陸方偉

【摘 要】結(jié)合實(shí)際，對現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行研究，首先闡述現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容，其次詳細(xì)論述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度設(shè)定點(diǎn)要點(diǎn)，最后探討了現(xiàn)代冷卻系統(tǒng)發(fā)展方向，希望研究能給該領(lǐng)域的研究人員提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代汽車；發(fā)動(dòng)機(jī)；冷卻系統(tǒng)；發(fā)展特點(diǎn)

0前言

汽車的某些部分散熱問題是非常關(guān)鍵的，比如排氣門等部分，即使冷卻裝置出現(xiàn)任何微小的問題也會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的問題，甚至引發(fā)巨大的安全事故。因此發(fā)動(dòng)機(jī)散熱與運(yùn)行功率成正比的關(guān)系，所以冷卻系統(tǒng)必須要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最大功率要求，這樣才能滿足在最大功率的運(yùn)行之下其散熱性能符合要求。但是這樣的情況下也會(huì)存在一定的弊端，那就是行駛過程中出現(xiàn)功率損失的問題。從實(shí)際情況來分析，冷卻液在工作中實(shí)際流量會(huì)超出散熱所需要的流量。此外，結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)越的冷卻系統(tǒng)可以大大降低汽車的冷啟動(dòng)時(shí)間。在冷啟動(dòng)之下，汽車的油耗會(huì)大幅提升，所排放的污染物也會(huì)持續(xù)的增加。由此可見，冷卻系統(tǒng)給汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行的穩(wěn)定性以及使用壽命都產(chǎn)生了比較直接的影響。

1 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)只是單純的通過發(fā)動(dòng)機(jī)來進(jìn)行冷卻，并且能夠充分的保證發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常工作范圍內(nèi)。現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用，具備更強(qiáng)的燃料經(jīng)濟(jì)性與污染排放性降低的要求。從這個(gè)角度出發(fā)，當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制作的過程中應(yīng)該從以下幾點(diǎn)出發(fā)：發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵功率；燃燒邊界，比如沖量密度、充量溫度等，這些方面主要與冷卻液溫度的設(shè)定存在直接的關(guān)系。

2 溫度設(shè)定點(diǎn)

傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)中的冷卻溫度主要是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率的基礎(chǔ)上來進(jìn)行設(shè)置的，以保證其冷卻與散熱的效果。但是這種情況下會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)在非滿負(fù)荷的運(yùn)行之下油耗的上升與廢氣排放量的增加，經(jīng)濟(jì)效益比較差，環(huán)境污染也比較嚴(yán)重?，F(xiàn)代化發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液調(diào)整溫度可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)與冷卻系統(tǒng)在部分負(fù)荷之下的性能。因?yàn)榭梢猿浞值谋ＷC冷卻系統(tǒng)的冷卻更加的及時(shí)、準(zhǔn)確，冷卻系統(tǒng)需要按照金屬溫度來進(jìn)行必要的調(diào)整。而發(fā)動(dòng)機(jī)的工作問題最大程度上又與排氣門周邊問題存在直接的聯(lián)系，這就能夠依據(jù)其周邊區(qū)域溫度限值來確定冷卻液或者金屬溫度的設(shè)定點(diǎn)。升高或者降低溫度會(huì)產(chǎn)生不同的影響，無論哪種方式都要按照設(shè)計(jì)要求來確定。

2.1 提高溫度設(shè)定點(diǎn)

提升工作溫度是目前比較常見的一種方法，其可以直接降低發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗與廢氣的排放，最終可以促進(jìn)冷卻效果的提升。提高工作溫度還可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)油溫的提升，有效的避免發(fā)動(dòng)機(jī)磨損嚴(yán)重與油耗增加問題的出現(xiàn)。經(jīng)過大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，冷卻液排出溫度提升到150℃，氣缸溫度就會(huì)上升到195℃，此時(shí)油耗下降4%-6%。如果冷卻液溫度在90-115℃之間，此時(shí)最高溫度差為140℃，非滿負(fù)荷時(shí)可以實(shí)現(xiàn)油耗降低10%。同時(shí)，采用提升工作溫度的方式也能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻系統(tǒng)工作效率的提高。提升冷卻液與金屬溫度可以更好的幫助發(fā)動(dòng)機(jī)有效的散熱，還能夠降低冷卻液的流動(dòng)速度，最終達(dá)到降低功耗的效果。

2.2 降低溫度設(shè)定點(diǎn)

降低冷卻系統(tǒng)溫度可以實(shí)現(xiàn)提升發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣性能，并且還能夠降低進(jìn)氣溫度，從而可以消除燃燒過量、廢氣產(chǎn)生等影響。降低溫度可以全面的降低發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗，使用壽命可以延長。經(jīng)過試驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，氣缸溫度如果降低到50℃，能夠確保在不發(fā)生爆震的前提下點(diǎn)火提前3℃A，充氣效率提高2%，燃油效率提升，尾氣污染降低。

3 現(xiàn)代冷卻系統(tǒng)發(fā)展方向

3.1 精確冷卻系統(tǒng)

精確冷卻的特性主要是體現(xiàn)在冷卻水套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與冷卻液的流速設(shè)定方面，針對于不同部分的設(shè)計(jì)可以確定不同冷卻也的流速，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)冷卻效果的提升。通常情況下，減少冷卻液的通道與橫截面，可以有效的提升流速。冷卻水套與水泵的規(guī)格型號的確定是精確冷卻設(shè)計(jì)的工作，從而可以保證在低速高負(fù)荷運(yùn)行之下溫度處于最佳范圍內(nèi)。按照發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷的不同，冷卻液流速可以確定在每秒1米與每秒5米之間，變化范圍比較大。因此，在選擇水套與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該從全局的角度出發(fā)，使得其能夠發(fā)揮出更大的功能。經(jīng)過大量的試驗(yàn)總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，精確冷卻系統(tǒng)能夠發(fā)動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)其冷卻液流量下降40%。氣缸蓋冷卻系統(tǒng)的精確設(shè)計(jì)，能夠使得普通冷卻通道流速提升186%，氣缸蓋傳熱效果大大提升，其溫度會(huì)下降到60℃。

3.2 分流式冷卻系統(tǒng)

分流式冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，氣缸蓋與氣缸體各自都有獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)回路，該兩部分的工作溫度并不會(huì)產(chǎn)生直接的影響，所以整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的部位都會(huì)在最佳的工作溫度之下進(jìn)行工作，此時(shí)的冷卻系統(tǒng)效率也最高。各個(gè)冷卻系統(tǒng)的回路都是單獨(dú)工作的，發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度也處于最為合理的范圍內(nèi)。理想的發(fā)動(dòng)機(jī)熱工作狀態(tài)是氣缸溫度比較低而氣缸內(nèi)部的液體溫度比較高。氣缸蓋溫度的提升能夠大大提升系統(tǒng)的充氣效率，進(jìn)氣量也會(huì)有所增加，可以使得燃燒效率更高，輸出功率也會(huì)有所提升，并且能夠降低污染物的排放量。氣缸溫度比較高的情況下會(huì)使得潤滑效果更高，燃燒工作效率也會(huì)更高，此時(shí)的內(nèi)部溫度與壓力的極限值也會(huì)有所下降。經(jīng)過大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，分流式冷卻缸蓋與缸體溫度之間可以達(dá)到相差100℃。氣缸溫度下降150℃，缸蓋溫度就能夠降低50℃，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的油耗會(huì)下降4%-6%，如果是在非滿載負(fù)荷的工作狀況下，排放物可以降低20%-35%。

3.3 可控式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)是根據(jù)其滿載的工作條件之下進(jìn)行設(shè)計(jì)確定的。這種情況，非滿載負(fù)荷的工作條件之下會(huì)直接超出實(shí)際工作的需要，從而導(dǎo)致了系統(tǒng)功率的浪費(fèi)問題存在。針對于主要行駛區(qū)域?yàn)槭袇^(qū)道路的車輛來說，這種情況比較普遍存在。市區(qū)道路的車輛絕大多數(shù)都是非滿載負(fù)荷條件下運(yùn)行，冷卻系統(tǒng)會(huì)長期處于高損耗的條件下，并且會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)嚴(yán)重的問題存在。此外，對于特殊條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱也會(huì)直接超出規(guī)定的峰值，為了能夠滿足散熱工作的需要，傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的體積會(huì)變得更大，從而導(dǎo)致了冷卻效率的下降，冷卻系統(tǒng)的功率需求也會(huì)大大提升，發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間就會(huì)比較長?？煽厥桨l(fā)動(dòng)機(jī)的使用可以有效的解決上述存在的問題，其主要的組成結(jié)構(gòu)部分就是傳感器、執(zhí)行器與電控模塊等部分。傳感器的主要作用就是感受系統(tǒng)的溫度，并且將其信號傳輸?shù)嚼鋮s系統(tǒng)，可以節(jié)約燃油2%-5%，并且可以降低一氧化碳排放約20%。該種形式的冷卻系統(tǒng)反應(yīng)能力比較快，可以冷卻的范圍通常在±2℃以內(nèi)，并且能夠縮短暖機(jī)時(shí)間，可以讓冷卻系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)之下，延長整個(gè)設(shè)備的使用壽命。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的水平得到了很大的提升，具備較高的冷卻工作效率，對于降低能源消耗、廢氣的排放有著非常明顯的優(yōu)勢，同時(shí)也具備較強(qiáng)的可控性，可以更好的保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，進(jìn)而可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻處于最為安全的工作狀態(tài)之下。發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)不同的工作要求來確定合適的能效范圍，在充分滿足整體的使用性能基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的降低、排放的降低，大大提升資源利用率。從設(shè)計(jì)與應(yīng)用的效果來分析，分流式冷卻與精密冷卻在功能上可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，并且可以使得其應(yīng)用的效果更加的明顯。這種結(jié)構(gòu)的散熱部件，在工作中可以保證系統(tǒng)溫度不會(huì)出現(xiàn)變化幅度過大的情況，具備較高的經(jīng)濟(jì)性，且會(huì)降低污染物的排放，發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命也能夠有效的延長。

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（作者單位：東風(fēng)柳州汽車有限公司）