商用車冷卻系統(tǒng)設計探討

黃云羽

摘要：本文立足于商用車的冷卻系統(tǒng)，對系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布置和零部件的選取問題進行分析探討，矢志為商用車冷卻系統(tǒng)的裝置選擇和使用提出有效的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：商用車；冷卻系統(tǒng)；設計；分析

0引言

當前，根據(jù)各類研究成果，均可發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機是造成汽車故障的重要原因之一，在各項導致汽車出現(xiàn)故障的情況下，發(fā)動機故障占50%，在發(fā)動機故障的原因中，有一半左右都來源于發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)。所以，可以看出，冷卻系統(tǒng)的好壞與汽車最終性能之間有著密不可分的關(guān)系。冷卻系統(tǒng)可以有效保障發(fā)動機在高負荷或負荷過低的條件下，都可以使用，從而給汽車使用提供正常可靠的可能。當前情況下，隨著發(fā)動機的馬力不斷增加，發(fā)動機的性能也隨之產(chǎn)生較大提高，對機械負荷的載重能力也不斷提高。所以，冷卻系統(tǒng)將面臨更高的技術(shù)要求。

1冷卻系統(tǒng)的總體設計理念

①整車冷卻系統(tǒng)主要分成兩方面進行設計，一方面是空氣流通系統(tǒng)裝置的設計，第二方面是冷卻液循環(huán)裝置系統(tǒng)的設計。這二者的設計要點主要在于，既要提高空氣流通系統(tǒng)的質(zhì)量和效率，又要對冷卻系統(tǒng)的除氣能力進行保護。

②將發(fā)動機所需要的冷卻系統(tǒng)參數(shù)作為計劃內(nèi)輸入數(shù)值，根據(jù)所匹配的數(shù)值對發(fā)動機的散熱器總成進行匹配，從而保障發(fā)動機和散熱器的位置是一定的。降低發(fā)動機在工作過程中出現(xiàn)過冷或過熱的現(xiàn)象。

③和當?shù)氐陌l(fā)動機廠進行溝通，確定熱平衡測試及評價。

④發(fā)動機的設計必須符合相關(guān)參數(shù)及標準。

2冷卻系統(tǒng)設計方式

2.1不斷提高進風系數(shù)

當前，前置發(fā)動機的駕駛室和冷卻系統(tǒng)部分的空氣流動情況都如下圖所示：

首先是阻擋，在發(fā)動機的進風口或排風口，如果流通的截面太小，將導致系統(tǒng)面臨較大阻力。

其次是回流，發(fā)動機的風扇在工作時會產(chǎn)生變壓差，風扇轉(zhuǎn)動帶動氣流從高壓處回流到低壓部分，從而在風扇內(nèi)部就形成一個回流區(qū)。

還有一點，即風扇和散熱器的位置匹配關(guān)系。所以，為了提升進風系數(shù)，需要從下面列舉的角度進行分析研究：

①首先，需要對散熱器的芯部正面面積進行加大加寬，加大橫截面，從而有效迎接風速，提升進風量。。

②需要不斷加強散熱器和駕駛室結(jié)合部位的密閉裝置系統(tǒng)，減少護風圈裝置透風的隱患，降低熱風回流的風險。

③根據(jù)風扇的位置和散熱器芯部中心的位置，確定散熱器芯部被風扇葉片掃過的面積，保證面積始終處于最大值。

④從軸向空間看，在風扇的前端面需要裝置散熱器，散熱器和前端距離不能超過120米，后端面和前端面的距離最小不低于100毫米。

2.2保障冷卻液循環(huán)具備除氣功能

除氣功能主要由兩方面構(gòu)成，首先是加注過程，這考驗發(fā)動機排除內(nèi)部殘留空氣的能力。其次是在運行過程中，發(fā)動機需要把水路中的氣體一并排出，澳門，而保障實際除氣的能力。所以，為了進一步提升除氣能力，需要注意以下幾個方面：

①布置膨脹水箱，水箱回水口的高度必須高于發(fā)動機的除氣口；

②除氣管路設置需要始終保持向上的狀態(tài)，杜絕u型管道結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)；

③在設計開發(fā)過程中，需要對設計理念和設計方法進行介紹，確保設計效果可以最終達成。

3選擇合適的散熱器

3.1散熱器的選擇

在散熱器選擇過程中，既需要考慮散熱器的結(jié)構(gòu)是否符合發(fā)動機的需求，又要對散熱器的性能進行管理。當前，管片式和管帶式使用較多。這兩種結(jié)構(gòu)各有不同。散熱系數(shù)和散熱器的空氣阻力是檢驗散熱器性能的兩個重要標準。

3.2散熱器匹配

①散熱器的主要作用是強制性冷卻發(fā)動機的冷卻液，也就是說，使發(fā)動機始終處于適宜的溫度狀態(tài)中，從而提高發(fā)動機的動力和可靠性

②散熱器的總散熱面積、芯部正面積都可以依照發(fā)動機的扭矩點的散熱量進行確定，并根據(jù)臺架熱平衡試驗將最后的散熱系數(shù)和散熱質(zhì)量公布出來。

③如果條件許可，散熱器在制造過程中，需要盡量提升散熱器的芯部正面面積，加大芯部橫截面積，提升散熱性能。

④如果使用散熱器的地區(qū)灰塵多，散熱器在選擇過程中，應當盡量挑選波距長的散熱器，避免出現(xiàn)散熱器的內(nèi)芯堵塞，縮短散熱器使用壽命。

4風扇的選擇

風扇在發(fā)動機中的主要作用，在于：風扇旋轉(zhuǎn)帶動空氣運動，吸進空氣，將空氣傳送至散熱器，從而增強散熱能力，對冷卻液的冷卻產(chǎn)生加速作用。

4.1風扇的選擇要求

①風扇需要滿足冷卻系統(tǒng)對風量和風壓的要求，在工作過程中消耗功率較小，整體效率優(yōu)良，產(chǎn)生較小的噪聲。

②風扇的扇葉直徑和轉(zhuǎn)速確定后，根據(jù)需要盡可能使用大直徑風扇，風扇的直徑和散熱器芯子的寬度需要維持在基本的平衡范圍內(nèi)，扇葉葉尖做圓周運動，速度最大不超過91.4m/s，以降低噪音。

③根據(jù)整體阻力不同，散熱器的壓差最大不超過工作壓力的百分之七十。設計風扇的設計和最終成型需要經(jīng)過冷卻系統(tǒng)的考驗和熱平衡實驗的檢查。

4.2風扇裝配對風扇性能的作用

風扇裝配工作是否到位，直接影響風扇實際過程中的使用性能。

①風扇的徑向間隙對風扇性能的影響。徑向間隙S與風扇直徑D的增減對風扇徑流量產(chǎn)生直接影響。比值每增加1%，風扇流量將出現(xiàn)2.5%到4%的下降、風扇的工作效率也將出現(xiàn)2%到3%的下降。

②軸向間隙也會影響風扇性能的改變。扇葉的投影寬度有30%到50%處于護風圈內(nèi)，風扇將呈現(xiàn)較好的工作狀態(tài)。

③工作過程中，為了盡可能避免噪音出現(xiàn)，在選擇風扇時，需要盡量選擇直徑大且轉(zhuǎn)速始終維持在較低水平的風扇。

④散熱器和駕駛室隔熱墊充分配合，保證熱風被完全排出，降低排風背壓的情況的出現(xiàn)，增強風扇的排風效率。

5膨脹箱的結(jié)構(gòu)設計

5.1膨脹水箱的設計需求

①膨脹箱主要用于為冷卻系統(tǒng)提供膨脹空間，從而將冷卻液中的殘留空氣和發(fā)動機工作狀態(tài)下產(chǎn)生的高溫水蒸汽一并除去。

②膨脹箱的設計主要分成三個結(jié)構(gòu)：膨脹容積，這一容積占據(jù)冷卻系統(tǒng)的百分之六；儲備容積，占據(jù)系統(tǒng)總量的十分之一；必留容積，為了避免在冷卻循環(huán)中，空氣被卷進冷卻裝置，冷卻液的最低液面和底面之間需要保持35毫米的距離。

③膨脹箱內(nèi)需要對最高液面與最低液面進行設置，其中，最高液面的容積需要大于或等于膨脹容積，冷卻液的加注液位需要時刻保持在最低液面和最高液面之間，而且其中，最低液面的容積需要大于或等于預先設定的儲備容積量。

④膨脹箱內(nèi)設有液位報警器如果冷卻液的高度達不到膨脹箱設置的液位標準，報警器將會發(fā)出警報，提醒駕駛員檢查冷卻液使用情況。

5.2膨脹箱容積計算

膨脹箱的容積確定有標準的公式，這一公式將正確推導出發(fā)動機膨脹箱的容積需求總量：

V9≥6%V+10%V+V8=16%（V1+V2+V3+V4+V5+V9）其中，V代表冷卻系統(tǒng)總?cè)莘e，L，V=V1+V2+V3+V4+V5+V9；

V1為發(fā)動機水箱的實際容積，

V2代表散熱器的實際容積大小

V3代表空調(diào)暖風管路的實際容積值

L；V4代表空調(diào)暖風機的水套容積

L；V5代表管路在冷卻過程中需要的容積大小

L；V6代表在實際過程中，膨脹容積的最大值

其中，V6不能小于V的百分之六。

V7為膨脹箱儲備容積，L，

其中，V7必須時刻保持大于或等于V的十分之一。

最后，將實際工作中的各項數(shù)據(jù)代入使用過程中，就可以求出膨脹箱容積的最小值。

6結(jié)語

總而言之，在商用車冷卻系統(tǒng)設計過程中，想要切實提高設計水平，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)化效果，必須要嚴格的按照冷卻系統(tǒng)設計的原則，對冷卻系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)內(nèi)容進行合理設計，在上文敘述中，針對性的對各個設計環(huán)節(jié)提出了相關(guān)的見解，目的在于提高商用車冷卻系統(tǒng)設計水平。

參考文獻：

[1]商用車機艙熱管理仿真與優(yōu)化研究[J].李傳峰，王軍杰.機電一體化.2012（12）

[2]商用車冷卻系統(tǒng)比較[J].李超，程龍.汽車與配件.2014（25）

[3]汽車冷卻系統(tǒng)的匹配計算研究[J].陳強.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2016（07）

[4]上海別克轎車冷卻系統(tǒng)維修[J].肖依萍，叢斌.輕型汽車技術(shù). 2004（03）

[5]商用車散熱器銅芯改鋁芯的開發(fā)應用[J].王宏志，王吉，張克金，王亞娟，張永釗.汽車工藝與材料.2010（04）