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发动机散热器,发动机水箱

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2021-04-05

发动机散热器,又叫发动机水箱,是水冷式发动机冷却系统的关键部件。通过强制水循环对发动机进行冷却,是保证发动机在正常温度范围内连续工作的换热装置。

中文名:发动机散热器
外文名:Engine radiator
原  理:通过燃烧所产生的热能来作功
基本性能:由低温流体的空气
缺  点:冷却水损失热能
结  构:散热器芯等


研制背景
发动机一般使用内燃机,内燃机是通过燃烧所产生的热能来作功。但是,有效动力仅仅是燃料所具有的全能量的30%~40%,剩下的能量作为排气热损失、机械摩擦热损失而耗损。尤其是为了保持气缸、气缸盖、进排气门的适当温度,需对内燃机各部位进行冷却,从而作为冷却液损失也损失了热能。
原理
散热器是利用冷却液损失热能进行工作的,为了保证内燃机的适当温度,冷却水损失热能是不可缺少的。一般靠发动机所带动的水泵来使冷却水在发动机各部位强制循环,冷却液吸收发动机产生的热量并将其散发到空气中的装置就是散热器。
此散热量大约占发动机全部发热量的20%~30%。
发展简史
1901年,美国出现了第一台发动机散热器;
1904年,在英国开始大批量生产发动机散热器;
1935年,日本开始发展发动机散热器工业;
1956年,中国一汽工厂开始生产发动机散热器。
设计要求
散热器的设计以符合发动机在正常工作范围的散热量需要设计,同时,应满足车辆安装需求的最小空间和维护方便等内容综合考虑。
(1)散热能力能满足发动机在各种工况下的需要;
(2)冷却系统消耗功率小,且热机快;
(3)体积小,重量轻,便于拆装维修;
(4)使用可靠,寿命长,制造成本低。
基本结构
散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成。

汽车散热器结构图 
散热器上水室顶部有加水口,冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。在上水室和下水室分别装有进水管和出水管,进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连,这样,既便于安装,而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器下面一般装有减震垫,防止散热器受振动损坏。在散热器下水室的出水管上还有放水开关,必要时可将散热器内的冷却水放掉。
1、风扇
(1)作用:提高流经散热器的空气流速和流量,以增强散热器的散热能力并冷却发动机附件。
(2)安装位置:风扇多为轴流式,装在发动机与散热器之间,与水泵同轴驱动。风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。
(3)风扇扇风量的相关因素:风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数目有关。
2、水箱盖(压力盖)
(1)散热器上注水箱注水口的盖子
(2)作用:封闭加水口,防止冷却夜溅出;排出冷却系内水蒸气(蒸气排出管)降压;平衡冷却系内压力,增压
(3)类型: 开式水冷系: 蒸气排出管大气相通(易冷却液溢失和蒸气逸出) 闭式水冷系:水箱盖上有自动阀门 发动机热态工作正常时,阀门关闭,将冷却系与大气隔开。防止水蒸汽逸出,使冷却系内的压力稍高于大气压力,从而可增高冷却水 的沸点。当雷却系内压力低或高时,阀门开启,冷却系与大气相通。
3、散热器芯

散热器管芯 

散热器芯子是散热器的核心部分,起主要的散热作用。散热器芯子由散热管、散热片(或散热带)、上下主片等组成。由于它具有足够的散热面积,因此能保证将必须的热量从发动机散发到周围的大气中去。而且散热器芯子是用极薄的导热性能好的金属及其合金制造的,能使散热器芯子以最小的质量和尺寸达到最高的散热效果。
对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积,采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器芯的构造形式有多样,常用的有管片式和管带式两种。
(1)管片式散热器芯
冷却管的断面大多为扁圆形,它连通上、下水室,是冷却水的通道。和圆形断面的冷却管相比,不但散热面积大,而且万一管内的冷却水结冰膨胀,扁管可以借其横断面变形而避免破裂。采用散热片不但可以增加散热面积,还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好,耐高压,但制造工艺较复杂,成本高。
(2)管带式散热器芯

散热器管带式管芯 
采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式,散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层,使散热能力提高。这种散热器芯散热能力强,制造工艺简单,成本低,但结构刚度不如管片式大,一般多为轿车发动机采用,近年来在一些中型车辆上也开始采用。
散热器材料
在选择散热器的材料时,主要考虑以下几点:传热性能好、抗腐蚀能力强、具有足够的强度、有良好的钎焊性能、易于加工成型及好的经济性。
根据以上要求,散热器行业一直以铜及铜合金作为制造散热器的主要材料。铜散热器的散热管的材料一般采用H90黄铜带,其厚度为0.01~0.20 mm。管片式散热器散热片的料一般采用H62、H68黄铜带,其厚度为0.08~0.10 mm;管带式散热器散热带的材料一般采用T2、T3紫铜带,其厚度为0.045-0.08 mm。
为了减轻散热器的质量和降低成本,在强度允许的情况下,散热带的材料厚度允许做到0.045 mm。

 

散热方法

汽车散热器 
来自发动机水套的热水,自上而下或横向的被分成许多小股并将其热量散给周围的空气。增大散热面积,加速水的冷却。冷却水经过散热器后,其温度可降低10~15℃,为了将散热器传出的热量尽快带走,在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。
冷却强度调节:
强制式水冷却系统的冷却强度,一般受发动机运转速度,曲轴、水泵和风扇的转速及外界气温的影响。当使用条件变化时,如外界气温高,发动机在低速大负荷情况下工作,要求冷却强度要强,否则发动机易于过热。而当外界气温低,发动机负荷又不大时,其冷却强度应弱些,不然就会使发动机过冷。因此,要保证发动机在最佳的温度下工作,不出现过热过冷现象,就必须能根据使用条件的变化自动调节发动机冷却强度。
冷却强度的调整方法:
一是改变流经散热器的空气流量和流速---自动风扇离合器,百叶窗开合
二是改变冷却液的流量和循环路线----节温器开启大小,水泵 。
散热介质
散热器里面的冷却水不是单纯的水,而是由水(符合饮用水质量)、防冻液(通常为乙二醇)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%,提高了液体的沸点,在一定工作压力之下,轿车冷却液的允许工作温度可达摄氏120度,超过了水的沸点且不容易蒸发。
发动机广泛使用封闭式冷却介质,一般都使用加入防腐添加剂的防冻液,它比普通自来水对冷却系金属的腐蚀性要小很多,并有利于提高散热性能。封闭式冷却系,可保证发动机长时间不加冷却液,在使用中必须保证密封才能收到效果。膨胀水箱内冷却液不能注满,加注1/2即可。
使用2年后放出过滤,调整成分和冰点后继续使用。如果冷却系加注的是自来水,冬季如车辆露天停放,应在晚上将散热器和气缸体内的水放净,防止冻坏散热器和发动机。冷却水流净后,再起动发动机运转1~2分钟,排除水泵内存水,否则水泵内有水,会在水封处结冰,次日起发动机水封会损坏,造成水泵漏水。

基本性能
散热器的基本性能是由低温流体的空气和高温流体的水进行热交换前后的各种温度和热量而表征的。它是由散热器入口的空气和水的温度、散热器的整个散热面积、热通过率、各流体(空气、水)受到热量时空气吸热后的温度、水放热后的温度以及水的放热量(空气的吸热量)来所决定的。放热量与所需的目标温度是否-致,是决定散热器的基本性能的基础。
散热器布置位置
货车散热器一般采用纵流水结构,因为货车的布置空间也较宽裕。而且纵流水结构的散热器强度及悬置的可靠性较好,轿车多采用散热器横流水结构,因为轿车车身较低,空间尺寸紧张。横流水结构散热器能充分地利用轿车的有限空间最大限度地增加散热器的迎风面积。散热器分成水冷和风冷两种冷却形式,风冷主要用在行驶在沙漠地带的车辆的冷却,但是决大多数的车辆采用水冷冷却形式。
散热器悬置布置:
散热器通常为四点悬置,也可以采用三点悬置。其中主悬置点为2个,辅助悬置点为2个或1个。所有悬置点应布置在同一个部件总成上,改善散热器受力情况,以尽量减少散热器的振动强度。主悬置点与其连接的部件总成之间以胶垫或胶套等柔性非金属材料过渡以达到减震的目的。主悬置点的胶垫压缩量一般为其自由高度的1/5左右。少数轿车因其整车的减振胶垫或胶套而进行刚性连接。
中,重型载货汽车由于散热器的质量大及使用环境较差,一般要在散热器的外部增加一个刚性较大的保护框架,以防止振动等外界力直接作用在散热器上。悬置点设置在框架上。轻型货车和轿车一般不加保护框架,悬置点设置在散热器的侧板或水室上。为提高散热器强度一些车散热器上加有十字拉筋。

Tags:汽车散热器,发动机散热器,发动机  
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