淺談關于汽車冷卻系統匹配的關鍵技術分析

黃承彬

[摘要]在我國經濟不斷發展與人們生活水平不斷提升的大背景下，私家車逐漸演變為人們的主要代步工具。作為汽車的“心臟”，發動機需要長時間處于高溫狀態下，要保證其發揮工作性能，就必須借助冷卻系統進行降溫。本文就汽車冷卻系統匹配的關鍵技術進行分析。

[關鍵詞]汽車;冷卻系統;關鍵技術

汽車的發展已有一百余年的歷史，在相關生產制造技術不斷發展以及原材料更新的同時，汽車的五大系統（冷卻系統、空氣供給系統、潤滑系統、燃油供給系統、點火系統）也得到了較大程度的改善。作為汽車的核心組成部分之一，冷卻系統的性能，將對發動機的安全性、使用壽命以及燃油性等產生直接影響。從實踐的角度分析，汽車裝載質量的不確定性以及各地路況之間的差異性，造成了車輛在動力以及油耗等方面的差異，在此背景下，冷卻系統匹配是否合理，將關系到汽車的經濟性與動力性。

就汽車冷卻系統的前期理論計算與后期匹配驗證來看，最大扭矩工況以及最大功率工況是兩個較為特殊的工況，針對不同的車型，冷卻系統的理論計算與匹配驗證也存在一定的差異。本文針對轎車的冷卻系統匹配進行分析。

一、散熱器匹配

從提高散熱器散熱效率的角度分析，在有限的布置空間內，盡可能地增大散熱器的迎風面積，降低芯子的厚度，能夠為散熱效率的提升創造良好的基礎。考慮到高速行車時車輛的冷卻系統需要，在散熱器匹配中需要充分考慮到迎風面沖擊效應。現階段針對散熱器性能改進的措施，大致有以下三種。

1更換散熱器材料，如以鋁代銅，提高散熱器的散熱量;

2改進焊接技術，如采用硬釬焊技術等，提高散熱器散熱量;

3在不提高生產成本、增大空間尺寸的前提下，提高系統壓力。

在散熱器匹配中，散熱器的散熱能力是匹配過程中的重要指標，一般采用以下公式進行核算：

Q=K·S（twcp-Tacp）

式中

Q—散熱能力（kJ/h）;

K—散熱系數（kj/m2h°C）;

S—散熱面積（m2）;

（twcp-tacp）—液氣平均溫差（°C）。

根據上述公式，在系統壓力升高以后，在其他參數不變的情況下，液氣平均溫差將增大，散熱器的散熱性能亦隨之增大，即可達到提高散熱器散熱效果的目的。但另一方面，系統壓力的提升，也會帶來滲漏風險的增加等負面影響。

此外，結合實踐經驗來看，散熱器在使用一年后將會出現局部積垢或者脫焊等現象，進而降低散熱器的散熱面積以及散熱性能。根據相關的數據，散熱性能的變換約為3～10%。因此，在散熱器匹配中，需要考慮這一因素的影響。

二、水箱匹配

水箱是冷卻系統中較為關鍵的一個組件，從水箱匹配角度來看，盡可能地利用迎面風，能夠在一定程度上提高冷卻系統的冷卻性能。就冷卻系統的實際需求而言，系統需要從散熱風扇獲得的空氣流量值與系統自身能夠獲取的自然空氣流量之間存在著較為密切的關聯。針對高速公路車輛，多采用前置式冷卻系統，因而能夠獲得足夠的自然空氣流量。考慮到水箱采用前置式設計，在進行水箱匹配時，可結合實際情況，對水箱的進風口面積進行改進，進而充分利用迎面風。

針對水箱的改進問題，有研究提出了在汽車的前保險杠處開進風口的方式，以增加水箱的正面進風面積，并通過移開水箱前上部橫梁的方式，確保水箱能夠有一個相對較好的進風口。試驗結果表明，此種改進方法能夠切實降低水溫，進而提高最高車速。就水箱匹配而言，在設計階段，應當做好水箱進風面積等方面的設計，確保其冷卻效果;在校驗階段，需要通過熱態模擬試驗以及計算機仿真相結合的方式，以驗證特殊工況下的冷卻性能。

三、冷卻液匹配

從冷卻液的匹配考慮，其匹配要點主要為冷卻液的選用。在冷卻液選用階段，冰點與沸點是需要審慎考慮的兩個要素。根據相關的研究，冷卻液的冰點、沸點的高低，與冷卻系統的壓力等因素之間存在著較為密切的關聯。根據轎車發動機冷卻系統的設計特點，在設計時多采用強制循環水冷系統，以冷卻液作為冷卻介質，通過水泵的強制作用實現冷卻液的循環流動，進而達到冷卻目的。因此，冷卻液的合理選擇，能夠對發動機的冷卻系統形成一定的保護作用，并改善冷卻系統的散熱效果，提高發動機的功率。

在冷卻液的選用階段，雖然丙二醇型冷卻液具有較為顯著的優勢，但由于成本相對較高，難以實現大范圍的推廣應用，因而現階段采用的冷卻液仍然以乙二醇型冷卻液為主。根據相關的試驗結果，乙二醇型冷卻液的冰點與其含量之間存在著非線性關系，在進行匹配時，需要考慮這一因素的影響。從冷卻液的流向來看，現階段的設計有從機體水套到缸蓋水套的流向以及從缸蓋水套到機體水套的流向。

四、冷卻水泵匹配

在汽車的冷卻系統中，冷卻系統的冷卻水泵是實現冷卻液循環流動的重要組件，考慮其與冷卻系統、發動機的匹配程度，對系統的冷卻性能有著重要意義。從設計階段來看，水泵的可靠性，與其水封、軸承之間存在著較為密切的關聯，而流量以及揚程等參數的設計，需要根據具體車型的發動機功率而確定，一般情況下，水泵流量應當控制在額定功率的2.3倍左右，揚程一般為0.7～1.5Kpa。

結語

冷卻系統是汽車中非常重要的一個系統，根據發動機的工作特性，一般需要在85°C～95°C之間，發動機才能發揮出其最佳性能。因此，汽車冷卻系統需要同發動機達到最佳的匹配狀態，避免發動機過冷或者過熱等現象的發生。針對冷卻系統的匹配，需要綜合考慮整個冷卻系統的熱平衡過程，進而實現發動機與冷卻系統的最佳匹配。

參考文獻：

[1]侯獻軍，馬將森，杜松澤，等.基于CFD方法的整車冷卻系統匹配分析[J].汽車技術，2015（11）：11-14.

[2]劉鵬，劉志博.發動機冷卻系統匹配淺析[J].重型汽車，2013（2）：16-17.