龍俊華 安瑞兵

[摘要] 冷卻系統(tǒng)是汽車的重要系統(tǒng)，本文介紹了汽車?yán)鋮s系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能、冷卻系統(tǒng)主要參數(shù)確定、冷卻系統(tǒng)部件方案，以及冷卻系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：汽車;冷卻系統(tǒng);評(píng)價(jià)方法

前言

汽車?yán)鋮s系統(tǒng)是汽車的重要系統(tǒng)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃料燃燒約25%的熱量是由冷卻系統(tǒng)帶走。發(fā)動(dòng)機(jī)若過冷，則散熱損失增加，機(jī)油粘度較大，摩擦功率損失較大，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下降，零件磨損加劇。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)過冷，進(jìn)入氣缸的混合氣或空氣溫度低，混合氣霧化質(zhì)量下降，著火困難。發(fā)動(dòng)機(jī)若冷卻不足，進(jìn)入氣缸的空氣密度減小，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。爆燃的傾向加大，使零件因承受額外沖擊性負(fù)荷而造成早期損壞;運(yùn)動(dòng)件的正常間隙被破壞，運(yùn)動(dòng)阻滯，磨損加劇;潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦磨損;零件的機(jī)械性能降低，導(dǎo)致變形或損壞。因此發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要，能將發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最適宜的溫度工作。

1 ?冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

目前整車?yán)鋮s系統(tǒng)多為強(qiáng)制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，主要由水泵、節(jié)溫器、散熱器、冷卻風(fēng)扇總成、膨脹水箱、冷卻水管等組成。結(jié)構(gòu)見圖1所示，各部件功能見表1。

2 冷卻系統(tǒng)參數(shù)確定

冷卻系統(tǒng)匹配主要是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)主要構(gòu)件性能參數(shù)的確定，包括散熱器散熱量、、冷卻風(fēng)扇流量、水泵流量等。

2.1 ?散熱器散熱量

根據(jù)使用實(shí)踐，散熱器使用一年之后會(huì)出現(xiàn)局部微小的脫焊和積垢等現(xiàn)象，雖然不影響正常使用，但散熱能力可能要降低7%-10%，氣流分布不均也會(huì)引起散熱能力減少3%-4%左

右，因此，通常在計(jì)算散熱器最大散熱量QW時(shí)應(yīng)比Q水大10%-25%，即

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? 式（1）

Q水可以通過實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)選取，也可通過經(jīng)驗(yàn)公式估算

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? 式（2）

式中：

Ne——發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率（kw）;

Ge——發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況燃油消耗率（kg/kw·h）;

hα——燃料低熱值，對(duì)汽油機(jī)43100kJ/kg，柴油機(jī)41870kJ/kg;

η——傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百

分比，對(duì)汽油機(jī)為0.23～0.30，柴油機(jī)為0.18～0.25。

2.2 ?冷卻風(fēng)扇風(fēng)量

為降低散熱器的溫度，需要有一定風(fēng)量的空氣通過散熱器，此風(fēng)量由風(fēng)扇提供，一般說的風(fēng)量是發(fā)動(dòng)機(jī)極限工況點(diǎn)風(fēng)扇可以提供的最大空氣量，風(fēng)扇的風(fēng)量由散熱器的散熱量和需要的空氣溫升決定的，風(fēng)量一般通過下面式（3）計(jì)算：

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ?式（3）

式中：

△t——空氣進(jìn)入散熱器以前與通過散熱器以后的溫度差。通常在45～55℃

γa——空氣密度，取1.01kg/L，

Cp——空氣定壓比熱，取1.047W·h/（kg·℃），

2.3 ?水泵流量

水泵流量可以根據(jù)公式（4）進(jìn)行計(jì)算

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)式（4）

式中：

Δtw——冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)循環(huán)允許的溫升，一般在5～9℃;

Ρw——水的密度，可近似取1000kg/m3

Cw——水的比熱，可近似取4.187kJ/kg·℃

3 ?冷卻系統(tǒng)方案選擇

在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，應(yīng)首先進(jìn)行冷卻回路壓力方式確定，冷卻水溫控制方式選定，散熱器布置選定等。

3.1 ?冷卻回路壓力方式確定

冷卻系統(tǒng)按照冷卻水回路控制方式可以分為完全密閉式見圖3和簡易密閉式見圖4。完全密閉式壓力控制蓋在膨脹箱上，簡易密閉式壓力控制蓋在散熱器上，兩者的區(qū)別見表2。

3.2 ?冷卻水溫控制方式選定

發(fā)動(dòng)機(jī)水溫控制按節(jié)溫器的位置可以分為兩種：一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)入水口見圖5所示，另外一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)出水口見圖6所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)在出水口溫控制由于是直接檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，可以在水溫度較高時(shí)進(jìn)行控制，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦相對(duì)節(jié)溫器在發(fā)動(dòng)機(jī)入口水溫控制低。同時(shí)，由于是直接檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，節(jié)溫器開閉頻道高，水溫處于相對(duì)于波動(dòng)的狀態(tài)。

3.2 ?散熱器布置選定

根據(jù)具體的布置空間，散熱器有縱流水結(jié)構(gòu)見圖7所示、橫流水流結(jié)構(gòu)見圖8所示?？v流水結(jié)構(gòu)的散熱器強(qiáng)度及懸置的可靠性較好，散熱器水阻也較小;橫流水結(jié)構(gòu)散熱器適用車身較低，空間尺寸緊張的情況，橫流水結(jié)構(gòu)散熱器能充分地利用有限空間最大限度地增加散熱器的迎風(fēng)面積。

4 冷卻系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)

冷卻系統(tǒng)性能前期可通過仿真來判定是否達(dá)標(biāo)，目前主要通過一維仿真來實(shí)現(xiàn)。后期通過試驗(yàn)來評(píng)價(jià)性能是否達(dá)標(biāo)。

試驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法目前有兩種，一種是許用環(huán)境溫度評(píng)價(jià)法，這種方法是根據(jù)設(shè)定工況進(jìn)行整車?yán)鋮s系統(tǒng)試驗(yàn)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度，根據(jù)此溫度和冷卻液沸點(diǎn)計(jì)算車輛允許工作的環(huán)境溫度。另一種在環(huán)境倉根據(jù)車輛使用的環(huán)境溫度和工況進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度，機(jī)油溫度等測(cè)量點(diǎn)的溫度是否超過目標(biāo)判斷。

5 結(jié)論

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通過經(jīng)驗(yàn)公式確定冷卻系統(tǒng)的主要參數(shù);通過整車布置、成本、性能要求、維修便利性、使用壽命，對(duì)冷卻系統(tǒng)方案確定;最后通過仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法來判定性能是否達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] ? ? 劉鵬，劉志博.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)匹配淺析[J].重型汽車，2013

[2] ? ? 申建中，譚德高.輕型貨車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)匹配計(jì)算[J]，2003

[3] ? ? 聶曉龍.某車型冷卻系統(tǒng)的研究與分析[D].碩士論文.吉林大學(xué)，2012

作者簡介：龍俊華、廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院、碩士、工程師