浅谈汽车散热器的构造及其发展

浅谈汽车散热器的构造及其发展

【摘要】散热器是水冷式内燃机冷却系统中不可缺少的一个组成部分。汽车散热器一台汽车的全部零部件中占有较重要的地位。

【关键词】汽车散热器；构造；发展

0.概述

散热器是水冷式内燃机冷却系统中不可缺少的一个组成部分。汽车发动机的冷却系统，一般是由水泵、散热器、节温器、冷却风扇、风扇电机、电机开关、护风罩等部分组成。发动机在工作时机内的温度很高，所以为保证其能够正常工作，必须对其进行冷却。散热器的作用是利用冷风(既可以是汽车行驶时迎面流动空气造成的冷风，也可以是冷却风扇提供的冷风)来冷却被发动机高温零件加热的发动机冷却液。

汽车散热器是一个薄壁、紧凑性高、料重工轻的总成，其产值在一台汽车的全部零部件中占有较重要的地位。

汽车散热器主要是用铜和锡制造的。这是由于铜的导热性能优良，能够耐腐蚀，易于钎焊加工。但由于铜的资源问题及价格问题，对散热器不仅从材料厚度方面有所改进，而且从结构上也有重大的突破。从原有的管片式芯子结构，又发明了管带式芯子结构，使得在不减少原有性能的情况下，质量减轻近30%，这被认为是散热器发展史上里程碑。这种结构广泛用于中、小功率的汽车上。

1.汽车散热器的构造

散热器是由冷却用的散热器、贮存冷却液的上水室和下水室3部分组成的。由于散热器工作时会产生水蒸气，所以上水室还承担着气水分离的作用。

1.1散热器的结构形式

强制循环式水冷用散热器可分为直流型和横流型。直流式散热器在汽车发动机上使用极为广泛。国产解放CA6102型、东风EQ6100一1型发动机以及桑塔纳1.8L、奥迪1001.8L、富康1.36L、标致2L、夏利1L,1.3L等轿车发动机都采用了这种直流式散热器。

但是，由于它的散热芯子垂直布置，芯子上下分别布置了上水室和下水室，因而高度尺寸比较大，在发动机罩盖较低的轿车上布置比较困难。所以有些轿车上采用散热器芯子水平布置，用左右两侧的水室代替传统的上下水室结构，冷却液左右流动的所谓的横流式散热器。这种散热器宽度尺寸较大，芯子正面有效面积增加10%，从而加大风扇尺寸，得到更多迎风面积，使气流更为流畅。德国大众Golf型轿车以及BMW公司的一些轿车，以及国产依维柯、沈阳海狮等轻型

车上就采用了这种结构的散热器。

1.2散热器芯子的结构形式

散热器芯子是散热器的核心部分，起主要的散热作用。散热器芯子由散热管、散热片(或散热带)、上下主片等组成。由于它具有足够的散热面积，因此能保证将必须的热量从发动机散发到周围的大气中去。而且散热器芯子是用极薄的导热性能好的金属及其合金制造的，能使散热器芯子以最小的质量和尺寸达到最高的散热效果。

散热器芯子的结构有多种，如管片式、管带式、细胞式、管芯式等等。

对于管片式散热芯子，它是由许多散热管和散热片组成。散热管的外面串装了许多薄的金属平片(散热片)。空气在平行的散热片及散热管的外表面所形成的风道中通过，从而使散热管内流动的冷却液得到冷却。管片式散热器的主要特点是结构强度好，且可以少使尘埃、油污等堵塞芯部。故多用于震动较大、工况恶劣的载重车上。而对于管带式散热芯子，它是由波纹状的散热带和散热管相间排列构成的。而且在散热带上一般开有许多类似百叶窗的孔，以破坏空气流在散热带表面上的附着层，提高散热能力。这种散热器的芯子与管片式相比，散热能力较高，制造工艺简单、质量轻、成本低，但结构强度不如管片式好，因此多用于小客车及轿车。

管带式散热器可以采用单列、双列或多列散热管，后者可以在有限的空间尺寸内获得更好的冷却效果。例如，夏利7101U型轿车，原来采用的是单列直流式散热器，由于我国地域广大，气候条件及路况的差别也很大。该车型在南方地区明显感觉散热器的散热能力不足。为此，在保证原装配位置的情况下，将其单列散热管改成双列散热管的结构，使其在散热面积增加45%的情况下，散热量提高了10%，从而满足了正常使用要求。

现代汽车上，随着发动机强化程度的提高，热负荷也日益增加;此外，在采用自动变速箱时，自动变速箱时所用的机油也需要冷却。所以在冷却系内需增加油一水交换器。这样，就增加了散热器所要提供的散热量，所以，双列或多列的管带式散热器在现代轿车发动机上的应用日益增多。同一系列的轿车，在采用手动变速箱时，装单列冷却管带式散热器即可满足散热要求，而采用自动变速箱时，则需装用双列冷却管带式散热器;同时，也可以采用改变散热带的波峰节距的方法，来增加散热器的散热面积，提高散热能力，以满足发动机和变速箱的散热要求。夏利2000轿车的铝塑结构的散热器就采用的是这种方式。对于采用自动变速箱的散热器来说，是将机油冷却器安装在散热器下水室内，通过冷却液的循环对变速箱内的机油进行冷却。当然，也可以采用独立的机油冷却器来解决变速箱内机油的冷却问题。对于细胞式芯子及管芯式的散热器，因工艺的特殊性，不被广泛应用。

２.散热器制造新技术———铜硬钎焊技术

铜硬钎焊技术通过采用特殊的铜、锡和磷的钎焊合金,将黄铜和紫铜分别制成管和散热带钎焊成一个整体———即散热器和热交换器。铜硬钎焊技术的核心是无焊剂、无铅焊合金以及抗退火材料。其工作原理是用奥托昆普公司开发的铜硬焊金属填料OKC600在高温590~610℃时熔化,依靠金属毛细管作用力,流入焊接间隙,与母体材料(抗退火铜材)发生反应,在交界处形成合金金属连续体,构成高强度的金属一体化结构。

铜硬焊散热器具有铝散热器不可替代的优点:

(1)铜硬钎焊技术使用极薄的铜合金材料,与冷却液接触的管料采用铜带经激光焊接而成,厚度仅有0.085mm;与空气接触的带料采用导热性能好、强度高、软化点高的高铜合金,璧厚仅有0.025~0.030mm。虽然铜的比重较铝大,但铜加工成极薄型材料,可以减少用材,降低重量和成本。

(2)铜硬钎焊工艺采用无铅钎焊合金,在相对较低的温度下焊接,不需要使用焊剂,焊接温度容易控制(熔点温度允差范围大),焊接速度快,成品率高。由于生产工艺中省去了危害环境的去油工序,且生产过程中无需清洗,没有废水、毒气等有害物质的生成,因而减少了污染,改善了工作环境。另外,用这种工艺生产的铜散热器一旦报废后,还可以100%地完全回收,再次用于制作新散热器,节约了宝贵的资源。因此,铜硬钎焊技术是一种既可以降低成本,又有利于环境保护的新工艺、新技术。

(3)铜硬钎焊散热器使用的材料与钎焊合金,拥有几乎相等的惰性,使产生电化学腐蚀的可能降至最小。钎焊合金OKC600(CuNiSnP)对散热管来说,也是一种保护涂层。铜硬钎焊散热器一般说来,比锡焊铜/黄铜散热器有更高的抗腐蚀能力,并且与铝散热器相比更有竞争力:铝散热器更倾向于局部腐蚀形式,而对于铜硬钎焊散热器腐蚀形式通常是均等的,不会产生局部腐蚀。

3.结束语

汽车散热器材料与制造技术发展很快。铝散热器以其在材料轻量化上的明显优势,在轿车与轻型车领域逐步取代铜散热器的同时,铜散热器制造技术和工艺有了长足的发展,尤其是铜硬钎焊技术的出现使铜硬钎焊散热器在许多方面性能突出,在客车、工程机械、重型货车等发动机散热器应用方面优势明显。

【参考文献】

［１］孙海超.车用散热器材料的缺陷与发展[J].科技情报开发与经济,2008,(03).

［２］黄晖,马翠英.汽车散热器的材料及其发展[J].内燃机,2005,(05).