勢適應發(fā)動機裝置的使用需求，并保證水套以及風扇得到快速冷卻。

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（作者單位：長城汽車股份有限公司河北省汽車工程技術研究中心）