冷却系统的设计遵循的原则有哪些
.在模具设计中,冷却系统的设计应优于顶出系统,应尽早将冷却方式和冷却回路的位置确定下来,在考虑冷却系统设计时不受顶出系统的影响,以便得到较好的冷却效果。
2.注意型芯和型腔之间的热平衡。由于大多数模具的型芯和型腔所吸收热量是不同的,热量多靠銎芯传递,同时,在型芯中布置冷却回路往往空间较小,加上顶出系统的干扰,因此,一般应采用两条回路分别冷型芯和型腔,在冷却系统设计中,型芯的冷却是重点考虑之处。
3.当模具冷却系统仅设一个进水口和一个出水口时。应将冷却管道进行串联连接。串联连接一方面可避免管道某处的堵塞,另一方面形成相同的冷却条件。当需要使用并联接时,需要在每个回路中设置水量调节装置。
4.当制件壁厚均匀时,尽可能使所有冷却管道孔到型腔表面的距离相等,如图2-26 (a) 所示。当制件壁厚不均匀时,在厚壁处应开设距离型腔表面较小的冷却管道,如图2-26 (b) 所示。
5.为使冷却均匀,应合理确定冷却管道与型腔壁的距离以及冷却管道之间的中心距。如图2-27所示,图2-27(a) 所布置的冷却管道间距合理,从而保证了型腔表面温度均匀分布,其温差仅为0.05℃,如图2-27(b) 所示。而图2-27(c) 所设置的冷却管道直径小,间距太大,所以造成如图2-27(d) 所示较大的型腔表面温度变化,温差接近8℃。通常,冷却管道与型腔壁的距离太大会使冷却效率下降,而距离太小又会造成冷却不均匀。经验得知,一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的1~2倍,冷却管道的中心距约为管道直径的3~5 倍。在实际的设计过程中,如果模具结构允许,则可以考虑将冷却管道孔径尽量设大,冷却回路的数量也尽量设多一些。
6.应加强浇口处的冷却。一般的,在注射成型过程中,熔体充填模具型腔时浇口附近的温度最高,距浇口越远则温度越低,故在浇口附近应加强冷却。可将冷却管道的回路入口设在浇口处,这样,冷却水会首先通过浇口附近,再流向浇口远端。冷却管道人口的选择如图2-28 所示,其中图(a)为侧浇口冷却回路的布置,图(b)为多个针点式浇口冷却回路的布置。在实际生产中,为了不影响操作,通常将入口与出口水管接头设在注射机背面的模具一侧。
7.应避免将冷却管道开设在聚合物熔体熔合部位。如前所述,当采用多浇口进料等情形时会产生熔接线。为保证熔接线处的材料较好的熔合,熔接线处的温度不应过低,应尽可能不在熔接线部位开设冷却管道。
8.在设计冷却系统时,需要考虑材料的特性。对于收缩率较大的材料,应尽量沿制件的收缩方向设置冷却管道。
9.采用多而细的冷却管道比采用独根而直径大的冷却管道好。因为多而细的冷却管道扩大了模具温度调节的范围,但管道过膝会容易发生堵塞,一般管道直径取8~25mm。
10.模具出入水口之间的水温差异应尽可能较小。通常,对于精密模具,该温差应在2℃以内,普通模具也不要超过5℃。如果出入水间温差较大,将会使模具的温度分布不均匀,尤其是流程较长的制件更为明显。为使制件的冷却速度大致相同,可根据制件的结构特点、材料特性及制件壁厚等合理确定冷却管道的排列形式。比如,在如图2-29 所示的模具型腔中,采用图(a) 所示的排列方式将比图(b) 所示的排列方式更利于型腔的冷却。为了说明这一问题,现进行个简单平板制件进行数值模拟,如图2-30 所示为该制件在两种不同冷却管道布置下得到的最终制件变形量(翘曲) 结果。这里注意,为利于结果的显示,冷却管道只显示了制件的一侧,另一侧的管道是对称分布的。在图2-30(a) 中,管道沿制件长度方向开设,最终管道长,但开设数量少,而图(b)所开设的管道沿制件宽度方向,管道短,数量多,最终的翘曲结果可知,按图(b)开设的管道方式优于图(a)方式。
11.在模具设计中应该考虑水路的密封问题,冷却管道尽量避免通过镶块或模板接缝,如果必须通过镶块或模板接缝时,必须在镶块或接缝处设套管以达到密封的效果。
12.在模具总体结构设计时应给冷却管道留出足够的空间。为达到冷却效果,通常冷却管道就直接布置在成型零部件上。冷却管道整个回路不应存在水滞流或产生回流的部位。在实际生产中,还应考虑节约用水的问题。
你好,新能源汽车动力电池作为汽车的动力源,其充电、放电的发热会一直存在。动力电池的性能和电池温度密切相关。
为了尽可能延长动力电池的使用寿命并获得最大功率,需在规定温度范围内使用蓄电池。原则上在-40℃至+55℃范围内(实际电池温度)动力电池单元处于可运行状态。因此目前新能源的动力电池单元都装有冷却装置。
动力电池冷却系统有空调循环冷却式、水冷式和风冷式。1.空调循环冷却式
在高端电动汽车中动力电池内部有与空调系统连通的制冷剂循环回路。插电式混动车型动力电池冷却系统如下图所示。
动力电池单元直接通过冷却液进行冷却,冷却液循环回路与制冷剂循环回路通过冷却液制冷剂热交换器(即冷却单元)连接。因此,空调系统制冷剂循环回路由两个并联支路构成。一个用于冷却车内空间,一个用于冷却动力电池单元。两个支路各有一个膨胀和截止组合阀,两个相互独立的冷却系统图示如下图所示。冷却工作原理:
电动冷却液泵通过冷却液循环回路输送冷却液。只要冷却液的温度低于电池模块,仅利用冷却液的循环流动便可冷却电池模块。冷却液温度上升,不足以使电池模块的温度保持在预期范围内。
因此必须要降低冷却液的温度,需借助冷却液制冷剂热交换器(即冷却单元)。这是介于动力电池冷却液循环回路与空调系统制冷剂循环回路之间的接口。
如冷却单元上的膨胀和截止组合阀使用电气方式启用并打开,液态制冷剂将流入冷却单元并蒸发。这样可吸收环境空气热量,因此也是一种流经冷却液循环回路的冷却液。电动空调压缩机再次压缩制冷剂并输送至电容器,制冷剂在此重新变为液体状态。因此制冷剂可再次吸收热量。为了确保冷却液通道排出电池模块热量,必须以均匀分布的作用力将冷却通道整个平面压到电池模块上。通过嵌入冷却液通道的弹簧条产生该压紧力。针对电池模块几何形状和下半部分壳体对弹簧条进行了相应调节。
而阁下所指的20台注塑机是什么规格?由于注塑机规格大小不一样,所使用的油量、模具等大小也不一致,因此,阁下此问题一般都是很难回答,或者都是笼统回答。
简单说吧,冷却水循环系统,就必须根据阁下所使用的注塑机规格大小来进行设计了。首先,油路冷却系统,与模具冷却系统必须分离,这是设计的首要条件。其次,所有的冷却系统,都必须根据阁下的注塑机规格大小进行设计!
以上希望可以为阁下提供方向性的参考。如有不对,敬请海涵!见谅!
有网友咨询,说汽车真是一个神奇的东西,冷车启动后几分钟时间,水温就达到正常了,暖风也热了,但是之后你不管怎么开,温度始终都能保持不变,这究竟是怎么做到的?这个问题挺有趣的,相信有很多网友也想知道,下面我来详细的给大家说一说发动机的热量是如何来的,又是如何去的,冷却系统是如何工作的,是如何让发动机既能快速升温、又能长期保持稳定的温度。
汽车上所使用的发动机是一种内燃机,它的本质是一种能量转化工具,即把燃料(汽油、柴油、乙醇、天然气等)的化学能转化为机械能。但是这个转化过程并不是一步就能完成的,而是首先把燃料燃烧,把燃料内部储存的化学能以热能的形式释放出来,然后热能再推动发动机的曲柄连杆机构旋转做功,转化为机械能对外输出。大家都知道,推动汽车行驶的是机械能而不是热能,所以燃料的化学能转化为热能再转化为机械能就是内燃机的基本工作原理。
那么燃料燃烧后释放出的热能能完全转化为机械能吗?答案是不能,所有的能量转换过程都必然伴随着能量的损失。对于汽车发动机来说,转化的效率还相当的低(通常把这个转换效率称为发动机热效率)。对于汽油机而言,现在最先进的汽油机最高热效率也只有41%,也就是说,汽油机燃烧1kg的汽油所产生的热量,最多只有41%的热量转化为机械能用来推动汽车行驶,其余的热量都白白浪费掉了;而我们在日常行驶中,发动机的平均热效率也就在30%左右。对于柴油机而言,热效率能稍高一些,最高可以达到45%左右,日常行驶平均可以达到35%左右,这也是柴油车油耗更低、经济性更好的原因之一,所以很多特别注重经济性的卡车都使用柴油机,在欧洲很多乘用车也使用柴油机,这是与中国最大的不同。
那么燃料燃烧后多余的热量哪儿去了呢?这些热量一小部分用来保持发动机正常的工作温度,其余的都需要散发到周围的空气中去,这就是汽车在夏季成为一个个“热岛”的主要原因。那么如何让发动机在任何工况下都能保持正常的温度,并且快速有效的将多余的热量散发到空气中,这就是发动机冷却系统的功劳了。
首先来看看发动机的正常工作温度是怎么回事。发动机在工作时,燃烧室内的最高温度可以达到2000°C,而环境温度一般在-30°~30°C之间,那么该如何平衡这种温度差呢?工程师在长期的实践中发现,如果能把发动机的温度控制在80°C~90°C之间,就可以把燃烧室的温度控制在500~600°C左右,在这种状态下燃料在燃烧室内的燃烧状态最好,发动机的热效率和各方面性能都处于最佳状态,所以80°C~90°C就是所谓的发动机正常工作温度。当然现在有些高强化的发动机工作温度可以达到100°C以上,比如说轿车使用的汽油发动机正常工作温度一般在95°C~105°C之间,卡车使用的高强化柴油发动机正常工作温度一般在85°C~95°C之间(个别也有更高的,比如带有热管理系统的玉柴发动机)。
如果发动机温度过高或者过低会怎么样呢?前文说过,发动机最佳的工作温度区间就是80°C~90°C,发动机上各种零部件的最佳工作温度和配合间隙都设计在这个区间,比如活塞与气缸之间的间隙、活塞环的开口间隙等等,同时机油的最佳工作温度也在这个温度范围内。如果温度过低的话,会导致润滑油粘度增大,发动机磨损加剧,有数据表明,发动机80%的磨损量都是在低温启动时造成的;如果发动机温度过高的话,会导致润滑油粘度下降,润滑不良,零部件间隙减小甚至消失,最终造成拉缸、化瓦等严重的机械故障。所以发动机温度过高或者过低都会对发动机使用寿命造成很大的影响。
那么如何保持发动机正常的工作温度呢?这就需要在发动机上安装冷却系统。在汽车上冷却系统的作用就是让发动机在所有工况下都保持在正常的温度范围内。不仅仅是给发动机散热,同时也要防止发动机过冷,此外还要在冷启动时让发动机快速升温,尽快达到正常的工作温度。
根据冷却介质的不同,发动机的冷却方式分为风冷式和水冷式两种。风冷式只在一些特种车辆、部分工程机械以及摩托车上使用,总体来说使用范围较小,对发动机的温度控制也不够精确,在汽车上已经很少使用了。现在的汽车上绝大多数使用的都是水冷式冷却系统。虽然名字叫做“水冷”,但其实冷却介质并不是水,而是一种具有防冻和防沸功能的特殊冷却液,它具有比热容大、沸点高、冬季防冻等特点,能够满足现在高强化发动机的使用需求。在正常使用情况下是严禁加水的,否则会导致冬季结冰、发动机高温 沸腾等严重的故障。
发动机的水冷系统学名为强制循环水冷系统,系统结构包括水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附加装置等,它的工作原理比较简单:水泵是冷却系统中的动力元件,它将冷却系统中的冷却液加压,使之在系统中循环流动。冷却液从气缸壁吸收热量之后温度升高,然后向上流入气缸盖,最后流入散热器,散热器将冷却液的热量散发到周围的空气中。为了加快散热,通常使用风扇来给流过散热器的空气加速。冷却后的冷却液从散热器底部重新流入水泵,继续参与循环。就这样冷却液源源不断的循环流动,将燃料燃烧后多余的热量带走并散发出去。
如果冷却系统仅仅是这样工作的话,它是不能满足汽车工作需求的,因为发动机在不同工况下产生的热量是不一样的,需要散发出去的热量也是不一样的。比如发动机在冷启动时,需要迅速提升发动机温度,此时的发动机需要保温,尽可能少的散热;在汽车低速低负荷运转时,需要保持发动机温度不降低,此时需要维持一定的冷却强度;在发动机高速高负荷工况下,需要冷却系统最大限度的把多余的热量散发出去,避免发动机高温,此时冷却系统需要全负荷工作,等等。为了满足发动机各种工况下的冷却需求,因此在冷却系统中设计了冷却强度调节装置,它可以调节发动机在不同工况下的冷却强度,让发动机尽可能的保持在正常工作温度范围内。常见的冷却强度调节装置有百叶窗、节温器、电动风扇和风扇离合器等,这些装置才是冷却系统的核心技术。发动机能快速升温、又能长期保持稳定的温度,就是这些装置在起作用。
1、百叶窗:很多老司机应该能记得,在上世纪八九十年代的解放141、东风140等汽车上,都有一个百叶窗调节器。在夏天把百叶窗全部打开,加强水箱的散热;在冬天把百叶窗关闭,让水温上升的更快。所以百叶窗的作用就是调节流过散热器的空气流量,当它开启时,空气可以全部流过散热器,散热强度高;当它关闭时,空气无法流过散热器,散热强度低。不过现在的汽车已经很少使用百叶窗了,更多的使用电子风扇和风扇离合器来调节散热器空气流速和流量。
不过百叶窗也并没有完全绝迹,在部分车型上仍在使用,并且越来越智能化,一般使用电控模块根据发动机的温度来调节百叶窗的开启角度。比如在宝马车上使用的智能型百叶窗,它由一个电控单元控制,在发动机水温较低时自动关闭,使发动机快速升温;然后会随着发动机温度的升高,逐渐增大百叶窗的开启角度,使更多的空气流经散热器,加强发动机的散热。此外还有福克斯ST等车型上的进气风冷格栅主动关闭系统,其实就是电控百叶窗。
2、节温器:节温器是发动机上最重要的冷却强度调节装置,它的作用是随发动机负荷和水温的大小而自动改变冷却液的流量和循环路线,保证发动机在适宜的温度下工作。当它关闭时,冷却水在发动机中封闭运行,不流经散热器,其水流路线短,散热强度小,称为水冷却系的小循环,此时发动机可以快速升温;当它开启时,冷却水流经散热器,其水流路线长,散热强度大,称水冷却系的大循环,此时发动机温度上升较慢。不过发动机在实际运行时,大小循环一般是同时存在的。
发动机的大循环和小循环水流量能差多少呢?对于普通的家用车来说,一般冷却系统中冷却液的总量大约是6升,在小循环时在发动机中封闭运行的冷却液大约是2升,另外的4升在散热器中。如果节温器损坏,比如它不开启了,发动机中就只有2升冷却液冷却发动机了,显然是不够的,所以发动机就会高温、开锅;如果节温器始终卡死在开启的位置上,那么发动机就要加热全部的6升冷却液,并且热量还会源源不断的通过散热器散发出去,所以发动机的水温不容易升高,长时间处于冷态,会导致发动机磨损加剧。
早期的节温器都是机械式的,利用石蜡受热膨胀的原理来开启和关闭阀门,从而来控制冷却液的大小循环。现在有越来越多的车型采用了电子节温器,它的工作原理与石蜡式节温器是一样的,只是感温和控制元件采用了电子元件,控制更精准。此外,在节温器上还标注了它的开启温度,对于某些柴油机来说,节温器还分为高温型(82°C开启)和低温型(75°C开启)两种,一般在夏季使用低温型,尽早让冷却系统开启大循环,可以避免发动机过热;在冬季使用高温型,让大循环开启延迟,让发动机尽快升温。如果在冬季仍然使用低温型的节温器,发动机也会出现过冷的故障。
3、电子风扇:在汽车散热水箱的后面一般都会有一到两个风扇,它的作用是让更多的空气流经散热器,增强散热器的散热能力,加快冷却液的冷却速度。现在的乘用车上基本都是使用电子风扇,用电机来驱动风扇的旋转,由发动机控制单元来控制它的启停以及调节转速的高低。在发动机温度低时不启动,在发动机超过正常温度时开始启动,并且温度越高转速越快,对水箱的散热作用就越大。如果由于某种原因导致风扇停转了,发动机就会高温;如果在水温正常的情况下风扇仍然高速旋转,一般是温控器、发动机控制单元或者相关的线路出故障了。此外现在的发动机上都有一种保护机制,当电子风扇控制系统收不到任何信号或者信号错误时,会强制风扇高速旋转,以加强散热,避免发动机高温。
4、风扇离合器:在商用汽车上,比如自卸卡车、半挂车、部分工程机械等,它们的冷却风扇是由曲轴直接驱动的,风扇的转速也与曲轴同步,它的冷却强度是非常大的。为了能更好的控制风扇转速,通常在曲轴和风扇之间通过一个风扇离合器实现来柔性连接。这个风扇离合器一般是硅油式的,硅油具有受热膨胀、粘度增大的特点。当发动机水温较低时,硅油粘度低,风扇与曲轴的结合强度较低,虽然曲轴高速旋转,但是风扇转速却较低,发动机冷却强度较小,可以快速升温;当发动机水温较高时,硅油粘度增大,风扇与曲轴几乎完全结合为一体,随曲轴高速旋转,发动机冷却强度大,避免发动机过热。判断风扇离合器是否正常的一个方法就是在发动机温度较高时用手转动风扇,如果转动阻力较大说明风扇离合器是正常的,如果转动很轻松就说明风扇离合器已经损坏,需要更换了。
现在我们就可以来回答文章开头提出的问题了:当发动机冷启动时,节温器关闭,冷却系统处于小循环,同时风扇停止转动,百叶窗关闭,发动机加大喷油量,此时的发动机热效率是很低的,20%都不到,更多的热量用来给发动机升温,所以发动机可以在几分钟之内就把温度提高到正常工作温度;当发动机温度正常以后,冷却强度调节装置起作用,始终将发动机温度控制在一定范围内,并且会随着发动机负荷与温度的变化随时调节冷却强度,即使长时间行驶也不会出现温度过高或过低的情况。
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汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系,即利用水泵提高冷却液的压力,强制冷却液在发动机中循环流动。冷却系主要由水泵、散热器、冷却风扇、补偿水箱、节温器、发动机机体和气缸盖中的水套以及附属装置等组成。 在冷却系统中,其实有两个散热循环:一个是冷却发动机的主循环,另一个是车内取暖循环。这两个循环都以发动机为中心,使用是同一冷却液。
一、 冷却发动机的主循环
主循环中包括了两种工作循环,即“冷车循环”和“正常循环”。冷车着车后,发动机在渐渐升温,冷却液的温度还无法打开系统中的节温器,此时的冷却液只是经过水泵在发动机内进行“冷车循环”,目的是使发动机尽快地达到正常工作温度。随着发动机的温度,冷却液温度升到了节温器的开启温度(通常这温度在80℃后),冷却循环开始了“正常循环”。这时候的冷却液从发动机出来,经过车前端的散热器,散热后,再经水泵进入发动机。
二、 车内取暖的循环
这是一个取暖循环,但对于发动机来说,它同样是一个发动机的冷却循环。冷却液经过车内的采暖装置,将冷却液的热量送入车内,然后回到发动机。有一点不同的是:取暖循环不受节温器的控制,只要打开暖气,这循环就开始进行,不管冷却液是冷的、还是热的。
编辑本段冷却系统部件分析
在整个冷却系统中,冷却介质是冷却液,主要零部件有节温器、水泵、水泵皮带、散热器、散热风扇、水温感应器、蓄液罐、采暖装置(类似散热器)。
1)冷却液
冷却液又称防冻液,是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。它需要具有防冻性,防蚀性,热传导性和不变质的性能。现在经常使用乙二醇为主要成分,加有防腐蚀添加及水的防冻液。
2)节温器
从介绍冷却循环时,可以看出节温器是决定走“冷车循环”,还是“正常循环”的。节温器在80℃后开启,95℃时开度最大。节温器不能关闭,会使循环从开始就进入“正常循环”,这样就造成发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。节温器不能开启或开启不灵活,会使冷却液无法经过散热器循环,造成温度过高,或时高时正常。如果因节温器不能开启而引起过热时,散热器上下两水管的温度和压力会有所不同。
3)水泵
水泵的作用是对冷却液加压,保证其在冷却系中循环流动。水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液,轴承毛病使转动不正常或出声。在出现发动机过热现象时,最先应该注意的是水泵皮带,检查皮带是否断裂或松动。
4)散热器
发动机工作时,冷却液在散热器芯内流动,空气在散热器芯外通过,热的冷却液由于向空气散热而变冷。散热器上还有一个重要的小零件,就是散热器盖,这小零件很容易被忽略。随着温度变化,冷却液会“热胀冷缩”,散热器器因冷却液的膨胀而内压增大,内压到一定时,散热器盖开启,冷却液流到蓄液罐;当温度降低,冷却液回流入散热器。如果蓄液罐中的冷却液不见减少,散热器液面却有降低,那么,散热器盖就没有工作!
5)散热风扇
正常行驶中,高速气流已足以散热,风扇一般不会在这时候工作;但在慢速和原地运行时,风扇就可能转动来助散热器散热。风扇的起动由水温感应器控制。
6)水温感应器
水温感应器其实是一个温度开关,当发动机进水温度超出90℃以上,水温感应器将接通风扇电路。如果循环正常,而温度升高时,风扇不转,水温感应器和风扇本身就需要检查。
7)蓄液罐
蓄液罐的作用是补充冷却液和缓冲“热胀冷缩”的变化,所以不要加液过满。如果蓄液罐完全用空,就不能仅仅在罐中加液,需要开启散热器盖检查液面并添加冷却液,不然蓄液罐就失去功用。
8)采暖装置
采暖装置在车内,一般不太出问题。从循环介绍可以看出,此循环不受节温器控制,所以冷车时打开暖气,这个循环是会对发动机的升温有稍延后的影响,但影响实在不大,不用为了让发动机升温而使人冻着。也正因为这循环的特点,在发动机出现过热的紧急情况下,打开车窗,暖气开大最大,对发动机的降温会有一定的帮助。
编辑本段冷却系统的设计
冷却系统的作用是在所有工况下,保证发动机在最适宜的温度下工作,冷却系统匹配的是否合适将直接影响到发动机的使用寿命和燃油经济性,所以在冷却系统的设计及计算中,散热器的选型以及风扇的匹配对冷却系统起着至关重要的作用。 为便于组织气流,散热器布置在整车的前面,但由于受到整车布置空间的限制,在其前面还布置了空调冷凝器,这会增加风阻,影响散热器的进风量,从而影响冷却系统的冷却能力。风扇布置在散热器后面,靠风扇电机带动。
随着发动机采用更加紧凑的设计和具有更大的比功率,发动机产生的废热密度也随之明显增大。一些关键区域,如排气门周围散热问题需优先考虑,冷却系统即便出现小的故障也可能在这样的区域造成灾难性的后果。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。冷却系统的结构对发动机的冷启动时间有较大的影响。
2 现代发动机冷却系统的特点
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。
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。
2.1 温度设定点
发动机工作温度的极限值取决于排气门周围区域最高温度。最理想的情况是按金属温度而不是冷却液温度控制冷却系统,这样才能更好地保护发动机。由于冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础,因此,发动机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态,如市区行驶和低速行驶时,会产生高油耗和排放。
通过改变冷却液温度设定点可改善发动机和冷却系统在部分负荷时的性能。根据排气门周围区域温度极限值,可升高或降低冷却液或金属温度设定点。升高或降低温度点都各有特点,这取决于希望达到的目的。
2.2 提高温度设定点
提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。提高温度有许多优点,它直接影响发动机损耗和冷却系统的效果以及发动机排放物的形成。提高工作温度将提高发动机机油温度,降低发动机摩擦磨损,降低发动机燃油消耗。
研究表明,发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。将冷却液排出温度提高到150℃,使气缸温度升高到195℃,油耗则下降4%-6%。将冷却液温度保持在90-115℃范围内,使发动机机油的最高温度为140℃,则油耗在部分负荷时下降10%。
提高工作温度也明显影响冷却系统的效能。提高冷却液或金属温度会改善发动机和散热气热传递传递的效果,降低冷却液的流速,减小水泵的额定功率,从而降低发动机的功率消耗。此外,可采用不同的方式,进一步减小冷却液的流速。
2.3 降低温度设定点
降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率,降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省发动机运行成本,提高部件使用寿命。
研究表明,若气缸盖温度降低到50℃,点火提前角可提前3℃A而不发生爆震,充气效率提高2%,发动机工作特性改善,有助于优化压缩比和参数选择,取得更好的燃油效率和排放性能。
2.4 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℃。
2.5 分流式冷却系统
分流式冷却系统为另外一种冷却系统。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150℃,而缸盖温度可降低50℃,减少缸体摩擦损失,降低油耗。较高的缸体温度使油耗降低4%-6%,在部分负荷时HC降低20%-35%。节气门全开时,缸盖和缸体温度设定值可调到50℃和90℃,从整体上改善燃油消耗、功率输出和排放。
2.6 可控式发动机冷却系统
传统的发动机冷却系统属于被动式的,结构简单或成本低。可控式冷却系统可弥补目前冷却系统的不足。现在冷却系统的设计标准是解决满负荷时的散热问题,因而部分负荷时过大的散热能力将导致发动机功率浪费。这对轻型车辆来说尤为明显,这些车辆大多数时间都在市区内部分负荷下行驶,只利用部分发动机功率,引起冷却系统较高损耗。为解决发动机在特殊情况下过热的问题,现在的冷却系统体积较大,导致冷却效率降低,增大了冷却系统的功率需求,延长了发动机暖机时间。可控式发动机冷却系统一般包括传感器、执行器和电控模块。可控式冷却系统能够根据发动机工作状况调整冷却量,降低发动机功率损耗。在可控式冷却系统中,执行器为冷却水泵和节温器,一般由电动水泵和液流控制阀组成,可根据要求调整冷却量。温度传感器为系统的一部分,可迅速把发动机的热状态传给控制器。
可控式装置,如电动水泵,可将冷却系温度设定点从90℃提高到110℃,节省2%-5%的燃油,CO减少20%,HC减少10%。稳定状态时,金属温度比传统冷却系统的高10℃,可控式冷却系统具有较快的响应能力,可将冷却温度保持在设定点的±2℃范围。从110℃下降到100℃只需2 s。发动机暖机时间减少到200s,冷却系统工作范围更贴近工作极限区域,能够缩小发动机冷却温度和金属温度的波动范围,减少循环热负荷造成的金属疲劳,延长部件寿命。
3 结论
前面介绍的几种先进冷却系统具有改善冷却系统性能的潜力,能够提高燃油经济性和排放性能。冷却系统的能控性是改善冷却系统的关键,能控性表示对发动机结构保护的关键参数,如金属温度、冷却液温度和机油温度等能够控制,确保发动机在安全限度范围内工作。冷却系统能够对不同工况作出快速反应,最大地节省燃料、降低排放,而不影响发动机整体性能。
从设计和使用性能角度看,分流式冷却与精密冷却相结合具有很好的发展前景,既能提供理想的发动机保护,又能提高燃油经济性和排放性。这种结构有利于形成发动机理想的温度分布。直接向气缸盖排气门周围供给冷却液,减少了气缸盖温度变化,使缸盖温度分布更加均匀,也能将机油和缸体温度保持在设计的工作范围,具有较低的摩擦损失和污染排放量。■
冷却系统的功能及维护保养方法如下:
1、冷却系统的功能,就是将发动机零件吸收的一部分热量带走,保证柴油发动机各零件维持在正常的温度范围内。
2、冷却水应是不含溶解盐的软水,如清洁的河水、雨水等。不要用井水、泉水或海水等硬水,以防产生水垢,引起发动机散热不良,气缸过热等问题发生。
3、用漏斗将冷却水加入水箱时,应当防止水飞溅到发动机与散热器上,防止散热片和机体上积尘、弄脏,影响冷却效果。
4、若因发动机缺水而引起温度过高时,不能马上加水,应使发动机慢速运转10—15分钟,等温度稍降低后,在发动机不息火的情况下慢慢加入冷却水。
5、冬季,水箱内应加热水。启动后应慢速运转至水温超过40度时才能工作。工作结束后,必须放尽冷却水。
6、要定期清除水箱内的水垢,对风冷发动机的散热片要经常擦洗污泥、脏垢。散热片不可损坏,若损坏后要及时更换,以免影响散热效果。
冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷,如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水,然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀,效果好,而且发动机运转噪音小,目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。不论采何种方式冷却,正常的冷却系统必须确保引擎在各样行驶环境都不致过热。
风冷却系是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面,把从气缸内部传出的热量散发到大气中去,以保证发动机在最有利的温度范围内工作。发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成,为了增大散热面积各缸一般都分开制造,在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片,以增大散热面积,利用车辆行驶时的高速空气流,把热量吹散到大气中去。
由于汽车发动机功率较大,需要冷却的热量较多,多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强发动机的冷却。为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀,在发动机上装有导流罩和分流板和气缸导流罩。虽然风冷却系与水冷却系比较,具有结构简单、重量轻、故障少,无需特殊保养等优点,但是由于材料质量要求高,冷却不够均匀,工作噪音大等缺点,目前在汽车上很少使用。
一台发动机,冷却系统的维修率一直居高不下,往往会引起发动机其他构件损坏,特别是随着车辆行驶里程的增加,冷却系统的工作效率逐渐下降,对发动机的整体工作能力产生较大影响,冷却系统的重要性在于维护发动机常温下工作,尤如人体的皮肤汗腺,如果有一天,人体的汗腺不能正常工作,那么身体内的热量将无法散去,轻则产生中暑,重则休克。
汽车发动机的冷却系统是保持发动机正常工作的重要部件,如果发动机冷却系统的维修率很高,就会引起发动机其他部件的损坏,使发动机的整体工作能力受到影响,因此,汽车发动机冷却系统的维护与保养就显得尤为重要,水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇、冷却液等组成。如图4-1所示。散热器负责循环水的冷却,它的水管和散热片多用铝材制成,铝制水管做成扁平形状,散热片带波纹状,注重散热性能,安装方向垂直于空气流动的方向,尽量做到风阻要小,冷却效率要高。散热器又分为横流式和垂直流动两种,空调冷凝器通常与其装在一起。
冷却液指清洁的软水。但冷却介质并不是单纯的水,而是由水、防冻液和各种专门用途的防腐剂组成的混合物,也称为冷却液。这些冷却液中的防冻液含量占30%~50%,提高了液体的凝固点,防止在低温下结冰而损坏发动机。整个冷却系统并不与大气相通,相当于高压锅的作用,水箱盖则相当于高压阀,一般情况下,轿车冷却液的允许工作温度可达摄氏120度,提高传热能
不是什么水都可以当作冷却液的,越娇贵的车对水质的要求越高。比如,清澈的泉水,虽然清澈,看起来也干净,但泉水中含有大量的矿物质,如果加入发动机的冷却系统中,就会产生大量的水垢,影响冷却系统正常作用的发挥,可见,冷却液水质的好坏是相当重要的,国际上普遍使用的乙二醇型冷却液是在软化水中按比例添加防冻剂乙二醇,配以适量的金属缓蚀剂、阻垢剂等添加剂进行科学调和,达到冬季防冻、夏季防沸、且能防腐蚀、防水垢等作用。发动机冷却是由冷却液的循环来实现的,强制冷却液循环的部件是水泵,它由曲轴皮带带动,推动冷却液在整个系统内循环。因此皮带出现打滑、松弛、老化会影响冷却时泵的功率。目前最先进的水泵是宝马新一代直六发动机上采用的电动水泵,它能精确的控制水泵的转速,并有效的减少了对输出功率的损耗。
由于冷却液水质不好,水箱中经常会出现锈污和水垢,它们积聚在水箱通道结合处、弯角处,阻碍水流畅通,造成散热不良,如果出现这种情况,应及时清洗干净,日常加水时,尽量加清洁软水,如果用除垢防锈液,养护效果会更好,这里给您推荐驰耐普的S-510冷却系快速除垢剂,它可以迅速溶解冷却系统中形成的水垢、油泥和锈皮,恢复冷却系统的功能,使冷却液循环顺畅,防止过热、开锅而引发的发动机损坏及动力不足;另外,驰耐普的S-520冷却系防锈润滑剂也是一款不错的产品,它能防止冷却系统锈蚀和腐蚀,有效抑制水垢生成,润滑水泵、节温器,消除水泵异响,保护铜、铝、锡和其它金属部件,延长水箱寿命,防止水箱开锅,使发动机在正常温度下工作。维护时清除冷却系水垢措施:可采用2%苛性钠水溶液加入冷却系统,使汽车行驶一天后全部放出,再用清水冲洗;然后再加入同样苛性钠溶液,使用一天后放净,最后用清水冲净即可。也可在冷却系统中加满清水后,从膨胀箱的加水口加入1kg苏打,让汽车行驶一天放净后,使发动机低速运行,并不断从加水口加入清水,即可彻底清除水垢
因此选用正确的和及时更换冷却液对冷却系统是至关重要的。冷却液对发动机的冷却,要根据发动机的工作情况而随时调节。当发动机温度低的时候,冷却液就在发动机本身内部做小循环,当发动机温度高的时候,冷却液就在发动机—散热器之间做大循环。实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。可以将节温器看作一个阀门,其原理是利用可随温度伸缩的材料(石蜡或乙醚之类的材料)做开关阀门,当水温高时材料膨胀顶开阀门,冷却液进行大循环,当水温低时材料收缩关闭阀门,冷却液小循环。这里值得说明的是,切勿将节温器摘掉,否则会导致发动机过冷而难以启动。
为了提高散热器的冷却能力,在散热器后面安装冷却风扇强制通风,冷却风扇有在正面安装的,也有在侧面安装的,汽车在高速行驶过程中,冷却风扇将外面的空气吸引进来,利用自然风,起到冷却的作用。以前的轿车散热器风扇是由曲轴皮带直接带动的,发动机启动它就要转,不能视发动机温度变化而变化,为了调节散热器的冷却力,要在散热器上装上活动百叶窗以控制风力进入。现在已经普遍使用风扇电磁离合器或者电子风扇,当水温比较低时离合器与转轴分离,风扇不动,当水温比较高时由温度传感器接通电源,使离合器与转轴接合,风扇转动。同样,电子风扇由电动机直接带动,由温度传感器控制电动机运转。由于电动风扇的电源不受点火开关的控制,当散热器中冷却液温度下降至93℃-98℃时风扇停转。如果发动机熄火后,散热器中液温若高于8℃-93℃,电动风扇运转是不正常的。如果低于88℃时风扇仍转,则是不正常的;而温度高于98℃时,仍不转也是不正常的。当温度高于105℃时,温控开关高温部分接通,电源接通电动机便高速运转;当温度达到120℃时,冷却水温过高,报警指示灯闪亮,为风扇有故障或冷却液不足。如电动机风扇不转,先检查和更换熔断丝,或检修温控开关,必要时再查看电风扇有无损坏。
散热器兼作储水及散热作用,在此之上还装有膨胀水箱。因为单纯依赖散热器有几个缺点,一是水泵吸水一侧因压力低而容易沸腾,水泵的叶轮容易穴蚀;二是气水分离会产生气阻;三是温度高冷却液容易沸腾。因此设计师就加装了膨胀水箱,它的上下两根水管分别与散热器上部和水泵进水口连接,防止上述问题的产生。散热水箱从外观看状似蜂窝,做成这种形状是为了增加水箱的散热面积,以增强散热效果;因此要保持散热水箱的清洁,以防止因散热水箱堵塞带来的发动机冷却系统冷却液温度过高。
它相当于发动机燃烧室周围的水道,当发动机产生大量的热时,汽缸水套将发挥降温的作用在发动机中,水和油的管道泾渭分明、互不干涉,如果发现冷却液中有油,就说明水路和油路发生了穿孔现象,一旦出现这种情况,水温表的水温会急剧上升,这时一定要及时采取措施。只要是流体,都有泄漏的可能。因此在冷却系统的各个零部件之间的接口处应注意防漏,如涂密封胶,拧紧紧固卡圈,定时更换密封圈等。
由温度传感器感受发动机水温的变化,同时把温度信号转变为同其成反比关系的电压模拟信号。这些信号经过处理(电容器低通滤波、校正和电压跟随器耦合)送入A/D转换器(ADC0809)中INO信号通道。由A/D转换器把采集来的模拟电压信号转换为数字信号并读入单片机,89C510单片机89C51根据不同的输入信号分析处理去控制驱动电路,实现对节温器继电器、导风板继电器和风扇继电器的控制。即可实现对发动机冷却能力的智能控制。
由于导风板关闭,冷却风扇不工作,以至冷却空气不能进入散热器;同时节温器处于小循环(加热电阻丝通电),发动机水温上升很快。当水温升至75℃,单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出控制信号,使电控节温器的加热电阻丝断电(让其进入大循环控制状态)。当水温达到80℃时,单片机又发出指令,使电控导风板处于敞开状态。
此时可充分利用汽车行驶迎面风对散热器的冷却作用,尽量减少冷却风扇的工作时间。当水温高达95℃时,单片机经数据分析发出控制指令使电控冷却风扇工作,而让节温器仍处于大循环状态,导风板仍处于敞开状态。这时冷却系统的冷却能力最大,实现快速降温。当发动机水温降至89℃时,单片机根据采样数据分析处理发出控制指令,使执行元件完成以下操作。
常见引起发动机过热的原因有:冷却空气流量减少(如散热器阻塞等);散热风扇不工作;低速上坡,环境温度过高;V型皮带过松,转动效率差;以及缸体有水垢,节温器失效,水泵损坏,热敏开关失灵等。为防止冷却液温度过高,在使用中必须保持散热器和水套清洁、冷却液数量充足、风扇皮带张紧适当,以防发动机在负荷工作时间过长。
必须注意以下要点:
1.保持冷却系(尤其散热器)外部和内部清洁,是提高散热效能的重要条件。散热器外部沾有泥污或碰撞变形,均合影响风量流通,使冷却液温度过高,必要时清洗或修复。
2.按规定使用防冻冷却液,保持冷却液数量充足。正确的冷却液液面高度:当发动机处于冷态时,冷却液液面在膨胀箱内,位于最高和最低标志之间。膨胀箱内装有自动液位报警传感器,当箱内液面过低时、位于仪表板上的冷却液温度报警灯问烁,应及时予以添加。
3.应保持风扇皮带张紧力适当,风扇正常工作。皮带过松影响水循环,加剧其磨损;过紧易损坏轴承。
4.热敏开关连接良好,若有松动会影响风扇换档变速及正常运转;如果发现冷却系溢水,应及时检查节温器技术状况。
5.防止发动机大负荷、长时间工作,以免水温过高;上坡及时换挡,减轻负荷。汽车长时间坡道行驶、挡住低或是环境温度较高时,应注意散热。
更换冷却液时,将仪表板的暖风开关拨至右端是暖风控制阀全开,拆下冷却液膨胀箱盖,松开水泵口软管夹箍,拉出冷却液软管,放出冷却液后再将软管夹箍拧紧。在膨胀箱中加入冷却液,直到液面高度与最高标志齐平为止。拧紧膨胀箱盖。启动发动机,直到风扇运转,将发动机熄火,检查冷却液高度,必要时补充。膨胀箱内冷却液不能注满,加注1/2即可,一般使用2年左右更换一次。
提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。提高温度有许多优点,它直接影响发动机损耗和冷却系统的效果以及发动机排放物的形成。提高工作温度将提高发动机机油温度,降低发动机摩擦磨损,降低发动机燃油消耗。研究表明,发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。将冷却液排出温度提高到150℃,使气缸温度升高到195℃,油耗则下降4%-6%。将冷却液温度保持在90-115℃范围内,使发动机机油的最高温度为140℃,则油耗在部分负荷时下降10%。
提高工作温度也明显影响冷却系统的效能。提高冷却液或金属温度会改善发动机和散热器热传递传递的效果,降低冷却液的流速,减小水泵的额定功率,从而降低发动机的功率消耗。此外,可采用不同的方式,进一步减小冷却液的流速。
降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率,降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省发动机运行成本,提高部件使用寿命。研究表明,若气缸盖温度降低到50℃,点火提前角可提前3℃A而不发生爆震,充气效率提高2%,发动机工作特性改善,有助于优化压缩比和参数选择,取得更好的燃油效率和排放性能。
汽车冷却系统对汽车来说是至关重要的,发动机就如同人类的心脏,如果不好好保护就会受到威胁,现在随着科技发展,冷却系统不像以往那样只是单纯的水冷循环,现在冷却系统智能控制很受欢迎,所以在以后的汽车发展中,单纯的冷却系统不会站主导位置了,虽然智能控制要求很高,但是在高级轿车中很实用,它代表着未来冷却系统的发现方向,智能冷却系统控制将会作为标准装置在汽车上,未来一段时间在冷却系统中将占主导位置;而智能控制将会提高发动机的使用寿命,保障汽车的安全行驶,提高人身安全等原因,将来智能控制冷却系统的发展将占主导位置