小型汽車發動機的散熱冷卻係統介紹

　　汽車發動機（汽油機或柴油機）在工作時，與高溫燃氣相接觸的零件最高溫度高達2000攝氏度以上，發動機冷卻係統的主要功能就是把受熱零件吸收的部分熱量及時散發出去，保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作。一般正常的冷卻水溫在85-110°C之間。

　　2.發動機冷卻係統的類型

　　汽車發動機的冷卻係統主要有以下幾種類型，其特點如表1所示。

　　目前，汽車用發動機的冷卻係統常用結構是“冷卻水強製循環冷卻方式”，具有冷卻可靠、效果好的特點。

　　3.發動機冷卻係統的組成與工作原理

　　強製循環水冷式發動機的冷卻係統主要是由冷卻水套、水泵、 散熱器、水管、節溫器、冷卻風扇、膨脹水箱等組成。

　　其工作原理是利用水泵提高冷卻液的壓力，強製冷卻液在發動機的冷卻水道中循環流動，將發動機多餘的熱量帶走，使其保持在最佳工作溫度。有小循環與大循環兩種工作模式。小循環是指在發動機冷啟動後，溫度較低的冷卻液不會將節溫器打開，此時冷卻液隻經過水泵在發動機的水道中進行循環，使發動機盡快達到正常的工作溫度。等發動機溫度上升，冷卻液溫度達到節溫器設定值（一般為80度）時，節溫器閥門打開，冷卻液從發動機水道中流出，經過散熱器冷卻後的冷卻液再進入人發動機進行冷卻循環，也就是大循環，使發動機盡量保持在最佳工作溫度。

　　4 散熱器的設計計算

　　散熱器是冷卻係統中的重要部件，其主要作用是儲存冷卻液，並將冷卻液攜帶的熱量散發出去，從而降低發動機冷卻液溫度，最終達到發動機降溫的過程。散熱器的合理設計，可以更好地保證發動機的動力性，經濟性及可靠性。

　　4.1 散熱器組成及分類 散熱器主要由兩個水室及芯體組成，按結構不同可分為管片式和管帶式兩種。（表2）

　　4.2 散熱器技術參數 ①散熱係數：因使用材料，風速，水流量不同而不同，現在主要使用鋁製散熱器，其傳熱係數在同樣條件下較高，製作簡單，質量小，成本低。②空氣阻力：主要和芯體結構有關，主要是散熱器管距及散熱帶波峰距，風阻越小散熱器散熱效率越高。③風扇功率：風扇功率越大風量越大，散熱效果越好，但同時也消耗了發動機更多功率，並產生了更大的噪聲。乘用車風扇現在多采用電子扇。④散熱帶波峰距：小的波峰距可以提供更大的散熱麵積，但同時也增加了散熱器的風阻，反之亦然。⑤散熱麵積：散熱器管，帶的表麵積之和。散熱麵積越大，散熱效率越好。⑥迎風麵積：散熱器芯體正麵迎風部分的麵積。⑦壓降：指在一定條件嚇冷卻液從散熱器入口流至散熱器出口過程中壓力的下降部分，壓降與散熱器結構及製作材料有管，在水泵揚程一定的條件下壓降越小，散熱器中冷卻液流速越快，冷卻效率越高。

　　4.3 散熱器的匹配計算

　　4.3.1 散熱量計算 計算整車需要冷卻係統帶走的熱量，根據整車具體實際情況考慮，是否包括冷凝器，中冷器的散熱量。額定工況發動機散熱量：Qw=A*ge*Ne*Hn/3600；最大扭距工況發動機熱量：Qw’=A*ge’*Ne’*Hn/3600。其中，A——傳給冷卻係統的熱量占燃料熱能的百分比（一般柴油機=0.18～0.25，渦流機比直噴機高；汽油機A=0.23～0.30），Hn——燃料熱值，柴油和汽油的低熱值分別為41870Kj/Kg和43100Kj/Kg。

　　由上可以得出散熱係統所需帶走的熱量，取其中最大值。以下以額定點為例。

　　4.3.2 散熱器散熱麵積 散熱器麵積：F=Q/（Kr*△t），其中△t=tw-ta；冷卻水平均溫度：tw=tw1-△tw/2；散熱器進水溫度：tw1；散熱器進出水溫差：△tw：一般取5～10；冷卻空氣平均溫度：ta=t1+△ta/2；散熱器進風溫度：t1；散熱器冷卻空氣進出溫差：△ta一般取20～30。

　　平均溫度修正係數：汽車發動機的冷卻形式，屬於兩種流體（空氣及冷卻水）互不混合的交叉流式換熱形式，所以要以修正係數對平均溫差進行修正，取=0.98。

　　由此可以初步計算出散熱器散熱麵積，散熱器散熱麵積與功率的比一般如下：小客車：=0.136～0.204m■/kW；載重車：■=0.204～0.408m/kW；拖拉機：=0.408～0.680m/kW。

　　4.3.3 額定點散熱器內冷卻液流量Vw計算

　　Qw=Vw*△tw*γw*cw。其中，Vw=Qw/（△twγwcw）及額定點水泵流量，此數值可由發動機提供，也可由上述公式進行計算得出。

　　4.3.4 散熱器迎風麵積F計算 F=Qw/Δt/γa/CP/V。上式中，Qw—— 額定點散熱量；Δt——散熱器冷卻空氣進出溫差，一般取20～30，CP——空氣比熱容，γa——空氣的比重，V——空氣流速（礦山車和拖拉機取8m/s，載重車取8～10m/s，小客車取12m/s）。然後算出芯體的寬b和高h，最佳比例為b=h。b=■。

　　4.3.5 芯體厚度lR（m） lR=。上式中：φ——散熱器芯體的容積緊湊性係數，即單位散熱芯部容積所具有的散熱麵積，m2/m3。φ值越大，散熱器越小，空氣阻力越大。主要取決於亚搏足彩官方下截 和水管的數目、布置和形狀，一般取500～1000，對於選定的芯部結構，φ是一個定值。散熱器的設計盡量做到風阻小，冷卻效率高。在整車空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風麵積，減薄芯子厚度。這樣可以充分利用風扇的風量和車的迎麵風，提高散熱器的散熱效率。貨車散熱器一般采用縱流結構，因為貨車的布置空間較寬裕。而且縱流式結構的散熱器強度及懸置的可靠性好。轎車由於空間限製，也可采用橫流結構。