現代汽車發動機冷卻系統

鄭斯澤　張靜

摘 要：發動機是汽車的靈魂，決定了汽車的性能好壞。發動機在快速運轉的時候會產生很多熱量，如果這些熱量沒有散失，會嚴重影響汽車零部件的運轉，從而影響汽車的正常使用。汽車發動機冷卻系統伴隨著汽車的發展而有了很大的改善。文章簡單介紹了發動機冷卻系統發展現狀，針對冷卻系統的特點，介紹了這一領域的幾個發展方向，使得汽車發動機冷卻系統更加優化、完善，發動機性能得到顯著的提升。

關鍵詞：發動機冷卻系統；發展方向；提升

前言

隨著汽車輕量化技術等發展，現代汽車領域對發動機的設計理念趨向于緊湊、單位面積功率大等方向。這樣的設計就導致發動機的強化程度越來越高，發動機工作的時候產生的熱流密度也就非常大。這個產生的熱流也是妨礙發動機進一步提高效率，改進性能一大因素。發動機冷卻系統就是為了解決發動機高速工作時熱流的冷卻和熱平衡。除此之外，冷卻系統還對發動機的排放有影響，越來越嚴格的排放標準對冷卻系統也提出了更高的要求。發動機冷卻系統已經成為汽車領域里關鍵的技術，對提高發動機性能和經濟性都有很大的幫助。因此，對發動機冷卻系統進行更深入的研究也就具有了更加重要的意義了。

1 現代汽車發動機冷卻系統研究現狀

發動機冷卻系統的變現對發動機性能的影響越開越重要，所以冷卻系統的不斷完善成為了行業的趨勢。目前對發動機冷卻系統的研究主要包括：（1）外冷卻研究，它主要包括系統各部件結構的設計、各缸的水流分布、冷卻熱散系統的合理匹配。它的目的是提高冷卻系統的冷卻效率。（2）內冷卻研究，它主要涉及的是零部件的可靠性和熱負荷性能，再加上固液耦合問題。

2 發動機冷卻系統發展趨勢

結合現在汽車所面臨的問題及現代科技的發展趨勢，發動機冷卻系統的發展方向主要有以下幾個方面：

2.1 發動機熱管理技術

發動機冷卻系統考慮的是冷卻零部件的冷卻散熱情況，并沒有全面考慮發動機整體的熱處理。發動機熱管理技術則是從發動機甚至整車的熱處理去研究。現在很多研究人員開始把發動機冷卻系統整合到熱管理中，對整車的熱冷卻進行研究，研究該系統對整體性能的影響，這樣可以更大限度的發揮發動機冷卻系統的冷卻效果，大幅提高整車的性能。發動機熱管理系統通過提高能源利用率，降低排放，從而增加汽車發動機的性能，提高了汽車的環境適應能力，增加車輛的可靠性，同時也大大降低了汽車的維護費用。熱管理技術具體內容包括：使用性能更好的熱傳遞介質來增加換熱量；使用先進的計算機芯片來控制整車的熱管理系統，更加智能化、準確化；采用核態沸騰熱傳相結合的冷卻機制；用高導熱材料來做換熱器；科學合理的優化散熱器的設計；提高預熱存儲系統性能，增加廢熱的循環利用。美國把發動機熱管理技術列為21世紀商用車計劃的關鍵技術之一。

2.2 冷卻系統的智能化和可控化

智能化是目前各個領域都在追求的目標，汽車領域作為工業的重要組成部分，自然對智能化有更高的追求。發動機冷卻系統雖然有了幾十年發展，但是傳統的冷卻系統還是屬于被動式工作，對發動機散熱狀態控制有限，也大大限制了發動機的發展。不過隨著計算機技術等先進科技的快速發展，電控零部件技術也更加成熟，把這些先進的技術應用到汽車發動機冷卻系統，那么就可以智能化、自動化的對發動機甚至整車的熱處理進行控制。

冷卻風扇和冷卻水泵是最傳統的發動機冷卻系統，目前還被廣泛使用。發動機的轉速決定了冷卻系統冷卻介紹的流量，雖然在一定程度上起到了散熱作用，但是它并沒有按照發動機實際的需要進行工作，所以它的工作存在很大的不合理性。這樣的工作狀態，也會大大傷害零部件，降低使用周期。如果采用計算機控制冷卻水泵和風扇等部件的運行，通過傳感器把發動機實際需要量傳輸給計算機，再通過計算機進行任務分配，這樣就可以提供合理的冷卻流量，降低能耗、提升性能，這樣就實現了發動機冷卻系統的智能化和可控化。

2.3 發動機冷卻介質流動的合理組織

2.3.1 水腔內冷卻水流動的組織

水腔內冷卻水流動的組織是影響閉式強制循環冷卻系統的性能最主要最直接的因素。為了提高性能，研究人員開始優化冷卻水套結構，合理安排流場分布，適當的冷卻水流量和壓力等。

1992年，“精確冷卻”的概念被CloughM.J提出來。從名字我們就可以理解，他就是要用最少的冷卻來獲得最合理的熱分配。這種冷卻系統的關鍵在于冷卻水套的尺寸和相應的冷卻水泵，得滿足發動機低速高負荷工作時熱處理。CouetouseH.等人提出分流式冷卻系統的設計，即氣缸蓋和氣缸體有不同的冷卻回路，使得氣缸蓋和氣缸體具有不同的溫度。理想的情況是汽缸蓋溫度低，有利于進氣和排放，缸體的溫度高，這樣減少摩擦損失，增加能源利用率。

通過分析精確冷卻系統和分流冷卻系統，兩者各有優缺點。兩者相結合，能得到更好的使用效果，對發動機性能也能有更大的提升。

2.3.2 空氣側冷卻空氣流動的組織

冷卻水從發動機機體帶走的熱量主要通過散熱器排入大氣中，增壓發動機還需要利用冷卻空氣對增壓空氣進行中冷，因此，車輛迎風空氣側冷卻空氣流動的組織在很大程度上制約著冷卻水冷卻效果，同時也影響發動機的工作性能。

由于空氣側部件空間安裝分布對空氣流動和溫度分布影響顯著，故關于空氣側部件空間布置的研究也較多，風扇是研究的焦點。針對傳統的中冷器-散熱器-風扇布置順序的冷卻模塊（CRFM），Delphi汽車公司提出了新的中冷器-風扇-散熱器布置順序的冷卻模塊（CFRM）概念，即將風扇置于中冷器和散熱器之間。在相同的運行條件下，CFRM能顯著改善空氣側的溫度分布，CFRM的空氣流量較CRFM高16%。

總之，只有對冷卻系統各個環節進行深入地研究，多方面尋求提高冷卻性能的有效途徑，合理利用和發揮各個方法的潛在優勢，才能實現冷卻系統的高效化和低耗化，進而從整體上提高發動機的性能。