淺談某商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析

莫限啟

摘 要：結(jié)合實(shí)際，對(duì)商用車(chē)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性內(nèi)容進(jìn)行解析。先是闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)，其次詳細(xì)的解析商用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望研究分析后，可以給相關(guān)工作人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：商用車(chē);發(fā)動(dòng)機(jī);冷卻系統(tǒng);設(shè)計(jì);穩(wěn)定性

1 概述

對(duì)于現(xiàn)代化的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，其中冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性務(wù)必要作為重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，以使其在發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理中發(fā)揮出最大的價(jià)值和作用。由于推進(jìn)此類(lèi)系統(tǒng)的運(yùn)用往往并不簡(jiǎn)單，基本的發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)以及冷卻效率和廢氣排放控制等都應(yīng)做出全面分析。需要注意的是，如今投入應(yīng)用的冷卻系統(tǒng)是在被動(dòng)的狀態(tài)下運(yùn)行，且只能在發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)熱分布中被使用到。因此，改進(jìn)和提升冷卻系統(tǒng)勢(shì)在必行，以借助于先進(jìn)的設(shè)計(jì)方式使其達(dá)到高效科學(xué)地運(yùn)行，從而根本消除掉以往產(chǎn)生的不良反應(yīng)。

2 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)

對(duì)于冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以往多是以保障發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行為目標(biāo)，同時(shí)也起著優(yōu)化燃料消耗和降低排放的功能。因而，現(xiàn)代化的冷卻系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)全面分析以下因素。（1）就發(fā)動(dòng)機(jī)而言，應(yīng)注意其內(nèi)部的摩擦損失。（2）系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的功率。（3）燃燒室的溫度以及充量密度等相關(guān)指標(biāo)。但凡是先進(jìn)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都會(huì)采用系統(tǒng)化和模塊化的方法，以對(duì)其中可能產(chǎn)生影響的因素做出全面精細(xì)的分析和謀劃，從而確保系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)高效。

3設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析

31 溫度設(shè)定點(diǎn)

當(dāng)處于穩(wěn)態(tài)和特定運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及負(fù)荷的狀態(tài)之下，冷卻液的溫度才可用金屬溫度表示。而如果是處于其他條件之下，二者的溫度可能相同也可能不同。發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度分布并不均勻，其運(yùn)行時(shí)的極限值通常出現(xiàn)在排氣門(mén)區(qū)域。為了能夠起到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的切實(shí)防護(hù)，顯然以金屬溫度控制冷卻系統(tǒng)更為合理。對(duì)于冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其設(shè)計(jì)的溫度是在滿負(fù)荷狀態(tài)達(dá)到最大散熱率的前提下，因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻系統(tǒng)處在部分符負(fù)荷條件下，就會(huì)出現(xiàn)高油耗等不太理想的效果。由此可見(jiàn)，對(duì)冷卻液溫度設(shè)定點(diǎn)實(shí)施改變勢(shì)在必行，只有這樣的設(shè)計(jì)才能對(duì)其中存在的部分負(fù)荷狀態(tài)下不佳的情況予以有效改善。

3.2 提高溫度設(shè)定點(diǎn)

提高工作溫度設(shè)定點(diǎn)就當(dāng)前的設(shè)計(jì)工作來(lái)看仍是比較切實(shí)高效的方式，并且受到了廣泛的使用。提高溫度之下，必定會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗以及冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行造成一定的影響。具體來(lái)看，工作溫度提高之下，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油溫度也會(huì)隨之上升，相應(yīng)的其摩擦損耗和燃油消耗將得到顯著的優(yōu)化。提高冷卻液排出溫度至150℃，此時(shí)的氣缸溫度則升高到195℃，相應(yīng)的油耗則會(huì)出現(xiàn)4%～6%的下降。如果使冷卻液處在90℃～115℃的區(qū)間，且使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油最高溫度達(dá)到140℃，相應(yīng)的處在部分負(fù)荷狀態(tài)下即能實(shí)現(xiàn)油耗下降10%的效果。由此可見(jiàn)，工作溫度提高之下，冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行也會(huì)受到一定的影響。另外，要想深度地減小冷卻液的流速，可以嘗試采用不同的傳熱方式以優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3 降低溫度設(shè)定點(diǎn)

對(duì)于冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果降低其工作溫度，將會(huì)極大地提升發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，而進(jìn)氣的溫度則會(huì)下降。這樣的設(shè)計(jì)效果，對(duì)于燃油效率的提升顯然極為有利。一般來(lái)看，降低溫度設(shè)定點(diǎn)也是比較合理的方式，其不僅能夠節(jié)約運(yùn)行成本，而且也能降低各個(gè)部件的損耗以延長(zhǎng)其使用期限。經(jīng)過(guò)具體的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣缸溫度降低到50℃，且點(diǎn)火提前角提前3°的狀態(tài)下，并不會(huì)出現(xiàn)爆震的情況。不僅如此，其充氣的效率和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能都得到了顯著的改善和提升。

3.4 精確冷卻系統(tǒng)

該系統(tǒng)的運(yùn)行效果主要與冷卻水套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及冷卻液的流速有關(guān)。對(duì)于精確冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其中涉及到的排氣門(mén)周?chē)葻彡P(guān)鍵區(qū)，相應(yīng)的冷卻液流速較大，并且有著較高的熱傳遞效率。最為明顯的則是變化較小的溫度梯度，之所以出現(xiàn)這樣的效果與通道橫截面縮小以及提升流速和減少流量有很大關(guān)系。對(duì)于精確冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要想高效地推進(jìn)設(shè)計(jì)工作，其中涉及到的冷卻水套的尺寸以及冷卻水泵的匹配務(wù)必要高度重視，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和達(dá)到相應(yīng)的溫度需求。由于冷卻液的流速變化較大，因此應(yīng)對(duì)冷卻水套等涉及到系統(tǒng)運(yùn)行的方面做出全面分析，以使其相互補(bǔ)充，發(fā)揮出最大的效用。有關(guān)研究顯示，精確冷卻系統(tǒng)的作用條件之下，冷卻液的流量將下降40%。另外，針對(duì)氣缸蓋冷卻水套所展開(kāi)的精確設(shè)計(jì)，對(duì)于流速的提升以及溫度的降低也是極為顯著的。

3.5 分流式冷卻系統(tǒng)

對(duì)于此類(lèi)冷卻系統(tǒng)，缸蓋和缸體的冷卻分別由其各自的液流回路實(shí)施，因而其二者也就有了不同的溫度。此類(lèi)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)還是比較明顯的，其能夠保障發(fā)動(dòng)機(jī)各部分處在最佳溫度條件運(yùn)行，同時(shí)還能促使系統(tǒng)的整體效率達(dá)到最大。只有缸蓋溫度較低且缸體溫度較高的狀態(tài)下，才能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熱工作的理想運(yùn)行。具體來(lái)看，缸蓋溫度較低，能夠增大進(jìn)氣量和達(dá)到提高充氣效率的效果。而缸體溫度較高的話，則能起到降低磨損和提高燃油效率的效果。對(duì)于分流式冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在其運(yùn)行過(guò)程中，缸體和缸蓋將會(huì)出現(xiàn)100℃的溫度差，磨損和油耗的降低都是在這樣的條件下實(shí)現(xiàn)的。如果缸體溫度較高，那么油耗可降低4%～6%，加上處在部分負(fù)荷的條件下，相應(yīng)的HC可降低20%～35%。另外需要注意的是，當(dāng)節(jié)氣門(mén)處于全開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，缸蓋和缸體的溫度都可重新設(shè)計(jì)為50℃和90℃，從而實(shí)現(xiàn)整體改善油耗以及功率輸出的效果。

3.6 可控式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)

以往的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)多是處在被動(dòng)狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)更為簡(jiǎn)單且成本也比較低。如今對(duì)于冷卻系統(tǒng)則有了更高的追求，其中對(duì)于滿負(fù)荷散熱問(wèn)題的處理無(wú)疑是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中最為核心的部分，而可控式冷卻系統(tǒng)的出現(xiàn)恰逢其時(shí)。部分負(fù)荷運(yùn)行使得輕型車(chē)輛的系統(tǒng)損耗尤為嚴(yán)重，之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，很大程度上與發(fā)動(dòng)機(jī)工作不充分有關(guān)。對(duì)于這類(lèi)情況，可控式冷卻系統(tǒng)顯然有著極大的針對(duì)性。具體來(lái)看，其主要由傳感器和執(zhí)行器以及電控模塊等構(gòu)成。此類(lèi)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其可伴隨發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)時(shí)調(diào)整冷卻量，以實(shí)現(xiàn)降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗的效果。此類(lèi)系統(tǒng)中的執(zhí)行器主要是指冷卻水泵和節(jié)溫器，冷卻量的調(diào)整就是在其具體運(yùn)行之下實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于溫度傳感器，其主要承擔(dān)的是發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)的傳遞工作，以施加相應(yīng)的控制。另外的可控式裝置，例如電動(dòng)水泵，在其作用之下可將系統(tǒng)溫度設(shè)定點(diǎn)從90℃提高到110℃，不僅節(jié)省了燃油，而且還降低了排放。此類(lèi)系統(tǒng)的響應(yīng)能力極為迅速，通常可將冷卻溫度保持在設(shè)定點(diǎn)的±2℃范圍。下降1℃只需2秒，暖機(jī)時(shí)間也有了極大縮短?？傮w來(lái)看，此類(lèi)冷卻系統(tǒng)的工作范圍與工作極限區(qū)域較為接近，因而其對(duì)于溫度的控制更為高效迅捷，從而極大地減少了各類(lèi)損耗和功率較低的情況。

4 結(jié)論

由以上論述可以看出，當(dāng)前對(duì)于冷卻系統(tǒng)的需求還是比較強(qiáng)烈的。而通過(guò)本文對(duì)幾種新型冷卻系統(tǒng)的解讀和分析，可以發(fā)現(xiàn)其中涉及到的溫度的控制依舊是極為復(fù)雜的內(nèi)容。而冷卻系統(tǒng)要想改進(jìn)和提升，其中對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)以及燃油效率的提升，務(wù)必要高度重視。如今隨著科技時(shí)代的持續(xù)深入，冷卻系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)中的運(yùn)行也將更為科學(xué)高效，以更好地服務(wù)于社會(huì)發(fā)展。

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