談傳統客車發動機冷卻系統優化設計
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摘要:針對傳統客車發動機冷卻系統，提出冷卻水管外部導熱的兩種改進結構，并介紹這兩種改進結構在傳統客車底盤中的安裝方法，可提升傳統客車發動機冷卻系統散熱能力，特別適用于高溫環境。
關鍵詞:客車底盤;冷卻系統;散熱能力;優化設計
隨著車用發動機設計的緊湊化，發動機比功率越來越大，導致散熱不足的問題越發明顯［1］。當客車的行駛環境為炎熱的夏天或高溫路況時，其散熱效果一旦不佳，就有可能引發嚴重后果［2］。因此，傳統客車的發動機散熱效果受到各車企的極大重視，其重要性在后置式客車的研發中尤為突出［3－4］。為增強傳統客車發動機的散熱性能，本文設計兩種新型外部導熱系統。
1傳統客車發動機冷卻系統的普遍結構
傳統客車發動機冷卻系統的普遍結構中包含散熱器、散熱風扇、冷卻水管、節溫器、水泵、氣缸體水套、發動機水套排氣管、冷卻液膨脹箱等，如圖1所示。其散熱原理:通過驅動散熱器內冷卻水循環，使冷卻水流入氣缸體散熱水套內，并由散熱風扇驅動空氣流動，從而加速散熱器內冷卻水的熱量散發［5］。然而，當客車的行駛環境處于高溫時，上述方式的散熱效果時常欠佳，容易將熱量傳遞給底盤的其他零部件，影響底盤使用壽命［6－7］。
2新型冷卻系統的結構設計
通過走訪用戶、實車道路試驗，分析傳統客車發動機冷卻系統現狀及優缺點，提出了兩種散熱效果更好的冷卻系統，其組成架構如圖2所示。圖2中的A－A剖視圖如圖3所示;圖3中的B－B剖視圖如圖4所示。圖2中，新型冷卻系統包括散熱器1、散熱風扇2、水泵3、冷卻水管4、5及散熱橫梁6，發動機7為熱源。其中，散熱橫梁6由兩根對稱橫梁組成，中間留有放置導熱管9的空隙(具體結構如圖4所示)，并沿客車的寬度方向布置且焊接于車架8上，冷卻水管5鋪設于散熱橫梁6上。如圖3所示，新型冷卻系統的結構有拼接結構及卡槽結構兩種。與傳統冷卻系統結構相比，主要增加了散熱橫梁6、導熱管9和散熱片10，可使冷卻水在進入散熱器1之前先進行一次預散熱，大大提高了冷卻效果。多個導熱管9沿散熱橫梁6的長度方向依次均勻設置，且每個導熱管9的蒸發端內置于冷卻水管5內、冷凝端延伸至散熱橫梁6內，每個散熱片10均一端內嵌于散熱橫梁6并與導熱管9焊接、另一端突出于車架底部。拼接結構及卡槽結構的主要區別為導熱管9的形式:前者為直圓管，后者為U形圓管。圖4中的導熱圓管9均包括管殼及吸液芯，吸液芯呈筒狀并內置于管殼，且吸液芯外壁貼附于管殼內壁，其與現有技術中導熱管的散熱原理基本相同［8－9］。散熱片10可采用散熱效率高的金屬材質，如銅、鋁合金，以便于將導熱管9傳遞的熱量快速通過散熱片10散發至空氣中。導熱管9通過周邊涂抹AB膠(兩液混合硬化膠)與冷卻水管5及兩側散熱橫梁11、12相結合。圖3(b)所示的卡槽結構中，導熱管9用圓管彎成U形。為了便于導熱管9和散熱片10的安裝，將散熱橫梁6設計成雙梁結構，即由圖4所示的左梁11和右梁12對稱布置而成，且左梁11和右梁12相對的一側下部分別開設左卡槽13和右卡槽14;當左梁11和右梁12連接時，左卡槽13和右卡槽14合并形成用于容置導熱管9和散熱片10的容置槽，且該容置槽中的導熱管9和圖4所示的散熱片10相焊接，而且散熱橫梁6可采用散熱效果較好的金屬材質，例如鋁合金。由于圖3(b)卡槽結構中導熱管9的散熱面積明顯多于圖3(a)拼接結構中導熱管9的散熱面積，所以卡槽結構的散熱效果更佳。傳統客車的發動機冷卻系統中，受熱后的冷卻水直接到達散熱器中。由于溫度較高，盡管經過散熱器后可以散發大量的熱量，但當環境溫度過高時，冷卻水的降溫效果并不明顯，而新型散熱結構可明顯提升發動機冷卻系統的散熱效果。本文設計的新型發動機冷卻系統，尤其適用于散熱效果不利的發動機后置客車［6］及高溫地區用客車。
3結束語
該新型客車發動機冷卻系統尤其適用于高溫地區和發動機后置客車，不僅方便安裝，還能更大限度地增強冷卻系統散熱面積，提升散熱能力，增強客車的使用性能。目前，該裝置已取得國家實用新型專利證書。
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作者：張振 蘭呈峰 熊偉杰 楊劍 單位：江西博能上饒客車有限公司
