發動機散熱器

發動機散熱器，又叫發動機水箱，是水冷式發動機冷卻系統的關鍵部件。通過強制水循環對發動機進行冷卻，是保證發動機在正常溫度範圍內連續工作的換熱裝置。

基本介紹

• 中文名：發動機散熱器
• 外文名：Engine radiator
• 原理：通過燃燒所產生的熱能來作功
• 基本性能：由低溫流體的空氣
• 缺點：冷卻水損失熱能
• 結構：散熱器芯等

研製背景

發動機一般使用內燃機，內燃機是通過燃燒所產生的熱能來作功。但是，有效動力僅僅是燃料所具有的全能量的30%～40%，剩下的能量作為排氣熱損失、機械摩擦熱損失而耗損。尤其是為了保持氣缸、氣缸蓋、進排氣門的適當溫度，需對內燃機各部位進行冷卻，從而作為冷卻液損失也損失了熱能。

原理

散熱器是利用冷卻液損失熱能進行工作的，為了保證內燃機的適當溫度，冷卻水損失熱能是不可缺少的。一般靠發動機所帶動的水泵來使冷卻水在發動機各部位強制循環，冷卻液吸收發動機產生的熱量並將其散發到空氣中的裝置就是散熱器。

此散熱量大約占發動機全部發熱量的20%～30%。

發展簡史

1901年，美國出現了第一台發動機散熱器；

1904年，在英國開始大批量生產發動機散熱器；

1935年，日本開始發展發動機散熱器工業；

1956年，中國一汽工廠開始生產發動機散熱器。

設計要求

散熱器的設計以符合發動機在正常工作範圍的散熱量需要設計，同時，應滿足車輛安裝需求的最小空間和維護方便等內容綜合考慮。

（1）散熱能力能滿足發動機在各種工況下的需要；

（2）冷卻系統消耗功率小，且熱機快；

（3）體積小，重量輕，便於拆裝維修；

（4）使用可靠，壽命長，製造成本低。

基本結構

散熱器由上水室、下水室、散熱器芯等組成。

散熱器上水室頂部有加水口，冷卻水由此注入整個冷卻系並用散熱器蓋蓋住。在上水室和下水室分別裝有進水管和出水管，進水管和出水管分別用橡膠軟管和氣缸蓋的出水管和水泵的進水管相連，這樣，既便於安裝，而且當發動機和散熱器之間產生少量位移時不會漏水。在散熱器下面一般裝有減震墊，防止散熱器受振動損壞。在散熱器下水室的出水管上還有放水開關，必要時可將散熱器內的冷卻水放掉。

1、風扇

（1）作用：提高流經散熱器的空氣流速和流量，以增強散熱器的散熱能力並冷卻發動機附屬檔案。

（2）安裝位置：風扇多為軸流式，裝在發動機與散熱器之間，與水泵同軸驅動。風扇用螺釘安裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤上。

（3）風扇扇風量的相關因素：風扇的扇風量主要與風扇的直徑、轉速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數目有關。

2、水箱蓋（壓力蓋）

（1）散熱器上注水箱注水口的蓋子

（2）作用：封閉加水口，防止冷卻夜濺出；排出冷卻系內水蒸氣（蒸氣排出管）降壓；平衡冷卻系內壓力，增壓

（3）類型： 開式水冷系： 蒸氣排出管大氣相通（易冷卻液溢失和蒸氣逸出） 閉式水冷系：水箱蓋上有自動閥門 發動機熱態工作正常時，閥門關閉，將冷卻系與大氣隔開。防止水蒸汽逸出，使冷卻系內的壓力稍高於大氣壓力，從而可增高冷卻水 的沸點。當雷卻系內壓力低或高時，閥門開啟，冷卻系與大氣相通。

3、散熱器芯

散熱器芯子是散熱器的核心部分，起主要的散熱作用。散熱器芯子由散熱管、散熱片(或散熱帶)、上下主片等組成。由於它具有足夠的散熱面積，因此能保證將必須的熱量從發動機散發到周圍的大氣中去。而且散熱器芯子是用極薄的導熱性能好的金屬及其合金製造的，能使散熱器芯子以最小的質量和尺寸達到最高的散熱效果。

對於散熱器芯應該有儘可能大的散熱面積，採用散熱片是為了增加散熱器芯的散熱面積。散熱器芯的構造形式有多樣，常用的有管片式和管帶式兩種。

（1）管片式散熱器芯

冷卻管的斷面大多為扁圓形，它連通上、下水室，是冷卻水的通道。和圓形斷面的冷卻管相比，不但散熱面積大，而且萬一管內的冷卻水結冰膨脹，扁管可以借其橫斷面變形而避免破裂。採用散熱片不但可以增加散熱面積，還可增大散熱器的剛度和強度。這種散熱器芯強度和剛度都好，耐高壓，但製造工藝較複雜，成本高。

（2）管帶式散熱器芯

採用冷卻管和散熱帶沿縱向間隔排列的方式，散熱帶上的小孔是為了破壞空氣流在散熱帶上形成的附面層，使散熱能力提高。這種散熱器芯散熱能力強，製造工藝簡單，成本低，但結構剛度不如管片式大，一般多為轎車發動機採用，近年來在一些中型車輛上也開始採用。

散熱器材料

在選擇散熱器的材料時，主要考慮以下幾點：傳熱性能好、抗腐蝕能力強、具有足夠的強度、有良好的釺焊性能、易於加工成型及好的經濟性。

根據以上要求，散熱器行業一直以銅及銅合金作為製造散熱器的主要材料。銅散熱器的散熱管的材料一般採用H90黃銅帶，其厚度為0．01～0．20 mm。管片式散熱器散熱片的料一般採用H62、H68黃銅帶，其厚度為0．08～0．10 mm；管帶式散熱器散熱帶的材料一般採用T2、T3紫銅帶，其厚度為0．045-0．08 mm。

為了減輕散熱器的質量和降低成本，在強度允許的情況下，散熱帶的材料厚度允許做到0．045 mm。

散熱方法

來自發動機水套的熱水，自上而下或橫向的被分成許多小股並將其熱量散給周圍的空氣。增大散熱面積，加速水的冷卻。冷卻水經過散熱器後，其溫度可降低10～15℃，為了將散熱器傳出的熱量儘快帶走，在散熱器後面裝有風扇與散熱器配合工作。

冷卻強度調節：

強制式水冷卻系統的冷卻強度，一般受發動機運轉速度，曲軸、水泵和風扇的轉速及外界氣溫的影響。當使用條件變化時，如外界氣溫高，發動機在低速大負荷情況下工作，要求冷卻強度要強，否則發動機易於過熱。而當外界氣溫低，發動機負荷又不大時，其冷卻強度應弱些，不然就會使發動機過冷。因此，要保證發動機在最佳的溫度下工作，不出現過熱過冷現象，就必須能根據使用條件的變化自動調節發動機冷卻強度。

冷卻強度的調整方法：

一是改變流經散熱器的空氣流量和流速---自動風扇離合器，百葉窗開合

二是改變冷卻液的流量和循環路線----節溫器開啟大小，水泵 。

散熱介質

散熱器裡面的冷卻水不是單純的水，而是由水（符合飲用水質量）、防凍液（通常為乙二醇）和各種專門用途的防腐劑組成的混合物，也稱為冷卻液。這些冷卻液中的防凍液含量占30%～50%，提高了液體的沸點，在一定工作壓力之下，轎車冷卻液的允許工作溫度可達攝氏120度，超過了水的沸點且不容易蒸發。

發動機廣泛使用封閉式冷卻介質，一般都使用加入防腐添加劑的防凍液，它比普通自來水對冷卻系金屬的腐蝕性要小很多，並有利於提高散熱性能。封閉式冷卻系，可保證發動機長時間不加冷卻液，在使用中必須保證密封才能收到效果。膨脹水箱內冷卻液不能注滿，加注1/2即可。

使用2年後放出過濾，調整成分和冰點後繼續使用。如果冷卻系加注的是自來水，冬季如車輛露天停放，應在晚上將散熱器和氣缸體內的水放淨，防止凍壞散熱器和發動機。冷卻水流淨後，再起動發動機運轉1～2分鐘，排除水泵記憶體水，否則水泵內有水，會在水封處結冰，次日起發動機水封會損壞，造成水泵漏水。

基本性能

散熱器的基本性能是由低溫流體的空氣和高溫流體的水進行熱交換前後的各種溫度和熱量而表征的。它是由散熱器入口的空氣和水的溫度、散熱器的整個散熱面積、熱通過率、各流體（空氣、水）受到熱量時空氣吸熱後的溫度、水放熱後的溫度以及水的放熱量（空氣的吸熱量）來所決定的。放熱量與所需的目標溫度是否－致，是決定散熱器的基本性能的基礎。

散熱器布置位置

貨車散熱器一般採用縱流水結構，因為貨車的布置空間也較寬裕。而且縱流水結構的散熱器強度及懸置的可靠性較好，轎車多採用散熱器橫流水結構，因為轎車車身較低，空間尺寸緊張。橫流水結構散熱器能充分地利用轎車的有限空間最大限度地增加散熱器的迎風面積。散熱器分成水冷和風冷兩種冷卻形式，風冷主要用在行駛在沙漠地帶的車輛的冷卻，但是決大多數的車輛採用水冷冷卻形式。

散熱器懸置布置：

散熱器通常為四點懸置，也可以採用三點懸置。其中主懸置點為2個，輔助懸置點為2個或1個。所有懸置點應布置在同一個部件總成上，改善散熱器受力情況，以儘量減少散熱器的振動強度。主懸置點與其連線的部件總成之間以膠墊或膠套等柔性非金屬材料過渡以達到減震的目的。主懸置點的膠墊壓縮量一般為其自由高度的1/5左右。少數轎車因其整車的減振膠墊或膠套而進行剛性連線。

中，重型載貨汽車由於散熱器的質量大及使用環境較差，一般要在散熱器的外部增加一個剛性較大的保護框架，以防止振動等外界力直接作用在散熱器上。懸置點設定在框架上。輕型貨車和轎車一般不加保護框架，懸置點設定在散熱器的側板或水室上。為提高散熱器強度一些車散熱器上加有十字拉筋。