1、散热器基本知识 汽车散热器基本知识散热器在1901年第一次被展出。散热器的产值在汽车的全部零件中占有较要的地位，例如：在发动机中占14%，在汽车全部零件中占2.5%，仅次于电器和减震器而占第三位。长期以来，散热器一直用铜和铜质合金制造，这是由于铜的导热性能良好，能防腐，易于焊接和加工而且也由于过去取材交易等。但鉴于铜系战略物质，近年来铜价暴长、波动甚剧、更兼汽车日多、能源紧张、污染严重、较大的汽车生产国又相继立法，限制车重，迫使各散热器公司竟相进行以铝代铜的研究。因此，散热器的发展趋势是以铝代铜。又由于发动机功率和行驶速度的提高，动力转向，自动变速和空调设备等的普遍使用，以及冷却系统的发展等都
2、对散热器提出了更高的要求。各生产企业在制造工艺上做出许多改进，不仅使成本大为降低，而且质量也大有提高。世界上主要产散热器的国家及其公司：美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本。美国最大的通用公司的哈里逊(Harrison)散热器厂。英国的联合工程公司(Associated Engineering Co,)系统的可弗拉特(Covrad)公司、赛克热交换和服务公司(Serck Heat transfer&Service)、玛尔斯登散热器服务服务公司(Marston Raditor Service Co.)、雷特赖泼公司(RadReps Co.)。西德的以贝尔散热器厂较为著名。法国的以肖松公司最大。日
3、本的以东洋散热器公司、日本散热器公司、东京散热器公司较大。 一.为什么要安装散热器，是不是散热能力越大越好？1. 由于大多数物体在受热后都要膨胀，温度越高，膨胀越大。内燃机的零件在工作时受热膨胀后，会使零件变形，过分的膨胀，则使相互配合零件见间的正常间隙受到破坏。2. 金属零件在高温下会降低强度，不能很好的工作。3. 润滑油在高温下，它的粘度也要大大降低。如果润滑油的粘性降低，油膜的承载力下降，不能在运动副中保持良好的润滑，加剧零件的磨损。同时气缸壁温度太高时，将会使进入燃烧室的润滑油迅速燃烧，引起润滑油的消耗量增加，并且使燃烧室积炭。4. 气缸内的温度过高时，气缸充气系数下降。汽油机还容易产
4、生爆燃现象。但是应当注意得是冷却必须是适当的，过分的冷却也会给发动机带来诸多的不良后果：1. 气缸内温度过低，燃料不能完全燃烧，随废气排出，使燃料消耗量增加。2. 润滑油在低温时粘度增加，使零件在运动时的摩擦阻力加大，消耗较多的功率，因而减少了输出功率。同时，润滑油的针入度下降，可能出现运动附中没有润滑的情况，加大磨损。3. 温度过低，发动机的热效率下降。4. 燃烧后废气中的水蒸气和硫化物在低温是时会凝结成为一种叫亚硫酸的液滴，能腐蚀零件；气缸在长期低温的情况下工作，也容易被磨损。5. 在汽油机中，如果气缸内的温度过低，则吸入的混合气中的汽油蒸汽将有一部分凝结在气缸壁上，流入曲轴箱使润滑油变质
5、。6. 气缸激冷，使排放变坏。二.散热器传热原理平板是较理想的传热几何形状。汽车散热器是用于两种流体间热交换的，一种流体是空气，另一种流体是冷却液。发动机的燃料燃烧时产生的热量有一部分传给冷却液，经由紧贴在水套内壁的冷却液边界层（简称液膜）、散热器的金属壁（包括水管和散热片）、紧贴在金属壁外表面的冷却空气边界层（简称气膜），在传到大气中。管片式散热器的传热示意图一如下： 散热器的传热途径：冷却液液膜散热器的金属壁（包括水管和散热片）气膜大气散热器的全部热阻等于水管内壁冷却液边界层热阻、金属材料本身热阻及水管外面冷却空气边界层热阻之和，而热阻的倒数即为散热系数。可用下式表示：总热阻=液侧热阻（液
6、膜热阻）+管壁材料热阻+气侧热阻（气膜热阻+散热片材料热阻）根据试验可得，以总热阻为100%，则各项热阻分配约为：液膜热阻占10%，管壁材料热阻占1%，气膜热阻占80.1%，散热片材料占8.9%。因此热量在由冷却液传到大气的整个过程中，对传热起主要阻碍作用的是散热器表面冷却空气边界层热阻，其次是水管内壁冷却液边界层热阻，而金属材料的热阻由于其绝对值数字很小，对散热系数K值影响很小，一般在计算中常略去不计。（三）现代汽车用散热器具有的几个特点：1. 散热性能良好。2. 尺寸较小。由于汽车发动机排气净化、自动传动装置、转向加力设备、空调器的安装原因及扩大视野等要求，散热器的尺寸必须减小。3. 重量
7、较轻。4. 较好的使用寿命长和良好的适应不同道路和气候条件的能力。5. 成本低廉。6. 维修简便。散热器的分类： 汽 车 散 热 器 直流式散热器管片式芯子扁管式圆管式管带式芯子细胞骨架式芯子 横流式散热器管片式芯子 散热器性能的好坏，主要取决于芯子的结构设计，散热器的性能主要为空气一侧的传热系数a所决定。考虑到散热器成本的60%-70%为原材料费用，其中铜占50%，因此为了降低成本，除以大量生产的方式来减低费用外，还应从热工学观点来节约材料，即努力争取单位重量的最佳散热性能。具体的改进办法主要有两方面，即改进芯子散热片的设计和采用压力式冷却系统。1. 散热器芯子的构造型式：目前有四种，管片式
8、、管带式、细胞式和管芯式，它们的结构见下图二：它们各有优点：（1）.管片式散热器芯子同其他结构相比强度好，而且可以少使尘埃、砂子和机油残渣等物堵塞芯子，故多使用在震动大的载重车上。(2)管带式芯子与管片式相比，散热能力高，制造工艺简单，重量轻，成本低；但结构刚度不如管片式好。所以，在使用条件较好的小客车和公共汽车上得到广泛应用。近年来由于道路状况的改善，管带式散热器在大车甚至重型载货卡车也运用了。（3）细胞式芯子具有大量的焊缝，易漏水；此外，弯曲的水路难清洗，同时这种结果在生产过程中，要消耗较多的焊锡。但单位重量的散热性能比较好。这种芯子很少用。（4）水管式散热器的一个显著特点就是散热器的任何
9、部分损坏都不致使散热器立即报废，损坏的损芯可被迅速和容易地更换，而且能立即恢复工作，并不减少其冷却性能。目前主要用在机油冷却方面。四. 汽车散热器的构造1.汽车散热器的整体结构如下图：汽车散热器由散热器芯子、主片、侧板、上下水室、加水口、进出水口、溢水管等组成。上水室顶部有加水口，平时用盖（散热器盖）盖住。冷却水由此注入整个冷却系统。在上下水室分别装有进水管和出水管，进水管和出水管用橡胶软管分别与发动机气缸上的出水管及水泵的进水口连接。由发动机气缸盖上的出水口流出的温度较高的热水经过进水管进入上水室，经散热器芯子得到冷却后流入下水室，由出水管流出被吸入水泵。在下水室或出水管上有放水开关。. 1
10、.侧板；2.放水开关；3.下水室；4.下主片；5.出水管；6.芯子；7.上主片；8.加水口；9.溢水管；10.上水室；11.进水管；12.散热带；13.水管3. 冷却水管及散热片散热器芯子的基本元件是散热管和散热带，它决定着散热器密封、散热和强度的质量。散热器的水管大多数采用扁圆形的断面，也有使用圆形、椭圆形、和矩形断面的。扁管和圆管相比，在容积相同的情况下，具有较大的散热面积。同时，扁管比圆管有较大的净面比，这保证了散热器有较大的空气通道。此外，当管内的水冻结膨胀时，扁管可以借助横断面变形而免于破裂。扁管的成型方法，目前基本上分为咬口钎焊、高频对焊、冷拔成型等三种。其中以咬口钎焊的水管历史最
11、为悠久，现在软钎焊的铜散热器也基本上仍沿袭这种结构。 咬口钎焊法制造水管，实质上是用薄的带料滚压成型、镀锡热加工与切断加工所结合的一种特殊加工方法。高频对焊法与咬口钎焊法相比，具有以下优点：（1）同样带料厚度和水管尺寸的情况下，由于无咬口可节省带料重量的6-18%。（2）在水管同样工作情况下，由于高频对接水管有更大的强度，而可以减少带料的厚度。由于不用担心钎料的二次熔化，可以实现铜散热器的硬钎焊。（3）外表面较为光滑，形状尺寸准确，与主片装配的间隙更为合理，节省装配工时，降低散热管头子的漏水率。（4）由于强度高，可以承受较高的冷却系统压力和温度。因此可以说，高频对焊是一种发展方向，特别对铝散热
12、器和中冷器发展重大意义。但高频管也有它的缺点：设备一次性投资大，设备的维护水平高。对中小型散热器公司来讲承受能力有限。同时，如果出现散热管漏水，补焊比较困难，可能要求扎管。这将导致不符合产品的标准。为防止出现这种情况，可能要求在散热管检漏，又无形中增加了制造成本。冷拔成型的水管由于具有无缝的特点，而在质量方面占有优势。但其加工成本昂贵，到了散热器公司可能要求开卷整形，还需要增加一道镀锡工序。因此，它的使用受到一定的限制。目前只在一些附加值比较高的大型散热器或者油冷器上使用。2.主片及水室：散热器的主片及水室的构造形式均以工艺制造简便、节省原材料、易于钎焊和装配、可靠性高为前提。主片中水管孔的排
13、列要完全符合散热片中水管孔的排列方式和数量，对于管带式散热器的各排水管孔都在同一条直线上。为了增强水室壁的刚度，在水室壁上应布置有加强筋，加强筋的分布位置应使水室的边壁坚挺。 根据散热器芯部的构造型式和散热器的用途，水室和主片的连接方法，一般可有钎焊式和机械连接式，而钎焊式又可分为插入式和压边式。根据试验可知，最大应力发生在主片与水室相连的主片处。应力集中的地方极易发生变形而脱焊漏水，所以必须从结构上增强主片和水室的刚度，来消除水压引起的应力。与此同时，主片具有一定的弹性，借以克服温度变化而产生的应力。3.散热器的固装框架散热器的固装框架是将散热器固定在汽车底盘上所必须的部件，用来保证散热器芯
14、部的刚度，并在其上安装有关的零件，列如护风罩、百叶窗、拉杆等。框架类型有两种，一种是于散热器彼此焊上去的，另一种是可拆卸的。散热器的框架一般由左侧板、右侧板、上护罩、底护板及其他零件所组成。钎焊式的缺点是：为了获得较大的焊缝面积，而造成了消耗较多的焊料。但是这种结构简单。因此，大多数情况下普通汽车散热器框架都是采用 钎焊式的。可拆卸式的优点是；便于拆卸，而且在散热器制造时可以大大降低焊料的消耗；缺点：当螺栓拧紧后，散热器芯子四角的焊缝会受到很大的剪应力，因此再使用时，于冷却水管与主片相钎焊之处易发生漏水。散热器框架的侧板不仅用来使芯子获得必要的刚度，并且还用来把散热器固装在汽车的车架上。汽车车
15、架上的散热器悬挂不是做成刚性的，而是做成弹性的。 2.进出水管和散热器盖在大多数情况下，散热器的进出水管是由生铁铸成的，并借以铆钉、加强垫板钎焊紧固在水室上。散热器上部的加水口，平时用散热器盖严密盖住，以防冷却水溅出。但如果冷却系中水蒸气过多，将使冷却系内压力过大，可能导致散热器破裂。因此，必须在加水口处设置排出水蒸气的通道泄气软管。若冷却系统经常由此通道与大气相通，则称为开式水冷系。液体的沸点随着压力增高而上升，散热器的散热量大体上与气水总温差（进水温度进风温度）成正比，所以提高系统压力是增加散热量的一种有效方法。提高系统压力后，水套温度提高，燃烧效率改善，水泵气蚀现象减轻，保证了水流量，散
16、热器尺寸可以缩小。但也带来一些问题，油温相应升高，故需改进机油耐用性；散热器工作时所受应力增大，故需提高结构刚度，缩短水管断面长度，改进钎料强度。在发动机热状态下开启散热器盖时，应缓慢旋开，使冷却系统内压力逐渐降低，然后稍待一会在卸下散热器盖，以免被热水喷溅烫伤，同时应牢记不要在煤油或汽油中洗涤散热器盖。油冷却器在有些发动机上，为了使润滑油保持在最有利的 温度范围内工作，还另装有有冷却器。其型式分为水冷式和空冷式。水冷式根据构造分为多板式和管式，油冷却器的润滑线路位置在油泵的后方。国产主要散热器的技术参数：四散热器的设计计算和选择原则：散热器的设计计算：汽车散热器的目的是使汽车在所有变化的行驶
17、条件下，都能对发动机起着最相适宜的作用，也就是控制发动机的温度。因此，作为设计发动机的必要条件是要求能够适应行驶条件的变化。必须把散热器作为整个系统来考虑，（大体分为通风系和水循环系）。具体来说散热器设计计算包括如下方面：（1）.估算空气通道的阻力，并按所需的空气流量几及空气道和散热器的总阻力，选择风扇。（2）.设计计算散热器，确定散热器的散热面积、正面面积及容积，并在任何工作情况下和驱动风扇、水泵所需的最小功率的情况下，散热器应能将发动机的热量散出。（3）.估算冷却系统中的水阻力，并按所需的水流量及水流道阻力，选择阻力。所以散热器设计计算。不仅只在于确定散热器的构造参数，而且还在于消耗发动机
18、最小有效功率的情况下获得高效能的冷却装置。但其中关键性的一项是散热器芯子的设计就，仅就其中一种方法概述如下：1.散热器芯子设计所限定的条件：作为汽车散热器芯子的设计条件之一，是必须考虑汽车车身和发动机舱容积所受限制的情况。在这个容积的空间中，满足发动机的散热量是非常必要的。散热器的空间容积是按车身型式、发动机要求的散热量参数以及提出的带有各种各样方向性问题而定。为了达到这些条件，考虑所有情况来设计芯子型式是不要的。可是由于汽车工业的特殊性（大量生产方式），其形势不宜太多。散热器芯子型式、管距（散热带高度）、使用水管尺寸一旦大量投产就很难变动，除此以外，可以自由选择的举出下列三项：（1）. 散热
19、片材质、片厚；（2）. 片距；（3）. 芯子厚度。但也不是完全自由的，必须在表2的范围内。象这样所限定的散热器空间和芯子型式，必须满足发动机散热量要求，更要注意在成本最低情况下进行设计。管带式芯子的Hf及fl(表2) Hf(毫米) Fl(毫米) 7 10 12 7.78 11-11.5 13-13.5 散热器的选择原则散热器是水冷式发动机冷却系统中的主要散热部件，水不断地在水套和散热器中循环，将发动机的一部分热量经由散热器而散到大气中去，来保证发动机正常工作。若发动机散热器尺寸不足够大，在满载时将会发生局部过热现象。因为在这种情况下，散热器不能把水冷却到需要的程度，而造成冷却水沸腾。又若发动机
20、散热器散热能力过大，特别是在无冷却强度调节装置时，发动机在过冷的情况下工作，使冷却损失家大，发动机的经济性和有效功率将会降低。这因为浓的润滑油在使摩搽损失增加，燃料的汽化作用变坏。很明显，当发动机在冷起动或开始工作时要较热发动机为差。同时，散热器若是散热能力过大时，势必造成有色金属的过量消耗。就目前我国的实际情况来讲，若是设计有错，将会浪费数以千吨的有色金属和大量财力。所以，正确选择汽车散热器是非常重要的，应当尽量满足下列原则：(1) 必须满足发动机的散热量要求，以适应不同行驶条件的变化。(2) 考虑整车所限制的散热量容积空间，保证安装尺寸，并使之符合尺寸系列标准。(3) 芯部结构先进，具有最
21、适当的空气阻力和小的液体阻力。(4) 具有足够的耐震强度，特别对于矿用倾泻汽车这点尤为重要。(5) 具有耐腐蚀的材质及表面处理，使用寿命要长。(6) 重量要轻，对于小客车特别要考虑重量指标要求并且尽量减少尺寸，以扩大视野。(7) 便于维修和保养，满足用户的使用要求。(8) 保证成本在最低限度。一般使用下列系列型谱作为选用的参考。1.管片式散热器芯子管片式散热器芯子的水管排列有A、B两种型式，优先采用A4、B3J及B2型。A4、B3J及B2型散热片尺寸见下图四及表3。其中A4型四排水管A型排列； B3型三排水管B型排列；B2型二排水管B型排列；A4、B3及B2型散热片参数（表3） 参数（毫米）构
22、造型式 e T.P C d Y A4型 B3型 B2型 4.75 3.00 3.00 9.5 11.0 11.0 21 25 25 13.5 12.5 12.5 90 75 50管片式散热器芯子的水管尺寸（表4） 水管规格（毫米） A b 2.2x19-0.2 2.2 19-0.22.管片式散热器芯子尺寸系列管片式散热器芯子尺寸，按表5 360400420450480500530560600640670710750800340390430(500)520(540)560590630680740800BBBBBBBBA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA
23、.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BA.BAAAAAAAAAA3.管带式散热器芯子A在设计新结构管带式散热器芯子时，推荐C型结构，其排列型式及尺寸见下图五及表6C型管带式芯子参数 表六 参数（毫米） 构造型式 Hf C d f.p Y C型 10 18 8 2(n-1)C+2d五、散热器材料及代用（一）.散热器材料问题的重要性散热器材料在制造和修理中占有突出的位置。据调查现在我国制造散热器的铜才占整个机械行业的10%，每年耗用万吨左右。而且目前世界粗铜的年产量才约为800万吨，因此散热器的材料的耗铜量
24、是很可观的。概括起来，散热器材料问题的重要性，可归纳以下几点：1. 散热器用料的特点是数量大，壁又薄，技术要求比较严格。2. 散热器是一料重工轻的汽车附件，材料费在产品成本构成中占有重要的地位。3. 有色金属所占比重大，来源比较稀缺。4. 材料技术革新的潜力很大，领域十分宽广。签于以上的特点，目前国内外都在研究散热器材料，我国汽车散热器材料技术工作的实践也证明革新的潜力很大。（二）散热器材料的选择在选择制造和修理散热器的材料时，主要是考虑热传导性能、抗腐蚀性能、保证足够的强度和经济性。同时，也要注意到这种材料的工艺性。概括地说，作为散热器的材料必须具备下列条件：(1) 具有良好的钎焊性能(2)
25、 易于加工成型和控制(3) 有高的导热系数(4) 在冷却介质中有抗腐蚀的能力(5) 有适当的强度以承担在使用中引起的严酷的载荷(6) 较低的加工成本和交情的重量这些条件和要求是相互制约的，只能根据散热器的实际使用要求而略有取舍，完全满足这些条件和要求是比较困难的。（三）.铜散热器材料根据上述散热器对所用材料提出的要求，只有铜合同合金基本上满足这些要求。因此，散热器为什么从一开始就用铜才来制造，就是这个缘故。虽然国际市场波动剧烈，来源较少，但因种种原因如生产技术、设备投资等问题，目前尚难于以其他材料完全取代铜散热器。所以，绝大多数散热器仍以铜才为主进行制造和修理。由于这种有色金属稀缺和价格较高，
26、在制造和修理时，就要严格控制铜才的消耗量。延长散热器的使用寿命是节约这种金属的重要途径。铜散热器的冷却水管材料一般采用H90黄铜带，其厚度为0.13-0.20毫米。根据试验结果表明，汽车发动机冷却系统中的用水很可能含有大量的氯化物，如果采用H62黄铜甚至H68黄铜来作为冷却水管的材料时，应该特别小心。含有大量氯化物的水，会在管壁的咬缝处或凹穴的地方沉淀着堆积物，从而形成微电池，致使在这些地方发生腐蚀。以至汽车刚使用不久，散热器就很快漏水了。因此，只有在使用的冷却水中含有氯化物不多时，才采用H68 、H62黄铜带作为冷却水管的材料。散热器的散热片材料一般采用H62h或H68黄铜带，其厚度为0.0
27、8-0.10毫米。对于管带式铜散热器的散热带材料常采用T3 紫铜带或H68黄铜带 ，其厚度为0.05-0.08毫米。为了减轻散热器的重量和降低成本，只要强度允许的情况下，散热片（带）的厚度可以减薄到0.05毫米。瑞典已试制出0.025毫米的散热片的散热片。铜散热器的主片、水室、进出水管、加水口等零件材料均采用H68或H62黄铜，其厚度为0.71.2毫米。这些零件材料的选择主要基于工艺性和强度，而黄铜能良好的 接受滚压、钎焊、冲压和其他加工方法。黄铜的缺点是有破裂的趋势，尤其在压力加工后未经退火而处于冷硬状态时，更容易破裂。为了防止上述现象，应该进行退火，黄铜在600650温度下退火可得到良好的
28、可塑性。在250300的温度加热4060分钟，使黄铜退火而不改变它的机械性。应当指出，黄铜在超过200度时会发脆，因此在制造和修理时，散热器的黄铜零件不能在热的状态下整形。上述的零件加热后，必须让它们在水中或空气中冷却。铜散热器的固装框架材料一般采用08或08F冷压钢板，其厚度为1.2-4毫米。表6为铜散热器的常用材料，从表中可以看出美国铜散热器的新材料作为冷却水管用的是CDA194和散热片（带）用的是所谓的“薄翼”。含铁的CDA194铜合金比一般使用的H68黄铜在钎焊后的强度方面要高50%；含镉的“薄翼”铜合金比含银的铜合金在钎焊后强度也要高50%。这种材料不仅有较高的屈服强度，而且还具备以
29、下优点：1. 可以用作更薄的材料；2. 可以承担由于提高冷却系统压力（1.41.55公斤/厘米*厘米）而引起的应力。3. 一般材料所制的管片式散热器的散热片需要摺边180度以提高刚性，而含镉的散热片则毋需摺边，这样可以节省7%的材料。4. 特别使用于震动大的重型倾卸汽车散热器。 铜散热器的常用材料国名牌号名称 成分（%） 厚度（毫米） 用途 有关标准中国 T3紫铜99.7铜0.130.20水管冶金部标准YB562-65 H90黄铜88.0-91.0铜；余量锌0.13-0.20水管冶金部标准YB562-65 H68黄铜67.0-70.0铜；余量锌0.70-1.20.08-0.10水室和主片散热片冶金部标准YB460-64冶金部标准YB561-65 H62黄铜60.5-63.5铜；余量锌0.08-0.10散热片冶金部标准YB561-65美国CDA102紫铜99.95铜0.05-0.06散热片CDA129铜合金每吨含银0.57公斤；余量铜0.05-0.06散热片薄翼铜合金99.90铜；0.1镉0.05-0.06散热片CDA194铜合金97.5铜；2.3铁；0.02磷0.10水管CDA260黄铜70铜；30锌0.11水管黄铜63铜；37锌0.55水室和主片英国铜合金0.04-0.08银；0.03-0.05氧；余量铜散热片C106铜合金0.013-0.035磷；余量铜散热片
