冷卻系統設計改善的熱平衡試驗探討

摘要：卡車在運輸的過程中所處的環境各類各樣，尤其是碰到惡劣環境卡車運行冷卻系統的工作性能也會受到一定的影響。為使卡車在不同環境中能正常運行，文章對卡車冷卻系統設計改善的熱平衡試驗進行探討，通過對其中存在的問題進行研究，然后采取恰當的改善措施進一步完善我國各類卡車冷卻系統。

關鍵詞：冷卻系統；設計改善；熱平衡試驗；卡車；交通運輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：U464 文章編號：1009-2374（2017）08-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.025

1 概述

車輛的冷卻系統是一項非常重要的功能系統，它主要是把車輛發動機和傳動裝置運行所產生的熱及時地疏散到外面的環境中去，通過散熱的方式保持發動機和傳動裝置工作的可靠性和熱穩定性，保持發動機和傳動裝置既不過熱也不過冷的狀態。近幾年，隨著我國重型卡車數量的不斷增加，卡車發動機和傳動裝置的工作性能也隨著工作環境的變化受到了一些影響，而且卡車運行過程中如果冷卻系統的工作性能不足容易造成發動機水溫偏高的問題，而發動機水溫偏高就會嚴重影響發動機的正常工作，但是介于卡車長期在路上行駛，發動機一旦出現問題會給卡車的運行帶來嚴重的危害，甚至可能會造成交通事故，所以加強卡車冷卻系統的改善、提高發動機和傳動裝置的散熱效率對于提高卡車發動機的運行性能和安全性有著非常重要的意義。

2 冷卻系統工作環境以及熱平衡試驗研究

2.1 冷卻系統的工作環境分析

目前，我國的柴油機車的冷卻系統的運行基本環境如圖1所示。根據圖1可以知道，發動機運行過程中產生的熱量需要利用冷卻系統中的循環冷卻水將熱量送至熱器總成，然后再與外界的大氣進行熱量交換，依照此原理循環往復來保持發動機和傳動裝置的熱量平衡。

2.2 冷卻系統設計改善的熱平衡影響因素分析

現在有許多卡車冷卻系統的設計已經難以滿足各類不同環境及惡劣工況下發動機的正常運行，尤其是那些使用得比較久的卡車，發動機的工作性能更是難以滿足現在卡車運行的正常運行，所以為了更好地提高發動機冷卻系統的工作效率，需對冷卻系統設計改善的熱平衡影響因素進行分析。

2.2.1 散熱器芯子與發動機冷卻風扇距離設計的影響。散熱器芯子與發動機冷卻風扇之間的距離設計對于冷卻系統的散熱有很大的影響。具體設計距離對冷卻系統的散熱影響見圖2。由圖2可以清楚的知道，散熱器芯子與發動機冷卻風扇之間的距離在40～150mm之間時，隨著散熱器芯子與冷卻散熱風扇之間距離的加大，散熱器芯子的風速也就越來越大，散熱效果也明顯有所提高，所以在冷卻系統設計改善的熱平衡研究中應該注意散熱器芯子與發動機冷卻風扇距離的設計，并結合相關卡車發動機的運行要求合理地設計它們之間的距離，保障卡車發動機冷卻系統的最優運行性能。

2.2.2 冷卻風扇與護風罩配合好壞對冷卻系統的影響。冷卻風扇與護風罩配合的好壞與冷卻系統的工作性能有很大的關聯。在安裝結構上，護風罩是固定在散熱器上面的，并且它是隨著卡車的行駛使風扇與護風罩之間存在相對的上下振動來完成工作，如果它們配合不好的話，它們之間的相對振動的效果就會受到影響，那么冷卻系統中的熱量交換工作也會受到影響，所以為了提高冷卻系統的散熱效率而對冷卻系統設計改善的時候應該注意冷卻風扇與護風罩的配合。

2.2.3 防熱風回流裝置的影響。防熱風回流裝置的主要作用就是阻止發動機倉已經進行過熱交換的熱風回流到散熱器前再次參與熱交換，這樣不但降低了發動機熱交換的效率，更是降低了發動機熱交換的效果，還可能導致發動機長時間運行溫度快速升高而損壞發動機，這樣時間長了，發動機倉內可能會由于溫度過高而加速發動機倉內零件尤其是橡膠類零件的老化，導致車輛出現故障，影響運行，更甚者可能產生火災。如果在卡車運行中發生此類事件無論是對車輛還是對人員都是一種非常大的傷害，所以對于防熱風回流裝置的影響一定要引起重視，并做好完善的改進設計方案。

2.2.4 散熱器材料以及結構對冷卻系統的影響。冷卻系統中一些零部件的材質對冷卻系統的散熱影響也很大，比如散熱器總成的材質之前多是銅制的，但是隨著銅材料價格的上漲，它逐漸被鋁代替，而且鋁制的散熱器出現裂縫，補修的時候不需要焊錫，它的焊接材料選擇同類的鋁制材料即可，鋁的耐熱強度也比較高，除此之外，鋁制散熱器的重量也要比銅制的輕很多，價格也比銅低，散熱效果也要比銅好，所以在近幾年的不斷改善過程中已經有很多的散熱器的材料已經換成了鋁

制的。

3 冷卻系統設計改善熱平衡中的措施

3.1 安裝防熱風回流擋板

雖然在發動機冷卻系統中有防熱風回流裝置，但是在實際的操作運行中，還是會有一小部分已經經過熱交換的熱氣參加二次熱交換，為了防止此類現象的發生可以安裝防熱風回流擋板，以減小散熱器與機罩之間間隙。安裝防熱風回流擋板后經過實踐可以明顯地看出散熱器四周熱風回流量由原來的16.8%降到了4.9%，所以在解決熱風回流問題時加裝防熱風回流擋板是比較有

效的。

3.2 對散熱器組的結構進行改進

為了提升散熱器冷卻的能力，可以對散熱器的結構進行改進。而增加散熱器的散熱面積雖然能夠提高散熱的效率，但是增加面積就意味著改變散熱器的尺寸，進而卡車的外形以及體積也會隨著改變，這樣就會增加卡車冷卻系統設計改善的成本，所以一般在對散熱器組的結構改進時不會選擇改變它的散熱面積，而是在散熱器尺寸不變的情況下降低冷卻系統風阻，提升排風量，所以可將冷卻系統中的中冷器、水散熱器采取并聯方式布置，這樣不但提高了冷卻系統的工作性能，還便于日后的維護和清洗。

3.3 加大風扇與發動機之間的距離

風扇與發動機之間的距離設計對于冷卻系統有很大的影響，前面已經分析了在適當的范圍內，距離越大，散熱效果越好，所以可以在條件允許的情況下適當的加大風扇與發動機之間的距離，以提高散熱器組的風量，增加散熱能力。

3.4 改進風扇的結構

改變風扇的結構可以提高風量，進而提高冷卻系統熱交換的效率。改變風扇的結構可以通過增加風扇的葉片數量來提高風量，還可以改變風扇葉片的材質，比如可以將鐵制風扇變為塑料的，這樣可以降低風扇的質量，通過提高風速來增加風量，不僅如此，在輕質的風扇運行的過程中也減少了功能的損耗。

3.5 加強冷卻系統設計改善試驗研究

為了更好地完成卡車冷卻系統設計改善中的熱量處理工作，僅僅改變冷卻系統中的一些散熱裝置是完全不夠的，相關的工作人員應該結合冷卻系統中相關裝置改進研究出更好的技術，對改進的冷卻系統加強試驗測試，通過試驗測試尋找更合理的改進技術和操作方法。

4 結語

綜上所述，冷卻系統工作性能的好壞對于車輛使用壽命以及運行有很大的影響，尤其是對于卡車這類重型車輛來說發動機冷卻系統的工作性能是非常重要的，因為有很多卡車經常行駛在路途中，而且多數都是長途運輸，發動機的冷卻系統的工作性能存在問題必然會影響卡車的正常運行。為了提高卡車發動機運行的可靠性，許多車輛技術人員都在對冷卻系統的設計改善的熱平衡試驗進行研究，以提高發動機和傳動裝置的散熱效率，有效地提高發動機的使用壽命和運行的安全性，防止發動機在運行過程中由于過熱或者過冷而造成故障的

發生。

參考文獻

[1] 劉鴻志，尚曉虎，王景新.有限空間下重卡工程車冷

卻系統性能提升探討[J].汽車實用技術，2015，（3）.

[2] 俞小莉，李婷.發動機熱平衡仿真研究現狀與發展趨

勢[J].車用發動機，2005，（5）.

[3] 葉茂盛.通過熱平衡試驗探討冷卻系統的設計改善[J].

合肥工業大學學報（自然科學版），2007，（S1）.

作者簡介：方貴盛（1983-），男，廣西南寧人，供職于東風柳州汽車有限公司，研究方向：發動機系統匹配開發應用。

（責任編輯：蔣建華）