汽车发动机冷却水套清洗工艺应用研究

庄月芹

摘要：随着社会经济水平的进一步发展，汽车越来越成为人们的日常代步工具。冷却系统作为汽车内部结构不可忽视的子系统，其直接影响着汽车发动机的发动效率，更重要的是冷却系统故障更带来汽车大多数的故障问题。因此做好冷却系统的维护保养成为当务之急。而在发动机冷却系统中冷却水套起到最重要作用。下文从汽车发动机冷却水套的工作原理入手，探索当前冷却水套结构设计原则，提出做好冷却水套清洗工艺流程，指出如何借助发动机冷却水套流场动力学模型来优化完善清洗工艺。

关键词：汽车发动机;冷却水套;清洗工艺;应用

中图分类号：TK402                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）22-0036-02

0  引言

汽车发动机是汽车正常行驶的关键，工作中的发动机通过燃烧燃料释放出热量转化为驱动汽车行驶的机械能。汽车发动机的效率的高低直接影响着汽车行驶的状态。基于汽车发动机的内部结构可知，当发动机做功时，发动机内部的各个零部件温度会急剧升高，如果不及时冷却这些零部件，则会使发动机零部件温度过高，增加发动机的负荷，带来各种形式发动机故障问题。在生态环保发展理念中，汽车作为耗能较大的产品，且汽车尾气作为大气污染的主要来源之一，实现对汽车节能减排技术的优化至关重要。因此做好发动机的冷却系统成为汽车行业制造研发的重要内容。冷却水套内部结构较为复杂，其内部的清洁性会影响到其具体应用效果。因此长期使用中必须做好冷却水套的内部清洗维护，采用传统的工艺技术需要对冷却水套进行拆卸清洗，整体清洗效率较低，清洗的质量不高。因此展开对冷却水套清洗工艺的研究具有现实意义。本文正是借助现代技术手段，根据冷却水套内部流场规律分析，通过仿真实验，从而达到优化冷却水套内部的冷却、清洗的效果。具体如下所示：

1  汽车发动机冷却水套分析

1.1 汽车发动机冷却水套的结构

当前随着低碳环保理念的深入发展，如何控制减少汽车尾气成为交通运输行业的研究重点。基于汽车发动机的工作原理可知，汽车冷却系统能够将发动机受热零件吸收的部分热量散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。因此可以通过完善汽车发动机冷却系统的工作效能由此来提升整个发动机的性能，提升发动机效力，减少能源的消耗，降低有害物质的排放。在汽车发动机冷却系统中，其主要由冷却液、节温器、水泵、散热器、散热风扇、水温感应器、蓄液罐、采暖装置以及冷却水套所组成。冷却水套在整个冷却系统中发挥着“承上启下”的重要作用。具体的应用是由冷却液流动时直接同水套接触并且让冷却液的流动按照水套内部结构形式进行热量的交换流动，然后根据发动机的工作负荷大小来选择是否需要开启节温器，若是负荷较大，则开启节温器让冷却液可以经由冷却水套中的水管进入到散热器内部，发挥散热风扇的作用，将发动机各零部件的一部分热量散发到外界，达到冷却发动机热量的效果。由此可见，整个发动机冷却水套的内部结构直接影响发动机工作的热效率、高温零部件的热负荷水平，继而影响到对汽车发动机的冷却效果。因此通过对冷却水套结构的优化升级，有助于实现对发动机气缸盖火力面等区域的冷却液的流动以及强制性传热效率。

1.2 汽车发动机冷却水套的工作原理

第一，汽车发动机冷却水套的工作影响因素。汽车发动机不同运行过程中，汽车发动机冷却系统所发挥的作用功能不同。如，其发动机启动过程中，冷却系统要能够实现温度的持续稳定上升，只有上升到80-90℃之间，汽车发动机才能够更快地启动，不会出现长期启动，但是发动机动力效率上不去，燃料消耗严重的情况。另一方面，在发动机长期高速运行中，其内部各零件温度较高，需要发挥冷却系统的导热冷却效用，控制发动机的温度适中，减少因温度过高所带来的发动机内部零件安全问题。整体来讲，汽车发动机冷却系统的各零部件结构都必须拥有冷却和传热的功能作用。发动机冷却或是传热的效率主要取决于冷却液在冷却水套中的流动方式、流动速度等。发动机气缸盖内部的复杂结构以及热负荷大小以及冷却液的流动方式，如，冷却水套内部液体会随着水套内部结构完成流动，若是冷却水套内部出现流动死区，则冷却水套在冷却作业中中势必也存在死角位置，无法达到全面高效的冷却降温效果。

第二，汽车发动机冷却水套的工作原理。汽车发动机冷却水套常见内部冷却液流动方式有纵向流动、横向流动和混合流动三种。纵向流动顾名思义就是按照发动机冷却系统的结构顺序流动，先是气缸体前端，再是完成1，2，3，4个气缸，然后是各个气缸的上水口，继而是气缸盖，最后是气缸盖后端出口。横向流动清洗工艺一般是在整体式气缸盖的小功率发动机上实现。其流动顺序为：缸体长度方向的总入水口-各如水口对应的缸体水套-各缸上水口-气缸盖-排气管侧上方出水口。这种流动（清洗）顺序下，能够让整个发动起冷却水套内部的温度分布更加均匀，具有较高的應用效率。混合式流动形式，其实现了纵向流动和横向流动的有机结合。如，有三分之一的液体流动方式同横向流动顺序相同，展开对发动机高温重点区的温度控制。

2  汽车发动机冷却水套清洗工艺应用分析

上述提到汽车发动机冷却水套的冷却传热工作原理、工作方式等。而在汽车发动机冷却水套清洗工艺也同其冷却传热的工作原理相同。

2.1 汽车发动机冷却水套清洗工艺应用的意义

冷却水套内部结构较为复杂，包括冷却水套进出口、发动机四个缸的缸盖水套，四个缸的缸体进气侧和排气侧水套。汽车发动机在不同的时期下所采用的各种冷却液是不同的，不同冷却液在发动机不同的温度影响下的流动速度也不同。长期下来容易导致整个汽车发动机冷却水套内部结构出现堵塞等情况，继而导致冷却系统出现故障问题。因此展开对汽车发动机冷却水套的清洗至关重要。在传统的冷却水套清洗工作中，忽视对发动机冷却系统内部结构的把握，既浪费时间，还容易在拆卸过程中损耗发动机冷却水套的各个零部件，因此所达到的清洗效果有限。而基于CFD分析冷却水套内不同清洗剂的流场，能够达到全面具体的清洗效果。

2.2 汽车发动机冷却水套清洗工艺应用的影响因素

第一，冷却水套清洗剂。冷却水套中的结构较为复杂，一些冷却液在温度的影响下，容易在内部沉积成为“陈年水垢”，难以清洗。随着科学技术的发展，各种新的工艺材料的出现为冷却水套的清洗带来了各种高清洁性、高功能性的清洁剂。这些清洗液会在冷却水套中不断循环流动，以其达到循环清洗的效果。而事实上，这些清洗液所具有的化学性质对于整个冷却系统各零部件都可能带来消极的影响。

第二，冷却水套内部结构。当前若是冷却水套内部结构较为复杂，则水套内部的流动区域势必存在死角，影响整体清洗效果。与此同时，不同的内部结构下，液体的流场效果，流场形式也不同，因此展开对冷却水套结构的优化设计对于提升其清洗工艺具有重要性和必要性。

3  汽车发动机冷却水套清洗工艺的优化途径

3.1 基于CFD技术优化设计冷却水套内部结构

通过计算流体动力学（CFD）技术实现对冷却水套内部流体流动的微积方程，得出在水套内内部中液体流动的离散分布情况，从而掌握着冷却水套内部的清洗的区域、清洗的效率情况。同时还可以展开对现有的冷却水套内部结构的优化升级。

第一，合理应用计算流体动力学技术。当前借助CFD软件来进行数学模型建立，将各种不同规格型号的冷却水套参数套进去，由此仿真得出其清洗工艺情况。一是对冷却水套内部区域进行计算网格划分，基于冷却水套的规格大小情况，发动机高热量集中区域实现计算网格划分。如，对于“高热量区”的气缸盖位置需要将地方网格划分的稠密一些，在一些平缓的区域则可以稀疏一些。二是建立冷却水套的控制方程。清洗液在冷却水套内部的流动是遵守一定能量守恒定律的，CFD技术正是可以通过对其守恒定律的方程建立，实现对流体流场的定性定量表达。三是进行冷却水套流体流场的求解。在冷却水套的流体流场方程求解中，需要先设置边界条件，再设置求解模型。其边界条件就是按照汽车发动机的运行压力情况，如出水口采用压力边界值为200kPa，从水泵流出进入到油冷器的流量为22.5L/min。设置条件之后，按照SLMPLE软件进行速度耦合算法进行计算，求得流体速度和压力的分布情况。在完成冷却水套流体流场计算之后，可以由此来制定冷却水套的清洗方案。

3.2 优化创新冷却水套清洗中的各工艺材料和技术水平

在冷却水套清洗过程中，各种零部件的质量参数等也会影响到清洗工艺的执行情况。对此要求在未来发展中能够展开对汽车发动机冷却系统的优化升级。第一，完成对冷却系统的材质的优化升级。冷却水套的密封性程度直接影响着其漏水情况，继而影响清洗效果。因此需要采用复合材料进行冷却水套的制备生产，提高冷却水套各零件的质量。第二，设计研发新的冷却水套材料，减少水垢等的沉积。在汽车发动机运行中，冷却系统之所以需要清洗，是因为在长期的冷却或是传热过程中，冷却液同冷却系统内部零件产生化学反应，形成水垢，带来堵塞等故障问题。未来若是能够选用性能较高的冷却水套制备材料，减少其同冷却液的化学反应效果，能够有效减少清洗工作量。

4  结束语

综上所述，汽车发动机冷却水套内部结构复杂，不同的发动机型号的冷却系统结构不同，冷却水套内部也全然不同。因此为了确保发动机拥有既定的安全效率，其必须能够展开对冷却系统的优化升级。如，可以通过需要借助不同的冷却液以此达到内部冷却效果。还可以通过优化升级冷却水套内部结构的方式，提高冷却液在的发动机内部的流场范围，提高冷却降温效果。这一设计原理为汽车发动机冷却水套清洗工艺提供了新的发展方向。即在汽车发动机冷却水套的清洗可以借助不同的冷却液的不同流场图，从而探索出全新的高效的冷却水套清洗工艺。如，无水冷却液在不同温度下的速度场不同，对冷却水套带来的内部压力不同。正是可以借助这一函数模型来仿真建立起不同的清洗方案。

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