現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)

鄭斯?jié)伞堨o

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的靈魂，決定了汽車的性能好壞。發(fā)動(dòng)機(jī)在快速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很多熱量，如果這些熱量沒有散失，會(huì)嚴(yán)重影響汽車零部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而影響汽車的正常使用。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)伴隨著汽車的發(fā)展而有了很大的改善。文章簡(jiǎn)單介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹了這一領(lǐng)域的幾個(gè)發(fā)展方向，使得汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)更加優(yōu)化、完善，發(fā)動(dòng)機(jī)性能得到顯著的提升。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)；發(fā)展方向；提升

前言

隨著汽車輕量化技術(shù)等發(fā)展，現(xiàn)代汽車領(lǐng)域?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)理念趨向于緊湊、單位面積功率大等方向。這樣的設(shè)計(jì)就導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度越來(lái)越高，發(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)候產(chǎn)生的熱流密度也就非常大。這個(gè)產(chǎn)生的熱流也是妨礙發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步提高效率，改進(jìn)性能一大因素。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)就是為了解決發(fā)動(dòng)機(jī)高速工作時(shí)熱流的冷卻和熱平衡。除此之外，冷卻系統(tǒng)還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放有影響，越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)冷卻系統(tǒng)也提出了更高的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車領(lǐng)域里關(guān)鍵的技術(shù)，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性都有很大的幫助。因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究也就具有了更加重要的意義了。

1 現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的變現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響越開越重要，所以冷卻系統(tǒng)的不斷完善成為了行業(yè)的趨勢(shì)。目前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究主要包括：（1）外冷卻研究，它主要包括系統(tǒng)各部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、各缸的水流分布、冷卻熱散系統(tǒng)的合理匹配。它的目的是提高冷卻系統(tǒng)的冷卻效率。（2）內(nèi)冷卻研究，它主要涉及的是零部件的可靠性和熱負(fù)荷性能，再加上固液耦合問(wèn)題。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

結(jié)合現(xiàn)在汽車所面臨的問(wèn)題及現(xiàn)代科技的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)考慮的是冷卻零部件的冷卻散熱情況，并沒有全面考慮發(fā)動(dòng)機(jī)整體的熱處理。發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)則是從發(fā)動(dòng)機(jī)甚至整車的熱處理去研究?，F(xiàn)在很多研究人員開始把發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)整合到熱管理中，對(duì)整車的熱冷卻進(jìn)行研究，研究該系統(tǒng)對(duì)整體性能的影響，這樣可以更大限度的發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，大幅提高整車的性能。發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)通過(guò)提高能源利用率，降低排放，從而增加汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，提高了汽車的環(huán)境適應(yīng)能力，增加車輛的可靠性，同時(shí)也大大降低了汽車的維護(hù)費(fèi)用。熱管理技術(shù)具體內(nèi)容包括：使用性能更好的熱傳遞介質(zhì)來(lái)增加換熱量；使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)芯片來(lái)控制整車的熱管理系統(tǒng)，更加智能化、準(zhǔn)確化；采用核態(tài)沸騰熱傳相結(jié)合的冷卻機(jī)制；用高導(dǎo)熱材料來(lái)做換熱器；科學(xué)合理的優(yōu)化散熱器的設(shè)計(jì)；提高預(yù)熱存儲(chǔ)系統(tǒng)性能，增加廢熱的循環(huán)利用。美國(guó)把發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)列為21世紀(jì)商用車計(jì)劃的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.2 冷卻系統(tǒng)的智能化和可控化

智能化是目前各個(gè)領(lǐng)域都在追求的目標(biāo)，汽車領(lǐng)域作為工業(yè)的重要組成部分，自然對(duì)智能化有更高的追求。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)雖然有了幾十年發(fā)展，但是傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)還是屬于被動(dòng)式工作，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱狀態(tài)控制有限，也大大限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。不過(guò)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)科技的快速發(fā)展，電控零部件技術(shù)也更加成熟，把這些先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，那么就可以智能化、自動(dòng)化的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)甚至整車的熱處理進(jìn)行控制。

冷卻風(fēng)扇和冷卻水泵是最傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，目前還被廣泛使用。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了冷卻系統(tǒng)冷卻介紹的流量，雖然在一定程度上起到了散熱作用，但是它并沒有按照發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際的需要進(jìn)行工作，所以它的工作存在很大的不合理性。這樣的工作狀態(tài)，也會(huì)大大傷害零部件，降低使用周期。如果采用計(jì)算機(jī)控制冷卻水泵和風(fēng)扇等部件的運(yùn)行，通過(guò)傳感器把發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際需要量傳輸給計(jì)算機(jī)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行任務(wù)分配，這樣就可以提供合理的冷卻流量，降低能耗、提升性能，這樣就實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的智能化和可控化。

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻介質(zhì)流動(dòng)的合理組織

2.3.1 水腔內(nèi)冷卻水流動(dòng)的組織

水腔內(nèi)冷卻水流動(dòng)的組織是影響閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)的性能最主要最直接的因素。為了提高性能，研究人員開始優(yōu)化冷卻水套結(jié)構(gòu)，合理安排流場(chǎng)分布，適當(dāng)?shù)睦鋮s水流量和壓力等。

1992年，“精確冷卻”的概念被CloughM.J提出來(lái)。從名字我們就可以理解，他就是要用最少的冷卻來(lái)獲得最合理的熱分配。這種冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵在于冷卻水套的尺寸和相應(yīng)的冷卻水泵，得滿足發(fā)動(dòng)機(jī)低速高負(fù)荷工作時(shí)熱處理。CouetouseH.等人提出分流式冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即氣缸蓋和氣缸體有不同的冷卻回路，使得氣缸蓋和氣缸體具有不同的溫度。理想的情況是汽缸蓋溫度低，有利于進(jìn)氣和排放，缸體的溫度高，這樣減少摩擦損失，增加能源利用率。

通過(guò)分析精確冷卻系統(tǒng)和分流冷卻系統(tǒng)，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。兩者相結(jié)合，能得到更好的使用效果，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能也能有更大的提升。

2.3.2 空氣側(cè)冷卻空氣流動(dòng)的組織

冷卻水從發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體帶走的熱量主要通過(guò)散熱器排入大氣中，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)還需要利用冷卻空氣對(duì)增壓空氣進(jìn)行中冷，因此，車輛迎風(fēng)空氣側(cè)冷卻空氣流動(dòng)的組織在很大程度上制約著冷卻水冷卻效果，同時(shí)也影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。

由于空氣側(cè)部件空間安裝分布對(duì)空氣流動(dòng)和溫度分布影響顯著，故關(guān)于空氣側(cè)部件空間布置的研究也較多，風(fēng)扇是研究的焦點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)的中冷器-散熱器-風(fēng)扇布置順序的冷卻模塊（CRFM），Delphi汽車公司提出了新的中冷器-風(fēng)扇-散熱器布置順序的冷卻模塊（CFRM）概念，即將風(fēng)扇置于中冷器和散熱器之間。在相同的運(yùn)行條件下，CFRM能顯著改善空氣側(cè)的溫度分布，CFRM的空氣流量較CRFM高16%。

總之，只有對(duì)冷卻系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入地研究，多方面尋求提高冷卻性能的有效途徑，合理利用和發(fā)揮各個(gè)方法的潛在優(yōu)勢(shì)，才能實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的高效化和低耗化，進(jìn)而從整體上提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。