汽车发动机冷却系统稳定性分析与研究

刘云峰1 曾凡柏2 何立农3 汤海群1

1.吉安职业技术学院江西吉安343000；

2.江西现代技师学院江西南昌330029；

3.江西中锐汽车学院江西南昌330039

摘要：冷却系统是汽车发动机构造中十分关键的部分，本文对汽车发动机冷却系统结构设计及工作稳定性进行深入的研究分析，具体介绍了汽车发动机冷却系统结构的特点及工作原理。

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关键词 ：汽车发动机；冷却系统；设计；研究

1 概述

对发动机冷却系统来说，我们希望发动机暖机时间不要过长，因为发动机在暖机过程中喷油器喷油量会加大，所以会造成油耗加大，经济性能差，污染物排放超标，严重影响了周围环境质量。因为发动机冷却系统构造复杂, 而且汽车运行工况具有多变性的特点,它对汽车发动机产生的影响因素也是多变且较为复杂的，但大致影响发动机冷却效果的主要因素有冷却水道结构、散热效率、循环冷却水量和冷却空气流量。

汽车发动机经历了上百年的发展，冷却系统从技术上已经大部分解决了上述存在的缺陷，显著提升了汽车发动机冷却系统的稳定性，明显降低了燃油的耗损及减轻了环境污染程度，发动机冷却系统热量控制主要是通过各个传感器将信号传给发动机电子控制单元，再由电子控制单元控制冷却风扇的转速，从而可以有效的控制散热效果。

2 汽车发动机冷却系统的特点

早期汽车发动机冷却系统的设计主要是考虑对发动机起到冷却效果，而没有关注排放问题。研发技术成熟的发动机冷却系统应充分考虑整个系统的性能优化，还要考虑模块化，设计时考虑可能存在的不利影响因素，并将这种对发动机的不良影响因素进行有效控制，使发动机冷却系统能达到正常工作需要，又能使发动机经济性和动力性提高，同时又降低了排放，现代汽车发动机冷却系统从最初的设计到构造，再到最后的装车应用过程中，都应该重视这些问题，目前市场上汽车发动机冷却系统设计显著的特点是运用了非常成熟的结构布局及加工工艺，任何一个特殊的因素都不能被忽视，只有在设计的时候进行结构优化设计，才能保证发动机在任何工况下都能保持高效率的运行状态，当然排放这个问题一定不能忽视，这样的设计理念才能走得更远。

3 温度设定点

汽车发动机冷却系统在运行的过程中，本身受到的影响是复杂多变的，那么怎样来保证在这种多变复杂的环境下使得发动机冷却系统的作用与性能得到发挥呢？这不是单纯的只改变其中某一个设计参数就可以排除的问题。如果既要保证发动机的基本工作，又要提高其动力性及经济性，就一定要考虑整个系统的优化，而且每款不同的发动机在结构上都有自己的特点，另外，汽车发动机冷却系统温度的最大值是由机体产生的温度变化所决定的，所以如何确定金属温度的设定点很关键，这样可以显著的避免发动机由于温度高而对发动机产生的不利影响，因为任何发动机冷却系统都有自身的构造与特点，散热率就是衡量发动机冷却温度高低的量度尺，那么，汽车发动机冷却系统运行状态不佳的话，很容易使汽车发动机冷却系统产生较高的油耗。

3.1 提高温度设定点。温度设定点的提高对发动机性能的发挥有很大的优势，随着温度设定点的提高，发动机机油温度与运行温度都应该有相应的提高, 这样可以有效的减少散热量和摩擦损失,从而达到提高发动机的燃油经济性和降低发动机污染物的排放。此外, 提高冷却液温度能明显改善散热器散热量和提高发动机散热效果, 如果降低冷却液在发动机里面的流速, 就可以降低水泵的标定功率,降低发动机的负荷，从而提高了发动机的有效功率输出。那么提高发动机冷却液温度设定点有些什么手段呢？最有效最典型的手段就是高温冷却技术, 将冷却液温度控制在90℃耀115℃范围内,最高温度可达130℃, 例如，德国MT U890 系列坦克发动机就运用了高温冷却技术, 这种冷却系统最大的特点就是采用了全封闭式结构, 这种结构方式可以很大程度缩小冷却系统容积从而降低发动机的功率消耗。当然, 提高发动机工作温度对构成发动机的材料热受热载荷的能力提出了很高的要求, 对Nox 的排放非常不利,因为Nox的生成需具备两个条件：高温、富氧。因为汽油机的压缩比比柴油机小，热负荷也相对较少，汽油发动机的机油温度相比较柴油机较低,其主要原因是柴油机的压缩比比汽油发动机大，其废气排放物主要为HC 和CO, 如果在部分负荷下将发动机冷却液温度升高，可以使发动机有效功率提高约10%。

3.2 降低温度设定点。降低温度设定点的最有效的途径是什么呢？最有效的途径是降低进气温度, 根据热胀冷缩的原理，可以适当增加进气密度，从而提高发动机过量空气系数, 可以使燃油的燃烧有足够的氧气，从而可以达到降低发动机燃油消耗，从而达到使得燃烧过程更加优化的效果。Finlay 等科学家的研究得出结论, 如果将某一个气缸温度降低50℃, 那么点火提前角可以增大3°CA，这样可以有效的防止爆震,假如充气效率提高2%,那么可以使得发动机动力性有着明显的提高, 这样可以使得结构参数更加优化，还可以适当的增大压缩比。总而言之, 不管是将发动机温度设定点提高还是降低都可以提高改善发动机的冷却性能, 但必须充分考虑发动机的实际情况，这样才能达到设计的目的。

4 结束语

通过以上分析可知，发动机冷却系统的温度设定对于发动机整体的经济性、排放性有着重要的影响，更是发动机冷却系统工作可靠性的保障。所以，发动机研发人员必须考虑汽车发动机冷却系统的整体设计，在考虑燃油经济性与排放性的前提下，对发动动机的设定温度进行科学的设计，最终达到预期的目的。

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