发动机冷却系统散热器

1、发动机蒸发制冷系统散热器设定修订文章来源：中国内燃机散热器交易网/(陕西理工学院机械工程学院热能与动力工程专业汽车071组，陕西汉中)指导老师：王旭飞摘要：关牛鼻子词：散热器芯上储水箱下储水箱管带冷却管汽车工业是国家经济发展的重要支柱产业，随着汽车工业的发展，暖气片需求量也越来越大，而汽车暖气片是汽车的重要附件，是水冷式内燃机蒸发制冷系统中不可缺少的组成部分，其正常工作保证了发动机乃至整个汽车的工作效率和可靠性。 发动机运转时，飞机机身内部的最高温度可以达到18002000，与高温瓦斯气体相连的零配件受到强烈的加热，如果不施加适当的蒸发制冷，机内温度

2、过高，发动机的膨胀系数就会下降，燃烧不良，如爆炸燃烧、早期燃烧等不良情况，油的变质和燃烧、零配件可引起发动机，不过，如果蒸发制冷能力过强的话，也有对发动机皮带带来坏的影响，被证明了在蒸发制冷水温4050下工作的情况，其零配件磨损比在8090下工作的情况大23倍。 从提高发动机的循环效率的观点出发，希望尽可能减少由蒸发制冷系统夺取的热量，但这会导致气缸、活塞、阀的寿命降低、气缸盖的热疲劳裂纹、润滑油的变质等。 因此，修订蒸发制冷系统和使用优良的散热器是保证汽车良好运行的必要条件。 暖气片是汽车水冷发动机蒸发制冷系统不可缺少的重要零配件，发动机茄克衫内的冷却液具有的过剩热量经由二次热交换，在外部强

3、制气流的作用下将过剩热量释放到空气中。 因此，蒸发制冷系统散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果及其动力性、经济性和可靠性，进而直接影响安全问题。1蒸发制冷系统的说明内燃机运转时，与高温瓦斯气体接触的零配件受到强烈加热，如果不加适当的蒸发制冷，内燃机过热，膨胀系数下降，燃烧不正常(爆燃、早燃等)，油的变质和燃烧，零配件的摩擦和磨损加剧，内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。 但是，如果蒸发制冷过强，则汽油引擎的混合气体的形成变差，油被燃烧稀释，柴油引擎的工作粗爆炸，散热损失和沿程水头损失增加，零配件的磨损加剧，内燃机的工作也变差。 因此，蒸发制冷系统的主要任务是保证内燃机在最佳

4、温度状态下工作。1.1发动机工况和对蒸发制冷系统的要求满足以下条件的良好的蒸发制冷系统l散热能力可以满足内燃机在各种工况下运行的需要。 即使壳体或环境条件变化，也能够保证内燃机的可靠的动作和最佳的冷却水温度的维持l必须在短时间内，排除系统的压力l应考虑膨胀空间，其容积占总容积的4-6%；l的加水速度很高。 初次接触剂量达到系统容积的90%以上。l发动机高速运转、系统压力盖打开时，水泵入口请设为正压l具有一定的水资源短缺工作能力，水资源短缺量首次大于冷却液未充满的容积l设置水温警报装置l密封，不要漏气、漏水l蒸发制冷系统的电功耗小。 启动后，可在短时间内达到正常的工作温度。l可靠性高，寿命长，制

5、造成本低。1.2蒸发制冷系统的整体配置蒸发制冷系统的总配置主要是考虑空气流通系统和空气流通系统两个方面的第二个是冷却液循环系统。 修订上，必须提高进气系数和冷却液循环中的散热能力。提高通风系数：总进气口有效面积与散热器正面积之比30%。 在空气流通不畅的构造中，有必要有效率地将风力能源吹向暖气片的正面积，提高暖气片利用率的导风装置。在整车的空间配置允许的条件下，尽量增大散热器的迎风面积，减薄型芯的厚度。 由此，可以有效利用风扇的风量和汽车的逆风，提高暖气片的散热效率。 一般卡车的芯厚在四排水管以下，轿车的芯厚在二排水管以下。在整车配置中的散热系统，从暖气片和周边的间隙、暖气片到汽车保险杠外皮的

6、最小距离为100毫米、引擎三效催化剂位于前端的话、从风扇到三效催化剂本体的距离为100毫米、从三效催化剂绝热罩的距离为80毫米也将考虑在内。 一般三效催化剂的绝热罩距离本体约15毫米，绝热罩的厚度为0.5-1毫米，一般材料为st12。1.2.1散热器的配置卡车散热器采用纵向流水结构，但卡车的配置空间也很充裕。 另外，纵向流水结构的暖气片强度和汽车悬挂可靠性好，轿车多采用暖气片横向流水结构，轿车车身低，因此空间尺寸紧张。 横流水结构的散热器可以有效利用轿车的有限空间最大限度地增加散热器的迎风面积。 暖气片分为水冷和气冷两种蒸发制冷形式，气冷主要用于沙漠带行驶的车辆的蒸发制冷，大多数车辆采用水冷蒸

7、发制冷形式。散热器的汽车悬挂配置：散热器通常为4点汽车悬挂，也可以为3点汽车悬挂。 其中，主汽车悬挂点为2个，辅助汽车悬挂点为2个或1个。 所有的汽车悬挂点都应放置在同一零配件组件上，以改善散热器承受的力，以尽量减小散热器的振动强度。 主汽车悬挂点和与其相连的零配件组件之间，用橡胶垫和橡胶盖等柔软的非金属材料转移，达到减振的目的。 主汽车悬挂点的橡胶垫压缩量一般是其自由高度的1/5左右。 少数的轿车用其整车的减振橡胶垫和橡胶套进行刚性连接。中、大型载货汽车由于暖气片质量大，使用环境差，一般在暖气片外部增加刚性大的保护信息帧，防止振动等外力直接作用于暖气片。 汽车悬挂点设置在信息帧上。 不像轻型

8、卡车和轿车那样设置保护信息帧，汽车悬挂点设置在散热器的侧板和水室。 为了提高暖气片的强度，有些车的暖气片有十字准线。1.2.2发动机罩的配置罩的作用是确保风扇产生的风量全部流向暖气片，提高风扇效率。 机罩对于低速大功率风扇的效率提高尤为显着。风扇和氟里昂盖的径向间隙小，风扇效率高。 但是，如果间隙过小，则在车辆行驶中会因振动而引起风扇与氟里昂盖的干扰作用。 风扇和发动机罩之间的径向线间隙一般控制在5mm-25mm。 风扇和兜帽间的干扰作用。 风扇和风扇防护安装在同一零配件组件中(就像安装在底盘车或同一车身上)，其径向和相对运动可以使风扇和风扇防护之间的间隙加下划线。 不然的话就取上限。 风扇和

9、氟里昂罩的轴向位置为，风扇的径向心理投射宽度的2/3位于氟里昂罩内，1/3位于氟里昂罩外，增加传导降低背压。大量生产的车型多采用塑料食品。 铁元素防护层多用于批量小或者直径大的车型。在一些车型中，特别是轿车，氟里昂复盖物总是打开多个车窗对单向式进行复盖。 车速高时，风扇运转停止时面团儿打开，氟里昂盖的风阻力变小，风扇工作时面团儿关闭，风扇效率提高。1.2.3风扇配置风扇的直径大小适合散热器的形状，如果条件允许的话，可以增大风扇的直径，降低风扇的转速。 目的是降低电功耗和噪音。 根据暖气片的长度，像轿车的暖气片一样，屏幕纵横比有很大差异时，可以置换为直径较小的2个风扇。 特别是转速高的风扇全部采

10、用塑料风扇。电风扇是由电滚子驱动的风扇，电滚子的启动和停止由直接引导到水温的温度开关来控制。 电扇具有起动温度和设定温度一致、配置位置灵活、不受发动机转速影响、汽车低速怠速时蒸发制冷效果好等优点，冷车起动时水温上升快。 但是，也多用于横置发动机的轿车。1.2.4节恒温器的配置现在，用于汽车的节恒温器均采用蜡式诱导体节恒温器。 当蒸发制冷水温上升时，蜡膨胀，节温器打开，冷却水在暖气片中流动，进行大循环。 冷却水的温度下降，蜡的体积变小，节温器关闭，冷却水不通过暖气片，发动机刚体短路进行小循环。 节温器一般设置在发动机的出水口。 要求节温器泄漏量小，全开时流通面积大。 为了增大节温器的流通面积，可

11、以通过提升节温器阀和增大阀的直径来实现。 国外先进的节温器大多通过提高阀门升程来增加流通面积，由此可以减少因增大节温器的阀门直径而引起的卡住、密封不严格等问题。 但是，加大了节温器提升，对节温器技术的要求很高。 在一部分发动机中，为了增加节恒温器的流通面积，大多采用2个节恒温器并行结构。1.2.5水泵的配置水泵的产水量及扬程因发动机而异。 产水量一般是发动机额定功率的1.5-2.7倍。 扬程一般为0.7kpa-1.5kpa，扬程过高的话，将对蒸发制冷系统的密封性产生不良影响。 水泵的可靠性主要依赖水封和轴承，轴承采用轴承和永久式润滑结构，水封采用陶瓷、碳化硅动环和黑金属铅静环一体型水封。 轴承

12、的游隙及水封的气密性应严格控制。1.2.6膨胀箱的配置为了使水管的长度最短，尽量靠近散热器配置的膨胀箱的高度比蒸发制冷系统的所有零配件都要高。1.3蒸发制冷系统整体的版结构图图1汽车发动机水冷却系统的整体版结构图2 .散热器的设定修订在根据发动机正常工作范围内的散热量进行暖气片的设定、修正的同时，请综合考虑满足车辆安装需求的最小空间和维护的便利性等。2.1散热器的设定修正要求1 )散热能力可以满足发动机各种情况下的需要2 )蒸发制冷系统电功耗小，热机快；3 )体积小，重量轻，拆装维修方便4 )可靠、寿命长、制造成本低。2.2散热器的结构暖气片通称水箱，主要由上储水箱、下储水箱、暖气片芯和风保护

13、环构成，此外还设有上下入出水口、放水口、放气孔和补水口等。 如图2所示1-供水口2-上水室3-放气孔4-补水口5-风保护环6-放水口7-下水室8-出水口图2是散热器概略结构图2.2.1散热器的结构形式强制循环式水冷用散热器可分为直流型和横流型。 直流式暖气片在汽车发动机中应用极为广泛。 国产解放CA6102型、东风EQ61001型启动机，桑塔纳1.8 L、奥迪100.8l、富康1.36 L、标致2 L、夏利1 L、1.3 L等乘用车启动机均采用该直流散热器。 其结构形式如图3所示。图3直流式散热器1 .散热器2 .上水室3 .下水室4 .散热器芯但是，由于其散热芯垂直配置，芯上下分别配置有上水

14、室和下水室，所以高度尺寸比较大，难以配置在发动机罩低的轿车上。 因此，一部分轿车将暖气片芯水平配置，取代以往的上下水室构造而采用左右两侧的水室，使冷却液左右流动的所谓横流式暖气片。 该暖气片宽度尺寸大，型芯正面有效面积增加10%，增大风扇尺寸，得到更多的吹风面积，使气流更平滑，其结构如图4所示。图4横流式散热器1 .暖气片罩2 .气液分离器3 .供水管4 .汽车变速箱液压油冷却器5 .放水塞6 .放水口7 .出水管德意志的福照明度worgan golf型轿车和宝马轿车、国产比克、沈阳海狮等轻量化汽车采用了该结构的暖气片。2.2.2散热器芯的结构形式散热器芯是散热器的芯部分，发挥主要的散热作用。

15、 散热器芯由散热管、散热片(或散热带)、上下主片等构成。 由于散热面积一盏茶，保证了必要的热量从发动机散发到周围的大气中。 此外，散热芯是用极薄且热传导性能良好的金属及其合金制造的，能够以最小的质量和尺寸使散热芯达到最高的散热效果。 散热器芯的构造有管式、管式乐队式、细胞球式、管式等各种各样。 如图5所示，常见的是管式和管式乐队。图5型芯的种类a .气管式b .气管乐队定式c .细胞球定式d .气管式2.3理论依据和订正2.3.1分散在蒸发制冷系统中的热量Qw受到许多复杂因素的影响，很难进行正确的修正计算，可以按以下经验方程进行估计。qw=阿格尔派胡/3600、千日/秒A-燃料热能向蒸发制冷系

16、传递的点数，取同种机种的统一量，%，汽油引擎A=0.230.30，A=0.25燃油消耗率，千克/千瓦； 汽油引擎为0.2050.320取0.25发动机的有功功率hu-燃料的低热价一般为43100kj/kg如果是水冷式油暖气片，则增加散热量，增大5%10% .2.3.2冷却水的循环量Vw=Qw/TwwCw，m3/s 取冷却水循环的容许温度上升(-)水的密度，(1000kg/)水比热(4.187kJ/kg.)考虑各配管中冷却液的沿路阻力实际的冷却水循环量是Vp=1.2Vw2.3.3蒸发制冷空气的需要量VaVa一般由散热器的散热量决定，但散热器的散热量与分散在蒸发制冷系统中的热量Qw大致相等。Va=

17、Qw/taaCpa、m3/s 在暖气片前后流动的空气的温度差为20-空气密度，一般为1.01千克/空气的定压比热设定为=1.047kJ/kg。2.3.4散热器所需的散热面积f知道散热器的热量后，必要的散热面积f可以用下式修正K-散热器的传热系数一般=1.11.5、1.1，如暖气片存储系数、标度及油泥的影响等取冷却水和空气的平均温度差根据暖气片的部位不同，冷却水和空气的温度差也不同，通常采用平均温度差平均温差可通过以下公式计算出：暖气片供水温度、取-暖气片出水温度、取测量空气进入暖气片时的温度取空气离开暖气片时的温度当冷却水流速为0.20.6m/s时，从冷却水到暖气片壁的散热系数约为20003500、3500。散热管热传导率，纯铝热传导率230W/m.k，换算散热管壁厚，0.0002m从散热管向空气的散热系数在流过散热管的空气的流速为1020m/s时设为=60105、105。2.3.5散热器的高度h和宽度b散热器的高度和宽度由总体布局决定。 一般先决定