汽車散熱器冷卻可控匹配設計

田新宇，李靜

（西安蘭德新能源汽車技術開發有限公司，陜西 西安 710043）

汽車散熱器冷卻可控匹配設計

田新宇，李靜

（西安蘭德新能源汽車技術開發有限公司，陜西 西安 710043）

針對傳統車發動機易發生的過熱過冷現象，本文對冷卻系統中的關鍵部件散熱器及其風扇進行匹配設計，從而提高發動機的動力性，減少能量消耗。

汽車；散熱器；風扇；可控

CLC NO.:U463.6Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-33-02

1、概述

冷卻系由散熱器、風扇、水泵和節溫器組成，由水管和缸體內的流道組成封閉的系統。在傳統的冷卻系統中，風扇由發動機的曲軸來驅動如圖1所示：因此其轉速是相對固定的。在機械裝配時，裝有風扇的發動機與裝有風罩的散熱器必須分別用彈性支座圃定在車架上，為了避免車輛在運行中因振動而引起風扇與風罩相碰，風扇葉片與風罩的徑向間隙值至少為15-20mm，這就極大地降低了風扇的容積效率。再加上風扇機械效率損失較大及液力效率較低，使得風扇總效率僅為30%左右[1-2]。

由于風扇總效率較低，故風扇消耗發動機大量的有效功率約10%以上。這一數值是十分可觀的，大量試驗指出，水冷系只有25%的時間是需要風扇工作的。而冬季風扇的工作只有5%的時間是有意義的[3]。由上所訴可知，散熱器的質量以及散熱器和風扇的配合選型，直接影響著汽車發動機冷卻循環系統的性能指標。

2、散熱器選型

循環式水冷用散熱器可分為直流型和橫流型。橫流型的散熱芯子水平布置，用左右兩側水室的上下水室結構，冷卻液左右流動。這種散熱器寬度尺寸較大，為得到大的散熱面積需要 需加大風扇尺寸，來使氣流更為流暢，在整車上需要比較大的布置空間。故這里選用直流式散熱器。

散熱器芯子是散熱器的核心部分，起主要的散熱作用。

散熱器芯子由散熱管、散熱片(或散熱帶)、上下主片等組成。由于它具有足夠的散熱面積，因此能保證將必須的熱量從發動機散發到周圍的大氣中去。而且散熱器芯子是用極薄的導熱性能好的金屬及其合金制造的，能使散熱器芯子以最小的質量和尺寸達到最高的散熱效果。散熱器的計算所根據的原始參數是散熱器散發的熱量和散熱器的外形尺寸。散熱器散發的熱量就等于發動機傳給冷卻液的熱量。已知散熱器散發的熱量后，所需散熱面積F可由下式計算：

式中：

K-散熱器的傳熱系數千卡/米2.小時

φ-散熱器貯備系數，一般φ=1.1～1.5，取1.1

Δtm-冷卻水與空氣的平均溫差，取26°

散熱器的正面積也稱迎風面積，正面積越大，則散熱器被冷風掃過的區域就越大，冷卻效率就越高。這樣可以減少芯厚，從而降低風阻及風扇功率損耗。但是散熱器的正面積還需同相應直徑的風扇及風扇與散熱器的相對位置匹配，散熱器正面積計算公式如下：

式中：

FR--散熱器的理論正面積，m2；

νa--散熱器正面前的空氣流速，νa=8m/s～10m/s，取νa＝10m/s。

3、風扇匹配

可控冷卻系統采用電動冷卻風扇。這種風扇不再是由發動機通過V型帶驅動風扇，而是利用電機帶動風扇，使風扇可以根據發動機溫度和負荷情況的不同，實現運轉速度的變化，避免了發動機驅動冷卻風扇的功率損失，縮短了發動機的預熱時間，減少傳熱損失。

根據發動機參數與參考同類型的汽車發動機，選擇軸流式電動風扇。它用裝在散熱器上的石蠟式溫控開關控制（控制水溫87～97°C），自動控制風扇電機的運轉，保持發動機溫度正常。這種自動控制的冷卻系統啟動暖機快，布置較自由。

按照總布置的要求和散熱器芯部的尺寸,風扇輪葉掃過的環面積等于散熱器芯部正面積的45%～60%,風扇輪葉內徑與外徑之比為0.28～0.36,得風扇外徑、風量、消耗功率由下式計算：

式中：

D2--風扇理論外徑，m；

u2--風扇外徑處的圓周速度，m/s；

n--發動機轉速，r/min；

i--風扇驅動速比；

P--空氣道的阻力，Pa；

ΔPR--散熱器的阻力，Pa，ΔPR=100Pa ～500Pa，取ΔPR=400Pa；

ΔP1--除散熱器以外的所有空氣道的阻力，Pa；Δp1=(0.4～1.1)ΔPR，取ΔP1=0.8ΔPR；

η--風扇總效率；

Nf--風扇的消耗功率，W。

4、結論

散熱器的任務是避免發動機在非適宜溫度下工作，但是在額定功率工況下設計的散熱器及其相對應匹配的風扇，滿足不了發動機在任何工況時都保持最佳溫度工作，在非額定狀態時可能會出現過熱活過冷現象，因此在進行風扇匹配時應對冷卻系的散熱能力進行調節。散熱器冷卻可控體統設計匹配了可控風扇，還加裝了溫度傳感器，整個系統反應更為迅速、靈敏、對風扇轉速控制更精確，反饋更智能。從而使發動機基本保持在最佳工況工作，功率消耗減少，增加能源利用率，具有非常廣闊的應用前景。

[1] 郭新民，高平，吳海榮等．汽車發動機電控冷卻系統的試驗研究．內燃札2006，3：28-31．

[2] 千春華。孫逕柱，郭新民．ZL50裝載冷卻能力的智能控制．農機化研究．2003，2：55-57．

[3] 崔靖。邊耀璋等．汽車構造(上冊)．西安：陜西科學技術出版社，1991．

Matching Design of Intelligent Controlling System of Automobile Radiator

Tian Xinyu, Li Jing
(Xi'an Land New Energy Vehicle Technology Development CO.,Ltd., Shaanxi Xi'an 710043)

In order to avoid the engine working at inappropriate temperature.Expounds the key part radiator and fan of cooling system theoretics matching design process in this article. The diesel engine’s power Can be improved and the fuel wastage can be reduced.

Automobile；radiator；fan；intelligent controlling

U463.6

A

1671-7988(2014)11-33-02

田新宇，就職于西安蘭德新能源汽車技術開發有限公司，從事整車設計工作。