乘用车发动机散热器综合性能评估及设计趋势

首先我将介绍我们公司是做什么的，我为什么要做这个议题。我们公司主要生产铅焊式的榨质铝材，我们只做铝材。不锈钢我们不做，也就是说，我司业 务范围非常狭窄，我这样一解释大家就很清楚我们所作的工作，因为在整个乘用车的发动机散热器领域用铅焊质铝材比较多，从2013年开始，我们提出来一个项目，在国内乘用车的散热器市场做基础调研工作，所以我报告包括两个方面，一个就是散热器市场调研的情况，另外一个就是跟大家探讨一下乘用车散热器的发展方向。

散热器市场调研的情况

评 价一个散热器，实际上分两块，一个是它本身实现它功能性能的板块。另一个就它使用的可靠性，或是使用寿命，这是对产品质量的考核。最后是实现把这两个考核 指标结合起来，我们选取了国内12年到13年比较畅销的乘用车做了一个分类，希望我们的样本覆盖到各个类别的企业，所以得到了这样的一个样本的举证。基本 上它们类别都是6.到到6升的排量，有欧美系品牌，也有韩日系，我们尽量结合同一时期的产品的情况。做这个调研非常难，整车厂在做这个可能很简单，只要让 供应商送一款不同的散热器，在同一平台测试一下性能即可，但是我们是一个跨平台的，已经完成了一个技术开发的阶段，实际上已经进入市场，在对这个产品做一 个跨平台的评价的时候，就需要有一个很重要的指标。我们考虑引用一个综合评价指标，这个综合评价指标跟前面的思路一样，把性能和可靠性都涵盖在里面，这里 ABCDEF是主机厂都会做的一个评价，另外从材料开发商角度出发，我们额外提供了一个指标F，如果说你这个厂家用的更加轻薄的材料，说明它需要在技术开 发商有更多的一个付出，所以我们给它一个额外的加分项。第一个性能就是热力性能，这是主机厂最关注的，它包含了很多内容，一个就是换热量，一个就是分组空 气侧的阻力，还有冷冻液系统的阻力。

随 着轻量化议题，我们关注它的一个重量。根据前面的测试结果，把单位重量的热力性能和单位体积的性能有一个直接的对比。从这个图大概的可以看一下，基本上自 主品牌单位体积的性能非常接近，就是后面的6个样本。单位重量的性能实际上是稍微要比合资品牌略逊一筹。通过测量所有散热器的厚度，不同的厚度显示的性能 是不一样的，一个直观的认识是体积越厚散热量越大。刚才的表有重量、体积和风阻、水阻，我们提出的综合性能指标，就是把前面所有的参数都做了一个无量钢的 处理，这个指标性能越高越好，风阻和其他的阻力越小越好，这个峰值越高，说明综合性越高。其中第三方的样品峰值是非常低，因为它是一个唯一准备时的散热 器。合资品牌有一些车会用这个产品，后面就是可靠性的环节，首先我们做冷热循环的测试，12套里面有4套没有认证，它的情况非常的典型，其中有一件是在靠 近主管的位置进行了开裂，还有一个在扣合的地方进行了鞭刑，这个材料本身就没有达到一个从铝材来讲没有达到一个实效的一个程度。然后我们也分析了一下在然 热其做冷热冲击的时候一个温度的变化情况以及它各个圆管里面水流分布的情况，可以看到，各个管里面的差别很大，还有一个结论，随着我这个温度变换，从低温 升到高温或是高温升到低温很长时间以后，分布的情况越来越糟糕，最后形成一个稳定的情况。

此 外，我们公司还关注了外腐蚀，就是大气对我们散热器腐蚀的情况，我们的指标是40天，在行业里面这是非常高的要求，很多企业是用20天作为一个水平，40 天是一个趋势。我们得到的一个反馈是这样的，40天指标有三个样品没有达到认证要求。同时，内腐蚀的结果，对散热器非常重要，从客户那里得到反馈信息，散 热器由于内腐蚀的效率比外腐蚀大很多，内腐蚀用了更加严格的标准，就是用在OY标准，OY是日本的一个污染比较严重的一个水质的区域，当时日本的企业最早 把这个OY水的内腐蚀实验引入到汽车开发中，现在，国内以及美系、欧系越来越认可这样的测试。在这个通用的OY的技术上，我们公司自己开发了GT—OY， 就是把它做的更加严格。这里有三套样品，没有做完整样品测试，只是把它切开做小块的措施。从测量的腐蚀深度可以看到，红色的数让我们非常的震惊，速度非常 快，如果每天50微米的腐蚀，40、50天就穿孔了。不同的铝材对腐蚀率有明显差异，如果铝材内表面跟水接触的地方，不包含处水层的材料的话，它的腐蚀数 率非常高。目前来讲，国内散热器行业也有很明显的区别。以上，只是列举我们测试的结果，还不是全部的，最终将根据之前提的一个KPI的指标，把项目的因子 都加进去有一个总的平分，考虑综合性、热力学性等一些指标，3样品最低，因为它不是钎焊式的。

发动机散热器的设计趋势

尽 管发动机散热器的设计趋势的发展速度非常缓慢，但是我们还是要关注它，说不定哪一天就有一个新的技术出现了。首先介绍散热器的设计方法，目前散热器行业使 用的大部分还是一个经验计算的方法，没有用到一个更加高效、更加能够跟实验拟合匹配的设计方法。我们做了在散热器行业的经典案例，80%的传热阻力来自于 空气，它占80%，另外10%是来自于冷却液的水和管的散热，还有9%是本身办理材料的导热，另外1%是来自扁管材料，从水把这个热量传递到磁片上。

所 以，散热器的优化设计核心还是在空气侧的优化上。散热器是热管理系统的零部件，它会牵涉到热管理系统的变革，发动机本身有一些热源，它要有一些改变。发动 机的小型化和动力提升是一个明确的方向，决定散热器的散热器量不是尺寸而是功率，功率达决定了散热器的散热器量。它现在越来越小，功率越来越高，在功率提 升的前提下把空间节省下来，这对散热器的要求更加严格。现在国内特别明显的就是，要提升动力，发动机做小，排量做小，就必然会有涡轮增压，涡轮增压对散热 系统有一个质的变化。如果是水冷的涡轮增压的话就必须加一个低压的散热器。在电动车和混合动力汽车依然需要低温，因为发动机的热量是90度，低温水箱需要 50到60度，用热源冷却电池或电池部件，这电在动车上非常的明显，还有生物燃料，新能源，油改汽，这些对散热量会带来什么变化现在还不是很清楚，但相信 将来会有。

另 外典型的热管理技术变化就是控制策略。现在水温控制非常的机械，我们认为，我们润滑油需要90度的一个油温，散热器恒温控制在90度，关注这个行业的都知 道，实际上水温或是包括油温，会根据实车运行的工况发生变化，它就反映在我们的热管理系统上。现在是制动的来管理，而不是被动的控制这个散热器的水流量， 通过MKQ产品、通过发动机需要的温度来控制整个的热管理的系统。还有比较典型的是分体式的管理系统，就是钢头和钢盖需要不一样的温度，现在一体式的设计 没有办法做到，如果你要实现分体式的设计就必须给它单独的一个冷却水的回路，在复杂的系统下，散热器环境工作也将发生变化，因为它里面包括流量的冲击，包 括温度的冲击都会比现在大很多。现在还有一个发动机的余热，在启动的时候要有一个很快的升温过程。这个ID就是说散热器的产品，它可以拓展到很多，包括空 调系统，包括压缩机，涡轮增压器，它的设计是根据最苛刻的工况开发的，我们还要有一个10到20%的余量做保险系数。这是沃尔沃的数据，实际上它在商用车 中更典型，80%使用的场合，它负荷只占最大负荷的25%，这就提醒我们，在设计时不能过渡。现在对于散热器产品来讲，最好的一个方案就给它更灵活，右边 是我举的散热器优化的例子，它实际上加了一个喷水系统，可以是现在最恶劣的工况下这个喷水系统使它运转下来，使水更快的冷却下来，常温下又回到平常的时 候。散热器是最优化的部分，这个例子是电装提供的方案，用一个部件级的优化，就可以有一个很好的提升。个意义是非常大的。这是扁管的优化，还有管路分配的 优化，大家都比较清楚我就讲的简单一一些。

另一个思路，优化系统，做散热器的厂家只做散热器，做冷却器的厂家也做空调。现在的水箱塑料的是PA66的材料做的，铝合金的回收是99%以上回收，如 果加上散热器的话对它的回收非常的有利。这个例子是从车辆行驶的空气动力学的角度，还有空气流到的一个角度出发，怎么去优化产品。实际上我们做散热器产 品，我们不会考虑到这个内容。比如我们的散热器是F1的，我们的发动机是比较扁的，如果有一个很大的散热器就很困难，可能就会倾斜，倾斜后，这种汽片的话 是这样斜过去，但是论证时不会这样，这个结构不利于散热器，我们就做成风阻更小。现在有一个明显的趋势就是前舱的散热器数量缩减，我们有水箱、中冷气和其 他的一些系统，从这个图上可以看到，未来电装只有低温水箱和高温水箱，它低温水箱又可以做一个中文的水冷气。

结 合我们公司的情况，现在散热器的材料本身也在实现一个轻薄化，所以，这是契合于整车的趋势，后面可能是更加细节，时间有限我就简单的带过去。这个驱动技术 是我们公司开发的一个技术，它最大的一个ID就是把钎剂融入进去。这个是碳素泡沫，将来不用铝合金做散热器，用高分子的材料去做，它更加能进一步实现清凉 化，因为这个散热器不涉及到我们的安全，也不涉及到驾驶的操控性，所以说用非常轻的材料都是OK的。现在碳素泡沫的话在90年代末的话已经实现一个非常质 的提升，就是它散热导热系统已经跟铝材接近了，这种碳素泡沫的换热性能跟我们的金属非常的接近，他抗腐蚀性也非常的优异，现在已经有国外非常流行的在开发 这样的同类产品。防冻液也是非常热的一个话题，纳米流体，产生的防冻液里面加一些氧化颗粒来提升我们的散热器的散热器墙也可以把尺寸缩减下来。这个就是我 们添加不同浓度的纳米流体的话可以把它换热的导热量提升这么多。

简 单回顾一下，我们公司做了一个对整个国内散热器市场的技术调研，我们希望跟着这个行业一起去发展，所以说，我们将来在自己产品的开发上，也会跟着这个行业 趋势走。 这是客户对我们做这项工作的评价，将来我们还会有更多的内容做蒸发器、冷热气等行业的调研，希望大家关注，谢谢大家。

（文章来源：盖世汽车网）