載貨汽車散熱器的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)材料

摘 要 冷卻系統(tǒng)的作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生過熱現(xiàn)象，在最適宜的溫度狀態(tài)下工作，而散熱器是冷卻系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞 載貨汽車 冷卻系統(tǒng) 散熱器 布置 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu) 材料

載貨汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒后產(chǎn)生的熱量分配大約為：30%用于做功，30%通過排氣門排出，10%由發(fā)動(dòng)機(jī)表面散發(fā)，30%需要由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱。冷卻系統(tǒng)的作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生過熱現(xiàn)象，在最適宜的溫度狀態(tài)下工作，而散熱器是冷卻系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，起著至關(guān)重要的作用。載貨汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，一般是由水泵、節(jié)溫器、散熱器、護(hù)風(fēng)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇等部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻方式：空氣冷卻和液體冷卻。

一、載貨汽車散熱器的布置

（一）空氣流通系統(tǒng)提高進(jìn)風(fēng)系數(shù)

減小空氣流通阻力

盡量減少散熱器前的障礙物，進(jìn)風(fēng)口的有效進(jìn)風(fēng)面積不要小于60%的散熱器芯體正面積。盡量采用迎風(fēng)面積較大的散熱器，風(fēng)扇與任何部件距離不小于20mm，這樣可以組織氣流通暢排出，減少風(fēng)扇后的排風(fēng)背壓。

降低進(jìn)風(fēng)溫度 防止熱風(fēng)回流

合理布置散熱器進(jìn)風(fēng)口，增加密封性防止熱風(fēng)回流。合理布置風(fēng)扇與散熱器芯部的相對位置，盡量加大風(fēng)扇前端與散熱器芯體間的距離。美國康明斯公司材料推薦，吸風(fēng)式風(fēng)扇距離散熱器芯部不小于50mm，吹風(fēng)式風(fēng)扇距離散熱器芯部不小于100mm。

（二）提高冷卻液循環(huán)中的散熱能力

提高冷卻液的除氣能力

（1）設(shè)計(jì)膨脹水箱

膨脹水箱應(yīng)高于散熱水箱50mm左右，必須具有相當(dāng)于冷卻系統(tǒng)總?cè)莘e4%～6%的冷卻液膨脹空間，儲(chǔ)備水量應(yīng)是冷卻系統(tǒng)總?cè)莘e的11%，有暖風(fēng)時(shí)達(dá)到20%，冷卻液液面不能淹沒加水伸長頸管，加水伸長頸管上部必須設(shè)通氣孔，通氣管不宜小于€%o3.2mm，膨脹水箱最低液面以下水深不得低于50mm，以防止空氣進(jìn)入注水管。

（2）設(shè)計(jì)除氣管路

冷卻系統(tǒng)幾乎全部采用壓力循環(huán)式系統(tǒng)，在散熱器上部直接開一個(gè)注水口，并在注水口處安裝壓力式散熱器蓋，它由控制最高壓力的壓力閥和系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)開啟的真空閥構(gòu)成。

提高冷卻液除雜質(zhì)能力

載貨汽車散熱器的設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)所需散熱量Q（kJ/s）的計(jì)算

Q=（AgeNehu）/3600 式中A—傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比（柴油機(jī)A=0.18～0.25），ge—內(nèi)燃機(jī)燃料消耗率（額定工況時(shí)柴油機(jī)ge=0.21～0.27kg/kwh），Ne發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kw），hu燃料低熱值（柴油機(jī)hn=42500kJ/kg）。

散熱器散熱面積F（m2）的計(jì)算

F=Q€%q/K€%=t 式中€%q—散熱器儲(chǔ)備系數(shù)如水垢油泥影響等（€%q=1.1～1.5），K—散熱系數(shù)（0.18～0.23kw/m2℃），€%=t—液氣平均溫差（€%=t=€%=ts-€%=tk=10～30℃）。

經(jīng)公式得的結(jié)果通常為一個(gè)取值范圍，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取合適的散熱器散熱面積（帶有水冷EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)在此基礎(chǔ)上應(yīng)留有10%～15%的富裕度）。為提高散熱效率，盡可能減小散熱器芯厚，散熱面積通常取較小值。如果配裝帶水冷EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)，取較大值便利于增強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的適應(yīng)能力。一般載貨汽車推薦散熱面積為：0.10～0.16 m2/ kw。

散熱器正面積S（m2）的計(jì)算

散熱器的正面積也稱迎風(fēng)面積。正面積越大，則散熱器被冷卻風(fēng)掃過的區(qū)域就越大，冷卻效率就越高。這樣可以減小芯厚，從而降低風(fēng)阻及風(fēng)扇功率損耗。一般載貨汽車推薦散熱器正面積為：30～40 cm2/kw。

2、性能驗(yàn)證

由于車輛行駛的地域環(huán)境等因素的不同，需進(jìn)行各種工況、地域及環(huán)境中散熱器的性能驗(yàn)證。以驗(yàn)證散熱器是否符合車輛的散熱性能要求。

載貨汽車散熱器的結(jié)構(gòu)：

散熱器是由冷卻用的散熱器芯體、貯存冷卻液的上、下水室三部分組成的。由于散熱器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，所以上水室還承擔(dān)著氣水分離的作用。散熱器芯子的結(jié)構(gòu)有多種，常見的多為管片式和管帶式。載貨汽車散熱器多采用管帶式芯體，它由波紋狀的散熱帶和散熱管相間排列構(gòu)成。在散熱帶上開有許多類似百葉窗的孔，以破壞空氣流在散熱帶表面上的附著層，提高散熱能力。這種散熱器的芯體散熱能力較高，制造工藝簡單、質(zhì)量輕、成本低，可以在有限的空間尺寸內(nèi)獲得更好的冷卻效果。由于我國地域廣大，氣候條件及路況的差別也很大。在南方地區(qū)明顯感覺散熱器的散熱能力不足。為此，在保證原裝配位置的情況下，將其單列散熱管改成雙列散熱管的結(jié)構(gòu)，使其在散熱面積增加45%的情況下，以滿足車輛散熱要求。

二、載貨汽車散熱器的材料

散熱器行業(yè)一直以銅及鋁合金作為制造散熱器的主要材料。隨著散熱器行業(yè)的發(fā)展，塑料被用來制造散熱器的零部件。常見的是用加入玻璃纖維的尼龍66注塑加工成散熱器的水室，散熱器芯體與水室之間不用釬焊，用機(jī)械方式進(jìn)行裝配。該散熱器的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝簡單、成本低、質(zhì)量輕、水室上原來需要釬焊的復(fù)雜零件可以一次成型等?，F(xiàn)銅塑和鋁塑結(jié)構(gòu)的散熱器已經(jīng)廣泛使用。

（作者單位：沈陽金杯車輛制造有限公司）