开式冷却系统流水声的分析改进

邢冠华，李光武

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

前言

发动机冷却系统一般分为开式冷却系统和闭式冷却系统。开式系统优点是管路布置简洁、膨胀水箱无耐压要求，成本较低等；缺点是非即时排气，冷却系统内产生气体后不能及时排出，要在大循环开启且系统压力达到泄压阀开启压力后才会开启排气。闭式冷却系统优点为即时排气，缺点是管路布置较繁琐，对膨胀水箱的要求较高，成本较高等。

冷却系统结构原理如图1所示：

图1　冷却系统结构原理图

1　问题现象描述及原因分析

1.1　现象描述

冷车启动后，在怠速加油门使发动机转速达到 2500rpm至3000rpm左右时在驾驶室内可以听到在中控台内有“哗哗”的流水声，此现象在动机转速继续升高或发动机热机后消失。

1.2　原因分析

表1　问题复现跟踪表

初步分析其原因为，在生产线上真空加注时冷却液未加满或 4S店手工加注时没有进行有效排气，导致系统内有空气残留，冷车启动后，小循环内的气泡随冷却液进入暖风机，水汽混合物对暖风芯体内壁冲击形成流水声。

为复现此现象，模拟冷却系统缺液和系统内存有空气的情况，方法是排掉部分冷却液并进行手工加注。按照表1的操作和跟踪方式在车辆上进行现象复现：

通过三天的持续跟踪，确定了流水声问题的原因和发生机理。

2　方案设计

2.1　改进思路

基于流水声产生机理，我们发现降低小循环流量并打碎小循环内气泡可以有效降低流水声，气泡越小，流水声越小，在气泡很小的情况下，流水声消失。针对此思路，我们在小循环的暖风进水管上增加了节流阀，这样可以有效的减小气泡体积，同时通过暖风机的冷却液流量也会相应的减少。

考虑到暖风机内冷却液流量对空调制热性能的影响，我们对不同规格的节流阀对流量的影响进行了试验分析，试验结果见图2：

图2　流量测试结果

不同规格的节流管在整车上进行验证来比对其对流水声的改善，验证方式按照1.2表格步骤进行，经验证表明，采用5mm节流阀效果比较理想。

由于增加节流阀，导致暖风机冷却液流量减少，必须要进行空调系统的最大制热试验来验证制热性能，试验数据见表2：

表2　最大制热试验数据

试验数据表明采用 5mm节流阀后，最大制热效果满足整车制热性能要求。

2.2　方案设计

基于以上，我们采取节流管加旁通的方案，这样既能满足空调制热要求，又能避免发动机水套局部热点发生，更可以有效的消除流水声，方案如图3、图4所示：

图3　节流阀结构

图4　暖风水管总成

三通：大管段内径14mm，外径18mm；小管段外径8mm，内径4mm；三通带节流阀：大管段内径14mm，外径18mm；小管段外径8mm，内径4mm；节流阀内径5mm；一个旁通管：内径7mm，外径13mm。

3　方案实施及跟踪

此方案于2010年4月正式上线切换，在跟踪时间内，售后IPTV值由最高24.17降至0，见图5，改进措施在实际生产中效果明显。

图5　售后IPTV统计

6　结语

本次的设计改进的主要优势是：

1）对空调冷却系统影响最小，包括对发动机冷却和空调制热性能的影响。

2）对冷却系统改动最小，成本最低。

3）方便解决售后车辆问题。