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汽车散热器的设计及其发展

2020/8/2    来源:工程管理前沿    作者:杨轲  崔志伦      
关键字:冷却系统  发动机  散热器  汽车行业  
冷却系统中最为关键的零部件则是散热器,本文主要针对发动机冷却系统中的散热器的设计和发展进行研究,希望能够推动我国汽车行业的发展。

一、汽车散热器的构造设计

    1.1 散热器的基本组成

    汽车发动机的冷却系统组成较为复杂。其主要零部件为散热器、节温器、风扇电机、护风罩等各部分。其中散热器是发动机冷却系统中最为重要的一部分,汽车在运行的过程中,发动机会产生大量的热量向周边辐射。为了能够使发动机正常工作,需要进行发动机温度的冷却,散热器的主要作用是能够利用冷风来冷却被发动机加热的冷却液。汽车的散热器料重工轻、紧凑性高,材料主要由铜和锡构成。铜的导热性较好、耐腐蚀,但铜的资源少以及价格高等问题使得散热器要从材料和设计等各方面进行提升。新的设计应尽量保证原有的性能,减少散热器的重量,使其能够应用在更小型的汽车中。

    1.2 散热器的结构形式

    目前,我国的散热器结构形式种类较多,其中强制循环式水冷用散热器主要分为直流式与恒流式。其中直流式相对于恒流式来说应用较为广泛。为了使直流室的散热表面尺寸较大,能够使热量得到有效的散失。往往将原定的散热芯子垂直分布改为上下分布。恒流式散热器由于其尺寸较大,在一些发动机盖较低的汽车中很难进行布置,所以采用直流式散热器的汽车,一般使用水平布置。左右两边的水室代替上下两侧的水室,冷却液左右流动称为恒流式散热器,这种散热器由于其尺寸较大,接触面较大,所以散热效果更加优良,气流更加流畅。

    1.3 散热器芯子的结构形式

    散热器中最重要的部分则是散热器芯子,主要起发动机散热作用。散热器芯子由上下主片、散热片、散热管等部分构成,由于其散热面积较大,能够将发动机散出的热量释放到大气中。并且散热器芯子其材质优良,有材质轻薄、导热性能较好的金属构成。因此,一般散热器芯子的质量较小、尺寸较小,能够达到较大的散热器表面积,实际散热效果大大提升。散热器芯子的种类较多,在市场中较为常见的是管带式与管片式散热器芯子。

    管带式散热器往往采用多列式散热器,相对于单列式与双列式散热器来说,其能够提供更多的表面积用于散热,起到良好的冷却效果。随着我国汽车行业的不断发展,发动机也在不断地强化,其散发的热量也在逐渐提高,在一些采用自动变速箱的发动机来说,往往需要将机油进行冷却,这时就需要用到油水交换器,能够使发动机的热量得到有效的散失。相对于同一类型的汽车来说,如果汽车采用了手动变速箱,往往只需要安装单列式冷却管,而对于一些采取自动变速箱的发动机来说,往往需要安装双列式冷却管才能够满足基本的散热需求。管片式散热器与管带式散热器在组成上有所不同,管片式散热器由许多散热片与散热管构成。散热管与散热片表面构成供空气流通的散热风道。往往热量通过表面风道向外散失,使得发动机的温度得到有效的降低。这种散热器往往其强度较大,能够避免灰尘和油污堵塞,出现发动机震动较大的情形。管片式散热器对于其他散热器来说,其制作过程简便,成本较低,散热的能力较高,多用于小型的客车与轿车。其他类型的散热器,由于其操作工艺较为特殊,一般得不到广泛的应用。

二、汽车散热器的材料设计

    在选择散热器的材料时,需要注意选择抗腐蚀能力较强的以及传热性能较好的材料。为了使散热器制作过程较为简单,应尽量选择的材料符合加工成型效果好以及焊接性能较好,材料的选择应当符合经济效益。目前,汽车行业对于散热器的材料主要选择的是铜合金以及铜材料,一般情况下在强度允许的范围内,要想能够降低散热器的成本提高质量,需要将散热器的材料厚度做到0.045mm。对于一些高质量的公司,其生产的散热器厚度能够控制在0.025mm。对于散热器的其他零件,如水室、主片等零部件,其厚度能够做到0.5至1.5mm。

三、汽车散热器的发展

    随着国家方面对资源的控制力度加大。对于散热器所必须用到的铜材料来说其消耗量日益增加。所以散热器材料目前,一方面需要得到有效的替换材料;另一方面提高散热器材料的利用率,减少对资源的消耗。最适合替代铜材料作为散热器制作材料的是铝。铝的比重相对于铜材料来说较轻,且传热性能要远远大与其他材料,并且铝的成本较低。因此铝制的散热器各方面性能相对于铜来说基本无差,制作成本也得到有效的控制,对于铜资源的消耗也得到了有效的抑制。铝散热器已经在一些汽车品牌中得到应用。伴随着散热器行业的不断发展,生活中常见的基本材料也被用作制作散热器的零部件,最为常见的是尼龙材料制作的散热器水室,与散热器之间不再采用焊接的模式,而是用机械装配方式就能够完成。生产工艺得到明显的优化。目前铜塑结构的散热器以及铝塑结构的散热器已经在许多汽车中得到应用。欧美一些发达国家,目前对于双波浪管带式散热器展开了深入的研究。并且在散热器行业内其各方面性能质量都有不错的反响,该项技术正在进行不断的延伸,相信在不久的将来能够投入市场,汽车散热器行业未来的发展会更好。

四、结束语

    随着生活节奏的不断加快,为了获得更加便利的交通,汽车行业得到了不断的发展。对汽车零部件进行深入的研究是极为必要的。本文主要对散热器的基本组成以及结构形式和芯子的结构形式展开了分析。并结合当下生态环保以及经济性对散热器的材料进行比选。在当下市场发展形势下,剖析散热器的发展方向。希望能够对汽车散热器的设计以及未来的发展起到一定的帮助。

责任编辑:程玥
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