汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與研究

劉云峰 曾凡柏 何立農 湯海群

摘 要：冷卻系統(tǒng)是汽車發(fā)動機構造中十分關鍵的部分，本文對汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)結構設計及工作穩(wěn)定性進行深入的研究分析，具體介紹了汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)結構的特點及工作原理。

關鍵詞：汽車發(fā)動機；冷卻系統(tǒng)；設計；研究

1 概述

對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)來說，我們希望發(fā)動機暖機時間不要過長，因為發(fā)動機在暖機過程中噴油器噴油量會加大，所以會造成油耗加大，經濟性能差，污染物排放超標，嚴重影響了周圍環(huán)境質量。因為發(fā)動機冷卻系統(tǒng)構造復雜， 而且汽車運行工況具有多變性的特點， 它對汽車發(fā)動機產生的影響因素也是多變且較為復雜的，但大致影響發(fā)動機冷卻效果的主要因素有冷卻水道結構、散熱效率、循環(huán)冷卻水量和冷卻空氣流量。

汽車發(fā)動機經歷了上百年的發(fā)展，冷卻系統(tǒng)從技術上已經大部分解決了上述存在的缺陷，顯著提升了汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性，明顯降低了燃油的耗損及減輕了環(huán)境污染程度，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)熱量控制主要是通過各個傳感器將信號傳給發(fā)動機電子控制單元，再由電子控制單元控制冷卻風扇的轉速，從而可以有效的控制散熱效果。

2 汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的特點

早期汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的設計主要是考慮對發(fā)動機起到冷卻效果，而沒有關注排放問題。研發(fā)技術成熟的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)應充分考慮整個系統(tǒng)的性能優(yōu)化，還要考慮模塊化，設計時考慮可能存在的不利影響因素，并將這種對發(fā)動機的不良影響因素進行有效控制，使發(fā)動機冷卻系統(tǒng)能達到正常工作需要，又能使發(fā)動機經濟性和動力性提高，同時又降低了排放，現(xiàn)代汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)從最初的設計到構造，再到最后的裝車應用過程中，都應該重視這些問題，目前市場上汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)設計顯著的特點是運用了非常成熟的結構布局及加工工藝，任何一個特殊的因素都不能被忽視，只有在設計的時候進行結構優(yōu)化設計，才能保證發(fā)動機在任何工況下都能保持高效率的運行狀態(tài)，當然排放這個問題一定不能忽視，這樣的設計理念才能走得更遠。

3 溫度設定點

汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)在運行的過程中，本身受到的影響是復雜多變的，那么怎樣來保證在這種多變復雜的環(huán)境下使得發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的作用與性能得到發(fā)揮呢？這不是單純的只改變其中某一個設計參數(shù)就可以排除的問題。如果既要保證發(fā)動機的基本工作，又要提高其動力性及經濟性，就一定要考慮整個系統(tǒng)的優(yōu)化，而且每款不同的發(fā)動機在結構上都有自己的特點，另外，汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)溫度的最大值是由機體產生的溫度變化所決定的，所以如何確定金屬溫度的設定點很關鍵，這樣可以顯著的避免發(fā)動機由于溫度高而對發(fā)動機產生的不利影響，因為任何發(fā)動機冷卻系統(tǒng)都有自身的構造與特點，散熱率就是衡量發(fā)動機冷卻溫度高低的量度尺，那么，汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)運行狀態(tài)不佳的話，很容易使汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)產生較高的油耗。

3.1 提高溫度設定點。溫度設定點的提高對發(fā)動機性能的發(fā)揮有很大的優(yōu)勢，隨著溫度設定點的提高，發(fā)動機機油溫度與運行溫度都應該有相應的提高， 這樣可以有效的減少散熱量和摩擦損失， 從而達到提高發(fā)動機的燃油經濟性和降低發(fā)動機污染物的排放。此外， 提高冷卻液溫度能明顯改善散熱器散熱量和提高發(fā)動機散熱效果， 如果降低冷卻液在發(fā)動機里面的流速， 就可以降低水泵的標定功率，降低發(fā)動機的負荷，從而提高了發(fā)動機的有效功率輸出。那么提高發(fā)動機冷卻液溫度設定點有些什么手段呢？最有效最典型的手段就是高溫冷卻技術， 將冷卻液溫度控制在90℃～ 115℃范圍內， 最高溫度可達130℃， 例如，德國MT U890 系列坦克發(fā)動機就運用了高溫冷卻技術， 這種冷卻系統(tǒng)最大的特點就是采用了全封閉式結構， 這種結構方式可以很大程度縮小冷卻系統(tǒng)容積從而降低發(fā)動機的功率消耗。當然， 提高發(fā)動機工作溫度對構成發(fā)動機的材料熱受熱載荷的能力提出了很高的要求， 對Nox的排放非常不利，因為Nox的生成需具備兩個條件：高溫、富氧。因為汽油機的壓縮比比柴油機小，熱負荷也相對較少，汽油發(fā)動機的機油溫度相比較柴油機較低，其主要原因是柴油機的壓縮比比汽油發(fā)動機大，其廢氣排放物主要為HC 和CO， 如果在部分負荷下將發(fā)動機冷卻液溫度升高，可以使發(fā)動機有效功率提高約10%。

3.2 降低溫度設定點。降低溫度設定點的最有效的途徑是什么呢？最有效的途徑是降低進氣溫度， 根據(jù)熱脹冷縮的原理，可以適當增加進氣密度，從而提高發(fā)動機過量空氣系數(shù)， 可以使燃油的燃燒有足夠的氧氣，從而可以達到降低發(fā)動機燃油消耗，從而達到使得燃燒過程更加優(yōu)化的效果。Finlay 等科學家的研究得出結論， 如果將某一個氣缸溫度降低50℃， 那么點火提前角可以增大3°CA，這樣可以有效的防止爆震，假如充氣效率提高2%，那么可以使得發(fā)動機動力性有著明顯的提高， 這樣可以使得結構參數(shù)更加優(yōu)化，還可以適當?shù)脑龃髩嚎s比。總而言之， 不管是將發(fā)動機溫度設定點提高還是降低都可以提高改善發(fā)動機的冷卻性能， 但必須充分考慮發(fā)動機的實際情況，這樣才能達到設計的目的。

4 結束語

通過以上分析可知，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的溫度設定對于發(fā)動機整體的經濟性、排放性有著重要的影響，更是發(fā)動機冷卻系統(tǒng)工作可靠性的保障。所以，發(fā)動機研發(fā)人員必須考慮汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的整體設計，在考慮燃油經濟性與排放性的前提下，對發(fā)動動機的設定溫度進行科學的設計，最終達到預期的目的。

參考文獻：

[1]王義春，楊英俊.混介動力車輛冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].北京理工大學學報，2004（1）.

[2]高鏡惠，花松.汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的模糊控制[J].小型內燃機與摩托車，2004（1）.

[3]姜成春.汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)設計及穩(wěn)定性分析與研究科技與企業(yè)[J].科技與企業(yè)，2014（22）.

[4]成曉北，潘立，鞠洪玲.現(xiàn)代車用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)研究發(fā)展[J].車用發(fā)動機，2008（2）.