现代汽车发动机冷却系统

郑斯泽　张静

摘 要：发动机是汽车的灵魂，决定了汽车的性能好坏。发动机在快速运转的时候会产生很多热量，如果这些热量没有散失，会严重影响汽车零部件的运转，从而影响汽车的正常使用。汽车发动机冷却系统伴随着汽车的发展而有了很大的改善。文章简单介绍了发动机冷却系统发展现状，针对冷却系统的特点，介绍了这一领域的几个发展方向，使得汽车发动机冷却系统更加优化、完善，发动机性能得到显著的提升。

关键词：发动机冷却系统；发展方向；提升

前言

随着汽车轻量化技术等发展，现代汽车领域对发动机的设计理念趋向于紧凑、单位面积功率大等方向。这样的设计就导致发动机的强化程度越来越高，发动机工作的时候产生的热流密度也就非常大。这个产生的热流也是妨碍发动机进一步提高效率，改进性能一大因素。发动机冷却系统就是为了解决发动机高速工作时热流的冷却和热平衡。除此之外，冷却系统还对发动机的排放有影响，越来越严格的排放标准对冷却系统也提出了更高的要求。发动机冷却系统已经成为汽车领域里关键的技术，对提高发动机性能和经济性都有很大的帮助。因此，对发动机冷却系统进行更深入的研究也就具有了更加重要的意义了。

1 现代汽车发动机冷却系统研究现状

发动机冷却系统的变现对发动机性能的影响越开越重要，所以冷却系统的不断完善成为了行业的趋势。目前对发动机冷却系统的研究主要包括：（1）外冷却研究，它主要包括系统各部件结构的设计、各缸的水流分布、冷却热散系统的合理匹配。它的目的是提高冷却系统的冷却效率。（2）内冷却研究，它主要涉及的是零部件的可靠性和热负荷性能，再加上固液耦合问题。

2 发动机冷却系统发展趋势

结合现在汽车所面临的问题及现代科技的发展趋势，发动机冷却系统的发展方向主要有以下几个方面：

2.1 发动机热管理技术

发动机冷却系统考虑的是冷却零部件的冷却散热情况，并没有全面考虑发动机整体的热处理。发动机热管理技术则是从发动机甚至整车的热处理去研究。现在很多研究人员开始把发动机冷却系统整合到热管理中，对整车的热冷却进行研究，研究该系统对整体性能的影响，这样可以更大限度的发挥发动机冷却系统的冷却效果，大幅提高整车的性能。发动机热管理系统通过提高能源利用率，降低排放，从而增加汽车发动机的性能，提高了汽车的环境适应能力，增加车辆的可靠性，同时也大大降低了汽车的维护费用。热管理技术具体内容包括：使用性能更好的热传递介质来增加换热量；使用先进的计算机芯片来控制整车的热管理系统，更加智能化、准确化；采用核态沸腾热传相结合的冷却机制；用高导热材料来做换热器；科学合理的优化散热器的设计；提高预热存储系统性能，增加废热的循环利用。美国把发动机热管理技术列为21世纪商用车计划的关键技术之一。

2.2 冷却系统的智能化和可控化

智能化是目前各个领域都在追求的目标，汽车领域作为工业的重要组成部分，自然对智能化有更高的追求。发动机冷却系统虽然有了几十年发展，但是传统的冷却系统还是属于被动式工作，对发动机散热状态控制有限，也大大限制了发动机的发展。不过随着计算机技术等先进科技的快速发展，电控零部件技术也更加成熟，把这些先进的技术应用到汽车发动机冷却系统，那么就可以智能化、自动化的对发动机甚至整车的热处理进行控制。

冷却风扇和冷却水泵是最传统的发动机冷却系统，目前还被广泛使用。发动机的转速决定了冷却系统冷却介绍的流量，虽然在一定程度上起到了散热作用，但是它并没有按照发动机实际的需要进行工作，所以它的工作存在很大的不合理性。这样的工作状态，也会大大伤害零部件，降低使用周期。如果采用计算机控制冷却水泵和风扇等部件的运行，通过传感器把发动机实际需要量传输给计算机，再通过计算机进行任务分配，这样就可以提供合理的冷却流量，降低能耗、提升性能，这样就实现了发动机冷却系统的智能化和可控化。

2.3 发动机冷却介质流动的合理组织

2.3.1 水腔内冷却水流动的组织

水腔内冷却水流动的组织是影响闭式强制循环冷却系统的性能最主要最直接的因素。为了提高性能，研究人员开始优化冷却水套结构，合理安排流场分布，适当的冷却水流量和压力等。

1992年，“精确冷却”的概念被CloughM.J提出来。从名字我们就可以理解，他就是要用最少的冷却来获得最合理的热分配。这种冷却系统的关键在于冷却水套的尺寸和相应的冷却水泵，得满足发动机低速高负荷工作时热处理。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。理想的情况是汽缸盖温度低，有利于进气和排放，缸体的温度高，这样减少摩擦损失，增加能源利用率。

通过分析精确冷却系统和分流冷却系统，两者各有优缺点。两者相结合，能得到更好的使用效果，对发动机性能也能有更大的提升。

2.3.2 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%。

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。