汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析與研究

【摘要】汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)是汽車構(gòu)造中十分重要的組成部分，本文對汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性進(jìn)行深入的研究分析，具體介紹了汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)及工作原理。

【關(guān)鍵詞】汽車發(fā)動機(jī)；冷卻系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；穩(wěn)定性；研究

伴隨著汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不斷優(yōu)化，汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱密度也在迅速增加，設(shè)計(jì)人員在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，就必須充分考慮到重要區(qū)域的散熱問題。不然，即使是一個小小的故障，也很容易造成大面積范圍的破壞，大大降低了汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱能力，最終導(dǎo)致汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。因此，本文就以汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性為重點(diǎn)研究課題，總結(jié)出一些自身的看法與建議。

一、汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的概述

一般來說，人們比較希望汽車發(fā)動機(jī)冷卻時間不要過長，這是因?yàn)槠嚢l(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)在啟動過程中，會排放大量的污染物，需要消耗大量的油，嚴(yán)重破壞了周圍環(huán)境質(zhì)量，其次，汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是與其運(yùn)行時間有著很大的關(guān)聯(lián)，現(xiàn)代的汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)已經(jīng)徹底解決了上述中存在的問題，大大提高了汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效減少了油耗的過度排放，大大降低了環(huán)境污染程度，發(fā)動機(jī)的熱量系統(tǒng)將由總的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制管理，充分考慮到節(jié)能環(huán)保等方面的問題。

二、汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是對發(fā)動機(jī)起到了很好的保護(hù)效果，往往忽視了油耗排放以及燃料污染的問題。先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)采用系統(tǒng)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，統(tǒng)籌考慮每項(xiàng)影響因素，使冷卻系統(tǒng)既保證發(fā)動機(jī)正常工作，又提高發(fā)動機(jī)效率和減少排放，現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、構(gòu)造、應(yīng)用過程中，都都應(yīng)該著重注意這些問題，現(xiàn)代的汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是采用了大量先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式及設(shè)計(jì)方法，充分考慮了每一個特殊的因素，加強(qiáng)了汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其能夠保持在良好的運(yùn)行狀態(tài)，在高效率工作的同時，又可以降低油耗的排放，這種設(shè)計(jì)形式具有十分廣闊的發(fā)展前景。

2.1溫度設(shè)定點(diǎn)

汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于受到自身原因或其他因素的影響，使得發(fā)動機(jī)的使用性能無法充分的發(fā)揮，這并不是只改變其中一項(xiàng)條件就可以解決的。那么，想要保證發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行，提高其整體的使用性能，就必須對汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析和優(yōu)化，盡可能將冷卻液溫度保持在合理的范圍內(nèi)，另外，汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度的最高值是取決于周圍區(qū)域溫度狀況的變化，最好是使用金屬溫度的設(shè)定點(diǎn)，這樣可以有效的保護(hù)發(fā)動機(jī)不受到損壞。然而，因?yàn)槠嚢l(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)自身存在的獨(dú)特性，其冷卻溫度的高低是完全以散熱率為主的，那么，汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不佳的話，很容易使汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生較高的油耗。

2.2提高溫度設(shè)定點(diǎn)

提高工作溫度設(shè)定點(diǎn)是一種比較受歡迎的方法。提高溫度有許多優(yōu)點(diǎn)，它直接影響發(fā)動機(jī)損耗和冷卻系統(tǒng)的效果，以及發(fā)動機(jī)排放物的形成。提高工作溫度將提高發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度，降低發(fā)動機(jī)摩擦磨損，降低發(fā)動機(jī)燃油消耗。研究表明，發(fā)動機(jī)工作溫度對摩擦損失有很大影響。將冷卻液排出溫度提高到150℃，使氣缸溫度升高到195℃，油耗則下降4%-6%。將冷卻液溫度保持在90℃--115℃圍內(nèi)，使發(fā)動機(jī)機(jī)油的最高溫度為140℃，則油耗在部分負(fù)荷時下降10%，提高工作溫度也明顯影響冷卻系統(tǒng)的性能。提高冷卻液或金屬溫度會改善發(fā)動機(jī)和散熱氣熱傳遞的效果，降低冷卻液的流速，減小水泵的額定功率，從而降低發(fā)動機(jī)的功率消耗。此外，可采用不同的傳熱方式，進(jìn)一步減小冷卻液的流速。

2.3降低溫度設(shè)定點(diǎn)

降低冷卻系統(tǒng)的工作溫度可提高發(fā)動機(jī)充氣效率，降低進(jìn)氣溫度。這對燃燒過程、燃油效率及排放有利。降低溫度設(shè)定點(diǎn)可以節(jié)省發(fā)動機(jī)運(yùn)行成本，提高部件使用壽命。研究表明，若氣缸蓋溫度降低到50℃，點(diǎn)火提前角可提前3°而不發(fā)生爆震，充氣效率提高2%，發(fā)動機(jī)工作特性改善，有助于優(yōu)化壓縮比和參數(shù)選擇，取得更好的燃油效率和排放性能。

2.4精確冷卻系統(tǒng)

精確冷卻系統(tǒng)主要體現(xiàn)在冷卻水套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與冷卻液流速的設(shè)計(jì)，在精確冷卻系統(tǒng)中，熱關(guān)鍵區(qū)，如排氣門周圍，冷卻液有較大的流速，熱傳遞效率高，冷卻液的溫度梯度變化小。這樣的效果來自縮小這些地方冷卻液通道的橫截面，提高流速，減少流量，精確冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于確定冷卻水套的尺寸，選擇匹配的冷卻水泵，保證系統(tǒng)的散熱能力能夠滿足低速大負(fù)荷時關(guān)鍵區(qū)域工作溫度的需求，發(fā)動機(jī)冷卻液流速的變化范圍相當(dāng)大，從怠速時1ms-1到最大功率時5ms-1。因此應(yīng)將冷卻水套和冷卻系統(tǒng)整體考慮，相互補(bǔ)充，發(fā)揮最大潛力，研究表明，采用精確冷卻系統(tǒng)，可在發(fā)動機(jī)整個工作轉(zhuǎn)速范圍，冷卻液流量下降40%。對氣缸蓋上冷卻水套的精確設(shè)計(jì)，可使普通冷卻道的流速從1. 4ms-1提高到4ms-1，大大提高氣缸蓋傳熱性，將氣缸蓋的金屬溫度降低到60℃。

2.5分流式冷卻系統(tǒng)

分流式冷卻系統(tǒng)為另外一種冷卻系統(tǒng)。在這種冷卻系統(tǒng)中，氣缸蓋和氣缸體由各自的液流回路冷卻，氣缸蓋和氣缸體具有不同的溫度。分流式冷卻系統(tǒng)具備特有的優(yōu)勢，可使發(fā)動機(jī)各部分在最優(yōu)的溫度設(shè)定點(diǎn)工作，冷卻系統(tǒng)的整體效率達(dá)到最大。每個冷卻回路將在不同冷卻溫度設(shè)定點(diǎn)或流速下工作，創(chuàng)造理想的發(fā)動機(jī)溫度分布，理想的發(fā)動機(jī)熱工作狀態(tài)是氣缸蓋溫度較低而氣缸體溫度相對較高。氣缸蓋溫度較低可提高充氣效率，增大進(jìn)氣量。

三、結(jié)束語

綜上所述，可以得知，汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對于發(fā)動機(jī)整體的使用性能有著至關(guān)重要的作用，更是汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定性的有力保障。因此，相關(guān)人員必須高度重視汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性問題，進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的保護(hù)能力，減少油耗的過度排放，加強(qiáng)對汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其充分發(fā)揮自身的重要性能，從而確保汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為人們帶來更多的便利。

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