淺析發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)

宋事延

摘要：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)更加緊湊，比功率越來(lái)越大，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢熱也隨之明顯增大。一些關(guān)鍵區(qū)域，如排氣門周圍散熱問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱能力一般應(yīng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)的散熱需求，然而，在部分負(fù)荷時(shí)，冷卻系統(tǒng)會(huì)發(fā)生功率損失?？梢?jiàn)，一個(gè)正常、高效的冷卻系統(tǒng)直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、加速性、可靠性以及使用壽命。下面，簡(jiǎn)要談?wù)劺鋮s系的工作，意義和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：冷卻系統(tǒng);溫度設(shè)定;精確控制

1.作用和意義

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)作用是利用水在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)強(qiáng)制循環(huán)，帶走余熱，可靠地保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，而且還應(yīng)具有改善燃料經(jīng)濟(jì)性和降低排放的作用。為此，現(xiàn)代冷卻系統(tǒng)要綜合考慮下面的因素：發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩擦損失;冷卻系統(tǒng)水泵的功率;燃燒邊界條件，如燃燒室溫度、充量密度、充量溫度。先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)采用系統(tǒng)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，統(tǒng)籌考慮每項(xiàng)影響因素，使冷卻系統(tǒng)既保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，又提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和減少排放，減少對(duì)大氣的污染。

2.溫度設(shè)定

發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的極限值取決于排氣門周圍區(qū)域最高溫度。最理想的情況是按金屬溫度而不是冷卻液溫度控制冷卻系統(tǒng)，這樣才能更好地保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。由于冷卻系統(tǒng)設(shè)定的冷卻溫度是以滿負(fù)荷時(shí)最大散熱率為基礎(chǔ)，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)處于不太理想狀態(tài)，如市區(qū)行駛和低速行駛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高油耗和排放。?通過(guò)改變冷卻液溫度設(shè)定點(diǎn)可改善發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)的性能。根據(jù)排氣門周圍區(qū)域溫度極限值，可升高或降低冷卻液或金屬溫度設(shè)定點(diǎn)。升高或降低溫度點(diǎn)都各有特點(diǎn)，這取決于希望達(dá)到的目的。

2.1?提高工作溫度設(shè)定點(diǎn)是一種比較受歡迎的方法。提高工作溫度將提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度，降低發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦磨損，降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗。研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度對(duì)摩擦損失有很大影響。將冷卻液排出溫度提高到150℃，使氣缸溫度升高到195℃，油耗則下降4%-6%。將冷卻液溫度保持在90-115℃范圍內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的最高溫度為140℃，則油耗在部分負(fù)荷時(shí)下降10%。提高工作溫度也明顯影響冷卻系統(tǒng)的效能。提高冷卻液或金屬溫度會(huì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器熱傳遞的效果，降低冷卻液的流速，減小水泵的額定功率，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率消耗。

2.2?降低溫度設(shè)定點(diǎn)降低冷卻系統(tǒng)的工作溫度可提高發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率，降低進(jìn)氣溫度，這對(duì)燃燒過(guò)程、燃油效率及排放有利。降低溫度設(shè)定點(diǎn)可以節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行成本，提高部件使用壽命。?研究表明，若氣缸蓋溫度降低到50℃，點(diǎn)火提前角可提前3℃A而不發(fā)生爆震，充氣效率提高2%，發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性改善，有助于優(yōu)化壓縮比和參數(shù)選擇，取得更好的燃油效率和排放性能。

2.3?精確冷卻系統(tǒng)主要體現(xiàn)在冷卻水套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與冷卻液流速的設(shè)計(jì)中。在精確冷卻系統(tǒng)中，熱關(guān)鍵區(qū)，如排氣門周圍，冷卻液有較大的流速，熱傳遞效率高，冷卻液的溫度梯度變化小。精確冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于確定冷卻水套的尺寸，選擇匹配的冷卻水泵，保證系統(tǒng)的散熱能力能夠滿足低速大負(fù)荷時(shí)關(guān)鍵區(qū)域工作溫度的需求。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流速的變化范圍相當(dāng)大，從怠速時(shí)的1?m/s到最大功率時(shí)的5m/s。研究表明，采用精確冷卻系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍，冷卻液流量可下降40%。對(duì)氣缸蓋上冷卻水套的精確設(shè)計(jì)，可使普通冷卻道的流速?gòu)?.4m/s提高到4m/s，大大提高氣缸蓋傳熱性，將氣缸蓋的金屬溫度降低到60℃。最好采用分流式冷卻系統(tǒng)，分流式冷卻系統(tǒng)為另外一種冷卻系統(tǒng)。在這種冷卻系統(tǒng)中，氣缸蓋和氣缸體由各自的液流回路冷卻，氣缸蓋和氣缸體具有不同的溫度?？墒拱l(fā)動(dòng)機(jī)各部分在最優(yōu)的溫度設(shè)定點(diǎn)工作。理想的發(fā)動(dòng)機(jī)熱工作狀態(tài)是氣缸蓋溫度較低而氣缸體溫度相對(duì)較高。氣缸蓋溫度較低可提高充氣效率，增大進(jìn)氣量。溫度低且進(jìn)氣量大可促進(jìn)完全燃燒，降低CO，HC和NOx的形成，也提高輸出功率。在部分負(fù)荷時(shí)HC降低20%-35%。節(jié)氣門全開(kāi)時(shí)，缸蓋和缸體溫度設(shè)定值可調(diào)到50℃和90℃，從整體上改善燃油消耗、功率輸出和功率損失。

2.4?可控式冷卻系統(tǒng)可彌補(bǔ)目前冷卻系統(tǒng)的不足。這對(duì)輕型車輛來(lái)說(shuō)尤為明顯，這些車輛大多數(shù)時(shí)間都在市區(qū)內(nèi)部分負(fù)荷下行駛，這時(shí)為解決發(fā)動(dòng)機(jī)在特殊情況下過(guò)熱的問(wèn)題，現(xiàn)代多多使用可控式冷卻系統(tǒng)?？煽厥桨l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)一般包括傳感器、執(zhí)行器和電控模塊?？煽厥嚼鋮s系統(tǒng)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況調(diào)整冷卻量，降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗。在可控式冷卻系統(tǒng)中，執(zhí)行器為冷卻水泵和節(jié)溫器，一般由電動(dòng)水泵和液流控制閥組成，可根據(jù)要求調(diào)整冷卻量。溫度傳感器為系統(tǒng)的一部分，可迅速把發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀態(tài)傳給控制器。可控式裝置，如電動(dòng)水泵，可將冷卻系溫度設(shè)定點(diǎn)從90℃提高到110℃，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，金屬溫度比傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的高10℃?？煽厥嚼鋮s系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)能力，可將冷卻溫度保持在設(shè)定點(diǎn)的±2℃范圍。從110℃下降到100℃只需2?s。發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間減少到200s，冷卻系統(tǒng)工作范圍更貼近工作極限區(qū)域，能夠縮小發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻溫度和金屬溫度的波動(dòng)范圍，減少循環(huán)熱負(fù)荷造成的金屬疲勞，延長(zhǎng)部件壽命。

3.總結(jié)

3.1?無(wú)論哪種現(xiàn)代機(jī)器，冷卻系統(tǒng)的能控性是改善冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵，提供關(guān)鍵參數(shù)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在安全限度范圍內(nèi)工作。從設(shè)計(jì)和使用性能來(lái)看，分流式冷卻與精密冷卻相結(jié)合具有很好的發(fā)展前景，既能提供理想的發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)，又能提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性。這種結(jié)構(gòu)有利于形成發(fā)動(dòng)機(jī)理想的溫度分布。也能將機(jī)油和缸體溫度保持在設(shè)計(jì)的工作范圍，具有較低的摩擦損失和污染排放量。

3.2?無(wú)論怎樣先進(jìn)機(jī)器，也離不開(kāi)細(xì)心的維護(hù)保養(yǎng)：當(dāng)風(fēng)扇和管路完好時(shí)。如同人體，身體建康，要血液和各部件都好才行。作為冷卻系統(tǒng)重要組成部分的冷卻介質(zhì)，一定一年四季要用防凍夜，發(fā)現(xiàn)少不能加自來(lái)水，防止產(chǎn)生水垢，最好1—2年更換一次防凍液。不同防凍液不能混加，以防產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)?？傊灰獙?duì)自己的愛(ài)車精心加以呵護(hù)，定會(huì)得到回報(bào)，讓你享受汽車帶來(lái)的快樂(lè)。

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