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浅谈现代汽车发动机冷却系统


浅谈现代汽车发动机冷却系统 摘要:简要分析了发动机冷却系统的特点及发展现状;介绍了目前国内外发动机冷却系统的设计理念,如精确冷却系统、分流式 冷却系统、可控式冷却系统等;展望了现代发动机冷却系统实现低耗高效的目标,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。 关键词:汽车发动机;冷却系统;发展趋势预测。 概述: 汽车发动机冷却系统在汽车动力系统中有着至关重要的作用,冷却系统可以在发 动机工作时对温度进行合理地调节与控制,使发动机各部件保持在正常的工作温度,从而获 得理想的动力输出与良好的燃油经济性。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,对柴油机冷却系统进 行深入研究具有十分重要的实际意义。 1 现代汽车发动机冷却系统的作用 传统冷却系统的作用是可靠地保护发动机,而还应具有改善燃料经济性和降低排放 的作用。为此,现代冷却系统要综合考虑下面的因素:发动机内部的摩擦损失;冷却系统水 泵的功率;燃烧边界条件,如燃烧室温度、充量密度、充量温度。发动机冷却系统的散热能 力一般应满足发动机满负荷时的散热需求,因为此时发动机产生的热量最大。然而,在部分 负荷时,冷却系统会发生功率损失,水泵所提供的冷却液流量超过所需的流量。我们希望发 动机冷启动时间尽可能短。因为发动机怠速时排放的污染物较多,油耗也大。所以先进的冷 却系统采用系统化、模块化设计方法,统筹考虑每项影响因素,使冷却系统既保证发动机正 常工作,又提高发动机效率和减少排放。 1.1 精确冷却系统 精确冷却系统主要体现在冷却水套的结构设计与冷却液流速的设计中。在精确冷却 系统中,热关键区,如排气门周围,冷却液有较大的流速,热传递效率高,冷却液的温度梯 度变化小。这样的效果来自缩小这些地方冷却液通道的横截面,提高流速,减少流量。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 能够满足低速大负荷时关键区域工作温度的需求。发动机冷却液流速的变化范围相当大,从 怠速时的 1 m/s 到最大功率时的 5 m/s。故应将冷却水套和冷却系统整体考虑,相互补充, 发挥最大潜力。 研究表明, 采用精确冷却系统, 在发动机整个工作转速范围, 冷却液流量可下降 40%。 对气缸盖上冷却水套的精确设计,可使普通冷却道的流速从 1.4m/s 提高到 4 m/s,大大提 高气缸盖传热性,将气缸盖的金属温度降低到 60℃。 1.2 分流式冷却系统 在这种冷却系统中,气缸盖和气缸体由各自的液流回路冷却,气缸盖和气缸体具有不同 的温度。分流式的冷却系统具备特有的优势,可使发动机各部分在最优的温度设定点工作。 冷却系统的整体效率达到最大。每个冷却回路将在不同冷却温度设定点或流速下工作,创造 理想的发动机温度分布。 理想的发动机热工作状态是气缸盖温度较低而气缸体温度相对较高。气缸盖温度较 低可提高充气效率,增大进气量。温度低且进气量大可促进完全燃烧,降低 CO,HC 和 NOx 的形成,也提高输出功率。较高气缸体温度会减小摩擦损失,直接改善燃油效率,间接地降 低缸内峰值压力和温度。分流式冷却系统可使缸盖和缸体温度相差 100℃。气缸温度可高达 1

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