淺談某商用車發動機冷卻系統設計及穩定性分析

莫限啟

摘 要：結合實際，對商用車汽車發動機冷卻系統設計與穩定性內容進行解析。先是闡述了發動機冷卻系統的特點，其次詳細的解析商用汽車發動機冷卻系統設計與穩定性設計要點，希望研究分析后，可以給相關工作人員提供幫助。

關鍵詞：商用車;發動機;冷卻系統;設計;穩定性

1 概述

對于現代化的發動機設計，其中冷卻系統的穩定性務必要作為重點考慮的內容，以使其在發動機熱量管理中發揮出最大的價值和作用。由于推進此類系統的運用往往并不簡單，基本的發動機的暖機以及冷卻效率和廢氣排放控制等都應做出全面分析。需要注意的是，如今投入應用的冷卻系統是在被動的狀態下運行，且只能在發動機和汽車熱分布中被使用到。因此，改進和提升冷卻系統勢在必行，以借助于先進的設計方式使其達到高效科學地運行，從而根本消除掉以往產生的不良反應。

2 現代發動機冷卻系統的特點

對于冷卻系統來說，以往多是以保障發動機穩定運行為目標，同時也起著優化燃料消耗和降低排放的功能。因而，現代化的冷卻系統具體設計時往往會全面分析以下因素。（1）就發動機而言，應注意其內部的摩擦損失。（2）系統運行時的功率。（3）燃燒室的溫度以及充量密度等相關指標。但凡是先進冷卻系統的設計都會采用系統化和模塊化的方法，以對其中可能產生影響的因素做出全面精細的分析和謀劃，從而確保系統運行的科學高效。

3設計與穩定性分析

31 溫度設定點

當處于穩態和特定運轉速度以及負荷的狀態之下，冷卻液的溫度才可用金屬溫度表示。而如果是處于其他條件之下，二者的溫度可能相同也可能不同。發動機的溫度分布并不均勻，其運行時的極限值通常出現在排氣門區域。為了能夠起到對發動機的切實防護，顯然以金屬溫度控制冷卻系統更為合理。對于冷卻系統來說，由于其設計的溫度是在滿負荷狀態達到最大散熱率的前提下，因此當發動機和冷卻系統處在部分符負荷條件下，就會出現高油耗等不太理想的效果。由此可見，對冷卻液溫度設定點實施改變勢在必行，只有這樣的設計才能對其中存在的部分負荷狀態下不佳的情況予以有效改善。

3.2 提高溫度設定點

提高工作溫度設定點就當前的設計工作來看仍是比較切實高效的方式，并且受到了廣泛的使用。提高溫度之下，必定會對發動機的損耗以及冷卻系統的運行造成一定的影響。具體來看，工作溫度提高之下，發動機的機油溫度也會隨之上升，相應的其摩擦損耗和燃油消耗將得到顯著的優化。提高冷卻液排出溫度至150℃，此時的氣缸溫度則升高到195℃，相應的油耗則會出現4%～6%的下降。如果使冷卻液處在90℃～115℃的區間，且使發動機機油最高溫度達到140℃，相應的處在部分負荷狀態下即能實現油耗下降10%的效果。由此可見，工作溫度提高之下，冷卻系統的運行也會受到一定的影響。另外，要想深度地減小冷卻液的流速，可以嘗試采用不同的傳熱方式以優化設計。

3.3 降低溫度設定點

對于冷卻系統來說，如果降低其工作溫度，將會極大地提升發動機的充氣效率，而進氣的溫度則會下降。這樣的設計效果，對于燃油效率的提升顯然極為有利。一般來看，降低溫度設定點也是比較合理的方式，其不僅能夠節約運行成本，而且也能降低各個部件的損耗以延長其使用期限。經過具體的測試發現，當氣缸溫度降低到50℃，且點火提前角提前3°的狀態下，并不會出現爆震的情況。不僅如此，其充氣的效率和發動機的性能都得到了顯著的改善和提升。

3.4 精確冷卻系統

該系統的運行效果主要與冷卻水套的結構設計以及冷卻液的流速有關。對于精確冷卻系統來說，其中涉及到的排氣門周圍等熱關鍵區，相應的冷卻液流速較大，并且有著較高的熱傳遞效率。最為明顯的則是變化較小的溫度梯度，之所以出現這樣的效果與通道橫截面縮小以及提升流速和減少流量有很大關系。對于精確冷卻系統來說，要想高效地推進設計工作，其中涉及到的冷卻水套的尺寸以及冷卻水泵的匹配務必要高度重視，以確保系統運行的穩定和達到相應的溫度需求。由于冷卻液的流速變化較大，因此應對冷卻水套等涉及到系統運行的方面做出全面分析，以使其相互補充，發揮出最大的效用。有關研究顯示，精確冷卻系統的作用條件之下，冷卻液的流量將下降40%。另外，針對氣缸蓋冷卻水套所展開的精確設計，對于流速的提升以及溫度的降低也是極為顯著的。

3.5 分流式冷卻系統

對于此類冷卻系統，缸蓋和缸體的冷卻分別由其各自的液流回路實施，因而其二者也就有了不同的溫度。此類系統的優勢還是比較明顯的，其能夠保障發動機各部分處在最佳溫度條件運行，同時還能促使系統的整體效率達到最大。只有缸蓋溫度較低且缸體溫度較高的狀態下，才能實現發動機熱工作的理想運行。具體來看，缸蓋溫度較低，能夠增大進氣量和達到提高充氣效率的效果。而缸體溫度較高的話，則能起到降低磨損和提高燃油效率的效果。對于分流式冷卻系統來說，在其運行過程中，缸體和缸蓋將會出現100℃的溫度差，磨損和油耗的降低都是在這樣的條件下實現的。如果缸體溫度較高，那么油耗可降低4%～6%，加上處在部分負荷的條件下，相應的HC可降低20%～35%。另外需要注意的是，當節氣門處于全開的狀態時，缸蓋和缸體的溫度都可重新設計為50℃和90℃，從而實現整體改善油耗以及功率輸出的效果。

3.6 可控式發動機冷卻系統

以往的發動機冷卻系統多是處在被動狀態下，結構相對來說更為簡單且成本也比較低。如今對于冷卻系統則有了更高的追求，其中對于滿負荷散熱問題的處理無疑是系統設計過程中最為核心的部分，而可控式冷卻系統的出現恰逢其時。部分負荷運行使得輕型車輛的系統損耗尤為嚴重，之所以會出現這樣的情況，很大程度上與發動機工作不充分有關。對于這類情況，可控式冷卻系統顯然有著極大的針對性。具體來看，其主要由傳感器和執行器以及電控模塊等構成。此類系統的優勢主要體現在其可伴隨發動機的運行實時調整冷卻量，以實現降低發動機功率損耗的效果。此類系統中的執行器主要是指冷卻水泵和節溫器，冷卻量的調整就是在其具體運行之下實現的。對于溫度傳感器，其主要承擔的是發動機熱狀態的傳遞工作，以施加相應的控制。另外的可控式裝置，例如電動水泵，在其作用之下可將系統溫度設定點從90℃提高到110℃，不僅節省了燃油，而且還降低了排放。此類系統的響應能力極為迅速，通常可將冷卻溫度保持在設定點的±2℃范圍。下降1℃只需2秒，暖機時間也有了極大縮短。總體來看，此類冷卻系統的工作范圍與工作極限區域較為接近，因而其對于溫度的控制更為高效迅捷，從而極大地減少了各類損耗和功率較低的情況。

4 結論

由以上論述可以看出，當前對于冷卻系統的需求還是比較強烈的。而通過本文對幾種新型冷卻系統的解讀和分析，可以發現其中涉及到的溫度的控制依舊是極為復雜的內容。而冷卻系統要想改進和提升，其中對于發動機的保護以及燃油效率的提升，務必要高度重視。如今隨著科技時代的持續深入，冷卻系統在發動機中的運行也將更為科學高效，以更好地服務于社會發展。

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