散热器一直没能在汽车发展历史上成为核心的技术部件,但它绝对是汽车不可或缺的关键部分;正如你能见到的所有汽车,包括古董车在内,没有一辆车没有散热系统!
保时捷跑车是当今为数不多的坚持水平对置发动机的车型之一,保时捷的对置引擎最早从911上的6缸2.0L风冷开始。911采用后纵置引擎后轮/四轮驱动布局风冷设计,发动机舱内可用空间不多,但进入70年代后消费者对汽车功率的需求越来越高,同时催化转换器、无铅汽油的引入以及新废气排放条例的实施也急需增大发动机排量。虽然保时捷采取了包括扩大缸径和改善点火系统等一系列手段试图坚持自己风冷的传统,但是这种努力与整个汽车发展的大趋势是无法抗衡的。
风冷911Flat6发动机在993一代已经发展到极限,在使用风冷设计的前提下3.2升已经是最大排量了。为了保留冷却空间,保时捷甚至一直使用占用空间较少的单顶置凸轮轴,而对当时已经普遍使用的双顶置凸轮轴视而不见。风冷发动机曾经是保时捷911的招牌,但大势所趋,不管多么不心甘情愿,保时捷也不得不放弃这种看起来已经是固执的传统。911GT1/Boxster首先试验水冷Flat6双顶置凸轮轴,并在随后的996一代911上采用了水冷设计。得益于水冷系统,996(911GT3)发动机容积达到空前的3.8升,配合在993/968上登场的VarioCam(类似VVT-Li/i-VTEC的系统)最高转数提升到7850转。在这个质变的过程中,水冷成了制约汽车的关键部分。但是遗憾的是,这样经典的例子并不多,多数时候,散热系统并未得到人们的过多关注。
存在于汽车历史中的“配角”
在长达100多年的汽车发展历程中,散热器本身并没有引领过汽车发展的潮流。但从最早的内燃机为动力的汽车开始,散热就一直是汽车必须考虑的问题。从l770年法国人尼古拉斯古诺将蒸汽机装在板车上,制造出世界上第一辆利用机器为动力的车辆开始,人们对于散热的考虑就开始了。但是那时人们考虑的是怎样更好的留住热量。到1886年卡尔·奔驰和戈特利布·戴姆勒分别独立组装了使用内燃机做动力的汽车之后,人们关注的焦点迅速转为怎样把热量散去。内燃机对热量的要求存在着一种矛盾,燃烧阶段需要温度越高越好,但是燃烧之后又必须把温度降低到可接受的范围内,当然,并非越低越好,一定的工作温度是发动机良好运转的必需。
在汽车发展的大事记上,与散热器相关的仅有两次。一次是1890年,迈巴赫发明了蜂窝式散热器,蜂窝式散热器是一种非常有效的发动机冷却系统,它的应用为现代汽车发展奠定的坚实基础。1899年戴姆勒公司首先采用了整体式水箱的蜂窝式散热器,水冷系统的基本结构确定。同年,分挡变速器和脚踏式油门由戴姆勒公司率先采用,第一辆菲亚特汽车问世,全美第一家汽车修理厂在纽约成立,同样是在这一年,德国人西韦尔成为第一位死于车祸的汽车司机,跟这些比起来,冷却系统的这一次重大飞跃显得并不出众。
另一次是在1921年,镀镍技术被应用于散热器,但是同年发生的其他事件显然更具轰动性:林肯汽车转向信号装置列为标准配备;四乙基铅在汽油中具有抗爆作用被发现;底特律设计出同步交通信号灯和高出地面的安全平台;第一家汽车饭店开张……散热器上的这一小小创举很快又淡出了人们的话题。
汽车设计师试图在散热器的外罩上花费更大精力,然而这恰恰反衬出散热器本身的尴尬境地。目前还没有迹象表明未来散热器会在概念和方法上会有颠覆性的变化,而散热器的好与差之间的差距也许只是耐用性能和材质方面的区别,冷却液是用水还是用油,冷却水箱用铁还是用铜……这些就构成了散热系统的发展内容。随着社会和经济的进一步发展,铜由于具有重量轻、成本低、耐震、耐蚀、耐疲劳等优点,正在占据散热器的主流材料。除此之外,关于散热系统,没有任何重大事件将要发生。也许数十年之后,能源科学的发展使汽车摆脱了内燃机之后,散热器才会从汽车中消失,不过,估计那时的散热水箱跟现在比起来也不更有创意。
核心技术与人体相似
发动机是汽车的心脏,它工作时会产生非常大的热量。这些热量必须及时散发掉,不然就会影响发动机的正常工作,严重时会损坏发动机缸体甚至瘫痪。
汽车除了用水冷系统散热外,润滑油循环系统承担了一部分散热工作。水冷系统其原理就是将发动机缸体的外壁做成散热片状安装在密闭的机壳内,通过两根进出水管道与水箱连接,在循环水泵的作用下进行循环,用循环水流将发动机缸体上的高温带至安装在汽车前方迎风处的散热水箱内,利用水箱鳍片式的散热方式将热量散发到空气中,冷却后的循环水流再次进入发动机缸体散热部位。这种散热原理就是每个人都熟悉的人体散热机理。
整个发动机的冷却水系统共有三个热交换处:一个是缸体散热部位,二是接近沸腾的热水流进入内壁呈格栅状的散热水箱后,其热量被迅速传递并散发到水箱的铝或铜质的鳍片上。第三是水箱鳍片在吸收热水的热量后,其表面高温被气流带到空气中消化所产生的热交换。
谈到这里就不得不说一下车上的通气口。拿跑车来说,跑车侧面上的“洞”,一般是为了冷却发动机或刹车盘而用来进气和出气的。如果是前置发动机,即发动机在车头放置,那么车头上的进气口不仅要大些,且在车身侧面开个出气口可提高流过发动机或前刹车盘的空气速度。如果后置,即放在车尾部。针对这种情况一般有两种解决方案:一是把发动机的散热器放到车前端,就像前置式发动机的散热器那样,但这种方式必须让循环水管穿过整个汽车。第二种方案是在车身的侧面开进气口。也有少数跑车在车顶上,就像F1赛车中车手头顶后部的宠大进气口那样,当然没有F1赛车的进气口大,否则很不美观。 (责任编辑:俞劲柏) |