淺析發動機冷卻系統

宋事延

摘要：隨著汽車工業的發展，發動機設計更加緊湊，比功率越來越大，發動機產生的廢熱也隨之明顯增大。一些關鍵區域，如排氣門周圍散熱問題。發動機冷卻系統的散熱能力一般應滿足發動機滿負荷時的散熱需求，然而，在部分負荷時，冷卻系統會發生功率損失。可見，一個正常、高效的冷卻系統直接影響著發動機的燃油經濟性、加速性、可靠性以及使用壽命。下面，簡要談談冷卻系的工作，意義和發展。

關鍵詞：冷卻系統;溫度設定;精確控制

1.作用和意義

發動機冷卻系統作用是利用水在發動機內強制循環，帶走余熱，可靠地保護發動機，而且還應具有改善燃料經濟性和降低排放的作用。為此，現代冷卻系統要綜合考慮下面的因素：發動機內部的摩擦損失;冷卻系統水泵的功率;燃燒邊界條件，如燃燒室溫度、充量密度、充量溫度。先進的冷卻系統采用系統化、模塊化設計方法，統籌考慮每項影響因素，使冷卻系統既保證發動機正常工作，又提高發動機效率和減少排放，減少對大氣的污染。

2.溫度設定

發動機工作溫度的極限值取決于排氣門周圍區域最高溫度。最理想的情況是按金屬溫度而不是冷卻液溫度控制冷卻系統，這樣才能更好地保護發動機。由于冷卻系統設定的冷卻溫度是以滿負荷時最大散熱率為基礎，因此，發動機和冷卻系統在部分負荷時處于不太理想狀態，如市區行駛和低速行駛時，會產生高油耗和排放。?通過改變冷卻液溫度設定點可改善發動機和冷卻系統在部分負荷時的性能。根據排氣門周圍區域溫度極限值，可升高或降低冷卻液或金屬溫度設定點。升高或降低溫度點都各有特點，這取決于希望達到的目的。

2.1?提高工作溫度設定點是一種比較受歡迎的方法。提高工作溫度將提高發動機機油溫度，降低發動機摩擦磨損，降低發動機燃油消耗。研究表明，發動機工作溫度對摩擦損失有很大影響。將冷卻液排出溫度提高到150℃，使氣缸溫度升高到195℃，油耗則下降4%-6%。將冷卻液溫度保持在90-115℃范圍內，使發動機機油的最高溫度為140℃，則油耗在部分負荷時下降10%。提高工作溫度也明顯影響冷卻系統的效能。提高冷卻液或金屬溫度會改善發動機和散熱器熱傳遞的效果，降低冷卻液的流速，減小水泵的額定功率，從而降低發動機的功率消耗。

2.2?降低溫度設定點降低冷卻系統的工作溫度可提高發動機充氣效率，降低進氣溫度，這對燃燒過程、燃油效率及排放有利。降低溫度設定點可以節省發動機運行成本，提高部件使用壽命。?研究表明，若氣缸蓋溫度降低到50℃，點火提前角可提前3℃A而不發生爆震，充氣效率提高2%，發動機工作特性改善，有助于優化壓縮比和參數選擇，取得更好的燃油效率和排放性能。

2.3?精確冷卻系統主要體現在冷卻水套的結構設計與冷卻液流速的設計中。在精確冷卻系統中，熱關鍵區，如排氣門周圍，冷卻液有較大的流速，熱傳遞效率高，冷卻液的溫度梯度變化小。精確冷卻系統的設計關鍵在于確定冷卻水套的尺寸，選擇匹配的冷卻水泵，保證系統的散熱能力能夠滿足低速大負荷時關鍵區域工作溫度的需求。發動機冷卻液流速的變化范圍相當大，從怠速時的1?m/s到最大功率時的5m/s。研究表明，采用精確冷卻系統，在發動機整個工作轉速范圍，冷卻液流量可下降40%。對氣缸蓋上冷卻水套的精確設計，可使普通冷卻道的流速從1.4m/s提高到4m/s，大大提高氣缸蓋傳熱性，將氣缸蓋的金屬溫度降低到60℃。最好采用分流式冷卻系統，分流式冷卻系統為另外一種冷卻系統。在這種冷卻系統中，氣缸蓋和氣缸體由各自的液流回路冷卻，氣缸蓋和氣缸體具有不同的溫度?？墒拱l動機各部分在最優的溫度設定點工作。理想的發動機熱工作狀態是氣缸蓋溫度較低而氣缸體溫度相對較高。氣缸蓋溫度較低可提高充氣效率，增大進氣量。溫度低且進氣量大可促進完全燃燒，降低CO，HC和NOx的形成，也提高輸出功率。在部分負荷時HC降低20%-35%。節氣門全開時，缸蓋和缸體溫度設定值可調到50℃和90℃，從整體上改善燃油消耗、功率輸出和功率損失。

2.4?可控式冷卻系統可彌補目前冷卻系統的不足。這對輕型車輛來說尤為明顯，這些車輛大多數時間都在市區內部分負荷下行駛，這時為解決發動機在特殊情況下過熱的問題，現代多多使用可控式冷卻系統?？煽厥桨l動機冷卻系統一般包括傳感器、執行器和電控模塊?？煽厥嚼鋮s系統能夠根據發動機工作狀況調整冷卻量，降低發動機功率損耗。在可控式冷卻系統中，執行器為冷卻水泵和節溫器，一般由電動水泵和液流控制閥組成，可根據要求調整冷卻量。溫度傳感器為系統的一部分，可迅速把發動機的熱狀態傳給控制器?？煽厥窖b置，如電動水泵，可將冷卻系溫度設定點從90℃提高到110℃，穩定狀態時，金屬溫度比傳統冷卻系統的高10℃?？煽厥嚼鋮s系統具有較快的響應能力，可將冷卻溫度保持在設定點的±2℃范圍。從110℃下降到100℃只需2?s。發動機暖機時間減少到200s，冷卻系統工作范圍更貼近工作極限區域，能夠縮小發動機冷卻溫度和金屬溫度的波動范圍，減少循環熱負荷造成的金屬疲勞，延長部件壽命。

3.總結

3.1?無論哪種現代機器，冷卻系統的能控性是改善冷卻系統的關鍵，提供關鍵參數，確保發動機在安全限度范圍內工作。從設計和使用性能來看，分流式冷卻與精密冷卻相結合具有很好的發展前景，既能提供理想的發動機保護，又能提高燃油經濟性和排放性。這種結構有利于形成發動機理想的溫度分布。也能將機油和缸體溫度保持在設計的工作范圍，具有較低的摩擦損失和污染排放量。

3.2?無論怎樣先進機器，也離不開細心的維護保養：當風扇和管路完好時。如同人體，身體建康，要血液和各部件都好才行。作為冷卻系統重要組成部分的冷卻介質，一定一年四季要用防凍夜，發現少不能加自來水，防止產生水垢，最好1—2年更換一次防凍液。不同防凍液不能混加，以防產生化學反應?？傊灰獙ψ约旱膼圮嚲募右院亲o，定會得到回報，讓你享受汽車帶來的快樂。

參考文獻：

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