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1 # 馬頭人車庫
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2 # 天和Auto
汽車內燃機散熱系統為「風冷+水冷」知識點:燃油動力機動車裝備的發動機為「活塞往復迴圈式_內燃式熱機」,這是一種透過燃燒燃油產生熱能,將熱能透過活塞連桿曲軸結構轉化為機械能的機器。
摩托車可以採用風冷散熱系統,汽車卻普遍使用水冷散熱,原因正在於“熱”的程度存在差異。摩托車的排量一般按照「cc/ml」計量,前者為體積單位、後者為容積單位,準備的公制計量方式應該用ml(毫升)。重機車撇開不談,絕大多數代步型與越野型摩托車的排量均為【≤250ml】的標準,如果不好理解的話則可以用0.25L-NA自然吸氣標註。
汽車的發動機似乎再小也要有「0.66L」,這是全球效能等級最低的日系Kcar的排量標準。中國產汽車(涵蓋合資)的排量標準目前為“≥1.0L-NA/T”的標準,至此可以找到為什麼汽車不能僅用風冷的原因了。因為最小排量的汽車也是中等摩托車排量的4倍,效能理想的汽車會有8倍以上的排量差;排量指發動機進氣或排氣流體體積的綜合,排量越大進氣量越大,再看空燃比。
圖1:排量概念(氣缸數容積總和)
圖2:理論空燃比(14.7:1)
內燃式熱機的噴油量要按照進氣量的多少由ECU分析計算,因「空氣燃料比」是固定的,所以進氣量越多則噴油量越大,混合油氣的基數自然會更高。更多的燃油在更多氧氣的作用下必然會產生更高的熱能,但是這些熱能並不能全數轉化為動力;因為活塞的運動、機體的低溫以及進排氣壓力與溫度影響都會損耗熱能。正常的內燃機往往只能將35%左右的熱能轉化為動能,這叫做“熱效率”。
綜上所述,汽油燃燒產生的火焰溫度高達1200攝氏度,而機體的溫度遠低於這一標準。參考熱力學第二定律的描述,熱能會無序的傳導至低溫物體(或環境);也就是說機體會持續的吸收氣缸內的溫度,吸熱自然也是機體材料本身溫度的增長。摩托車裝備的內燃機排量非常小,燃燒產生的熱能基數不是很大,所以吸熱後透過外部氣流即可合理的均衡執行溫度,但是汽油產生10倍左右的熱能,僅依靠風冷還能有效散熱嗎?
汽車散熱系統水冷系統_內部風冷系統_外部汽車裝備的大排量內燃機實際也有風冷系統,注意車頭散熱水箱後方的散熱風扇,這兩組風扇的實際作用並不是往前吹風為水箱散熱,而是往後吹風為機體散熱。
汽車在行駛中的最大行駛阻力為「風阻」,也就是車頭撞開環繞在地表的空氣產生的阻力;高速行駛的汽車會造成空氣(氣流)從格柵中網竄入引擎艙,水箱的散熱依靠的就是這些氣流。此時如果用風扇往前吹風,這是不是在增加行駛阻力呢?狀態實際就像是宇宙飛船的減速,噴孔調整角度“往前吹”不就是減速嗎?
總結:汽車電子扇的作用是為機體由外至內的降溫,但僅僅依靠風冷已經不足以滿足散熱。所以必須採用沸點很高的防凍冷卻液在缸蓋裡迴圈,流經缸蓋時吸收燃燒產生的熱能,之後到低溫散熱水箱中降溫後再次流入缸蓋,週而復始配合電子扇才能實現「大排量發動機」的恆溫,這就是汽車採用“風水冷”的原因。不過早期也有些車輛使用風冷,比如八十年代知名度極高的「菲亞特126p」,這臺排量為“0.653L”的直列雙缸發動機就是採用的風冷,其行駛品質回頭去體驗的話……
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3 # 愛車大家說
汽車發動機是透過燃燒燃油做功的,會發熱,所以需要散熱。而發動機散熱系統從以前到現在經歷了由風冷向水冷的轉變。那為什麼以前的汽車用風冷散熱,而如今的汽車不再用了呢?這就說來話長了。
風冷和水冷顧名思義,風冷就是靠氣流吹過發動機帶走熱量給發動機降溫。而水冷就是靠冷卻液迴圈帶走熱量給發動機降溫。
比如上圖就是我們最常見的摩托車發動機,這就是一個風冷發動機。發動機的氣缸頭和缸體上有很多散熱片,這樣可以增加與空氣的熱交換面積,提高散熱效率。
這一張圖是水冷散熱的示意圖,發動機內部有很多水道,裡面充滿冷卻液。前端有散熱器,與空氣進行熱交換,冷卻液在水泵的驅動下迴圈散熱。
風冷和水冷的區別兩者最大的區別就在於對溫度的控制精度以及調節上了。
風冷發動機的散熱片始終暴露在空氣中,所以不管發動機是否達到正常工作溫度,只要發動機溫度高於氣溫那就一直在散熱,很難把發動機溫度控制在比較小的範圍內。而水冷發動機有節溫器可以調節冷卻液的迴圈,再配合水溫感測器,可以把發動機溫度控制在最佳範圍內,調節精度更高。
其次風冷發動機散熱效率不如水冷,汽車的風冷發動機雖然也有散熱風扇,但是空氣的比熱容比冷卻液小得多,而且風冷發動機能與空氣進行熱交換的散熱片面積有限。而水冷發動機使用的冷卻液比熱容更大,相同流量的情況下能帶走更多熱量。而且水冷系統冷卻液與發動機發熱部位的接觸面積更大,所以水冷系統散熱效率比風冷系統更高。
所以說風冷系統除了結構簡單外其他方面都不如水冷系統。但是現在的車不用風冷系統的主要原因還是風冷系統無法滿足當前發動機散熱需求了。
以前的發動機升功率很低,壓縮比也很低,所以就算溫度控制不那麼精確也不會對發動機的執行造成太大影響。
而如今發動機效能越來越好,壓縮比也越來越大,再加上政府對尾氣的要求越來越嚴格,所以傳統的風冷系統已經無法滿足當前發動機的需求了。
比如壓縮比越來越大,壓縮衝程末端混合氣越容易自燃,溫度控制不好的話容易出現爆震,影響功率輸出。另外發動機尾氣後處理需要三元催化器,而三元催化器的工作效果與溫度關係很大溫度太低了不行,太高了更不行。風冷系統就比較難滿足這些需求了,而水冷系統則更加適合。所以現在汽車上早已不再使用風冷技術了。
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4 # 八車道
風冷發動機的代表作肯定就是保時捷的911了,它擁有很多車企都夢寐以求的技術,能夠把風冷發動機發揮得淋漓盡致也就只有911了。
在我們現在的汽車工業發展看來風冷已經是過去式的代名詞了,首先內燃機的發熱點並不是集中在某一個點上,需要常規的整流整體的熱能就必須要用到液冷,看保時捷的風冷發動機,慶幸的是它是採用水平對置,要是直列或者V型排列真的不知道需要多少颱風扇才能達到風冷的效果啊!!!汽車上的發動機都是使用多氣缸排列的佈局,所以風冷發動機不是最好的散熱方式。風冷發動機的氣缸需要增加更多的散熱葉片配合冷卻風扇才能達到僅有的散熱效果,而增加散熱葉片勢必要加大缸體增加重量,與如今的節能減排行成了很明顯的反差。而在如今的渦輪增壓發動機上風冷系統已經切底的被扼殺掉了,因為渦輪增壓發動機要求更高的散熱系統而風冷並不能滿足散熱要求。
我們玩機車的朋友都知道,排量稍微大一點的機車基本都採用液冷的方式,這樣一來可以更加有效的控制燃燒室的溫度從而達到相應的動力要求。大部分單缸發動機依然使用風冷散熱,也是沿襲了僅有的風冷系統吧!!
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現在汽車發動機都是靠冷卻液在發動機裡迴圈流動帶走工作產生的熱量,如果你仔細觀察會發現,一般的摩托車並不是這樣,因為體積等方面因素的制約,摩托車用的是風冷的形式,單缸發動機外設計出了很多翼片利用撞風帶走熱量,結構簡單,零件數量少靠。
風冷散熱相比現代的液冷散熱,缺點也很多,尤其不適合大功率的多缸引擎使用,對外界條件的適應性也差於液冷散熱,風冷散熱對發動機的溫度控制不如液冷系統那樣穩定,在冬季發動機預熱慢,低速行駛時散熱效率差等等。
那麼歷史上有汽車採用風冷的形式散熱的嗎?
還真有,不過離現在比較遙遠了,那就是保時捷的明星車型911系列。在很多汽車都採用更加先進的水冷散熱時,911還是堅持著利用風冷進行散熱,特立獨行並以此為特色,直到993的問世才結束了這段輝煌的風冷歷史。如今,在海外的二手市場上隨便一臺車況良好的風冷911,其售價都可以輕鬆超過年代更近的現款液冷911,並且更加搶手。
所以911在過去那麼久一直堅持用風冷只是簡單的為了“情懷”兩個字?
瞭解911的車迷都知道,911之所以如此經典除了跟數年不變的造型息息相關,跟它的後置後驅水平對置發動機的佈局也是密不可分的。
在但是水冷技術在當時並不是很先進,不僅在夏天容易開鍋,在冬天也容易結冰。所以保時捷當時就採用顯得更加“固執”的風冷技術,並且玩得出神入化。
保時捷的第四代911 GT2,雙渦輪增壓發動機,爆發出430匹的馬力,而且依然是風冷,那麼就有人問既然風冷這麼好,為什麼保時捷現在改用水冷了?
隨著時間的推移,水冷技術越來越成熟,風冷的弊端也開始慢慢顯現出來。
首先就是噪音大,發動機運轉起來轉速還是很高的,為了達到足夠的散熱效果,風扇不得不瘋狂的旋轉,而且在發動機艙這樣密閉的空間裡聲音更是擾人。
其次是風冷發動機的發熱不是很均勻,要達到水冷發動機差不多的發熱水平就要大大提高發動機的製造工藝,這在90年代是一個很不簡單的事情,就算是做到了,成本也是不得不考慮的事情。
對於開車的人來說,最不能接受的就是風冷發動機不能像水冷發動機那樣在冬天可以提供暖氣,這讓開車本該是一種享受的事情變得不是那麼愜意。
在保時捷推出996時,風冷發動機就落下了時代的帷幕,一代經典也就此結束。但是在今天,我們依然可以看到很多風冷保時捷活躍在街頭(由於排放,國內很難見到 )。