淺談關(guān)于汽車?yán)鋮s系統(tǒng)匹配的關(guān)鍵技術(shù)分析

黃承彬

[摘要]在我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展與人們生活水平不斷提升的大背景下，私家車逐漸演變?yōu)槿藗兊闹饕焦ぞ?。作為汽車的“心臟”，發(fā)動(dòng)機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，要保證其發(fā)揮工作性能，就必須借助冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫。本文就汽車?yán)鋮s系統(tǒng)匹配的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]汽車;冷卻系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

汽車的發(fā)展已有一百余年的歷史，在相關(guān)生產(chǎn)制造技術(shù)不斷發(fā)展以及原材料更新的同時(shí)，汽車的五大系統(tǒng)（冷卻系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)）也得到了較大程度的改善。作為汽車的核心組成部分之一，冷卻系統(tǒng)的性能，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性、使用壽命以及燃油性等產(chǎn)生直接影響。從實(shí)踐的角度分析，汽車裝載質(zhì)量的不確定性以及各地路況之間的差異性，造成了車輛在動(dòng)力以及油耗等方面的差異，在此背景下，冷卻系統(tǒng)匹配是否合理，將關(guān)系到汽車的經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性。

就汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的前期理論計(jì)算與后期匹配驗(yàn)證來看，最大扭矩工況以及最大功率工況是兩個(gè)較為特殊的工況，針對(duì)不同的車型，冷卻系統(tǒng)的理論計(jì)算與匹配驗(yàn)證也存在一定的差異。本文針對(duì)轎車的冷卻系統(tǒng)匹配進(jìn)行分析。

一、散熱器匹配

從提高散熱器散熱效率的角度分析，在有限的布置空間內(nèi)，盡可能地增大散熱器的迎風(fēng)面積，降低芯子的厚度，能夠?yàn)樯嵝实奶嵘齽?chuàng)造良好的基礎(chǔ)。考慮到高速行車時(shí)車輛的冷卻系統(tǒng)需要，在散熱器匹配中需要充分考慮到迎風(fēng)面沖擊效應(yīng)?，F(xiàn)階段針對(duì)散熱器性能改進(jìn)的措施，大致有以下三種。

1更換散熱器材料，如以鋁代銅，提高散熱器的散熱量;

2改進(jìn)焊接技術(shù)，如采用硬釬焊技術(shù)等，提高散熱器散熱量;

3在不提高生產(chǎn)成本、增大空間尺寸的前提下，提高系統(tǒng)壓力。

在散熱器匹配中，散熱器的散熱能力是匹配過程中的重要指標(biāo)，一般采用以下公式進(jìn)行核算：

Q=K·S（twcp-Tacp）

式中

Q—散熱能力（kJ/h）;

K—散熱系數(shù)（kj/m2h°C）;

S—散熱面積（m2）;

（twcp-tacp）—液氣平均溫差（°C）。

根據(jù)上述公式，在系統(tǒng)壓力升高以后，在其他參數(shù)不變的情況下，液氣平均溫差將增大，散熱器的散熱性能亦隨之增大，即可達(dá)到提高散熱器散熱效果的目的。但另一方面，系統(tǒng)壓力的提升，也會(huì)帶來滲漏風(fēng)險(xiǎn)的增加等負(fù)面影響。

此外，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，散熱器在使用一年后將會(huì)出現(xiàn)局部積垢或者脫焊等現(xiàn)象，進(jìn)而降低散熱器的散熱面積以及散熱性能。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，散熱性能的變換約為3～10%。因此，在散熱器匹配中，需要考慮這一因素的影響。

二、水箱匹配

水箱是冷卻系統(tǒng)中較為關(guān)鍵的一個(gè)組件，從水箱匹配角度來看，盡可能地利用迎面風(fēng)，能夠在一定程度上提高冷卻系統(tǒng)的冷卻性能。就冷卻系統(tǒng)的實(shí)際需求而言，系統(tǒng)需要從散熱風(fēng)扇獲得的空氣流量值與系統(tǒng)自身能夠獲取的自然空氣流量之間存在著較為密切的關(guān)聯(lián)。針對(duì)高速公路車輛，多采用前置式冷卻系統(tǒng)，因而能夠獲得足夠的自然空氣流量?？紤]到水箱采用前置式設(shè)計(jì)，在進(jìn)行水箱匹配時(shí)，可結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)水箱的進(jìn)風(fēng)口面積進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而充分利用迎面風(fēng)。

針對(duì)水箱的改進(jìn)問題，有研究提出了在汽車的前保險(xiǎn)杠處開進(jìn)風(fēng)口的方式，以增加水箱的正面進(jìn)風(fēng)面積，并通過移開水箱前上部橫梁的方式，確保水箱能夠有一個(gè)相對(duì)較好的進(jìn)風(fēng)口。試驗(yàn)結(jié)果表明，此種改進(jìn)方法能夠切實(shí)降低水溫，進(jìn)而提高最高車速。就水箱匹配而言，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)當(dāng)做好水箱進(jìn)風(fēng)面積等方面的設(shè)計(jì)，確保其冷卻效果;在校驗(yàn)階段，需要通過熱態(tài)模擬試驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的方式，以驗(yàn)證特殊工況下的冷卻性能。

三、冷卻液匹配

從冷卻液的匹配考慮，其匹配要點(diǎn)主要為冷卻液的選用。在冷卻液選用階段，冰點(diǎn)與沸點(diǎn)是需要審慎考慮的兩個(gè)要素。根據(jù)相關(guān)的研究，冷卻液的冰點(diǎn)、沸點(diǎn)的高低，與冷卻系統(tǒng)的壓力等因素之間存在著較為密切的關(guān)聯(lián)。根據(jù)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)多采用強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)，以冷卻液作為冷卻介質(zhì)，通過水泵的強(qiáng)制作用實(shí)現(xiàn)冷卻液的循環(huán)流動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到冷卻目的。因此，冷卻液的合理選擇，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)形成一定的保護(hù)作用，并改善冷卻系統(tǒng)的散熱效果，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

在冷卻液的選用階段，雖然丙二醇型冷卻液具有較為顯著的優(yōu)勢(shì)，但由于成本相對(duì)較高，難以實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣應(yīng)用，因而現(xiàn)階段采用的冷卻液仍然以乙二醇型冷卻液為主。根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果，乙二醇型冷卻液的冰點(diǎn)與其含量之間存在著非線性關(guān)系，在進(jìn)行匹配時(shí)，需要考慮這一因素的影響。從冷卻液的流向來看，現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)有從機(jī)體水套到缸蓋水套的流向以及從缸蓋水套到機(jī)體水套的流向。

四、冷卻水泵匹配

在汽車的冷卻系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)的冷卻水泵是實(shí)現(xiàn)冷卻液循環(huán)流動(dòng)的重要組件，考慮其與冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配程度，對(duì)系統(tǒng)的冷卻性能有著重要意義。從設(shè)計(jì)階段來看，水泵的可靠性，與其水封、軸承之間存在著較為密切的關(guān)聯(lián)，而流量以及揚(yáng)程等參數(shù)的設(shè)計(jì)，需要根據(jù)具體車型的發(fā)動(dòng)機(jī)功率而確定，一般情況下，水泵流量應(yīng)當(dāng)控制在額定功率的2.3倍左右，揚(yáng)程一般為0.7～1.5Kpa。

結(jié)語

冷卻系統(tǒng)是汽車中非常重要的一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性，一般需要在85°C～95°C之間，發(fā)動(dòng)機(jī)才能發(fā)揮出其最佳性能。因此，汽車?yán)鋮s系統(tǒng)需要同發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳的匹配狀態(tài)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)過冷或者過熱等現(xiàn)象的發(fā)生。針對(duì)冷卻系統(tǒng)的匹配，需要綜合考慮整個(gè)冷卻系統(tǒng)的熱平衡過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與冷卻系統(tǒng)的最佳匹配。

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