浅析发动机冷却系统来改善汽车保养

摘要：分析研究冷却系统结构特点，对发动机正常、高效工作提高发动机的燃油经济性、加速性、可靠性以及使用寿命具有重要意义。

关键字：冷却系统 冷却系统维护 温度设定点 冷却系统智能控制

随着汽车工业的发展，发动机的设计技术已经达到很高的水平。大家知道冷却系统发生故障是会引起很大的问题。比如发动机过热，会感觉发动机加速无力，润滑油的粘度也急剧的下降，以致不能形成保护膜保护各机件，引起过度磨损；温度再高的话，发动机直接抱死或拉缸。因此，发动机冷却系统的设计，既要散热能力应满足发动机满负荷散热需求，也要考虑到在部分负荷冷却系统会使发动机功率损失，还有我们希望发动机冷启动时间尽可能短，因为发动机怠速时排放的污染物较多，油耗也大。

发动机冷却系统的作用是可将燃料燃烧时传到发动机上的过量的热量散发出去，使发动机不致高温损坏，保护发动机，还具有改善燃料经济性和降低排放的作用。为此，冷却系统设计采用系统化、模块化设计方法，统筹考虑每项影响因素，使冷却系统既保证发动机正常工作，又提高发动机效率和减少排放。现代发动机冷却系统的设计由ECU、水温传感器或热敏开关和电子风扇组成，可以使电子扇的高低速是由水温传感器或热敏开关 “唯一”控制的，结合传统发动机水冷系统设计由水循环系统有通过节温器大循环和小循环。这样达到完美的配合，能够完全精确控制发动机水的温度。

冷却液的循环实现原理，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动，推动冷却液在整个系统内循环。目前最先进的水泵是宝马新一代直六发动机上采用的电动水泵，它能精确的控制水泵的转速，并有效的减少了对输出功率的损耗。这些冷却液对发动机的冷却，要根据发动机的工作情况而随时调节。当发动机温度低的时候，冷却液就在发动机本身内部做小循环，当发动机温度高的时候，冷却液就在发动机―散热器之间做大循环。实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。可以将节温器看作一个阀门，其原理是利用可随温度伸缩的材料（石蜡或乙醚之类的材料）做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液小循环。

为了提高散热器的冷却能力，在散热器后面安装风扇强制通风。以前的轿车散热器风扇是由曲轴皮带直接带动的，发动机启动它就要转，不能视发动机温度变化而变化，为了调节散热器的冷却力，要在散热器上装上活动百页窗以控制风力进入。现在已经普遍使用风扇电磁离合器或者电子风扇，当水温比较低时离合器与转轴分离，风扇不动，当水温比较高时由温度传感器接通电源，使离合器与转轴接合，风扇转动。同样，电子风扇由电动机直接带动，由温度传感器控制电动机运转。这两种形式的散热器电扇运转实际上都由温度传感器控制。

1、温度设定点

发动机工作温度的极限值取决于排气门周围区域最高温度。最理想的情况是按金属温度而不是冷却液温度控制冷却系统，这样才能更好地保护发动机。由于冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础，因此，发动机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态，如市区行驶和低速行驶时，会产生高油耗和排放。

通过改变冷却液温度设定点可改善发动机和冷却系统在部分负荷时的性能。根据排气门周围区域温度极限值，可升高或降低冷却液或金属温度设定点。升高或降低温度点都各有特点，这取决于希望达到的目的。

2、提高温度设定点

提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。提高温度有许多优点，它直接影响发动机损耗和冷却系统的效果以及发动机排放物的形成。提高工作温度将提高发动机机油温度，降低发动机摩擦磨损，降低发动机燃油消耗。

研究表明，发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。将冷却液排出温度提高到150℃，使气缸温度升高到195℃，油耗则下降4%-6%。将冷却液温度保持在90-115℃范围内，使发动机机油的最高温度为140℃，则油耗在部分负荷时下降10%。

提高工作温度也明显影响冷却系统的效能。提高冷却液或金属温度会改善发动机和散热器热传递的效果，降低冷却液的流速，减小水泵的额定功率，从而降低发动机的功率消耗。此外，可采用不同的方式，进一步减小冷却液的流速。

3、降低温度设定点

降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率，降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省发动机运行成本，提高部件使用寿命。

研究表明，若气缸盖温度降低到50℃，点火提前角可提前3℃而不发生爆震，充气效率提高2%，发动机工作特性改善，有助于优化压缩比和参数选择，取得更好的燃油效率和排放性能。

4、精确冷却系统

精确冷却系统主要体现在冷却水套的结构设计与冷却液流速的设计中。在精确冷却系统中，热关键区，如排气门周围，冷却液有较大的流速，热传递效率高，冷却液的温度梯度变化小。这样的效果来自缩小这些地方冷却液通道的横截面，提高流速，减少流量。

精确冷却系统的设计关键在于确定冷却水套的尺寸，选择匹配的冷却水泵，保证系统的散热能力能够满足低速大负荷时关键区域工作温度的需求。

发动机冷却液流速的变化范围相当大，从怠速时的1 m/s到最大功率时的5 m/s。故应将冷却水套和冷却系统整体考虑，相互补充，发挥最大潜力。

研究表明，采用精确冷却系统，在发动机整个工作转速范围，冷却液流量可下降40%。对气缸盖上冷却水套的精确设计，可使普通冷却道的流速从1.4m/s提高到4 m/s，大大提高气缸盖传热性，将气缸盖的金属温度降低到60℃。

结论：汽车冷却系统对汽车来说是至关重要的，现在随着科技发展，冷却系统不象以往那样只是单纯的水冷循环，现在冷却系统智能控制很受欢迎，所以在以后的汽车发展中，单纯的冷却系统不会站主导位置了。虽然智能控制要求很高，但是在高级轿车中很实用，它代表着未来冷却系统的发现方向，智能冷却系统控制将会作为标准装置。在汽车上，未来一段时间在冷却系统中将占主导位置，而智能控制将会提高发动机的使用寿命，保障汽车的安全行驶，提高人身安全等原因，将来智能控制冷却系统的发展将占主导位置。