商用車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

黃云羽

摘要：本文立足于商用車的冷卻系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布置和零部件的選取問(wèn)題進(jìn)行分析探討，矢志為商用車?yán)鋮s系統(tǒng)的裝置選擇和使用提出有效的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：商用車；冷卻系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；分析

0引言

當(dāng)前，根據(jù)各類研究成果，均可發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)是造成汽車故障的重要原因之一，在各項(xiàng)導(dǎo)致汽車出現(xiàn)故障的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)故障占50%，在發(fā)動(dòng)機(jī)故障的原因中，有一半左右都來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)。所以，可以看出，冷卻系統(tǒng)的好壞與汽車最終性能之間有著密不可分的關(guān)系。冷卻系統(tǒng)可以有效保障發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷或負(fù)荷過(guò)低的條件下，都可以使用，從而給汽車使用提供正?？煽康目赡?。當(dāng)前情況下，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力不斷增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也隨之產(chǎn)生較大提高，對(duì)機(jī)械負(fù)荷的載重能力也不斷提高。所以，冷卻系統(tǒng)將面臨更高的技術(shù)要求。

1冷卻系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)理念

①整車?yán)鋮s系統(tǒng)主要分成兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，一方面是空氣流通系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)，第二方面是冷卻液循環(huán)裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這二者的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要在于，既要提高空氣流通系統(tǒng)的質(zhì)量和效率，又要對(duì)冷卻系統(tǒng)的除氣能力進(jìn)行保護(hù)。

②將發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的冷卻系統(tǒng)參數(shù)作為計(jì)劃內(nèi)輸入數(shù)值，根據(jù)所匹配的數(shù)值對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器總成進(jìn)行匹配，從而保障發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器的位置是一定的。降低發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)冷或過(guò)熱的現(xiàn)象。

③和當(dāng)?shù)氐陌l(fā)動(dòng)機(jī)廠進(jìn)行溝通，確定熱平衡測(cè)試及評(píng)價(jià)。

④發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)必須符合相關(guān)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)。

2冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

2.1不斷提高進(jìn)風(fēng)系數(shù)

當(dāng)前，前置發(fā)動(dòng)機(jī)的駕駛室和冷卻系統(tǒng)部分的空氣流動(dòng)情況都如下圖所示：

首先是阻擋，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口或排風(fēng)口，如果流通的截面太小，將導(dǎo)致系統(tǒng)面臨較大阻力。

其次是回流，發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生變壓差，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)氣流從高壓處回流到低壓部分，從而在風(fēng)扇內(nèi)部就形成一個(gè)回流區(qū)。

還有一點(diǎn)，即風(fēng)扇和散熱器的位置匹配關(guān)系。所以，為了提升進(jìn)風(fēng)系數(shù)，需要從下面列舉的角度進(jìn)行分析研究：

①首先，需要對(duì)散熱器的芯部正面面積進(jìn)行加大加寬，加大橫截面，從而有效迎接風(fēng)速，提升進(jìn)風(fēng)量。。

②需要不斷加強(qiáng)散熱器和駕駛室結(jié)合部位的密閉裝置系統(tǒng)，減少護(hù)風(fēng)圈裝置透風(fēng)的隱患，降低熱風(fēng)回流的風(fēng)險(xiǎn)。

③根據(jù)風(fēng)扇的位置和散熱器芯部中心的位置，確定散熱器芯部被風(fēng)扇葉片掃過(guò)的面積，保證面積始終處于最大值。

④從軸向空間看，在風(fēng)扇的前端面需要裝置散熱器，散熱器和前端距離不能超過(guò)120米，后端面和前端面的距離最小不低于100毫米。

2.2保障冷卻液循環(huán)具備除氣功能

除氣功能主要由兩方面構(gòu)成，首先是加注過(guò)程，這考驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)排除內(nèi)部殘留空氣的能力。其次是在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)需要把水路中的氣體一并排出，澳門，而保障實(shí)際除氣的能力。所以，為了進(jìn)一步提升除氣能力，需要注意以下幾個(gè)方面：

①布置膨脹水箱，水箱回水口的高度必須高于發(fā)動(dòng)機(jī)的除氣口；

②除氣管路設(shè)置需要始終保持向上的狀態(tài)，杜絕u型管道結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)；

③在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要對(duì)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行介紹，確保設(shè)計(jì)效果可以最終達(dá)成。

3選擇合適的散熱器

3.1散熱器的選擇

在散熱器選擇過(guò)程中，既需要考慮散熱器的結(jié)構(gòu)是否符合發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，又要對(duì)散熱器的性能進(jìn)行管理。當(dāng)前，管片式和管帶式使用較多。這兩種結(jié)構(gòu)各有不同。散熱系數(shù)和散熱器的空氣阻力是檢驗(yàn)散熱器性能的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。

3.2散熱器匹配

①散熱器的主要作用是強(qiáng)制性冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液，也就是說(shuō)，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于適宜的溫度狀態(tài)中，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和可靠性

②散熱器的總散熱面積、芯部正面積都可以依照發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩點(diǎn)的散熱量進(jìn)行確定，并根據(jù)臺(tái)架熱平衡試驗(yàn)將最后的散熱系數(shù)和散熱質(zhì)量公布出來(lái)。

③如果條件許可，散熱器在制造過(guò)程中，需要盡量提升散熱器的芯部正面面積，加大芯部橫截面積，提升散熱性能。

④如果使用散熱器的地區(qū)灰塵多，散熱器在選擇過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡量挑選波距長(zhǎng)的散熱器，避免出現(xiàn)散熱器的內(nèi)芯堵塞，縮短散熱器使用壽命。

4風(fēng)扇的選擇

風(fēng)扇在發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要作用，在于：風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng)，吸進(jìn)空氣，將空氣傳送至散熱器，從而增強(qiáng)散熱能力，對(duì)冷卻液的冷卻產(chǎn)生加速作用。

4.1風(fēng)扇的選擇要求

①風(fēng)扇需要滿足冷卻系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，在工作過(guò)程中消耗功率較小，整體效率優(yōu)良，產(chǎn)生較小的噪聲。

②風(fēng)扇的扇葉直徑和轉(zhuǎn)速確定后，根據(jù)需要盡可能使用大直徑風(fēng)扇，風(fēng)扇的直徑和散熱器芯子的寬度需要維持在基本的平衡范圍內(nèi)，扇葉葉尖做圓周運(yùn)動(dòng)，速度最大不超過(guò)91.4m/s，以降低噪音。

③根據(jù)整體阻力不同，散熱器的壓差最大不超過(guò)工作壓力的百分之七十。設(shè)計(jì)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)和最終成型需要經(jīng)過(guò)冷卻系統(tǒng)的考驗(yàn)和熱平衡實(shí)驗(yàn)的檢查。

4.2風(fēng)扇裝配對(duì)風(fēng)扇性能的作用

風(fēng)扇裝配工作是否到位，直接影響風(fēng)扇實(shí)際過(guò)程中的使用性能。

①風(fēng)扇的徑向間隙對(duì)風(fēng)扇性能的影響。徑向間隙S與風(fēng)扇直徑D的增減對(duì)風(fēng)扇徑流量產(chǎn)生直接影響。比值每增加1%，風(fēng)扇流量將出現(xiàn)2.5%到4%的下降、風(fēng)扇的工作效率也將出現(xiàn)2%到3%的下降。

②軸向間隙也會(huì)影響風(fēng)扇性能的改變。扇葉的投影寬度有30%到50%處于護(hù)風(fēng)圈內(nèi)，風(fēng)扇將呈現(xiàn)較好的工作狀態(tài)。

③工作過(guò)程中，為了盡可能避免噪音出現(xiàn)，在選擇風(fēng)扇時(shí)，需要盡量選擇直徑大且轉(zhuǎn)速始終維持在較低水平的風(fēng)扇。

④散熱器和駕駛室隔熱墊充分配合，保證熱風(fēng)被完全排出，降低排風(fēng)背壓的情況的出現(xiàn)，增強(qiáng)風(fēng)扇的排風(fēng)效率。

5膨脹箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1膨脹水箱的設(shè)計(jì)需求

①膨脹箱主要用于為冷卻系統(tǒng)提供膨脹空間，從而將冷卻液中的殘留空氣和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下產(chǎn)生的高溫水蒸汽一并除去。

②膨脹箱的設(shè)計(jì)主要分成三個(gè)結(jié)構(gòu)：膨脹容積，這一容積占據(jù)冷卻系統(tǒng)的百分之六；儲(chǔ)備容積，占據(jù)系統(tǒng)總量的十分之一；必留容積，為了避免在冷卻循環(huán)中，空氣被卷進(jìn)冷卻裝置，冷卻液的最低液面和底面之間需要保持35毫米的距離。

③膨脹箱內(nèi)需要對(duì)最高液面與最低液面進(jìn)行設(shè)置，其中，最高液面的容積需要大于或等于膨脹容積，冷卻液的加注液位需要時(shí)刻保持在最低液面和最高液面之間，而且其中，最低液面的容積需要大于或等于預(yù)先設(shè)定的儲(chǔ)備容積量。

④膨脹箱內(nèi)設(shè)有液位報(bào)警器如果冷卻液的高度達(dá)不到膨脹箱設(shè)置的液位標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警器將會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員檢查冷卻液使用情況。

5.2膨脹箱容積計(jì)算

膨脹箱的容積確定有標(biāo)準(zhǔn)的公式，這一公式將正確推導(dǎo)出發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹箱的容積需求總量：

V9≥6%V+10%V+V8=16%（V1+V2+V3+V4+V5+V9）其中，V代表冷卻系統(tǒng)總?cè)莘e，L，V=V1+V2+V3+V4+V5+V9；

V1為發(fā)動(dòng)機(jī)水箱的實(shí)際容積，

V2代表散熱器的實(shí)際容積大小

V3代表空調(diào)暖風(fēng)管路的實(shí)際容積值

L；V4代表空調(diào)暖風(fēng)機(jī)的水套容積

L；V5代表管路在冷卻過(guò)程中需要的容積大小

L；V6代表在實(shí)際過(guò)程中，膨脹容積的最大值

其中，V6不能小于V的百分之六。

V7為膨脹箱儲(chǔ)備容積，L，

其中，V7必須時(shí)刻保持大于或等于V的十分之一。

最后，將實(shí)際工作中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入使用過(guò)程中，就可以求出膨脹箱容積的最小值。

6結(jié)語(yǔ)

總而言之，在商用車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，想要切實(shí)提高設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)化效果，必須要嚴(yán)格的按照冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，對(duì)冷卻系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在上文敘述中，針對(duì)性的對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提出了相關(guān)的見(jiàn)解，目的在于提高商用車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。

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