重视散热系统养护的重要性及原理分析

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一、汽车水冷却系统散热原理   
    众所周知，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工作效力，严重时（比如缺水状态工作）会损坏发动机缸体，直至瘫痪。   
    因此，一般汽车都是通过用水冷却的方法进行散热。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。以下箭头图就是发动机水冷却系统的循环示意图：   
    热量被空气带走↑循环水流？D→水泵？D→缸体散热部位？D→散热水箱？D→冷却后循环水流？D→  
          ↑↓  
    散热能力下降的原因及后果   
    从上示意图可以看出，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，热交换的表现方式及目的是用循环水流带走缸体上活塞做功产生的热量。第二个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，其表面上的高温被气流带到空气中消化所产生的热交换。   
    从上述的三个热交换的方式及原理我们可以看出，只要任何一个热交换的能力下降，都会导致发动机活塞缸体的散热达不到设计要求。如果这三处的热交换能力同时下降，将会严重影响发动机的输出功率，并且会增加活塞运动的阻力，能源消耗大幅上升，最严重时直接损坏缸体，造成发动机报废。所以，如果平时不注重这些方面的保养，一般车辆会在行驶了5～6万公里后，出现能耗增加、动力下降，发动机噪音加大等现象，有的会因为水温过高而报警并熄火，夏天大家经常会看见公共汽车行驶时开着后盖的景象，那就是因为水箱散热差的问题。   
    那么是什么原因导致这三个热交换处的能力下降的呢？我们先来看缸体散热部位和水箱内壁，随着发动机使用时间的延长，这二个产生热交换的地方就和我们曰常生活中使用铝或铜质的水壶烧开水一样，时间久了会在内壁上凝结一层呈褐色的坚固物体，它主要有两种成分：一种是水中的氧分和金属的化合反应所生成的氧化物（而且水温越高，氧化物的生成越快），它的导热能力不到铜或铝的1/20。另一种是碳酸氢钙（俗称水垢），它在金属表面的生成式是：Ca(HCO3)2=CaCO3↓ H2O CO2↑，它的导热能力就更差了，不到铜或铝的1/40。可能大家已经看见过金属水壶结垢的现象，但并不知道它带来的浪费。我们反复做过试验，用一个新的水壶和一个用了二年的水壶，在里面加入同样多、同样温度的水，放在同一个燃气炉上烧至沸腾，新的水壶所用的时间比旧的要短13～15%。也就是说旧水壶会多用13～15%的燃料，这部分就是因为结垢造成热交换能力下降所带来的能耗浪费，这也是汽车行驶5～6万公里后油耗上升的原因。   
    而冷却水箱表体鳍片散热能力下降也是因为金属表面和空气中的水份化合反应生成的氧化物，及车辆行驶过程中吸入的灰尘、油污覆盖在其表面所造成。   
    二、汽车空调散热系统的原理   
    很多驾车的朋友都有这样的感受：行驶了一两年后的汽车，其空调器的制冷效果是高速时比低速时好，低速时又比堵车时好许多，碰到在太阳直照时堵车，空调器简直没有效果，而能耗还会增大，动力明显降低，那是什么原因造成的呢？   
    “能量守恒定律”是大家在中学的物理课上都学过的，空调器单位时间内在室内产生的制冷量永远和室外的排热量是相等的。所以，制冷量越大的空调器其室外机的冷凝器（散热片面积）就越大，它们之间的匹配关系是在产品设计时就已经决定了的。   
    由于冷凝器是在室外环境下散热，因此一般汽车空调的铝质散热器安装在汽车的正前方迎风处。但铝是一种很活泼的金属元素，随着使用时间的延长，散热铝片会被空气中的水分、雨水及车辆行驶时溅起的路面积水所氧化，在散热铝片的表面形成氧化铝。而氧化铝的散热系数不到铝的1/20，再加上灰尘、油污及垃圾粘附在散热铝片上，严重影响散热性能。单位时间内的散热量大大下降，从而导致制冷效果大幅降低。同时压缩机却会因为在单位时间内不能达到制冷速度的需求，从而长期处于最大输出状态，汽车分电盘的动力分配量始终在极限范围内，使得能耗增加而动力反而下降。这就是使用了几年的汽车空调器的制冷效果下降的根本原因。   
    从以上所述可以知道这些热交换处（散热处）如果不加以养护，其后果是不光损坏爱车，而且在一定的时间后就等于在烧钱！   
    笔者所在公司是一家专业从事具有综合性中央空调系统技术处理的专业公司。公司在前几年就已经注意国内汽车市场的发展，由于所引进为中央空调系统维保清洗的产品同样可以作用于汽车的空调及水冷却系统，而且中央空调冷却系统的要求及精度远远高于汽车。因此公司在2003年曾有意识的将二辆新买的东南富利卡汽车进行试用比较，目前该二辆车均在7万公里左右，以下表格中的数据可以看出它们之间的差距：   
    发动机噪音 高速百公里油耗 市区百公里油耗 空调状况   
    经过保养的车 55(dB) 9.9L（开空调） 11.7L（开空调） 基本和新车一样   
    未保养的车 62(dB) 13.3L（开空调） 16.6L（开空调） 启动十分钟内无效果   
    以上结果可以充分看出从新车就开始注重这方面保养的重要性。因此将该技术移入汽车养护行业使用，无论在安全性或效率方面都会带来一个全新的理念与惊喜。