小型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱冷卻系統(tǒng)介紹

　　汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)或柴油機(jī)）在工作時(shí)，與高溫燃?xì)庀嘟佑|的零件最高溫度高達(dá)2000攝氏度以上，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的主要功能就是把受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。一般正常的冷卻水溫在85-110°C之間。 

　　2.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的類(lèi)型 

　　汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)主要有以下幾種類(lèi)型，其特點(diǎn)如表1所示。 

　　目前，汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)常用結(jié)構(gòu)是“冷卻水強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式”，具有冷卻可靠、效果好的特點(diǎn)。 

　　3.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的組成與工作原理 

　　強(qiáng)制循環(huán)水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)主要是由冷卻水套、水泵、散熱器、水管、節(jié)溫器、冷卻風(fēng)扇、膨脹水箱等組成。 

　　其工作原理是利用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水道中循環(huán)流動(dòng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)多余的熱量帶走，使其保持在最佳工作溫度。有小循環(huán)與大循環(huán)兩種工作模式。小循環(huán)是指在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)后，溫度較低的冷卻液不會(huì)將節(jié)溫器打開(kāi)，此時(shí)冷卻液只經(jīng)過(guò)水泵在發(fā)動(dòng)機(jī)的水道中進(jìn)行循環(huán)，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡快達(dá)到正常的工作溫度。等發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升，冷卻液溫度達(dá)到節(jié)溫器設(shè)定值（一般為80度）時(shí)，節(jié)溫器閥門(mén)打開(kāi)，冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)水道中流出，經(jīng)過(guò)散熱器冷卻后的冷卻液再進(jìn)入人發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻循環(huán)，也就是大循環(huán)，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡量保持在最佳工作溫度。 

　　4 散熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 

　　散熱器是冷卻系統(tǒng)中的重要部件，其主要作用是儲(chǔ)存冷卻液，并將冷卻液攜帶的熱量散發(fā)出去，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，最終達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)降溫的過(guò)程。散熱器的合理設(shè)計(jì)，可以更好地保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性及可靠性。 

　　4.1 散熱器組成及分類(lèi) 散熱器主要由兩個(gè)水室及芯體組成，按結(jié)構(gòu)不同可分為管片式和管帶式兩種。（表2） 

　　4.2 散熱器技術(shù)參數(shù) ①散熱系數(shù)：因使用材料，風(fēng)速，水流量不同而不同，現(xiàn)在主要使用鋁制散熱器，其傳熱系數(shù)在同樣條件下較高，制作簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，成本低。②空氣阻力：主要和芯體結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要是散熱器管距及散熱帶波峰距，風(fēng)阻越小散熱器散熱效率越高。③風(fēng)扇功率：風(fēng)扇功率越大風(fēng)量越大，散熱效果越好，但同時(shí)也消耗了發(fā)動(dòng)機(jī)更多功率，并產(chǎn)生了更大的噪聲。乘用車(chē)風(fēng)扇現(xiàn)在多采用電子扇。④散熱帶波峰距：小的波峰距可以提供更大的散熱面積，但同時(shí)也增加了散熱器的風(fēng)阻，反之亦然。⑤散熱面積：散熱器管，帶的表面積之和。散熱面積越大，散熱效率越好。⑥迎風(fēng)面積：散熱器芯體正面迎風(fēng)部分的面積。⑦壓降：指在一定條件嚇冷卻液從散熱器入口流至散熱器出口過(guò)程中壓力的下降部分，壓降與散熱器結(jié)構(gòu)及制作材料有管，在水泵揚(yáng)程一定的條件下壓降越小，散熱器中冷卻液流速越快，冷卻效率越高。 

　　4.3 散熱器的匹配計(jì)算 

　　4.3.1 散熱量計(jì)算 計(jì)算整車(chē)需要冷卻系統(tǒng)帶走的熱量，根據(jù)整車(chē)具體實(shí)際情況考慮，是否包括冷凝器，中冷器的散熱量。額定工況發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量：Qw=A*ge*Ne*Hn/3600；最大扭距工況發(fā)動(dòng)機(jī)熱量：Qw’=A*ge’*Ne’*Hn/3600。其中，A——傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比（一般柴油機(jī)=0.18～0.25，渦流機(jī)比直噴機(jī)高；汽油機(jī)A=0.23～0.30），Hn——燃料熱值，柴油和汽油的低熱值分別為41870Kj/Kg和43100Kj/Kg。 

　　由上可以得出散熱系統(tǒng)所需帶走的熱量，取其中最大值。以下以額定點(diǎn)為例。 

　　4.3.2 散熱器散熱面積 散熱器面積：F=Q/（Kr*△t），其中△t=tw-ta；冷卻水平均溫度：tw=tw1-△tw/2；散熱器進(jìn)水溫度：tw1；散熱器進(jìn)出水溫差：△tw：一般取5～10；冷卻空氣平均溫度：ta=t1+△ta/2；散熱器進(jìn)風(fēng)溫度：t1；散熱器冷卻空氣進(jìn)出溫差：△ta一般取20～30。 

　　平均溫度修正系數(shù)：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻形式，屬于兩種流體（空氣及冷卻水）互不混合的交叉流式換熱形式，所以要以修正系數(shù)對(duì)平均溫差進(jìn)行修正，取=0.98。 

　　由此可以初步計(jì)算出散熱器散熱面積，散熱器散熱面積與功率的比一般如下：小客車(chē)：=0.136～0.204m■/kW；載重車(chē)：■=0.204～0.408m/kW；拖拉機(jī)：=0.408～0.680m/kW。 

　　4.3.3 額定點(diǎn)散熱器內(nèi)冷卻液流量Vw計(jì)算 

　　Qw=Vw*△tw*γw*cw。其中，Vw=Qw/（△twγwcw）及額定點(diǎn)水泵流量，此數(shù)值可由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，也可由上述公式進(jìn)行計(jì)算得出。 

　　4.3.4 散熱器迎風(fēng)面積F計(jì)算 F=Qw/Δt/γa/CP/V。上式中，Qw—— 額定點(diǎn)散熱量；Δt——散熱器冷卻空氣進(jìn)出溫差，一般取20～30，CP——空氣比熱容，γa——空氣的比重，V——空氣流速（礦山車(chē)和拖拉機(jī)取8m/s，載重車(chē)取8～10m/s，小客車(chē)取12m/s）。然后算出芯體的寬b和高h(yuǎn)，最佳比例為b=h。b=■。 

　　4.3.5 芯體厚度lR（m） lR=。上式中：φ——散熱器芯體的容積緊湊性系數(shù)，即單位散熱芯部容積所具有的散熱面積，m2/m3。φ值越大，散熱器越小，空氣阻力越大。主要取決于散熱片和水管的數(shù)目、布置和形狀，一般取500～1000，對(duì)于選定的芯部結(jié)構(gòu)，φ是一個(gè)定值。散熱器的設(shè)計(jì)盡量做到風(fēng)阻小，冷卻效率高。在整車(chē)空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風(fēng)面積，減薄芯子厚度。這樣可以充分利用風(fēng)扇的風(fēng)量和車(chē)的迎面風(fēng)，提高散熱器的散熱效率。貨車(chē)散熱器一般采用縱流結(jié)構(gòu)，因?yàn)樨涇?chē)的布置空間較寬裕。而且縱流式結(jié)構(gòu)的散熱器強(qiáng)度及懸置的可靠性好。轎車(chē)由于空間限制，也可采用橫流結(jié)構(gòu)。