发动机散热器有效通风面积研究

2016-05-30敬杰

中国高新技术企业 2016年19期

敬杰

摘要：汽车发动机的冷却效果影响到整车动力经济性能，散热器的通风面积与汽车前端造型紧密相关，因此在整车项目开发前期需要对散热器的通风要求进行量化。文章通过分析某车型在造型初期散热器有效通风面积不满足设计要求问题的整改措施，以CFD数值模拟校验为分析依据，通过造型的不断调整，最终满足了发动机的冷却性能要求。

关键词：项目开发；汽车发动机；散热器；CFD；通风面积；整车性能文献标识码：A

中图分类号：U270 文章编号：1009-2374（2016）19-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.008

1 概述

汽油发动机在运转时，汽缸内的气体温度最高可达1900℃～2500℃，如果没有有效的冷却系统，气缸的充气效率将会明显下降，并诱发早燃和爆燃现象，致使发动机功率直线下降，工作部件间的正常的间隙遭到破坏，零件变形、损坏，润滑油黏度降低，零件磨损加剧。目前大部分汽车是通过冷却系统对发动机进行散热的，如果是自动变速器，发动机冷却系统还要对变速箱机油进行冷却。

汽车的冷却系统如图1所示，包括散热器、冷却风扇、冷却液罐、水管等部件。其中散热器、冷却风扇置于汽车前端隔栅后，发动机前。为保证发动机冷却效果，需要有足够的冷却风量与散热器进行热交换。在整车开发过程中，散热器进风量要求是造型前期的重要交付物之一，如通风面积偏小，则会导致车辆水温过高不利于发动机正常散热，甚至开锅，如要求偏大，则会造成散热器、前端隔栅、导流板等零件设计性能过剩，引起不必要的浪费。本文结合某新车型平台开发工作，着重介绍散热器的有效通风面积要求，并将此要求及分析方法作为借鉴，防止因散热器通风面积不满足发动机散热要求而引起造型的反复修改。

2 问题描述

散热器芯体投影在YZ平面上的面积为正迎风面积，有效通风面积是指除去遮挡物后，通风格栅投影在YZ平面上的开孔面积，设计规范要求有效通风面积占散热器芯体正投影面积比值应≥20%。

在某车型CAS数据输出后，经校核，散热器有效通风面积为13%，小于设计规范要求≥20%，不满足散热要求，影响发动机散热性能。经CFD分析，该车型打圈正压区域（针对SUV车型正压区域为通风格栅1/2偏下部分）内开口较小，导致散热器有效通风面积达不到设计规范要求，如图2所示：

通过对比五十铃、沃尔沃XC60的散热器有效通风面积，发现这些车辆正压区内开口较大，散热器有效迎风面积均大于20%，且前防撞梁/通风格栅互不重合，为散热器提供了较大的散热面积，如图3所示：

另外，通过对比公司内其他量产车型散热系统的布置形式及有效通风面积，均大于20%，如表1所示：

3 整改对策

由于车型造型关乎客户的感知，因此在涉及到造型更改时要极为慎重，大多数情况下要做到尽量在不颠覆性的改变造型的情况下来满足车辆的性能要求。因此针对该车型，为满足散热器通风面积要求，在不改变车型前部整体造型特征的前提下，制定如下整改方案：（1）局部调整通风格栅特征：增大通风格栅网格开口，减小通风格栅装饰条宽度，如图4所示；（2）增大前保险杠下方开孔，并向中间位置（靠近散热器芯体位置）移动约30mm，如图5所示；（3）通风格栅特征调整完成后，对散热器有效通风面积进行校核，直到满足要求为止。

中网及前杠下开口特征修改完成后，经CFD分析校核，散热器有效通风面积为23.1%，满足设计规范要求，不同工况下，散热器进水温度及中冷器出气温度见表2：

4 结语

本文通过整改设计车散热器有效通风面积不满足设计规范要求的问题，应用CFD模拟分析工具，通过对前端通风格栅造型进行局部调整以满足发动机散热要求，并形成问题横展报告，作为项目前期造型输入，避免了开发后期再进行设计调整导致的项目风险，可以为其他车型的发动机冷却系统的前期设计和匹配提供有益的

参考。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，

2004.

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，

2001.

[3]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，

1989.

[4]徐兀.现代汽车发动机设计[M].北京：人民交通出