汽車冷卻系統(tǒng)設計要求

1、葉海見錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽錯誤!未定義書簽。 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽。 錯誤!未定義書簽。 錯誤!未定義書簽。 錯誤!未定義書簽。汽車冷卻系統(tǒng)設計 一、概述 ill, 、-二、要求 三、結(jié)構 四、設計要點 （一）散熱器 . （二）散熱器懸置 （三）風扇 . （四）副水箱 . （五）連接水管 . （六）發(fā)動機水套 五、設計程序 六、匹配 七、設計驗證 八、設計優(yōu)化 、概述二、汽車對冷卻系統(tǒng)的要求（一）汽車對冷卻系統(tǒng)有如下幾點要求1、保證發(fā)動機在任

2、何工況下工作在最佳溫度范圍；2、保證啟動后發(fā)動機能在短時間內(nèi)達到最佳溫度范圍；3、保證散熱器散熱效率高，可靠性好，壽命長；4、體積小，重量輕，成本低；5、水泵，風扇消耗功率小，噪聲低；6拆裝、維修方便。（二）冷卻系統(tǒng)問題對汽車的影響1、 冷卻不足時，會導致內(nèi)燃機過熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常（爆燃、早燃等），機 油變質(zhì)和燒損，零部件摩擦和磨損加劇（如活塞、活塞環(huán)和缸套咬傷，缸蓋發(fā)生熱疲勞裂紋等），引起內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性全面惡化。2、冷卻過剩時（4050C）,汽油機混合氣形成不良，機油被燃油稀釋；柴油機工作粗暴，散熱損失增加，零部件磨損加?。ū日９ぷ鳒囟裙ぷ鲿r大好幾倍），也會使內(nèi)燃

3、機工作變壞。三、冷卻系統(tǒng)布置選型（一）冷卻系統(tǒng)結(jié)構1、分類:液體冷卻蒸發(fā)冷卻簡單蒸發(fā)冷卻以加注冷卻液來補償冷卻介質(zhì)蒸發(fā)損失的蒸發(fā)冷卻。:帶輔助水箱的蒸發(fā)冷卻用輔助水箱補充冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻。帶冷凝器的蒸發(fā)冷卻蒸發(fā)的冷卻介質(zhì)在冷凝器中凝結(jié)后，通。過冷卻回路 流回到發(fā)動機加水箱的蒸發(fā)冷卻。循環(huán)冷卻對流冷卻利用熱虹吸作用使冷卻液自然循環(huán)的冷卻方式。強制冷卻開式強制冷卻冷卻介質(zhì)不進行再循環(huán)的強制。冷卻方式。單循環(huán)強制冷卻冷卻介質(zhì)在冷卻水箱、冷卻塔、管式冷卻器、散熱器 等中進行冷卻的強制冷卻方式。雙循環(huán)強制冷卻利用副回路（外循環(huán)）中的冷卻液在熱交換器中對發(fā) 動機冷卻介質(zhì)進行再冷卻的強制冷卻方式。空氣冷卻

4、自然空氣冷卻利用自然空氣循環(huán)的冷卻方式。強制空氣冷卻利用風扇迫使空氣循環(huán)的冷卻方式。2、常用結(jié)構：（1）基本結(jié)構。組成：發(fā)動機水路、水泵、節(jié)溫器、散熱器、風扇以及連接管路。原理：散熱器上水室兼起膨脹水箱或者補償水箱的作用。注意事項：為保證冷卻系統(tǒng)排氣順暢，加水充分，排水徹底，散熱器的上水室加水口處 為冷卻系統(tǒng)的最高點，下水室出水口為冷卻系的最低點。同時，為滿足發(fā)動機排氣、冷卻液 膨脹蒸發(fā)和冷卻系統(tǒng)補水的需要，上水室要有足夠的空間。其結(jié)構如（圖 1）。（圖1）（2）帶補償水桶結(jié)構。（圖2）組成：發(fā)動機水路、水泵、節(jié)溫器、散熱器、風扇、補償水桶以及連接管路。原理：發(fā)動機溫度升高后，冷卻液受熱膨脹，

5、冷卻系統(tǒng)內(nèi)部壓力升高，散熱器壓力蓋出 氣閥開啟排氣。隨著壓力的持續(xù)升高，冷卻系統(tǒng)內(nèi)部氣體排盡，冷卻液開始外溢并流入補償 水桶內(nèi)。當冷卻液溫降低后，系統(tǒng)內(nèi)冷卻液體積減小，壓力下降，散熱器壓力蓋進氣閥開啟， 補償水桶內(nèi)的冷卻液會被重新被吸回冷卻系。注意事項：為保證冷卻系統(tǒng)內(nèi)的氣體能夠全部排除，散熱器的加水口及下水室應處在冷 卻系統(tǒng)（補償水桶出外）的最高點及最低點。補償水桶到散熱器的連接管路要密封緊密。另 外，補償水桶還要有足夠的容量和膨脹空間。（3）帶膨脹水箱結(jié)構。 （圖 3）組成：發(fā)動機水路、水泵、節(jié)溫器、散熱器、風扇、膨脹水箱以及連接管路。原理：膨脹水箱布置在冷卻系統(tǒng)的最高點，系統(tǒng)壓力蓋安裝在

6、膨脹水箱上，系統(tǒng)直接通 過膨脹水箱排氣和補水。注意事項： 因包括膨脹水箱在內(nèi)的整個系統(tǒng)壓力一樣， 所以各連接管路一定要密封緊密 膨脹水箱要有足夠的抗壓能力和空間。散熱器的最高點可以低于發(fā)動機。（圖 2）（圖 3）四、設計要點（一）散熱器1、在整車空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風面積，減薄芯子厚度。這樣可 以充分利用風扇的風量和車的迎面風，提高散熱器的散熱效率。2、貨車散熱器一般采用縱流結(jié)構，因為貨車的布置空間較寬裕。而且縱流式結(jié)構的散熱 器強度及懸置的可靠性好。轎車由于空間限制，也可采用橫流結(jié)構。（二）散熱器懸置懸置點應設計在一個部件總成上，改善散熱器受力狀況，盡量減少散熱器的振動強

7、度。 主懸置點應與輔助懸置點保持一定的距離，以提高散熱器的穩(wěn)定性。主懸置點，輔助懸置點 處散熱器與其連接的部件總成之間以膠墊或膠套等柔性非金屬材料過度達到減振的目的。（三）風扇對風扇的要求：提供足夠的風量；有一定的風扇壓力值以便克服系統(tǒng)阻力；直徑對散熱 器芯部覆蓋面積足夠大，是通過散熱器的風速均勻；風扇要結(jié)構緊湊、質(zhì)量輕、噪聲小、適 合大量生產(chǎn)、成本低。1、機械風扇護風罩1、確保風扇產(chǎn)生的風量全部流經(jīng)散熱器，提高風扇效率。護風罩對低速大功率風扇效率 提高特別顯著。2、風扇與護風罩的徑向間隙越小，風扇的效率越高。一般控制在5-25mm。3、從成本角度考慮，在大批量生產(chǎn)的車型中，多采用塑料護風罩。

8、風扇發(fā)動機曲軸帶動風扇 發(fā)動機曲軸通過皮帶輪帶動冷卻風扇旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越快，風扇轉(zhuǎn)動越快。只要發(fā)動 機啟動，它就要運轉(zhuǎn)，不能視發(fā)動機溫度變化而變化，采用這種方案，如果要調(diào)節(jié)散熱器的 冷卻強度，要在散熱器上裝上活動百頁窗以控制進入的風量。 風扇離合器控制風扇 為了確保冷卻風扇的送風能力，設計時都按低速考慮，保證在低速時風扇有足夠的送風 量，這樣考慮的結(jié)果，使高速時的風扇送風能力過大。因此，在車輛通常行駛情況下，應該 把風扇的轉(zhuǎn)速控制在適當范圍內(nèi)，這樣才能降低噪聲，提高發(fā)動機經(jīng)濟性。使用風扇離合器 可以控制轉(zhuǎn)速(以下簡稱 AFQ。在AFC內(nèi)部粘有粘性流體(硅油)，靠其剪切力傳遞扭矩。 在風扇前面

9、裝有雙金屬片，用來感知流過散熱器的空氣溫度，因此，控制風扇離合器工作腔 內(nèi)的硅油量，使其只是在必要時，才傳遞扭矩使風扇旋轉(zhuǎn)，當水溫比較低時離合器與轉(zhuǎn)軸分 離，風扇不動，當水溫比較高時由溫度傳感器接通電源，使離合器與轉(zhuǎn)軸接合，風扇轉(zhuǎn)動。 由于風扇離合器容易實現(xiàn)遠距離控制、使發(fā)動機工作溫度得到了控制，在汽車行業(yè)得到了一 定程度的推廣。但是經(jīng)過實驗，風扇離合器的溫度控制性能、可靠性、維修性相對較差，因 此越來越多的汽車上開始采用電動風扇。2、電動風扇 電動風扇是由電動機來驅(qū)動風扇，電動機的起停是受水溫直接感應的溫度開關來控制。 汽車在低速怠速時冷卻效果好，冷車啟動時水溫上升較快。電動機功率一般比較低

10、，因此風 扇的風量受到限制。電控式冷卻風扇是一種更先進的控制方式，該系統(tǒng)能使風扇產(chǎn)生最佳風量，并大幅度降 低風扇的噪聲。為了控制合理的送風量，使用專用計算機收集下列傳感器信號，如水溫傳感 器、空調(diào)器開關、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等，計算機利用這些信息，計算出最佳風扇轉(zhuǎn)速。該系 統(tǒng)僅僅在需要時由電動馬達帶動風扇工作， 供給所需的風量。 這種系統(tǒng)的位置布置自由度大， 故在發(fā)動機橫置的車中的應用逐漸增加。用這種方式控制的風扇，在冷卻液溫度低時風扇停 止轉(zhuǎn)動，而在冷卻液溫度高時風扇增加轉(zhuǎn)速。由于電動風扇容易實現(xiàn)上述控制，故其有提高 發(fā)動機暖機性能、提高經(jīng)濟性、降低噪聲的優(yōu)點。電動風扇不使用發(fā)動機做動力源，所以

11、其 轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關。電動風扇使用蓄電池電能，蓄電池只在需要風扇供風時才給風扇供 電。這種風扇無動力損失，構造簡單，總布置方便。電動風扇按其轉(zhuǎn)速分為二種形式，一種 為單速式，一種為雙速式。自控電動冷卻風扇可以充分利用汽車行駛迎面風的冷卻作用而大量減少發(fā)動機驅(qū)動冷卻 風扇的功率損失，縮短了預熱時間，實現(xiàn)最佳溫度控制，大量減少了發(fā)動機的傳熱損失，是 當前降低汽車耗油最有效、最簡捷的途徑之一。因此在節(jié)能和排放法規(guī)日趨嚴格的發(fā)達國家 的轎車上得到廣泛的應用。3、進風量估算一、標準狀態(tài)時溫度20C、大氣壓760mmHg濕度65%勺潮濕空氣為標準空氣。其中：H = Cp X WK TcW = (Q/60) X t X D=2QX 10-2 kgH = P X t/所以：Q = Tc(CMM每分鐘所排出空氣體積，m3/min)3= Tc(CFM,in3/min)3= Tf(CMM,m3/min)= Tf(CFM,in 3/min)式中： H 風扇總排出熱量， JCp 空氣比熱，標態(tài)下為(Kcal/Kg C)W 空氣質(zhì)量， kg Tc 容器允許溫升，CQ 空氣流量， m3/mint 工作時間， sD 空氣比重，標態(tài)下為 mP