散热器于1901年首次展出。散热器的产值在汽车的各个部件中占有比较重要的地位,例如:它占发动机的14%,占汽车所有部件的2.5%,第二仅以电器和减震器为第三位。
长期以来,散热器一直由铜和铜合金制成,这是由于铜具有良好的导热性、耐腐蚀性、易于焊接和加工,也得益于过去的材料交易。但鉴于铜基战略物质,近年来铜价暴涨、波动较大,汽车保有量增加,能源短缺,污染严重,汽车生产大国相继出台法律限制车辆行驶。重量,迫使各散热器企业相互竞争。进行了用铝代替铜的研究。因此,散热器的发展趋势是以铝代铜。
此外,由于发动机功率和行驶速度的提高,动力转向、自动变速器和空调设备的广泛使用,以及冷却系统的发展,对散热器提出了更高的要求。各个厂家在制造工艺上做了很多改进,不仅大大降低了成本,而且大大提高了质量。
世界主要散热器生产国及其公司:美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本。
美国最大的综合公司()散热器厂。
(Co,) Co., Ltd.、Serck Heat and (Serck Heat & )、 (Co.)、-Lay (Rad-Reps Co.)。
在西德,贝尔散热器厂比较有名。
法国最大的是公司。
日本东洋散热器公司、日本散热器公司、东京散热器公司较大。
1、为什么要安装散热器,散热越大越好吗?
1、由于大多数物体受热膨胀,温度越高,膨胀越大。内燃机的零件在运转过程中受热膨胀后,零件会发生变形,过度膨胀会损坏配合零件之间的正常间隙。
2、金属零件在高温下会降低强度,不能正常工作。
3、在高温下,润滑油的粘度也会大大降低。如果润滑油的粘度降低,油膜的承载能力下降,运动过程中不能保持良好的润滑,会增加零件的磨损。同时,当气缸壁温度过高时,进入燃烧室的润滑油会迅速燃烧,导致润滑油消耗量增加,燃烧室积碳。
4、当气缸内温度过高时,气缸充气系数降低。汽油发动机也容易爆燃。
但需要注意的是,冷却一定要适当,过度冷却也会给发动机带来很多不良后果:
1、缸内温度过低,燃油不能完全燃烧,废气排出,增加油耗。
2、润滑油的粘度在低温下增加,增加了零件在运动过程中的摩擦阻力,消耗更多的功率,从而降低了输出功率。同时,润滑油的渗透性降低,机芯附件中可能没有润滑,增加了磨损。
3、温度过低会降低发动机的热效率。
4、燃烧后废气中的水蒸气和硫化物在低温下会凝结成液滴,称为亚硫酸,会腐蚀零件;气缸在长期低温运行的情况下也容易磨损。
5、在汽油机中,如果气缸内温度过低,吸入的混合气中的一部分汽油蒸气会在气缸壁上凝结,流入曲轴箱,使润滑油变质。
6. 气缸冷却,排放恶化。
2、散热器的传热原理
平板是理想的传热几何形状。汽车散热器用于两种流体之间的热交换,一种流体是空气,另一种流体是冷却液。发动机燃油燃烧产生的部分热量通过靠近水套内壁的冷却液边界层(简称液膜)、散热器的金属壁(包括水管和翅片),而壁面外表面的冷却空气边界层(简称气膜)被传递到大气中。
管翅式散热器传热示意图如下:
散热器的传热路径:
冷却液→液膜→散热器金属壁(包括水管和翅片)
→气膜 →气氛
散热器总热阻等于水管内壁冷却剂边界层热阻、金属材料本身热阻和外部冷却空气边界层热阻之和水管,热阻的倒数就是散热系数。可用下式表示:总热阻=液体侧热阻(液膜热阻)+管壁材料热阻+气体侧热阻(气膜热阻+散热片材料热阻)
经测试,如果总热阻为100%,热阻分布大致为:液膜热阻占10%,管壁材料热阻占1%,气膜热阻占80.1%,散热片材料占80.1%。8.9%。因此,在冷却液向大气的整个传热过程中,主要的传热障碍是散热器表面的冷却空气边界层的热阻,其次是冷却液边界的热阻。水管内壁上的层,以及金属材料的热阻。由于其绝对值很小,对散热系数K值影响不大,所以在计算中通常忽略。
(3)现代汽车散热器的几个特点:
1、散热性能好。
2.体积小。由于汽车发动机尾气净化、自动变速器、转向加力设备、空调安装原因、视野扩大等要求,必须减小散热器的尺寸。
3. 重量更轻。
4、使用寿命长,适应不同道路和气候条件的能力好。
5、成本低。
6、维修方便。
散热器的分类见表1: 表1
蒸汽
车
疏散
热的
设备
直流散热器
管芯
扁管
圆管
管带芯
细胞骨架核心
横流式散热器
管芯
散热器的性能主要取决于芯体的结构设计,而散热器的性能主要取决于空气侧的传热系数a。考虑到散热器成本的60%-70%是原材料成本,其中铜占50%,为了降低成本,除了通过量产降低成本外,还要节约材料从热工学的角度来看,也就是力求单位重量的最佳散热性能。具体改进方法主要包括两个方面,即改进核心散热片的设计和采用压力冷却系统。
1、散热器芯的结构:
目前有四种类型,分段式、管带式、单元式和模具式。它们的结构如下图2所示:
它们各有优势:
(1)翅片式散热器的芯体与其他结构相比,强度更好,可以防止灰尘、沙子和油渣堵塞芯体,因此多用于振动较大的卡车上。
(2)与管片式相比,管带式铁芯散热能力高,制造工艺简单,重量轻,成本低;但结构刚度不如管片式。因此,广泛应用于使用条件较好的客车和客车上。由于近年来路况的改善,管带式散热器也被用于大型车辆甚至重型卡车。
(3)模具型芯有大量焊缝,容易漏气;此外,弯曲的水道难以清洁。同时,在生产过程中,消耗的焊锡较多,单位重量的散热性能较好,但这种芯材很少使用。
(4)水管式散热器的一个显着特点是散热器的任何损坏都不会导致散热器立即报废。损坏的磁芯可以快速轻松地更换,并且可以立即恢复,而不会降低其冷却性能。. 目前主要用于油冷却。
4、汽车散热器的结构
1、汽车散热器整体结构如图3所示:汽车散热器由散热器芯体、主片、侧板、上下水室、进水口、进出水口、溢流管。上水室顶部有一个注水口,通常用盖子(散热器盖)盖住。
冷却水因此被注入整个冷却系统。上下水室分别设有进水管和出水管,进水管和出水管分别与发动机气缸上的出水管和水泵的进水口连接带橡胶软管。从发动机缸盖上的出水口流出的温度较高的热水通过进水管进入上水室,经散热器芯冷却后流入下水室,从出水管流出并被吸入水泵。下水道或出水管上有放水开关。
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1、侧板;2、排水开关;3、水室;4. 下主片;5、出水管;6.核心;7、上主片;8、进水口;9、溢流管;10、上水室;11、进水管;12. 冷却带;13.水管
3、冷却水管和散热片
散热器芯的基本要素是热管和散热片,它们决定了散热器的密封、散热和强度的好坏。散热器的水管大部分采用扁圆形截面,也有的采用圆形、椭圆形、矩形截面。与扁管和圆管相比,在相同体积的情况下,具有更大的散热面积。同时扁管比圆管具有更大的净面积比,保证了散热器有更大的风道。此外,当管内的水结冰膨胀时,可以通过横截面变形保护扁管不破裂。目前,扁管的成型方法基本分为咬焊、高频对焊、冷拔三种。其中,
① 咬焊法制造水管,本质上是一种将滚压成型与薄带、镀锡热加工和切削加工相结合的特殊加工方法。
与咬焊法相比,高频对焊法具有以下优点:
(1)在相同的带材厚度和水管尺寸下,由于没有咬合,可节省带材重量的6-18%。
(2)在水管同等工况下,由于高频对接水管的强度更大,可以减小带材厚度。由于无需担心焊料的二次熔化,可以实现铜散热片的钎焊。
(3)外表面比较光滑,形状尺寸准确,总成与主件的间隙更合理,节省了装配时间,降低了冷却管头的漏水率。
(4)由于其强度高,可承受冷却系统较高的压力和温度。因此,可以说高频对焊是一个发展方向,特别是对于铝制散热器和中冷器的发展。
但高频管也有其缺点:设备一次性投资大,设备维护水平高。对于中小型散热器企业来说汽车散热器设计计算,承受能力有限。同时,如果热管有漏水现象,很难补焊,可能需要对管子进行绑扎。这将导致不符合产品标准。为了防止这种情况发生汽车散热器设计计算,可能需要检测热管中的泄漏,这反过来又增加了制造成本。
冷拔水管由于其无缝特性而在质量方面具有优势。但其加工成本昂贵,而且散热器公司可能需要开卷定型,还需要增加一个镀锡工序。因此,它的使用受到一定的限制。目前只用在一些附加值比较高的大型散热器或油冷却器上。
2、主膜水房:
散热器的主片和水室的结构形式以制造工艺简单、节省原材料、钎焊组装容易、可靠性高为前提。主板上水管孔的布置应与散热器上水管孔的布置和数量完全一致。对于管带式散热器,排水管孔都在同一条直线上。为增强水室壁的刚度,应在水室壁上设置加强筋,加强筋的分布位置应使水室侧壁牢固。
根据散热器芯的结构类型和散热器的用途,水室与主件的连接方式一般可以采用钎焊和机械连接,钎焊型又可分为嵌件式和压边式。
根据测试,最大应力出现在主件与水室连接处。应力集中的地方容易因拆焊而变形、漏水。因此,必须在结构上加强主板和水腔的刚度,以消除水压引起的应力。同时,主片材具有一定的弹性,可以克服温度变化带来的应力。
3、散热器固定架
散热器固定架是将散热器固定在汽车底盘上的必要部件,保证散热器芯的刚性,并在其上安装相关零件,如挡风玻璃、百叶窗、拉杆等. 框架有两种,一种是与散热器焊接在一起的,另一种是可拆卸的。
散热器的框架一般由左侧板、右侧板、上护罩、下护罩等部分组成。
钎焊的缺点是为了获得更大的焊接面积,需要消耗更多的焊料。但是这个结构很简单。因此,大多数常见的汽车散热器框架都是钎焊的。
可拆卸式的优点是:拆卸方便,在制造散热器时可以大大减少焊料的消耗;缺点:拧紧螺栓时,散热器芯子四个角的焊缝会受到很大的剪应力,所以在使用时,冷却水管与主板钎焊的地方容易漏水。
散热器框架的侧板不仅用于获得核心所需的刚度,还用于将散热器固定在汽车框架上。车架上的散热器悬架不是刚性的,而是弹性的。
2.进出水管及散热器盖
在大多数情况下,散热器的进出水管是铸铁的,并通过铆钉和加强垫板固定在水室上。由于铸铁中不可避免的砂眼,以及铸铁的比热容大,与水室的焊接不好。近年来,很多散热器进出水管都用铜管代替了原来的铸铁管。
散热器一般设有注水座,与散热器盖配合使用(有些散热器本身没有注水座,而是在副水箱上)。它决定了冷却系统的压力。散热器盖必须具有两个功能:当冷却系统的压力达到或超过规定压力时,必须具有泄压功能。这就是通常所说的散热器盖开启压力;当冷却系统中的压力过低时,散热器盖必须具有补偿能力。这就是通常所说的负开启压力。如果压力太高不能泄压,或者压力太低不能补压,都会损坏散热器。
之所以将冷却系统设置为一定的压力,是因为封闭系统的散热能力要优于开放系统。因为水的沸点是由其内部的饱和气压决定的,有了水泵的工作台面,就会在水泵的背面产生一定的真空度,从而造成冷却的饱和压力。水滴,冷却液蒸发。在相同条件下,气体或汽液混合物的放热系数远低于纯液体。因此,要求冷却系统的压力高于常压。一般来说,增加散热器盖的开启压力有利于散热。但随着压力的增加,散热器的强度也是一个考验。因此,一般情况下,汽车冷却系统的压力是有极限的。现在看到的汽车冷却系统一般有几个等级:货车0.6kg/cm*2,轻型车0.9kg/cm*2,轿车1.2~1.4kg/cm*2。
与散热器盖相对应的是膨胀水箱。通常使用软管将散热器的排气管连接到膨胀水箱。当散热器盖打开时,冷却液(有时是汽液混合物)通过软管进入膨胀水箱;当系统压力低于负压开启压力时,膨胀水箱中的冷却液通过软管被吸回散热器。
发动机热时打开散热器盖时,应慢慢旋松,逐渐降低冷却系统内的压力,过一会再取下散热器盖,以免被热水溅烫伤。或用汽油清洗散热器盖。
油冷却器
在某些发动机上,为了使润滑油保持在最有利的温度范围内,还安装了油冷却器。其类型分为水冷式和风冷式。水冷式按结构分为多板式和管式。油冷却器的润滑管路位于油泵后面。
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