發動機散熱器有效通風面積研究

敬杰

摘要：汽車發動機的冷卻效果影響到整車動力經濟性能，散熱器的通風面積與汽車前端造型緊密相關，因此在整車項目開發前期需要對散熱器的通風要求進行量化。文章通過分析某車型在造型初期散熱器有效通風面積不滿足設計要求問題的整改措施，以CFD數值模擬校驗為分析依據，通過造型的不斷調整，最終滿足了發動機的冷卻性能要求。

關鍵詞：項目開發；汽車發動機；散熱器；CFD；通風面積；整車性能 文獻標識碼：A

中圖分類號：U270 文章編號：1009-2374（2016）19-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.008

1 概述

汽油發動機在運轉時，汽缸內的氣體溫度最高可達1900℃～2500℃，如果沒有有效的冷卻系統，氣缸的充氣效率將會明顯下降，并誘發早燃和爆燃現象，致使發動機功率直線下降，工作部件間的正常的間隙遭到破壞，零件變形、損壞，潤滑油黏度降低，零件磨損加劇。目前大部分汽車是通過冷卻系統對發動機進行散熱的，如果是自動變速器，發動機冷卻系統還要對變速箱機油進行冷卻。

汽車的冷卻系統如圖1所示，包括散熱器、冷卻風扇、冷卻液罐、水管等部件。其中散熱器、冷卻風扇置于汽車前端隔柵后，發動機前。為保證發動機冷卻效果，需要有足夠的冷卻風量與散熱器進行熱交換。在整車開發過程中，散熱器進風量要求是造型前期的重要交付物之一，如通風面積偏小，則會導致車輛水溫過高不利于發動機正常散熱，甚至開鍋，如要求偏大，則會造成散熱器、前端隔柵、導流板等零件設計性能過剩，引起不必要的浪費。本文結合某新車型平臺開發工作，著重介紹散熱器的有效通風面積要求，并將此要求及分析方法作為借鑒，防止因散熱器通風面積不滿足發動機散熱要求而引起造型的反復修改。

2 問題描述

散熱器芯體投影在YZ平面上的面積為正迎風面積，有效通風面積是指除去遮擋物后，通風格柵投影在YZ平面上的開孔面積，設計規范要求有效通風面積占散熱器芯體正投影面積比值應≥20%。

在某車型CAS數據輸出后，經校核，散熱器有效通風面積為13%，小于設計規范要求≥20%，不滿足散熱要求，影響發動機散熱性能。經CFD分析，該車型打圈正壓區域（針對SUV車型正壓區域為通風格柵1/2偏下部分）內開口較小，導致散熱器有效通風面積達不到設計規范要求，如圖2所示：

通過對比五十鈴、沃爾沃XC60的散熱器有效通風面積，發現這些車輛正壓區內開口較大，散熱器有效迎風面積均大于20%，且前防撞梁/通風格柵互不重合，為散熱器提供了較大的散熱面積，如圖3所示：

另外，通過對比公司內其他量產車型散熱系統的布置形式及有效通風面積，均大于20%，如表1所示：

3 整改對策

由于車型造型關乎客戶的感知，因此在涉及到造型更改時要極為慎重，大多數情況下要做到盡量在不顛覆性的改變造型的情況下來滿足車輛的性能要求。因此針對該車型，為滿足散熱器通風面積要求，在不改變車型前部整體造型特征的前提下，制定如下整改方案：（1）局部調整通風格柵特征：增大通風格柵網格開口，減小通風格柵裝飾條寬度，如圖4所示；（2）增大前保險杠下方開孔，并向中間位置（靠近散熱器芯體位置）移動約30mm，如圖5所示；（3）通風格柵特征調整完成后，對散熱器有效通風面積進行校核，直到滿足要求為止。

中網及前杠下開口特征修改完成后，經CFD分析校核，散熱器有效通風面積為23.1%，滿足設計規范要求，不同工況下，散熱器進水溫度及中冷器出氣溫度見表2：

4 結語

本文通過整改設計車散熱器有效通風面積不滿足設計規范要求的問題，應用CFD模擬分析工具，通過對前端通風格柵造型進行局部調整以滿足發動機散熱要求，并形成問題橫展報告，作為項目前期造型輸入，避免了開發后期再進行設計調整導致的項目風險，可以為其他車型的發動機冷卻系統的前期設計和匹配提供有益的

參考。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）