冷却系统设计改善的热平衡试验探讨

摘要：卡车在运输的过程中所处的环境各类各样，尤其是碰到恶劣环境卡车运行冷却系统的工作性能也会受到一定的影响。为使卡车在不同环境中能正常运行，文章对卡车冷却系统设计改善的热平衡试验进行探讨，通过对其中存在的问题进行研究，然后采取恰当的改善措施进一步完善我国各类卡车冷却系统。

关键词：冷却系统；设计改善；热平衡试验；卡车；交通运输 文献标识码：A

中图分类号：U464 文章编号：1009-2374（2017）08-0053-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.08.025

1 概述

车辆的冷却系统是一项非常重要的功能系统，它主要是把车辆发动机和传动装置运行所产生的热及时地疏散到外面的环境中去，通过散热的方式保持发动机和传动装置工作的可靠性和热稳定性，保持发动机和传动装置既不过热也不过冷的状态。近几年，随着我国重型卡车数量的不断增加，卡车发动机和传动装置的工作性能也随着工作环境的变化受到了一些影响，而且卡车运行过程中如果冷却系统的工作性能不足容易造成发动机水温偏高的问题，而发动机水温偏高就会严重影响发动机的正常工作，但是介于卡车长期在路上行驶，发动机一旦出现问题会给卡车的运行带来严重的危害，甚至可能会造成交通事故，所以加强卡车冷却系统的改善、提高发动机和传动装置的散热效率对于提高卡车发动机的运行性能和安全性有着非常重要的意义。

2 冷却系统工作环境以及热平衡试验研究

2.1 冷却系统的工作环境分析

目前，我国的柴油机车的冷却系统的运行基本环境如图1所示。根据图1可以知道，发动机运行过程中产生的热量需要利用冷却系统中的循环冷却水将热量送至热器总成，然后再与外界的大气进行热量交换，依照此原理循环往复来保持发动机和传动装置的热量平衡。

2.2 冷却系统设计改善的热平衡影响因素分析

现在有许多卡车冷却系统的设计已经难以满足各类不同环境及恶劣工况下发动机的正常运行，尤其是那些使用得比较久的卡车，发动机的工作性能更是难以满足现在卡车运行的正常运行，所以为了更好地提高发动机冷却系统的工作效率，需对冷却系统设计改善的热平衡影响因素进行分析。

2.2.1 散热器芯子与发动机冷却风扇距离设计的影响。散热器芯子与发动机冷却风扇之间的距离设计对于冷却系统的散热有很大的影响。具体设计距离对冷却系统的散热影响见图2。由图2可以清楚的知道，散热器芯子与发动机冷却风扇之间的距离在40～150mm之间时，随着散热器芯子与冷却散热风扇之间距离的加大，散热器芯子的风速也就越来越大，散热效果也明显有所提高，所以在冷却系统设计改善的热平衡研究中应该注意散热器芯子与发动机冷却风扇距离的设计，并结合相关卡车发动机的运行要求合理地设计它们之间的距离，保障卡车发动机冷却系统的最优运行性能。

2.2.2 冷却风扇与护风罩配合好坏对冷却系统的影响。冷却风扇与护风罩配合的好坏与冷却系统的工作性能有很大的关联。在安装结构上，护风罩是固定在散热器上面的，并且它是随着卡车的行驶使风扇与护风罩之间存在相对的上下振动来完成工作，如果它们配合不好的话，它们之间的相对振动的效果就会受到影响，那么冷却系统中的热量交换工作也会受到影响，所以为了提高冷却系统的散热效率而对冷却系统设计改善的时候应该注意冷却风扇与护风罩的配合。

2.2.3 防热风回流装置的影响。防热风回流装置的主要作用就是阻止l动机仓已经进行过热交换的热风回流到散热器前再次参与热交换，这样不但降低了发动机热交换的效率，更是降低了发动机热交换的效果，还可能导致发动机长时间运行温度快速升高而损坏发动机，这样时间长了，发动机仓内可能会由于温度过高而加速发动机仓内零件尤其是橡胶类零件的老化，导致车辆出现故障，影响运行，更甚者可能产生火灾。如果在卡车运行中发生此类事件无论是对车辆还是对人员都是一种非常大的伤害，所以对于防热风回流装置的影响一定要引起重视，并做好完善的改进设计方案。

2.2.4 散热器材料以及结构对冷却系统的影响。冷却系统中一些零部件的材质对冷却系统的散热影响也很大，比如散热器总成的材质之前多是铜制的，但是随着铜材料价格的上涨，它逐渐被铝代替，而且铝制的散热器出现裂缝，补修的时候不需要焊锡，它的焊接材料选择同类的铝制材料即可，铝的耐热强度也比较高，除此之外，铝制散热器的重量也要比铜制的轻很多，价格也比铜低，散热效果也要比铜好，所以在近几年的不断改善过程中已经有很多的散热器的材料已经换成了铝

制的。

3 冷却系统设计改善热平衡中的措施

3.1 安装防热风回流挡板

虽然在发动机冷却系统中有防热风回流装置，但是在实际的操作运行中，还是会有一小部分已经经过热交换的热气参加二次热交换，为了防止此类现象的发生可以安装防热风回流挡板，以减小散热器与机罩之间间隙。安装防热风回流挡板后经过实践可以明显地看出散热器四周热风回流量由原来的16.8%降到了4.9%，所以在解决热风回流问题时加装防热风回流挡板是比较有

效的。

3.2 对散热器组的结构进行改进

为了提升散热器冷却的能力，可以对散热器的结构进行改进。而增加散热器的散热面积虽然能够提高散热的效率，但是增加面积就意味着改变散热器的尺寸，进而卡车的外形以及体积也会随着改变，这样就会增加卡车冷却系统设计改善的成本，所以一般在对散热器组的结构改进时不会选择改变它的散热面积，而是在散热器尺寸不变的情况下降低冷却系统风阻，提升排风量，所以可将冷却系统中的中冷器、水散热器采取并联方式布置，这样不但提高了冷却系统的工作性能，还便于日后的维护和清洗。

3.3 加大风扇与发动机之间的距离

风扇与发动机之间的距离设计对于冷却系统有很大的影响，前面已经分析了在适当的范围内，距离越大，散热效果越好，所以可以在条件允许的情况下适当的加大风扇与发动机之间的距离，以提高散热器组的风量，增加散热能力。

3.4 改进风扇的结构

改变风扇的结构可以提高风量，进而提高冷却系统热交换的效率。改变风扇的结构可以通过增加风扇的叶片数量来提高风量，还可以改变风扇叶片的材质，比如可以将铁制风扇变为塑料的，这样可以降低风扇的质量，通过提高风速来增加风量，不仅如此，在轻质的风扇运行的过程中也减少了功能的损耗。

3.5 加强冷却系统设计改善试验研究

为了更好地完成卡车冷却系统设计改善中的热量处理工作，仅仅改变冷却系统中的一些散热装置是完全不够的，相关的工作人员应该结合冷却系统中相关装置改进研究出更好的技术，对改进的冷却系统加强试验测试，通过试验测试寻找更合理的改进技术和操作方法。

4 结语

综上所述，冷却系统工作性能的好坏对于车辆使用寿命以及运行有很大的影响，尤其是对于卡车这类重型车辆来说发动机冷却系统的工作性能是非常重要的，因为有很多卡车经常行驶在路途中，而且多数都是长途运输，发动机的冷却系统的工作性能存在问题必然会影响卡车的正常运行。为了提高卡车发动机运行的可靠性，许多车辆技术人员都在对冷却系统的设计改善的热平衡试验进行研究，以提高发动机和传动装置的散热效率，有效地提高发动机的使用寿命和运行的安全性，防止发动机在运行过程中由于过热或者过冷而造成故障的

发生。

参考文献

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[3] 叶茂盛.通过热平衡试验探讨冷却系统的设计改善[J].

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作者简介：方贵盛（1983-），男，广西南宁人，供职于东风柳州汽车有限公司，研究方向：发动机系统匹配开发应用。