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發動機冷卻系統的資料

: 問提問者：網友 | 2017-10-01

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　　1 概述　　隨著發動機采用更加緊湊的設計和具有更大的比功率，發動機產生的廢熱密度也隨之明顯增大。一些關鍵區域，如排氣門周圍散熱問題需優先考慮，冷卻系統即便出現小的故障也可能在這樣的區域造成災難性的后果。發動機冷卻系統的散熱能力一般應滿足發動機滿負荷時的散熱需求，因為此時發動機產生的熱量最大。然而，在部分負荷時，冷卻系統會發生功率損失，水泵所提供的冷卻液流量超過所需的流量。我們希望發動機冷啟動時間盡可能短。因為發動機怠速時排放的污染物較多，油耗也大。冷卻系統的結構對發動機的冷啟動時間有較大的影響。　　2 現代發動機冷卻系統的特點　　傳統冷卻系統的作用是可靠地保護發動機，而還應具有改善燃料經濟性和降低排放的作用。為此，現代冷卻系統要綜合考慮下面的因素：發動機內部的摩擦損失；冷卻系統水泵的功率；燃燒邊界條件，如燃燒室溫度、充量密度、充量溫度。　　先進的冷卻系統采用系統化、模塊化設計方法，統籌考慮每項影響因素，使冷卻系統既保證發動機正常工作，又提高發動機效率和減少排放。　　2.1 溫度設定點　　發動機工作溫度的極限值取決于排氣門周圍區域最高溫度。最理想的情況是按金屬溫度而不是冷卻液溫度控制冷卻系統，這樣才能更好地保護發動機。由于冷卻系統設定的冷卻溫度是以滿負荷時最大散熱率為基礎，因此，發動機和冷卻系統在部分負荷時處于不太理想狀態，如市區行駛和低速行駛時，會產生高油耗和排放。　　通過改變冷卻液溫度設定點可改善發動機和冷卻系統在部分負荷時的性能。根據排氣門周圍區域溫度極限值，可升高或降低冷卻液或金屬溫度設定點。升高或降低溫度點都各有特點，這取決于希望達到的目的。　　2.2 提高溫度設定點　　提高工作溫度設定點是一種比較受歡迎的方法。提高溫度有許多優點，它直接影響發動機損耗和冷卻系統的效果以及發動機排放物的形成。提高工作溫度將提高發動機機油溫度，降低發動機摩擦磨損，降低發動機燃油消耗。　　研究表明，發動機工作溫度對摩擦損失有很大影響。將冷卻液排出溫度提高到150℃，使氣缸溫度升高到195℃，油耗則下降4%-6%。將冷卻液溫度保持在90-115℃范圍內，使發動機機油的最高溫度為140℃，則油耗在部分負荷時下降10%。　　提高工作溫度也明顯影響冷卻系統的效能。提高冷卻液或金屬溫度會改善發動機和散熱氣熱傳遞傳遞的效果，降低冷卻液的流速，減小水泵的額定功率，從而降低發動機的功率消耗。此外，可采用不同的方式，進一步減小冷卻液的流速。　　2.3 降低溫度設定點　　降低冷卻系統的工作溫度可提高發動機充氣效率，降低進氣溫度。這對燃燒過程、燃油效率及排放有利。降低溫度設定點可以節省發動機運行成本，提高部件使用壽命。　　研究表明，若氣缸蓋溫度降低到50℃，點火提前角可提前3℃A而不發生爆震，充氣效率提高2%，發動機工作特性改善，有助于優化壓縮比和參數選擇，取得更好的燃油效率和排放性能。　　2.4 精確冷卻系統　　精確冷卻系統主要體現在冷卻水套的結構設計與冷卻液流速的設計中。在精確冷卻系統中，熱關鍵區，如排氣門周圍，冷卻液有較大的流速，熱傳遞效率高，冷卻液的溫度梯度變化小。這樣的效果來自縮小這些地方冷卻液通道的橫截面，提高流速，減少流量。　　精確冷卻系統的設計關鍵在于確定冷卻水套的尺寸，選擇匹配的冷卻水泵，保證系統的散熱能力能夠滿足低速大負荷時關鍵區域工作溫度的需求。　　發動機冷卻液流速的變化范圍相當大，從怠速時的1 m/s到最大功率時的5 m/s。故應將冷卻水套和冷卻系統整體考慮，相互補充，發揮最大潛力。　　研究表明，采用精確冷卻系統，在發動機整個工作轉速范圍，冷卻液流量可下降40%。對氣缸蓋上冷卻水套的精確設計，可使普通冷卻道的流速從1.4m/s提高到4 m/s，大大提高氣缸蓋傳熱性，將氣缸蓋的金屬溫度降低到60℃。　　2.5 分流式冷卻系統　　分流式冷卻系統為另外一種冷卻系統。在這種冷卻系統中，氣缸蓋和氣缸體由各自的液流回路冷卻，氣缸蓋和氣缸體具有不同的溫度。分流式的冷卻系統具備特有的優勢，可使發動機各部分在最優的溫度設定點工作。冷卻系統的整體效率達到最大。每個冷卻回路將在不同冷卻溫度設定點或流速下工作，創造理想的發動機溫度分布。　　理想的發動機熱工作狀態是氣缸蓋溫度較低而氣缸體溫度相對較高。氣缸蓋溫度較低可提高充氣效率，增大進氣量。溫度低且進氣量大可促進完全燃燒，降低CO，HC和NOx的形成，也提高輸出功率。較高氣缸體溫度會減小摩擦損失，直接改善燃油效率，間接地降低缸內峰值壓力和溫度。分流式冷卻系統可使缸蓋和缸體溫度相差100℃。氣缸溫度可高達150℃，而缸蓋溫度可降低50℃，減少缸體摩擦損失，降低油耗。較高的缸體溫度使油耗降低4%-6%，在部分負荷時HC降低20%-35%。節氣門全開時，缸蓋和缸體溫度設定值可調到50℃和90℃，從整體上改善燃油消耗、功率輸出和排放。　　2.6 可控式發動機冷卻系統　　傳統的發動機冷卻系統屬于被動式的，結構簡單或成本低。可控式冷卻系統可彌補目前冷卻系統的不足。現在冷卻系統的設計標準是解決滿負荷時的散熱問題，因而部分負荷時過大的散熱能力將導致發動機功率浪費。這對輕型車輛來說尤為明顯，這些車輛大多數時間都在市區內部分負荷下行駛，只利用部分發動機功率，引起冷卻系統較高損耗。為解決發動機在特殊情況下過熱的問題，現在的冷卻系統體積較大，導致冷卻效率降低，增大了冷卻系統的功率需求，延長了發動機暖機時間。可控式發動機冷卻系統一般包括傳感器、執行器和電控模塊。可控式冷卻系統能夠根據發動機工作狀況調整冷卻量，降低發動機功率損耗。在可控式冷卻系統中，執行器為冷卻水泵和節溫器，一般由電動水泵和液流控制閥組成，可根據要求調整冷卻量。溫度傳感器為系統的一部分，可迅速把發動機的熱狀態傳給控制器。　　可控式裝置，如電動水泵，可將冷卻系溫度設定點從90℃提高到110℃，節省2%-5%的燃油，CO減少20%，HC減少10%。穩定狀態時，金屬溫度比傳統冷卻系統的高10℃，可控式冷卻系統具有較快的響應能力，可將冷卻溫度保持在設定點的±2℃范圍。從110℃下降到100℃只需2 s。發動機暖機時間減少到200s，冷卻系統工作范圍更貼近工作極限區域，能夠縮小發動機冷卻溫度和金屬溫度的波動范圍，減少循環熱負荷造成的金屬疲勞，延長部件壽命。　　3 結論　　前面介紹的幾種先進冷卻系統具有改善冷卻系統性能的潛力，能夠提高燃油經濟性和排放性能。冷卻系統的能控性是改善冷卻系統的關鍵，能控性表示對發動機結構保護的關鍵參數，如金屬溫度、冷卻液溫度和機油溫度等能夠控制，確保發動機在安全限度范圍內工作。冷卻系統能夠對不同工況作出快速反應，最大地節省燃料、降低排放，而不影響發動機整體性能。　　從設計和使用性能角度看，分流式冷卻與精密冷卻相結合具有很好的發展前景，既能提供理想的發動機保護，又能提高燃油經濟性和排放性。這種結構有利于形成發動機理想的溫度分布。直接向氣缸蓋排氣門周圍供給冷卻液，減少了氣缸蓋溫度變化，使缸蓋溫度分布更加均勻，也能將機油和缸體溫度保持在設計的工作范圍，具有較低的摩擦損失和污染排放量。■　　冷卻系統的功能及維護保養方法如下：　　1、冷卻系統的功能，就是將發動機零件吸收的一部分熱量帶走，保證柴油發動機各零件維持在正常的溫度范圍內。　　2、冷卻水應是不含溶解鹽的軟水，如清潔的河水、雨水等。不要用井水、泉水或海水等硬水，以防產生水垢，引起發動機散熱不良，氣缸過熱等問題發生。　　3、用漏斗將冷卻水加入水箱時，應當防止水飛濺到發動機與散熱器上，防止散熱片和機體上積塵、弄臟，影響冷卻效果。　　4、若因發動機缺水而引起溫度過高時，不能馬上加水，應使發動機慢速運轉10—15分鐘，等溫度稍降低后，在發動機不息火的情況下慢慢加入冷卻水。　　5、冬季，水箱內應加熱水。啟動后應慢速運轉至水溫超過40度時才能工作。工作結束后，必須放盡冷卻水。　　6、要定期清除水箱內的水垢，對風冷發動機的散熱片要經常擦洗污泥、臟垢。散熱片不可損壞，若損壞后要及時更換，以免影響散熱效果。: 回答者：網友

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