冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善的熱平衡試驗探討

摘要：卡車在運輸?shù)倪^程中所處的環(huán)境各類各樣，尤其是碰到惡劣環(huán)境卡車運行冷卻系統(tǒng)的工作性能也會受到一定的影響。為使卡車在不同環(huán)境中能正常運行，文章對卡車冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善的熱平衡試驗進行探討，通過對其中存在的問題進行研究，然后采取恰當?shù)母纳拼胧┻M一步完善我國各類卡車冷卻系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：冷卻系統(tǒng)；設(shè)計改善；熱平衡試驗；卡車；交通運輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：U464 文章編號：1009-2374（2017）08-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.025

1 概述

車輛的冷卻系統(tǒng)是一項非常重要的功能系統(tǒng)，它主要是把車輛發(fā)動機和傳動裝置運行所產(chǎn)生的熱及時地疏散到外面的環(huán)境中去，通過散熱的方式保持發(fā)動機和傳動裝置工作的可靠性和熱穩(wěn)定性，保持發(fā)動機和傳動裝置既不過熱也不過冷的狀態(tài)。近幾年，隨著我國重型卡車數(shù)量的不斷增加，卡車發(fā)動機和傳動裝置的工作性能也隨著工作環(huán)境的變化受到了一些影響，而且卡車運行過程中如果冷卻系統(tǒng)的工作性能不足容易造成發(fā)動機水溫偏高的問題，而發(fā)動機水溫偏高就會嚴重影響發(fā)動機的正常工作，但是介于卡車長期在路上行駛，發(fā)動機一旦出現(xiàn)問題會給卡車的運行帶來嚴重的危害，甚至可能會造成交通事故，所以加強卡車冷卻系統(tǒng)的改善、提高發(fā)動機和傳動裝置的散熱效率對于提高卡車發(fā)動機的運行性能和安全性有著非常重要的意義。

2 冷卻系統(tǒng)工作環(huán)境以及熱平衡試驗研究

2.1 冷卻系統(tǒng)的工作環(huán)境分析

目前，我國的柴油機車的冷卻系統(tǒng)的運行基本環(huán)境如圖1所示。根據(jù)圖1可以知道，發(fā)動機運行過程中產(chǎn)生的熱量需要利用冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)冷卻水將熱量送至熱器總成，然后再與外界的大氣進行熱量交換，依照此原理循環(huán)往復(fù)來保持發(fā)動機和傳動裝置的熱量平衡。

2.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善的熱平衡影響因素分析

現(xiàn)在有許多卡車冷卻系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)難以滿足各類不同環(huán)境及惡劣工況下發(fā)動機的正常運行，尤其是那些使用得比較久的卡車，發(fā)動機的工作性能更是難以滿足現(xiàn)在卡車運行的正常運行，所以為了更好地提高發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的工作效率，需對冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善的熱平衡影響因素進行分析。

2.2.1 散熱器芯子與發(fā)動機冷卻風(fēng)扇距離設(shè)計的影響。散熱器芯子與發(fā)動機冷卻風(fēng)扇之間的距離設(shè)計對于冷卻系統(tǒng)的散熱有很大的影響。具體設(shè)計距離對冷卻系統(tǒng)的散熱影響見圖2。由圖2可以清楚的知道，散熱器芯子與發(fā)動機冷卻風(fēng)扇之間的距離在40～150mm之間時，隨著散熱器芯子與冷卻散熱風(fēng)扇之間距離的加大，散熱器芯子的風(fēng)速也就越來越大，散熱效果也明顯有所提高，所以在冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善的熱平衡研究中應(yīng)該注意散熱器芯子與發(fā)動機冷卻風(fēng)扇距離的設(shè)計，并結(jié)合相關(guān)卡車發(fā)動機的運行要求合理地設(shè)計它們之間的距離，保障卡車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)運行性能。

2.2.2 冷卻風(fēng)扇與護風(fēng)罩配合好壞對冷卻系統(tǒng)的影響。冷卻風(fēng)扇與護風(fēng)罩配合的好壞與冷卻系統(tǒng)的工作性能有很大的關(guān)聯(lián)。在安裝結(jié)構(gòu)上，護風(fēng)罩是固定在散熱器上面的，并且它是隨著卡車的行駛使風(fēng)扇與護風(fēng)罩之間存在相對的上下振動來完成工作，如果它們配合不好的話，它們之間的相對振動的效果就會受到影響，那么冷卻系統(tǒng)中的熱量交換工作也會受到影響，所以為了提高冷卻系統(tǒng)的散熱效率而對冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善的時候應(yīng)該注意冷卻風(fēng)扇與護風(fēng)罩的配合。

2.2.3 防熱風(fēng)回流裝置的影響。防熱風(fēng)回流裝置的主要作用就是阻止發(fā)動機倉已經(jīng)進行過熱交換的熱風(fēng)回流到散熱器前再次參與熱交換，這樣不但降低了發(fā)動機熱交換的效率，更是降低了發(fā)動機熱交換的效果，還可能導(dǎo)致發(fā)動機長時間運行溫度快速升高而損壞發(fā)動機，這樣時間長了，發(fā)動機倉內(nèi)可能會由于溫度過高而加速發(fā)動機倉內(nèi)零件尤其是橡膠類零件的老化，導(dǎo)致車輛出現(xiàn)故障，影響運行，更甚者可能產(chǎn)生火災(zāi)。如果在卡車運行中發(fā)生此類事件無論是對車輛還是對人員都是一種非常大的傷害，所以對于防熱風(fēng)回流裝置的影響一定要引起重視，并做好完善的改進設(shè)計方案。

2.2.4 散熱器材料以及結(jié)構(gòu)對冷卻系統(tǒng)的影響。冷卻系統(tǒng)中一些零部件的材質(zhì)對冷卻系統(tǒng)的散熱影響也很大，比如散熱器總成的材質(zhì)之前多是銅制的，但是隨著銅材料價格的上漲，它逐漸被鋁代替，而且鋁制的散熱器出現(xiàn)裂縫，補修的時候不需要焊錫，它的焊接材料選擇同類的鋁制材料即可，鋁的耐熱強度也比較高，除此之外，鋁制散熱器的重量也要比銅制的輕很多，價格也比銅低，散熱效果也要比銅好，所以在近幾年的不斷改善過程中已經(jīng)有很多的散熱器的材料已經(jīng)換成了鋁

制的。

3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善熱平衡中的措施

3.1 安裝防熱風(fēng)回流擋板

雖然在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中有防熱風(fēng)回流裝置，但是在實際的操作運行中，還是會有一小部分已經(jīng)經(jīng)過熱交換的熱氣參加二次熱交換，為了防止此類現(xiàn)象的發(fā)生可以安裝防熱風(fēng)回流擋板，以減小散熱器與機罩之間間隙。安裝防熱風(fēng)回流擋板后經(jīng)過實踐可以明顯地看出散熱器四周熱風(fēng)回流量由原來的16.8%降到了4.9%，所以在解決熱風(fēng)回流問題時加裝防熱風(fēng)回流擋板是比較有

效的。

3.2 對散熱器組的結(jié)構(gòu)進行改進

為了提升散熱器冷卻的能力，可以對散熱器的結(jié)構(gòu)進行改進。而增加散熱器的散熱面積雖然能夠提高散熱的效率，但是增加面積就意味著改變散熱器的尺寸，進而卡車的外形以及體積也會隨著改變，這樣就會增加卡車冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善的成本，所以一般在對散熱器組的結(jié)構(gòu)改進時不會選擇改變它的散熱面積，而是在散熱器尺寸不變的情況下降低冷卻系統(tǒng)風(fēng)阻，提升排風(fēng)量，所以可將冷卻系統(tǒng)中的中冷器、水散熱器采取并聯(lián)方式布置，這樣不但提高了冷卻系統(tǒng)的工作性能，還便于日后的維護和清洗。

3.3 加大風(fēng)扇與發(fā)動機之間的距離

風(fēng)扇與發(fā)動機之間的距離設(shè)計對于冷卻系統(tǒng)有很大的影響，前面已經(jīng)分析了在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，距離越大，散熱效果越好，所以可以在條件允許的情況下適當?shù)募哟箫L(fēng)扇與發(fā)動機之間的距離，以提高散熱器組的風(fēng)量，增加散熱能力。

3.4 改進風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)

改變風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)可以提高風(fēng)量，進而提高冷卻系統(tǒng)熱交換的效率。改變風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)可以通過增加風(fēng)扇的葉片數(shù)量來提高風(fēng)量，還可以改變風(fēng)扇葉片的材質(zhì)，比如可以將鐵制風(fēng)扇變?yōu)樗芰系?，這樣可以降低風(fēng)扇的質(zhì)量，通過提高風(fēng)速來增加風(fēng)量，不僅如此，在輕質(zhì)的風(fēng)扇運行的過程中也減少了功能的損耗。

3.5 加強冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善試驗研究

為了更好地完成卡車冷卻系統(tǒng)設(shè)計改善中的熱量處理工作，僅僅改變冷卻系統(tǒng)中的一些散熱裝置是完全不夠的，相關(guān)的工作人員應(yīng)該結(jié)合冷卻系統(tǒng)中相關(guān)裝置改進研究出更好的技術(shù)，對改進的冷卻系統(tǒng)加強試驗測試，通過試驗測試尋找更合理的改進技術(shù)和操作方法。

4 結(jié)語

綜上所述，冷卻系統(tǒng)工作性能的好壞對于車輛使用壽命以及運行有很大的影響，尤其是對于卡車這類重型車輛來說發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的工作性能是非常重要的，因為有很多卡車經(jīng)常行駛在路途中，而且多數(shù)都是長途運輸，發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)的工作性能存在問題必然會影響卡車的正常運行。為了提高卡車發(fā)動機運行的可靠性，許多車輛技術(shù)人員都在對冷卻系統(tǒng)的設(shè)計改善的熱平衡試驗進行研究，以提高發(fā)動機和傳動裝置的散熱效率，有效地提高發(fā)動機的使用壽命和運行的安全性，防止發(fā)動機在運行過程中由于過熱或者過冷而造成故障的

發(fā)生。

參考文獻

[1] 劉鴻志，尚曉虎，王景新.有限空間下重卡工程車冷

卻系統(tǒng)性能提升探討[J].汽車實用技術(shù)，2015，（3）.

[2] 俞小莉，李婷.發(fā)動機熱平衡仿真研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨

勢[J].車用發(fā)動機，2005，（5）.

[3] 葉茂盛.通過熱平衡試驗探討冷卻系統(tǒng)的設(shè)計改善[J].

合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，（S1）.

作者簡介：方貴盛（1983-），男，廣西南寧人，供職于東風(fēng)柳州汽車有限公司，研究方向：發(fā)動機系統(tǒng)匹配開發(fā)應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：蔣建華）