發(fā)動(dòng)機(jī)散熱處理器及散熱性能分析

宋 飛 高 源

中北大學(xué) 山西 朔州036000

0 前言

汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,離不開發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的改進(jìn),最主要的表現(xiàn)形式就在于設(shè)計(jì)更加嚴(yán)密,運(yùn)行功率更大。但隨之而來的便是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量也明顯增多,尤其是在一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)處,過多的熱量會(huì)損壞一些汽車部件,進(jìn)而影響汽車的行駛性能。因此,汽車的散熱處理就顯得尤其重要,尤其是在發(fā)熱最嚴(yán)重的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)處,因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量最大。由于冷卻系統(tǒng)最主要的方式是通過水泵使得冷卻液進(jìn)行循環(huán)使用,然而,在部分負(fù)荷時(shí),冷卻系統(tǒng)會(huì)發(fā)生功率損失,即水泵所提供的冷卻液流量超過所需的流量[1]。因此一個(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。

1 原理概述

冷卻液在循環(huán)過程中不斷吸收發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量,這也是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱的基本原理。而散熱器是利用冷卻液吸收熱能進(jìn)行工作的,簡(jiǎn)單來說,是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力帶動(dòng)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn),使得冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行巡回流動(dòng)冷卻液吸收發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量并將其散發(fā)到空氣中的裝置就是散熱器。

散熱器是對(duì)汽車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)降溫的整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)稱,由冷卻液吸收大量熱之后,同外界的低溫空氣進(jìn)行熱量交換,如此循環(huán)往復(fù)。判斷散熱性的性能好壞,很大程度上便是看其能否穩(wěn)定的保持發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度放熱量與所需的目標(biāo)溫度是否-致,是決定散熱器的基本性能的基礎(chǔ)。

根據(jù)相關(guān)的研究報(bào)告顯示,將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的冷卻液橫向截分為數(shù)段,以便更好的增大與空氣的接觸面積,其溫度可降低10～15℃。在很多類型的車中,為加速熱量的散發(fā),經(jīng)常會(huì)加裝風(fēng)扇,以便更好的進(jìn)行制冷。當(dāng)使用條件變化時(shí),如外界氣溫高,發(fā)動(dòng)機(jī)在低速大負(fù)荷情況下工作,要求冷卻強(qiáng)度要強(qiáng),否則發(fā)動(dòng)機(jī)易于過熱。而當(dāng)外界氣溫低,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷又不大時(shí),其冷卻強(qiáng)度應(yīng)弱些,不然就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過冷。因此,要保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的溫度下工作,不出現(xiàn)過熱過冷現(xiàn)象,就必須能根據(jù)使用條件的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻強(qiáng)度[2]。

甚至在挑選合適的氣流運(yùn)行方向時(shí)也需要進(jìn)行合理的規(guī)劃,由于機(jī)艙空間小,并且發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的零部件較多,其中不乏對(duì)溫度較為敏感的元器件,如傳感器,橡膠片,ECU 等,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞甚至致使元器件變形等。

2 常見的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱問題

2.1 芯管堵塞 由于在汽車的行駛過程中,處于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)的需要,我們經(jīng)常性的會(huì)更換冷卻液,但如果冷卻液前后使用的品牌或者含量不盡相同,導(dǎo)致相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而形成一些固體顆粒堵塞循環(huán)系統(tǒng);或者冷卻液中還有部分雜質(zhì),在使用過程中吸熱膨脹等,由于水道比較細(xì)小,堵塞也較為容易。

2.2 冷卻系統(tǒng)滲水 這應(yīng)該是車輛中最常出現(xiàn)的問題之一了,不僅僅在發(fā)動(dòng)機(jī)制冷方面,甚至在剎車油的使用中也是屢見不鮮的問題。其中最大的制約乃是制冷液的泄露會(huì)導(dǎo)致制冷系統(tǒng)的失效,嚴(yán)重的則會(huì)致使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件的損壞[3]。最常見的滲水問題很大程度上是由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的散熱處理器可以處理的程度,溫度過高極易導(dǎo)致相關(guān)裝置的破損;或是由于運(yùn)行過程中的機(jī)械摩擦等。

3 電控冷卻系統(tǒng)

傳統(tǒng)的機(jī)械式冷卻風(fēng)扇、水泵等與曲軸相關(guān)聯(lián),很容易出現(xiàn)冷卻水溫偏離正常工作范圍的情況。因此,將傳統(tǒng)的機(jī)械式水泵、風(fēng)扇與發(fā)動(dòng)機(jī)解耦,并采用電控式節(jié)溫器,實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻介質(zhì)的單獨(dú)控制是非常必要的。研究?jī)?nèi)容包括單一部件電控研究、多部件聯(lián)合電控研究與控制策略的開發(fā)研究[4]。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)通常采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的冷卻水泵、冷卻風(fēng)扇和節(jié)溫器,受到的影響因素較多,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也較高。導(dǎo)致很多情況下不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的散熱需求,無法實(shí)現(xiàn)冷卻液溫度在各個(gè)工況內(nèi)的合理控制。因此,采用電子控制手段,通過電子傳感器和芯片進(jìn)行反饋調(diào)節(jié),是未來的發(fā)展方向。