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本篇主要解析冷却系统为何能实现快速升温,

来源:石蜡 时间:2023/2/8

燃油动力汽车水温的快速上升与高温后的恒温,依靠的正是冷却系统的「两路切换」,首先来了解一下冷却系统的功能与结构特点。

1:燃油车装备的发动机是内燃式热机(下文简称发动机),这是一种可以将热能转化为机械能的机器。转化的原理是通过喷射燃油并混合空气送至发动机的燃烧室,通过压缩冲程使空气升温蒸发液态燃油,之后通过火花塞以高压电电出电弧引燃混合油气。油气的瞬间燃爆本质为化学反应,反应过程中分子的无规则剧烈运动会产生动能与极高的温度;汽油的火焰温度理论值为℃,压燃试柴油机的火焰温度高达℃。

2:如上所述,内燃式热机的运行是依靠高热能转化为有效功,但是热能并不会完全转化为动力。因为发动机在运行中必然会因进排气冷却以及运动磨损消耗掉很多动力,其中各种冷却损耗会非常夸张且会不间断的进行冷却。因为热力学第二定律说明了热能会从高温环境或物体,无序的传递至低温环境或物体;而发动机机体的温度总不会达到火焰温度的超高温,所以这些金属材料会不断吸收热能直至融化。

重点1:发动机机体绝不允许融化

内燃式热机的结构非常复杂,活塞以极高频率的往复运转会与缸套产生物理接触,为保证接触运动状态下的磨损可控,两者的制造精度都会非常之高。而如果因高温导致两者融化变形,那么在运动过程中很有可能造成活塞卡滞导致发动机总成报废;所以将发动机温度控制在某一个高温标准则是稳定运行的基础,这一标准需要满足磨损程度的最小化,以及热能转化动能(热效率)的最大化,普通代步车的温度标准基本在85~℃之间,实现温度恒定的基础则是冷却系统,结构特点如下所示。

冷却系统运行原理非常简单,散热水箱在车头位置,位于中网(进气格栅)的后部;车辆行驶中的自然风冷可以有效地为水箱散热,同时风扇也会为水箱散热。于是贮存大量冷却液的水箱则等于全时被风冷降温,箱体的温度是足够低的;那么冷却液在循环过程中达到发动机缸盖的位置吸收了大量的热,之后达到水箱后则会被低温水箱吸收热能实现降温。温度合理后再次循环至缸盖则能吸收同样的热能,这种往复循环则能够把发动机机体的温度控制在恒定的标准范围内,这就是内燃式发动机恒温的原理。

说明:前置散热风扇总会有两个,启动之后往往只有一个风扇运转,这并不是故障。因为两组风扇中只有一个在大循环时正常运转,另一个备用风扇会在长途高负荷驾驶时发动机水温超过预设值后参与散热;日常短途代步一般不会激活备用风扇,当然有一些车辆在打开A/C开关用冷空调时也会激活备用风扇,因为压缩机会增加发动机的运行负荷。所以只有一个风扇运转是正常现象,不用担心。

重点2:大小循环的区分

上述内容为汽车发动机达到热机状态后的正常运行状态,此时冷却液会从缸盖吸收大量的热能,冷却程度非常夸张并不是适合冷启动阶段使用。原因可参考第一节关于的描述,冷启动时发动机机体以及冷却液的温度本就很低,如果用大循环冷却则会吸收大量的热能,造成只有少量的热能可以转化为动力,结果自然是汽车动力差的一塌糊涂。所以在冷启动阶段为了保证车辆的动力体验合格,此时会将冷却液调整为小循环状态,结构特点参考下图。

小循环大循环

小循环只是让冷却液经过缸盖,这一阶段发动机机体的温度会快速上升,高温后能够保证热效率也就是动力的提升。同时少量冷却液也会快速的升温,高温冷却液会融化掉节温器内的石蜡,石蜡逐渐膨胀挤压并关闭小循环路径,此时冷却液整体的温度会缓慢上升;直到石蜡被高温作用到完全关闭小循环路径,之后进入大循环时冷却液与机体都已经达到了理想的高温状态,发动机则能够以最佳热效率体现性能与低油耗了。

总结:冷却系统必须有两组循环方式,否则发动机冷机和热机状态切换的速度会很慢,用车体验与用车成本会大大提升。如环境温度过低冷却液很难切入大循环,如没有小循环模式可想而知这些车会不会很好开了。

编辑:天和Auto-汽车科学岛

责编:天和MCN

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