现代汽车发动机冷却系统

摘 要：本论文简要分析了发动机冷却系统的发展现状、影响因素及存在的问题；介绍了目前国内外前沿的发动机冷却系统的设计理念和研究方法,如智能化电控冷却系统、精确冷却理念、分流式冷却、空气侧流动和发动机热管理研究等；展望了现怎么发表动机冷却系统实现高效低耗的目标,指出采用电控冷却部件实现精确冷却和分流式冷却的有效整合是行之有效的手段,而整车热管理研究势必会成为全面提高冷却系统性能的主要方法.

关 键 词：汽车发动机冷却系统智能控制发展趋势预测

1引言

随着现代车用发动机采用更加紧凑的设计和更大的单位体积功率,强化程度越来越高,发动机产生的热流密度也随之明显增大,目前几乎所有的发动机强化都面临着如何解决高功率密度下的冷却及热平衡问题,在满足不断提高的输出功率的同时,又要具有良好的经济性.此外,日益严格的排放标准也对冷却系统提出了新的要求.冷却系统工作性能的优劣,直接影响着动力系统的整体性能.开发高效可靠的冷却系统,已成为发动机进一步提高功率、改善经济性所必须突破的关键技术问题.因此,采用先进的冷却系统设计理念,对发动机冷却系统进行深入研究具有十分重要的实际意义.

2现怎么发表动机冷却系统研究现状及发展方向

由于冷却系统对发动机性能的影响日益显著,通过对冷却系统的不断改进来提高发动机性能已成为一种有效的手段.对柴油机冷却系统的研究有两个方面：一方面是以提高冷却效率为目的的系统本身的研究,包括系统各缸水流分布、各部件结构设计、冷却散热系统合理匹配、系统控制等,称为外冷却研究；另一方面是研究冷却系统关键零部件的热负荷及其可靠性,它更注重研究固―液耦合问题,称为内冷却研究.目前,发动机冷却系统的发展趋势主要有以下几个方面.

2.1冷却系统的智能化和可控化

目前,大部分发动机冷却系统仍属于传统的被动系统,只能有限地调节发动机和汽车的热分布状态.但随着电子技术和计算机技术的飞速发展,电控零部件技术成熟,冷却系统的智能化和自动化成为可能.

传统的冷却系统中采用机械驱动的冷却水泵和冷却风扇,冷却介质流量取决于发动机转速,而非发动机实际运行时冷却量需求,显然无法实现对发动机水温在全运行工况内的合理控制.此外,这些部件耗功严重,比如风扇消耗的功率可以达到发动机总功率输出的10%.采用电子驱动及控制的冷却水泵、风扇、节温器等部件,可以通过传感器和计算机芯片根据实际的发动机温度控制运行,提供最佳的冷却介质流量,实现冷却系统部件的智能化和可控化,同时降低能耗,提高效率.

2.2发动机冷却介质流动的合理组织

2.2.1水腔内冷却水流动的组织

闭式强制循环冷却方式中,水腔内冷却水流动的组织是直接影响冷却效果的主要因素.改进发动机冷却水套结构,寻求适当的冷却水流量、压力以及合理的流场分布成为高强化发动机研究开发中不可缺少的重要环节.

CloughM.J.早在1992年提出了“精确冷却”的概念,即利用最少的冷却以达到最佳的温度分配.精确冷却系统的设计关键在于确定冷却水套的尺寸,选择匹配的冷却水泵,保证系统的散热能力能够满足发动机低速大负荷时关键区域工作温度的需求.CouetouseH.等人提出分流式冷却系统的设计,即气缸盖和气缸体有不同的冷却回路,使得气缸盖和气缸体具有不同的温度.发动机理想的工作状态是气缸盖温度低而气缸体温度高,这是由于较低的气缸盖温度有利于进气和改善排放,而较高的气缸体温度则有利于降低摩擦损失,改善燃油经济性.分流式冷却系统的优势在于使发动机各部分在最优的温度设定点工作,达到较高的冷却效率.

无论是精确冷却系统还是分流式冷却系统,都要求对发动机冷却水套进行必要的改进以优化冷却液流动.从设计和使用角度看,分流式冷却和精确冷却相结合具有很好的发展前景,有利于形成理想的发动机温度分布,满足发动机对未来冷却系统的要求.

2.2.3空气侧冷却空气流动的组织

冷却水从发动机机体带走的热量主要通过散热器排入大气中,增压发动机还需要利用冷却空气对增压空气进行中冷,因此,车辆迎风空气侧冷却空气流动的组织在很大程度上制约着冷却水冷却效果,同时也影响发动机的工作性能.

由于空气侧部件空间安装分布对空气流动和温度分布影响显著,故关于空气侧部件空间布置的研究也较多,风扇是研究的焦点.针对传统的中冷器―散热器―风扇布置顺序的冷却模块（CRFM）,Delphi汽车公司提出了新的中冷器―风扇―散热器布置顺序的冷却模块（CFRM）概念,即将风扇置于中冷器和散热器之间.在相同的运行条件下,CFRM能显著改善空气侧的温度分布,CFRM的空气流量较CRFM高16%.

2.3发动机热管理技术研究

对于单独的冷却系统主要研究的是发动机冷却部件的散热情况,而发动机热管理则涉及发动机全系统及整车.将冷却系统研究整合到发动机热管理中,能充分考虑冷却系统对整车性能的影响,将冷却系统的效率提高至最理想值,最大限度地发挥冷却系统的功用.发动机热管理技术被列为美国21世纪商用车计划的关键技术之一,对提高整车性能潜力巨大.发动机热管理系统的目标是提高燃料经济性,降低排放,增加功率输出和车辆载重能力,降低气动阻力损失和车辆维护费用,提高可靠性以及车辆对环境的适应能力.主要从以下方面实现：采用计算机芯片控制发动机温度,应用强迫对流和核态沸腾传热相结合的冷却机制,使用先进有效的传热介质,增加换热量,采用更加轻巧的高导热率材料制造的换热器,对发动机机舱底部空气流动进行管理,进行余热储存,优化散热器及风扇的设计和布置,废热循环及再利用等.

总之,只有对冷却系统各个环节进行深入地研究,多方面寻求提高冷却性能的有效途径,合理利用和发挥各个方法的潜在优势,才能实现冷却系统的高效化和低耗化,进而从整体上提高发动机的性能.