后置客車冷卻系統的設計與研究

黃葉明

摘要：隨著我國國六排放標準的實施，發動機整體技術也隨著發生了巨大革新。其中，國六發動機對整車散熱系統的要求也隨之大幅度提高。就大型后置客車而言，發動機散熱器、中冷器冷卻均需要風扇強制冷卻，而國六發動機及其后處理系統相對較大，整車發動機艙空間存在局限性，因此，要求我們針對散熱器、中冷器以及風扇散熱系統進行優化設計。

關鍵詞：后置客車;智能;冷卻系統

1、前沿

冷卻系統對發動機性能的影響日益顯著，通過對冷卻系統的不斷改進來提高發動機性能已成為一種有效的手段。對柴油機冷卻系統的研究有兩個方面：一方面是以提高冷卻效率為目的的系統本身的研究，包括系統各缸水流分布、各部件結構設計、冷卻散熱系統合理匹配、系統控制等，稱為外冷卻研究;另一方面是研究冷卻系統關鍵零部件的熱負荷及其可靠性，它更注重研究固—液耦合問題，稱為內冷卻研究。本文重點結合冷卻系統外循環進行研究。

2、后置客車散熱器的設計

后置客車散熱器目前正處于銅轉鋁時期，結構形勢主要分為三種，分別是管帶式、板翅式和新型管帶式結構。管帶式散熱器是20世紀常用的結構形式，主要優點是重量輕，生產效率高，批量生產成本低。但是主要缺點是結構強度相對較低，使用壽命一般大約為2年左右。板翅式散熱器是2010年左右開始實行的新式結構，該結構散熱器的重量相對管帶式結構較重，約重40%左右。主要優點是模具投入較小，售后維護方便，適應客車多品種小批量生產模式;而且強度好，使用壽命大約長，大約在5年左右。但由于結構因素，導致生產效率較低，不利于整車輕量化設計要求。新型管帶式結構是2014年左右開始在客車領域逐步推廣應用的。新型管帶是結構相比管帶式強度更高，相比板翅式散熱器質量更輕。整體生產效率相對較為簡單，效率也較高。就目前應用情況來看，使用壽命一般在4到6年左右。

管帶式、板翅式以及新型管帶式散熱器主要區別在散熱管。管帶式散熱器的散熱管主要為鋁板卷焊成形散熱管，多為成型件。板翅式散熱器散熱管是由壁厚較厚的兩塊隔板、兩塊封條焊接而成，為提升散熱器散熱能力，常會在焊接前，在內部增補內翅片加強紊流，增大散熱效率。新型管帶式散熱器的散熱管是由一塊封板與一塊π型鋁板焊接行程的。新型管帶式散熱器常會根據散熱需求在焊接前在π型鋁板內增加內翅片提高散熱能力。三者就散熱冷卻性能來說，新型管帶式散熱器的散熱能力與管帶式散熱器的散熱能力較高，通常比板翅式散熱器散熱能力高20%左右;就重量來說，板翅式散熱器的重量最重，管帶式散熱器最輕，新型管帶式散熱器接近管帶式結構。但就可靠性來說，管帶式散熱器與新型管帶式與板翅散熱器相差甚遠。綜合可靠性、維修方便性、散熱性能、產品重量以及成本來看，新型管帶式與板翅式散熱器目前由于可靠性較高，常用在客車、工程機械等領域。三種散熱器對比詳見表1。

3、后置客車中冷器的設計

客車中冷器結構與散熱器結構相類似，主要分為管帶式、板翅式及新型管帶式三種。管帶式中冷器根據散熱管帶的形狀分為口琴管帶和內翅片管帶，具體如圖4.6所示。板翅式中冷器與板翅式散熱器結構類似，主要由隔板、加強板、大、小封條、氣室等組件組成。同樣具有重量較重、散熱性能稍差但可靠性較好的特點。新型管帶式中冷器與新型管帶式散熱器結構基本一致，可根據中冷器選型需要，分為有無內翅片的新型管帶式中冷器。

4、材質選擇設計

鋁合金材質節約能耗、節約材料、起到較好的裝飾效果、價位是工薪階層可以接受的、重量輕易于搬運與安裝。并且在防止空氣腐蝕層面上講，鋁合金制品是靠陽極氧化的，可以形成薄膜直接避免氧化并防腐作用明顯?？偟恼f來，與其它材質進行比較，鋁合金都是做散熱器材料的第一個選擇，其優勢的明顯性毋庸置疑。

散熱模塊主體一般生產工藝流程是酸洗、噴焊劑、沖制散熱帶、芯體裝配、芯體釬焊、氣室/水室芯體氬弧焊、保壓試漏、噴漆。管帶式、板翅式與新型管帶式生產過程主要差異就是芯體管的焊接方式不同。管帶式芯體多為成型件，一般可使用連續爐釬焊，生產效率較高。板翅式采用鋁板厚度較厚，為保證可靠性及密封性，一般采用的是真空爐釬焊，真空爐加熱不能借助空氣傳熱，依賴于熱輻射，加熱時間較長，生產效率較低。新型管帶式焊接方式與板翅式焊接方式基本一致，只因結構優化，焊接工序相對較為簡化。生產效率及時間周期相對板翅式都有很大的改進。

5、結束語

由于燃油消耗率及汽車尾氣排放要求的日益苛求，在乘用車市場已得到批量應用的電動風扇已逐步在客車領域批量使用。針對后置大型客車運行工況惡劣、冷卻模塊無迎面風，可靠性及冷卻能力要求遠高于乘用車等特點，采用電子風扇作為本次設計的冷卻模塊的散熱風扇是最佳選擇。與此同時，為了降低風阻系數，散熱水箱與中冷器最好采用并列布置，風扇安裝于電子風扇系統后部即可。

參考文獻：

[1]?汽車底盤構造與維修，電子工業出版社，2004年8月.

[2]?董素君，王凱，高紅霞.?板翅式換熱器換熱效能三元線性回歸模型及其系數辨識[J].航空學報.2012[33].1571-1577。

[3]?劉佳鑫，秦四成，徐振元，等.工程車輛散熱器模塊散熱性能數值仿真[J].?西南交通大學學報，2012[47].?624-628。

[4]董素君，王凱，高紅霞.?板翅式換熱器換熱效能三元線性回歸模型及其系數辨識[J].航空學報.2012[33].1571-1577。

[5]汽車、拖拉機散熱器風簡試驗方法，?中華人民共和國機械工業部標準，?JBI'T2293-78。

安徽安凱汽車股份有限公司 安徽 合肥 230051