傳統(tǒng)客車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

張 振， 蘭呈峰， 熊偉杰， 楊 劍

(江西博能上饒客車有限公司， 江西 上饒 334000)

隨著車用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的緊湊化,發(fā)動(dòng)機(jī)比功率越來越大,導(dǎo)致散熱不足的問題越發(fā)明顯[1]。當(dāng)客車的行駛環(huán)境為炎熱的夏天或高溫路況時(shí)，其散熱效果一旦不佳，就有可能引發(fā)嚴(yán)重后果[2]。因此,傳統(tǒng)客車的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱效果受到各車企的極大重視，其重要性在后置式客車的研發(fā)中尤為突出[3-4]。為增強(qiáng)傳統(tǒng)客車發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱性能，本文設(shè)計(jì)兩種新型外部導(dǎo)熱系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)客車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的普遍結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)客車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的普遍結(jié)構(gòu)中包含散熱器、散熱風(fēng)扇、冷卻水管、節(jié)溫器、水泵、氣缸體水套、發(fā)動(dòng)機(jī)水套排氣管、冷卻液膨脹箱等，如圖1所示。其散熱原理：通過驅(qū)動(dòng)散熱器內(nèi)冷卻水循環(huán)，使冷卻水流入氣缸體散熱水套內(nèi)，并由散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)，從而加速散熱器內(nèi)冷卻水的熱量散發(fā)[5]。然而，當(dāng)客車的行駛環(huán)境處于高溫時(shí)，上述方式的散熱效果時(shí)常欠佳，容易將熱量傳遞給底盤的其他零部件，影響底盤使用壽命[6-7]。

圖1 客車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)示意圖

2 新型冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過走訪用戶、實(shí)車道路試驗(yàn)，分析傳統(tǒng)客車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)，提出了兩種散熱效果更好的冷卻系統(tǒng)，其組成架構(gòu)如圖2所示。圖2中的 A-A剖視圖如圖3所示；圖3中的B-B剖視圖如圖4所示。

圖2中，新型冷卻系統(tǒng)包括散熱器1、散熱風(fēng)扇2、水泵3、冷卻水管4、5及散熱橫梁6，發(fā)動(dòng)機(jī)7為熱源。其中，散熱橫梁6由兩根對(duì)稱橫梁組成，中間留有放置導(dǎo)熱管9的空隙(具體結(jié)構(gòu)如圖4所示)，并沿客車的寬度方向布置且焊接于車架8上，冷卻水管5鋪設(shè)于散熱橫梁6上。

圖2 新型客車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖

如圖3所示，新型冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有拼接結(jié)構(gòu)及卡槽結(jié)構(gòu)兩種。與傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，主要增加了散熱橫梁6、導(dǎo)熱管9和散熱片10，可使冷卻水在進(jìn)入散熱器1之前先進(jìn)行一次預(yù)散熱，大大提高了冷卻效果。多個(gè)導(dǎo)熱管9沿散熱橫梁6的長(zhǎng)度方向依次均勻設(shè)置，且每個(gè)導(dǎo)熱管9的蒸發(fā)端內(nèi)置于冷卻水管5內(nèi)、冷凝端延伸至散熱橫梁6內(nèi)，每個(gè)散熱片10均一端內(nèi)嵌于散熱橫梁6并與導(dǎo)熱管9焊接、另一端突出于車架底部。拼接結(jié)構(gòu)及卡槽結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別為導(dǎo)熱管9的形式：前者為直圓管，后者為U形圓管。

(a)拼接結(jié)構(gòu) (b)卡槽結(jié)構(gòu)

圖4 新型散熱系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(B-B剖視圖)

圖4中的導(dǎo)熱圓管9均包括管殼及吸液芯，吸液芯呈筒狀并內(nèi)置于管殼，且吸液芯外壁貼附于管殼內(nèi)壁，其與現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)熱管的散熱原理基本相同[8-9]。散熱片10可采用散熱效率高的金屬材質(zhì)，如銅、鋁合金，以便于將導(dǎo)熱管9傳遞的熱量快速通過散熱片10散發(fā)至空氣中。導(dǎo)熱管9通過周邊涂抹AB膠(兩液混合硬化膠)與冷卻水管5及兩側(cè)散熱橫梁11、12相結(jié)合。

圖3(b)所示的卡槽結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)熱管9用圓管彎成U形。為了便于導(dǎo)熱管9和散熱片10的安裝，將散熱橫梁6設(shè)計(jì)成雙梁結(jié)構(gòu)，即由圖4所示的左梁11和右梁12對(duì)稱布置而成，且左梁11和右梁12相對(duì)的一側(cè)下部分別開設(shè)左卡槽13和右卡槽14；當(dāng)左梁11和右梁12連接時(shí)，左卡槽13和右卡槽14合并形成用于容置導(dǎo)熱管9和散熱片10的容置槽，且該容置槽中的導(dǎo)熱管9和圖4所示的散熱片10相焊接，而且散熱橫梁6可采用散熱效果較好的金屬材質(zhì)，例如鋁合金。

由于圖3(b)卡槽結(jié)構(gòu)中導(dǎo)熱管9的散熱面積明顯多于圖3(a)拼接結(jié)構(gòu)中導(dǎo)熱管9的散熱面積，所以卡槽結(jié)構(gòu)的散熱效果更佳。

傳統(tǒng)客車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中，受熱后的冷卻水直接到達(dá)散熱器中。由于溫度較高，盡管經(jīng)過散熱器后可以散發(fā)大量的熱量，但當(dāng)環(huán)境溫度過高時(shí)，冷卻水的降溫效果并不明顯，而新型散熱結(jié)構(gòu)可明顯提升發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱效果。本文設(shè)計(jì)的新型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，尤其適用于散熱效果不利的發(fā)動(dòng)機(jī)后置客車[6]及高溫地區(qū)用客車。

3 結(jié)束語

該新型客車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)尤其適用于高溫地區(qū)和發(fā)動(dòng)機(jī)后置客車，不僅方便安裝，還能更大限度地增強(qiáng)冷卻系統(tǒng)散熱面積，提升散熱能力，增強(qiáng)客車的使用性能。目前，該裝置已取得國(guó)家實(shí)用新型專利證書。