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[分享] 整车散热性能问题的研究及改进

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发表于 2015-3-24 15:33:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文通过一些典型试验案例详细分析了前端冷却模块密封性、空气流动顺畅性等因素的变动对整车散热性能的影响。结果表明,可通过试验优化的方式来达到系统散热模块的最优匹配,从而提高发动机的散热性能。
        整车散热效果不好,进而影响空调系统制冷效果,影响驾驶室内的舒适度。同时,整车散热性能不好也会导致发动机机舱内温度过高,对机舱内的零部件产生各种影响,如降低使用寿命、功能失效等,甚至可能引起自燃等造成车毁人亡的情况。
        因此,人们为了改善整车的散热问题,对其进行了各种深入的研究。散热性能差在具体的车辆上主要表现为打洞机冷却液温度高、空调不制冷、机舱内各零部件温度偏高及动力性受限等。
        影响整车散热的因素
        1. 冷却模块的散热功率
        冷却模块是整车热量散出的主要途径,若要保证冷却系统的散热功率不小于整车的散热需求,首先应该进行前端冷却模块(冷凝器、中冷器和散热器等)的匹配工作,即进行仿真分析。确定前端冷却模块的散热功率及布置方式。
       

整车散热性能问题的研究及改进

整车散热性能问题的研究及改进

        2. 前端冷却模块密封性
        若前端冷却模块的密闭性不理想,那么通过冷却系统后的热空气就有可能通过未密封的空间流窜到冷却模块的前方,会造成热空气回流,从而使进入冷却模块的风温升高,会降低冷却模块的冷却能力(见图1)。
        3. 机舱内空气流动顺畅性
        若热空气在机舱内囤积,机舱内的压力就会升高,冷却系统前后的压差增大,压差会给冷却后的空气流动产生一个阻力,降低空气流速和流量,导致冷却系统散热效果降低。
       

整车散热性能问题的研究及改进

整车散热性能问题的研究及改进

        4. 冷却空气的流量
        冷却空气迎面而来,第一层原件即为中网,中网会对冷却空气起阻碍作用,但是如何把这种阻力降到最低又不失整车的美观性,就成为中网设计的关键。为了获得最佳的冷却效果,应在不影响其他性能的前提下,尽量增大迎风面积。
        5. 前端冷却模块的合理布置
        前端冷却模块的布置尽量本着层数越少越好的原则,这样会降低各换热器前冷却空气的温度,提高各换热器前的风速,使各冷却模块的冷却能力充分发挥出来。
        6. 风扇的风量
        风扇的风量对冷却模块的散热性能有较大的影响,增大风量可提高冷却系统的散热量,风扇的风量与转速成正比,若通过提高转速来增加风量达到增大冷却系的散热量,势必会增大风扇的耗功及车内噪声,在保证整车性能及车内噪声达标的前提下,应尽可能地增大风扇的风量。
       

整车散热性能问题的研究及改进

整车散热性能问题的研究及改进

        7. 水泵
        设计冷却系时应选择相应供水能力的水泵,既要保证发动机在最恶劣工况下不发生过热现象,又要防止过量供水消耗能量。
        提高发动机散热性能的有效途径
        1. 前端冷却模块密封性
        爬坡工况稳定时,对同一车型前端冷却模块密封与未密封时的数据进行对比(见表1)。各测量点的温度曲线变化如图2所示。
       

整车散热性能问题的研究及改进

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        经过分析可知,达到平衡状态时,发动机出水口温度在两种布置方式下,最高温度均在105.0℃左右,但增加密封条后车辆运行约7'28"左右时因发动机水温(104.6℃)过高导致空调断开,未增加密封条时运行约4'36"左右时因发动机出水口温度(104.6℃)过高导致空调断开。故可判断增加前端密封以后提高了散热器的散热效果。
        2. 空气流动顺畅性
        爬坡工况稳定时,对同一车型机舱下部增加导流板与未增加导流板时的数据进行对比分析(见表2)。
        各测量点的温度曲线变化如图3所示。通过分析可知:
        (1)达到平衡状态时,发动机出水口最高温度在增加导流板以后比未增加导流板时的温度降低了2.3℃,发动机进水口温度降低了3℃。同时增加导流板后车辆在爬坡工况运行约12'34"左右时因发动机水温过高导致空调断开,未增加导流板的车辆在相同工况下运行约21'16"左右时因发动机水温过高导致空调断开,故可判断增加导流板后的散热性能优于未增加导流板的。
        (2)达到平衡状态时,未增加导流板的电子扇后部温度比增加导流板时的高3.1℃,故可判断增加导流板之后降低了机舱内空气的阻力,提升了发动机的散热效果。
       

整车散热性能问题的研究及改进

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        3. 冷却模块进风量
        对同一车型原状态与减小中网进风面积时的爬坡工况稳定数据进行对比分析(见表3)。各测量点的温度曲线变化如图4所示。原状态车辆运行约2'50"左右时因发动机水温(105.4℃)过高导致空调断开,3'54"吸合,4'38"再次断开,此后空调一直处于频繁断开吸合状态直至试验结束。减小中网进风面积后车辆运行约2'26"秒左右时因发动机出水口温度(105.6℃)过高导致空调断开,1'34"后吸合,36"后又断开,此后由于发动机水温过高(101.8℃),导致空调一直处于断开状态直至试验结束。故可判断原状态车辆散热器的散热效果优于减小中网进风面积后的。
        通过以上对比分析得知:在其他冷却模块匹配不变的情况下,减小中网进风面积使得通过散热器前端的风量减少,从而影响了散热器的散热性能。
       

整车散热性能问题的研究及改进

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        4. 风扇风量
        对同一车型搭载不同风量电子扇后进行试验,并对其结果进行对比分析(见表4)。各测点温度变化曲线如图5所示。搭载大风量风扇后空调工作约5'46"后,因水温过高(106.1℃)断开,搭载小风量风扇后空调工作约4'16"后,因水温过高(106.6℃)断开,并且发动机出水口的升温速率由5.98℃/min降低为4.2℃/min,改善了整车的散热性能。
       

整车散热性能问题的研究及改进

整车散热性能问题的研究及改进

        总结
        为了提高发动机的可靠性,在车辆开发时,设计人员应对冷却系统的性能给予充分的研讨。避免在车辆使用时发生发动机过热现象,会造成充气量减少,材料机械强度下降,燃烧不良,发动机功率下降,润滑不良,加剧磨损。由于发动机的冷却系统工作环境的不可预估性,可通过试验优化的方式来达到系统的最优匹配。
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