刘建设

（西安工业大学，陕西 西安 710032）

散热器是汽车发动机的冷却系统中必不可少的的重要部件，是一种将发动机水套内冷却液所携带的多余热量，经过热交换，在外界强制气流的作用下，向大气散发的热交换装置。因此，散热器性能的好坏，直接影响到汽车发动机的性能，乃至关系到汽车能否安全行驶的问题。目前，散热器正在向高效、轻型、经济方向发展。

1 汽车散热器的构造

散热器由冷却用的散热器芯子、储存冷却液的上水室与下水室组成。由于散热器工作时产生水蒸气，因此上水室还承担汽水分离的作用。

1.1 散热器的机构形式

强制循环式水冷用散热器，可分成横流型与直流型。

其中直流型散热器，在汽车发动机上的应用十分广泛。然而，由于其散热芯子垂直布置，芯子上下分别布置了下水室与上水室，因此高度比较大。在发动机罩盖较低的轿车上布置比较困难。因此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，冷却液左右流动的横流式散热器[1]。这种散热器宽度尺寸比较大，芯子有效面积增加10%，从而加大了风扇尺寸，得到更多的迎风面积，使气流更为流畅。

1.2 散热器芯子的结构型式

散热器芯子是散热器的重要组成部分，起主要的散热作用。散热器芯子主要有散热片、散热管及上下主片等组成。由于其具有足够的散热面积，因而能保证将必须的热量从发动机散发到周围的空气中。且散热器芯子是用导热性能良好的金属及其合金制造的。能使散热器芯子以最小的尺寸及质量，达到最高的散热效果。

散热器芯子的结构，主要有管带式、管芯式、细胞式、管片式等。管带式散热器可以采用双列、单列或多列散热管。多列散热管可以在有限的空间尺寸内，获得更好的冷却效果。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，自动变速箱所用的机油也需要冷却[2]。因此在冷却系统内需要增加油—水交换器。这样就增加了散热器所提供的散热量。多列与双列的管带式散热器，在现代汽车发动机上的应用增多。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，可以满足散热需求；而采用自动变速箱时，则需装用双列或多列管带式散热器。

管片式散热芯子，是由许多散热片及散热管组成。散热管外面串装了许多薄的散热片。空气在平行的散热管及散热片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优点，是结构强度好，且能更好地避免油污、尘埃等堵塞芯部。多用于工况恶劣、振动较大的载重汽车上。

而管带式散热芯子，由于其是由波纹状的散热管与散热带相间排列构成的。且在散热带上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浮着层，提高散热能力。这种散热器的芯子与管片式相比较，制造工艺简单、成本低、质量轻，散热能力更高，但是结构强度不如管片式好。

2 铜质与铝质散热器的应用

由于铜的导热性良好，易于焊接加工且耐腐蚀，长期以来，很多汽车企业一直使用铜及铜合金制造汽车发动机散热器。然而随着社会的进步，汽车工业的飞速发展，人们始终力图降低汽车的自重，节省材料消耗，于是铝质散热器得到了应用。

散热器的主要功能，是为了散热，由于铜的导热性比铝要好许多，人们一直采用铜及铜合金生产散热器。然而汽车散热器的工作环境较为恶劣，为避免铜散热器与硫、氨化氢、氢化物及酸等物质接触，以便延长铜散热器的使用年限，往往需要在铜散热器的表面上覆锡保护层与浸渍铅锡钎焊成型，这样导致铜散热器的散热效率反而比铝散热器要低很多[3]。并且铝散热器采用的是焊接强度高、抗腐蚀性能良好的防锈铝合金材料，用这种材料制成的铝散热器具有散热效果良好、净质量小、耐用、节能、造价低、装拆方便、经济性与实用性都优于铜散热器的很多优点。

2.1 结构强度比较

铜质散热器常采用软钎焊，焊接强度为800～1000MPa，而铝质散热器采用硬钎焊，焊接强度为950～1300MPa，因而铝质散热器可以承受更大的外力。铜质散热器的散热管通常是咬缝管，焊缝也采用软钎焊，铝质散热器的散热管采用的是高频焊管，焊缝强度甚至高于母材，铝质散热器可以承受更大的系统压力，在进行水爆压力试验中，高频焊管的爆破点通常出现在焊缝附近的母材上，而不是焊缝上。另外，铝散热器与铜散热器一样，能够经受住以相关技术章程中规定的振动方式的台架振动试验630万次而不损坏，完全能够满足装车状况下的使用要求。

2.2 产品净质量比较

铝的密度为2.7 g/cm3，铜的密度为8.9 g/cm3，同样体积时，铝的净质量仅是铜的30%。由于延展性的限制，铝材料的轧制厚度比铜要高1倍左右。同样，散热能力和外形尺寸条件下，铝制产品的净质量要轻40%左右，整车的轻量化具有更高的经济性。

2.3 散热器散热性能比较

从铝与铜这两种材料来说，铜的散热系数比铝要高82%左右，通常情况下，具有同样规格尺寸的散热器，铝散热器的散热性能比铜散热器要低，但实际情况是铝散热器的散热性能要高于铜散热器。这首先是因为加工工艺造成的，铜散热器的芯子采用铅锡合金焊接，合金的导热系数只有铝的23%，导致热量传递过程中有较大的热阻；另外，铜散热器在焊接过程中，水管和散热带之间的填料与母体发生反应，形成厚度较大的铜锡合金，也严重影响了它的散热[4]。而铝散热器所使用的焊料是硅铝合金，与母体的材料相同，在钎焊炉中熔化后，会有一部分扩散到母材中，焊角处的厚度很小，对散热性能的影响也较小，所以硬钎焊铝制散热器的散热性能，比铜散热器要高。通常相同芯体尺寸的散热器，铝散热器的散热性能要比铜散热器高100%以上。所以，在已有车型上更换铝散热器，在保证连接尺寸不变的情况下，芯体的尺寸做得薄且小，而散热性能又有所提高。

3 结束语

铝散热器无论在强度和可靠性能上，都不亚于铜散热器，其自重质量和价格上更有优势。随着汽车轻量化和节能要求的日益提高，作为汽车重要部件的散热器，也日益向高效化和轻量化方向发展。目前随着铝散热器的加工工艺的提高，根据铝散热器目前的技术状态和加工工艺水平，完全能够满足轿车和大部分重型汽车的要求。铝质散热器在汽车上的应用，不仅降低了企业的生产成本，提高了其市场竞争力，而且对节能减排，节约重要的战略资源有着重要的意义。

[1]王贤海.汽车散热器发展现状及新技术[J].重型汽车，2007，（6）：67-69.

[2]刘静安.铝材在汽车工业上的开发与应用[J].铝加工，2003，（5）：34-36.

[3]Manferd Groll Marcus Schneider Valerie Sartre.Thermal Control of Electronic Equipment by Heat Pipes[J].Rev Gen Therm，1998，（37）:323-352.

[4]袁序弟.铝合金材料对汽车技术进步的作用[J].中国铝业，2002，（9）：29-31.