冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3265634841概述 PAGEREF _Toc326563484 h 2 HYPERLINK l _Toc3265634852冷卻系統(tǒng)的基本要求 PAGEREF _Toc326563485 h 2 HYPERLINK l _Toc3265634863整車?yán)鋮s系統(tǒng)的總體布置 PAGEREF _Toc326563486 h 4 HYPERLINK l _Toc3265634874散熱器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326563487 h 4 HYPERLINK l _Toc3265634884.1散熱器懸置布置 PAGE

2、REF _Toc326563488 h 5 HYPERLINK l _Toc3265634894.2散熱器的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc326563489 h 5 HYPERLINK l _Toc3265634904.2.1散熱器的最大散熱能力 PAGEREF _Toc326563490 h 5 HYPERLINK l _Toc3265634914.2.2散熱介質(zhì)的溫度 PAGEREF _Toc326563491 h 6 HYPERLINK l _Toc3265634924.2.3散熱器的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326563492 h 6 HYPERLINK l _To

3、c3265634935風(fēng)扇的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326563493 h 7 HYPERLINK l _Toc3265634945.1風(fēng)扇風(fēng)量的計(jì)算 PAGEREF _Toc326563494 h 7 HYPERLINK l _Toc3265634955.2風(fēng)扇外徑的計(jì)算 PAGEREF _Toc326563495 h 8 HYPERLINK l _Toc3265634966護(hù)風(fēng)罩的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326563496 h 9 HYPERLINK l _Toc3265634977冷卻水的循環(huán)量和類型確定 PAGEREF _Toc326563497 h 9 HYPERLINK

4、 l _Toc3265634987.1冷卻水循環(huán)量 PAGEREF _Toc326563498 h 9 HYPERLINK l _Toc3265634997.2冷卻液的選擇 PAGEREF _Toc326563499 h 9 HYPERLINK l _Toc3265635008節(jié)溫器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326563500 h 10 HYPERLINK l _Toc3265635019膨脹水箱總成設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326563501 h 10 HYPERLINK l _Toc3265635029.1膨脹箱壓力蓋的作用 PAGEREF _Toc326563502 h 10

5、HYPERLINK l _Toc3265635039.2水箱壓力蓋壓力的選擇 PAGEREF _Toc326563503 h 11 HYPERLINK l _Toc32656350410散熱器與冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算 PAGEREF _Toc326563504 h 13 HYPERLINK l _Toc32656350511汽車熱平衡能力道路試驗(yàn) PAGEREF _Toc326563505 h 14 HYPERLINK l _Toc32656350611.1熱平衡試驗(yàn)方法 PAGEREF _Toc326563506 h 14 HYPERLINK l _Toc32656350711.2試驗(yàn)條件 PA

6、GEREF _Toc326563507 h 15 HYPERLINK l _Toc32656350811.3試驗(yàn)內(nèi)容 PAGEREF _Toc326563508 h 15 HYPERLINK l _Toc32656350911.4試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定 PAGEREF _Toc326563509 h 17 HYPERLINK l _Toc32656351011.5試驗(yàn)報(bào)告 PAGEREF _Toc326563510 h 17 HYPERLINK l _Toc32656351112總結(jié) PAGEREF _Toc326563511 h 18柴油機(jī)和整車?yán)鋮s系統(tǒng)應(yīng)用匹配設(shè)計(jì)指南1概述根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，發(fā)

7、動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能再到機(jī)械能的過(guò)程中，由于最終轉(zhuǎn)換效率只有45%左右，所以有大量的熱量產(chǎn)生，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，冷卻系統(tǒng)的冷卻液容易到達(dá)沸點(diǎn)產(chǎn)生蒸汽，形成氣阻，使冷卻液無(wú)法正常循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不良引起拉缸。冷卻系統(tǒng)的作用是要使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的熱量通過(guò)冷卻系統(tǒng)散發(fā)出去，形成熱平衡狀態(tài)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)整體設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，本指南主要適用于應(yīng)用工程開發(fā)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)和整車上的冷卻系統(tǒng)匹配，未充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，比如水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除傳動(dòng)速比以外，也未對(duì)具體的風(fēng)扇離合器之類的系統(tǒng)進(jìn)行充分的考慮，著重考慮了整車?yán)鋮s系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)：進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)和冷卻液循環(huán)冷卻系統(tǒng)之間的匹配設(shè)計(jì)計(jì)算以及基本要求。中

8、冷器散發(fā)的熱量也是發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)熱量的一部分，整車?yán)鋮s系統(tǒng)要總體考慮中冷器冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本指南未對(duì)中冷器冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的考慮。由于整車?yán)鋮s系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求的復(fù)雜性，最終的冷卻系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)的有效性，必須通過(guò)最終整車按照極限條件下的道路試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，這一點(diǎn)顯得尤為重要，必要時(shí)可在市場(chǎng)上進(jìn)行小批驗(yàn)證，PPAP進(jìn)行批準(zhǔn)后才能進(jìn)行批量投產(chǎn)。開展產(chǎn)品的先期質(zhì)量策劃（APQP）活動(dòng)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法之一。2冷卻系統(tǒng)的基本要求一個(gè)良好的整車?yán)鋮s系統(tǒng)，應(yīng)滿足以下基本要求： 整車?yán)鋮s系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)和冷卻液循環(huán)冷卻系統(tǒng)。進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)的散熱能力和冷卻液循環(huán)冷卻系統(tǒng)的散熱能力必須相匹配，一

9、般要求進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)散熱能力要大于發(fā)動(dòng)機(jī)水套的散熱能力，以此為原則來(lái)選配整車的冷卻系統(tǒng)，確保進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)要有足夠的進(jìn)風(fēng)量來(lái)滿足冷卻液循環(huán)冷卻系統(tǒng)散熱量，這一點(diǎn)至關(guān)重要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明很多的整車?yán)鋮s系統(tǒng)由于進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量不足使得冷卻液循環(huán)冷卻系統(tǒng)的熱量不能充分散發(fā)，導(dǎo)致水溫高。2、整車的冷卻系統(tǒng)應(yīng)能滿足各種極限條件下的使用要求，特別是高原、高溫、長(zhǎng)時(shí)間爬坡等極限條件下。當(dāng)整車在極限條件下工作時(shí)應(yīng)能處于熱平衡狀態(tài)，保證柴油機(jī)可靠地工作。3、放氣閥能正常工作，保證冷卻液系統(tǒng)內(nèi)壓力穩(wěn)定。當(dāng)大于限壓值時(shí)能快速釋放壓力，當(dāng)小于低壓值時(shí)能有效的補(bǔ)充壓力。放氣閥壓力范圍的選擇必須根據(jù)使用的條件，特別是高原條件

10、下，由于大氣壓力降低對(duì)于冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓的影響導(dǎo)致沸點(diǎn)降低，容易沸騰。需要指出的是，合理的選擇放氣閥的開啟壓力對(duì)于冷卻系統(tǒng)非常重要。4、為了適應(yīng)冷卻液的熱脹冷縮體積變化，應(yīng)考慮冷卻液循環(huán)系統(tǒng)留有膨脹空間，一般其容積占總冷卻液容積的5%左右；5、具有較高的加水速率。初次加注量能達(dá)到系統(tǒng)容積的90%以上，加水時(shí)間不可過(guò)長(zhǎng)，運(yùn)行5分鐘左右要補(bǔ)一次水至加水刻線，確保冷卻液量足夠。6、膨脹水箱要有一定的耐壓能力，避免膨脹水箱脹裂。7、有一定的缺水工作能力，當(dāng)缺水量小于總?cè)莘e的5%-8%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)也能正常工作。8、整個(gè)冷卻系統(tǒng)密封的各種介質(zhì)（冷卻液或者空氣），不得有泄露。冷卻系統(tǒng)所有管路件安裝牢固，防

11、震防脫落。9、當(dāng)整車?yán)鋮s系統(tǒng)總體布置時(shí)，要考慮中冷器和空調(diào)散熱器對(duì)水箱散熱器散熱能力的影響，充分考慮三個(gè)散熱器之間的位置關(guān)系，水箱和前兩者之間盡量留有一定的間隙，以便水箱散熱器進(jìn)風(fēng)能從側(cè)面進(jìn)來(lái)，降低進(jìn)風(fēng)溫度，提高冷卻效率。由于三者出現(xiàn)重疊后風(fēng)阻增加風(fēng)量減少，風(fēng)溫升高，整車?yán)鋮s系統(tǒng)散熱能力下降，考慮到這些因素，必須選擇有足夠散熱能力的散熱器。10、盡量降低冷卻系統(tǒng)消耗的功率，能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。11、起動(dòng)后，能在盡可能短的短時(shí)間內(nèi)達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作溫度。3整車?yán)鋮s系統(tǒng)的總體布置整車?yán)鋮s系統(tǒng)總布置主要考慮兩個(gè)子系統(tǒng)：一是進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)；二是冷卻液循環(huán)冷卻系統(tǒng)。在進(jìn)風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確保有足

12、夠的進(jìn)風(fēng)量。如何提高進(jìn)風(fēng)量：1、駕駛室前臉的進(jìn)風(fēng)面積要足夠大，且進(jìn)風(fēng)口位置與散熱器盡量重疊，充分利用汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)壓，提高進(jìn)風(fēng)量；總的進(jìn)風(fēng)口有效面積與散熱器迎風(fēng)面積之比30%。對(duì)于進(jìn)風(fēng)不暢的結(jié)構(gòu)，需要加導(dǎo)風(fēng)板來(lái)提高進(jìn)風(fēng)量；2、中冷器和水箱散熱器之間要有足夠的四周側(cè)面進(jìn)風(fēng)間隙，且兩個(gè)散熱器冷卻管間距和走向盡量一致，以減小風(fēng)阻，降低進(jìn)入水箱散熱器的風(fēng)溫，提高進(jìn)風(fēng)量。冷卻系統(tǒng)的最高水溫應(yīng)以發(fā)動(dòng)機(jī)的沸點(diǎn)溫度為標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)溫器的全開溫度應(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作水溫范圍的中間值，開啟溫度應(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作水溫范圍的下限。但因節(jié)溫器的自身特性，開啟溫度一般低于全開溫度10左右。在整車空間布置允許的條件下，盡量增大

13、散熱器的迎風(fēng)面積，在滿足冷卻面積的情況下，盡量減小散熱器芯的厚度。這樣可充分利用風(fēng)扇的風(fēng)量和車的迎面風(fēng)，提高散熱器的散熱效率。在滿足進(jìn)風(fēng)量的條件下，可以適當(dāng)增加風(fēng)扇直徑，降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，降低噪聲和功率消耗?？紤]到工作環(huán)境有灰塵和昆蟲會(huì)被吸入散熱器散熱表面，降低散熱器的散熱能力，需要選擇合適的防塵簾。防塵簾的選擇要考慮盡量不增加進(jìn)風(fēng)阻力。4散熱器的設(shè)計(jì)如果整車的布置空間較寬裕，推薦采用縱流水結(jié)構(gòu)的散熱器，縱流水結(jié)構(gòu)的散熱器強(qiáng)度及懸置的可靠性較好，且冷卻液的流動(dòng)阻力小。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率和最大扭距時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)的熱量來(lái)確定散熱器的散熱面積，根據(jù)大梁的寬度來(lái)確定散熱器寬度，最后散熱器的外形尺寸和內(nèi)部的

14、結(jié)構(gòu)尺寸。然后還需進(jìn)行散熱器的性能試驗(yàn)（如散熱器的風(fēng)阻和流量之間的輸出特性以及空氣流量和散熱器散熱率的輸出特性）來(lái)驗(yàn)證和風(fēng)扇的匹配是否合適。 4.1散熱器懸置布置散熱器通常為四點(diǎn)懸置，也可以采用三點(diǎn)懸置。其中主懸置點(diǎn)為2個(gè)，輔助懸置點(diǎn)為2個(gè)或1個(gè)。所有懸置點(diǎn)應(yīng)布置在同一個(gè)部件總成上，改善散熱器受力情況，以盡量減少散熱器的振動(dòng)強(qiáng)度。主懸置點(diǎn)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(guò)渡以達(dá)到減震的目的。主懸置點(diǎn)的膠墊壓縮量一般為其自由高度的1/5左右。由于重型卡車散熱器的質(zhì)量大且使用環(huán)境較差，一般要在散熱器的外部增加一個(gè)剛性較大的保護(hù)框架，以防止振動(dòng)等外界力直接作用在散熱器上。所有懸置點(diǎn)

15、設(shè)置在同一剛性框架上。4.2散熱器的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1散熱器的最大散熱能力整車工作環(huán)境比較復(fù)雜，如在高溫、高海拔、長(zhǎng)時(shí)間爬坡的環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系的設(shè)計(jì)參數(shù)按照穩(wěn)健設(shè)計(jì)的原則選擇足夠的容差，以確保極限條件下整車?yán)鋮s系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，因此散熱器的散熱能力應(yīng)該有所儲(chǔ)備，即-發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)出的熱量；-散熱器的散熱量；-儲(chǔ)備系數(shù)，一般為1.151.25，根據(jù)不同的整車類型來(lái)選擇。根據(jù)上述公式求出發(fā)動(dòng)機(jī)在最大扭矩工況和標(biāo)定工況下的放熱量，根據(jù)這個(gè)散熱量來(lái)確定散熱器的散熱能力。發(fā)動(dòng)機(jī)放熱量為: kJ/sA-燃料熱能傳給冷卻系的分?jǐn)?shù)，取同類機(jī)型的統(tǒng)計(jì)量，柴油機(jī)0.18-0.25，取0.24；-燃料消耗率，k

16、g/kwh；此處柴油機(jī)取0.205；-發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率；-燃料熱值，柴油為46040kJ/kg。例如某汽車廠生產(chǎn)的專用汽車采用某型發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，由于冷卻系統(tǒng)冷卻量不足，在某些高溫工況下常出現(xiàn)“開鍋”現(xiàn)象，故需要對(duì)其冷卻系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷、直列、6缸、直噴式柴油機(jī)參數(shù)見表4-1：表4-1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)參數(shù)參數(shù)值額定功率kw/轉(zhuǎn)速r/min88/2800最大轉(zhuǎn)矩Nm/功率kw/轉(zhuǎn)速r/min343/57.5/1600額定功率時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)冷卻系統(tǒng)的散熱量kJ/s55.25發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流量L/min207.6最大轉(zhuǎn)矩時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)冷卻系統(tǒng)的散熱量kJ/s28.654.2.2散熱介質(zhì)的溫度當(dāng)冷卻液流經(jīng)發(fā)動(dòng)

17、機(jī)時(shí)，與燃燒氣體接觸的零部件的熱量傳給冷卻液，冷卻液的溫度升高；循環(huán)流動(dòng)的冷卻液流經(jīng)散熱器時(shí)，外界的空氣在風(fēng)扇的作用下吹向散熱器，氣體的溫度升高，冷卻液的溫度降低，從而實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移。散熱器的進(jìn)風(fēng)溫度為根據(jù)使用條件確定的最高臨界溫度，即沸騰風(fēng)溫（這個(gè)數(shù)值大小需要根據(jù)實(shí)際情況確定），標(biāo)準(zhǔn)散熱器的沸騰風(fēng)溫為40，即散熱器的進(jìn)風(fēng)溫度為40。散熱器的進(jìn)水溫度一般大于85，也可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行確定。散熱器的進(jìn)出水溫度差可取6-12。這樣可得到散熱器的出水溫度。散熱器內(nèi)的冷卻液平均溫度為（+）2，經(jīng)過(guò)散熱器的空氣的溫升為，則散熱器的出氣溫度為，散熱器的空氣平均溫度為（+）2。散熱器的平均液氣溫差。在初

18、選散熱器的散熱面積時(shí)用到該數(shù)據(jù)。4.2.3散熱器的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)該車輛的工況，選管片式散熱器載重車用散熱器的總散熱面積與發(fā)動(dòng)機(jī)功率之比約為0.10.16(/kw)，考慮到外界耗損，散熱面積要留一定的儲(chǔ)備空間。一般應(yīng)參考安裝空間盡可能選較大散熱面積。載重車輛散熱器迎風(fēng)面積FR與發(fā)動(dòng)機(jī)功率之比為0.0030.00375/kw。接上例，計(jì)算所需散熱總面積F=(0.10.16)881.15=10.1216.193()，此處儲(chǔ)備系數(shù)取1.15，故FR=0.2640.33。根據(jù)整車大梁寬度選取芯子寬度為0.64m，高度為0.52m，那么FR=高寬=0.520.64=0.3328。散熱器參數(shù)見表4-2：表

19、4-2 散熱器參數(shù)參數(shù)參數(shù)值芯部尺寸/mm64052080迎風(fēng)面積/0.3328總散熱面積/16.24冷卻管尺寸/mm，數(shù)目/根2.219，170冷卻片/個(gè)，管排數(shù)/排168，35風(fēng)扇的設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇的外形尺寸應(yīng)和散熱器的形狀相匹配，條件允許時(shí)可增大風(fēng)扇的直徑；在冷卻風(fēng)量足夠的情況下，盡量降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以減少功率消耗和噪音。增加葉片數(shù)或者改變?nèi)~片角度形狀也可以增加風(fēng)扇的空氣流量；葉片不等距設(shè)計(jì)，可以改變共振點(diǎn)轉(zhuǎn)速減少噪音。風(fēng)扇和傳動(dòng)軸之間的彈性連接可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的共振點(diǎn)轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇一般是通過(guò)曲軸直接或間接驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)間接傳動(dòng)時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變曲軸和風(fēng)扇的傳動(dòng)比來(lái)改變。因此要計(jì)算出風(fēng)

20、扇的轉(zhuǎn)速，首先確定曲軸皮帶輪的直徑和風(fēng)扇皮帶輪的直徑，得出傳動(dòng)比，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)工況和最大扭矩工況時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，求出風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。汽車的冷卻系統(tǒng)和工程機(jī)械的冷卻系統(tǒng)兩者有很大差異，工程機(jī)械行駛的車速低，行駛時(shí)車速產(chǎn)生的風(fēng)壓低進(jìn)風(fēng)量小，進(jìn)風(fēng)量主要由風(fēng)扇的流量決定。盡量增大風(fēng)扇的流量確保有足夠的冷卻能力。5.1風(fēng)扇風(fēng)量的計(jì)算風(fēng)扇的風(fēng)量決定著冷卻系的散熱能力。根據(jù)風(fēng)扇風(fēng)量的計(jì)算公式求出風(fēng)扇的風(fēng)量：（ QUOTE * MERGEFORMAT /s）-散熱器的最大散熱能力 （kJ/s）； -經(jīng)過(guò)散熱器空氣的升溫（）；10-30，-空氣密度（Kg/ QUOTE * MERGEFORMAT ）；1.01

21、kg/-空氣比熱，可取1.008kJ/kg.例如，接上例，計(jì)算風(fēng)扇風(fēng)量：=55.251.2066.3kJ/s；儲(chǔ)備系數(shù)取1.20；由此可以求得風(fēng)扇風(fēng)量=3.25m/s。5.2風(fēng)扇外徑的計(jì)算一般風(fēng)扇外徑D2應(yīng)略小于散熱器芯部的寬度和高度，以保證葉片掃過(guò)的面積盡可能大地覆蓋散熱器芯部迎風(fēng)面積（通常占 QUOTE * MERGEFORMAT 的45%60%），已知風(fēng)扇葉片內(nèi)徑與外徑之比D1/D2=0.280.36，則接上例，風(fēng)扇內(nèi)外徑分別為：外徑D2=(0.790.93) QUOTE * MERGEFORMAT =0.456m0.536m內(nèi)徑D1=0.128m0.193m選取外徑D2=0.50m的塑

22、料翼型風(fēng)扇，內(nèi)徑取D1=0.15m。掃風(fēng)面積為3.14*0.25*0.25-3.14*0.075*0.075=0.178；與迎風(fēng)面積的比值為0.178/0.3328=53.5%相關(guān)參數(shù)：葉片數(shù)為6；與發(fā)動(dòng)機(jī)速度比為：1.1。以上風(fēng)扇參數(shù)確定以后還需要確定風(fēng)扇其余的設(shè)計(jì)參數(shù)，最終通過(guò)風(fēng)扇的性能試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證風(fēng)量和風(fēng)壓是否滿足設(shè)計(jì)要求。6護(hù)風(fēng)罩的設(shè)計(jì)護(hù)風(fēng)罩的作用是確保風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)量全部流經(jīng)散熱器，提高風(fēng)扇效率。護(hù)風(fēng)罩與風(fēng)扇的徑向間隙對(duì)于風(fēng)扇效率影響顯著。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩的徑向間隙較小，風(fēng)扇的效率越高。但間隙過(guò)小，車在行駛中由于振動(dòng)會(huì)造成風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的干涉。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的徑向間隙一般控制在15mm2

23、5mm，最大間隙不能超過(guò)風(fēng)扇直徑的2.5%。軸向間隙，吸風(fēng)式不大于50mm，吹風(fēng)式不大于100mm。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩安裝在同一零部件總成上（如同在底盤或同在車身上）其徑向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)，風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的間隙可以下限，否則取上限。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩的軸向位置一般為：風(fēng)扇徑向投影寬度的2/3在護(hù)風(fēng)罩內(nèi)，1/3在護(hù)風(fēng)罩外，以提高風(fēng)扇的效率。7冷卻水的循環(huán)量和類型確定7.1冷卻水循環(huán)量根據(jù)散入冷卻系統(tǒng)的熱量，可以算出冷卻水的循環(huán)量VwVw=QwTwwcw式中，Tw為冷卻水在柴油機(jī)中循環(huán)時(shí)的容許溫升，對(duì)現(xiàn)代強(qiáng)制循環(huán)冷卻系，可取Tw=6-12；w為水的密度，w=1000kg/m；cw為誰(shuí)的比熱容，cw=4.187kJ

24、/(kg)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)水泵已經(jīng)確定，所以冷卻液的循環(huán)量只能根據(jù)水泵與發(fā)動(dòng)機(jī)速比改變來(lái)調(diào)整，水泵的性能試驗(yàn)來(lái)確定，或者通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)、整車試驗(yàn)來(lái)確定其輸出特性。7.2冷卻液的選擇冷卻系統(tǒng)應(yīng)加長(zhǎng)效冷卻液，此液體具有防銹防凍的能力。長(zhǎng)效冷卻液配比請(qǐng)參閱防凍液使用說(shuō)明。表8-1 國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)效防凍液牌號(hào)項(xiàng)目JFL318JFL-336JFL-345乙二醇含量 %335056比重(15.6)1.051.0741.082沸點(diǎn)104.5 1108.5 1110.0 1冰點(diǎn)-18 1-361-45 1適應(yīng)選用最低氣溫-10-26-358節(jié)溫器的設(shè)計(jì)目前汽車上應(yīng)用的節(jié)溫器均采用蠟式感應(yīng)體節(jié)溫器。當(dāng)冷卻水溫溫度升高

25、時(shí)蠟膨脹，節(jié)溫器開啟，冷卻水流經(jīng)散熱器進(jìn)行大循環(huán)。當(dāng)冷卻水的溫度降低時(shí)蠟體積縮小，節(jié)溫器關(guān)閉，冷卻水不經(jīng)過(guò)散熱器，短路流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)剛體進(jìn)行小循環(huán)。節(jié)溫器一般布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的出水口處。要求節(jié)溫器的泄漏量小，全開時(shí)流通面積大。增大節(jié)溫器的流通面積可以通過(guò)提高節(jié)溫器閥門的升程和增加閥門的直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。國(guó)外較先進(jìn)的節(jié)溫器多通過(guò)提高閥門升程來(lái)增大流通面積，這樣可以減少因增大節(jié)溫器閥門直徑帶來(lái)的卡滯，密封不嚴(yán)等問(wèn)題。但是增大節(jié)溫器的升程，對(duì)節(jié)溫器技術(shù)要求較高。有些發(fā)動(dòng)機(jī)為增加節(jié)溫器的流通面積多采用兩只節(jié)溫器并聯(lián)結(jié)構(gòu)。9膨脹水箱總成設(shè)計(jì)在冷卻系統(tǒng)中必須提供過(guò)量的冷卻水，這樣可補(bǔ)償冷卻水量的損失，這個(gè)任務(wù)在柴油發(fā)動(dòng)

26、機(jī)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)是由膨脹水箱來(lái)完成，同時(shí)膨脹水箱還有排除發(fā)動(dòng)機(jī)水道和水冷散熱器中氣體的功能，一般膨脹箱的容積是冷卻系統(tǒng)總?cè)莘e的1520%。9.1膨脹箱壓力蓋的作用1)為冷卻系統(tǒng)提供密封條件，以防冷卻液濺出。2)防止冷卻系統(tǒng)壓力過(guò)高。當(dāng)壓力超過(guò)最高限值時(shí)，壓力閥開啟，以防止因系統(tǒng)壓力過(guò)高而引起冷卻系統(tǒng)零部件的損壞。3)閉式冷卻系工作時(shí)可以使冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力高于大氣壓力，從而提高了冷卻液的沸點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以在較長(zhǎng)時(shí)間及較高負(fù)荷下工作，尤為重要的是對(duì)空氣稀薄的高原地區(qū)行車來(lái)說(shuō)，可避免冷卻系統(tǒng)中冷卻液過(guò)早沸騰的現(xiàn)象，因而降低了冷卻水的消耗量。4)具有真空解脫作用，當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力低于大氣壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)

27、真空閥自動(dòng)打開，讓大氣進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，以防散熱器受損冷卻水管破裂。膨脹箱的膨脹空間是容積的三分之一，膨脹箱應(yīng)布置在冷卻系的最高點(diǎn)，只有具備了這些，才能發(fā)揮膨脹的功能。9.2水箱壓力蓋壓力的選擇保持冷卻液循環(huán)冷卻系統(tǒng)內(nèi)有一定壓力，提高冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻介質(zhì)的沸點(diǎn)溫度，確保冷卻液沸點(diǎn)在100以上，能夠提高冷卻系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性，那么對(duì)于壓力蓋壓力的選擇顯得非常重要。（1）大氣壓力與海拔高度的關(guān)系p =101.325-10h；p-大氣壓力，kPa；h-海拔高度，km（2）水的沸點(diǎn)與海拔高度的關(guān)系h =(100-t)/3h-海拔高度km；t-沸點(diǎn)，比如在海拔1000米處，沸點(diǎn)為97，3000米處為91，6

28、000米處為80。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的沸點(diǎn)是直接受冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力的控制的，而冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力與外界大氣壓力之間的差值是壓力蓋的壓力，即：p1壓力蓋壓力kPa；p0冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力kPa；p大氣壓力kPa為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在高原行駛時(shí)可以保持熱平衡狀態(tài)，必須加大壓力蓋的壓力。加入水的沸點(diǎn)溫度是100，此時(shí)冷卻系統(tǒng)壓力為一個(gè)大氣壓（101.325kPa）,由此我們可以得出隨著海拔高度的增加，壓力蓋壓力的壓力值始終確保大于10kPa,壓力蓋壓力的選擇始終符合環(huán)境的使用要求，數(shù)值大小如下表8-1： 表10-1 壓力蓋壓力與海拔高度之間的對(duì)應(yīng)值海拔高度（km）大氣壓力kPa水的沸點(diǎn)壓力蓋壓力kPa0101.325100

29、10191.3259720281.3259430371.3259140461.3258850551.325856010散熱器與冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算散熱器和風(fēng)扇必須做性能試驗(yàn)，包括風(fēng)扇風(fēng)量與風(fēng)壓之間的關(guān)系和散熱器空氣流量與風(fēng)阻之間的關(guān)系。根據(jù)風(fēng)扇的風(fēng)量和風(fēng)壓的性能曲線以及散熱器空氣流量與風(fēng)阻性能曲線作圖計(jì)算出散熱器與冷卻風(fēng)扇理論匹配點(diǎn)A。如圖l所示。再根據(jù)理論匹配點(diǎn)A以及散熱器的散熱率和空氣流量之間的性能曲線計(jì)算出實(shí)際匹配點(diǎn)B。圖1散熱器與冷卻風(fēng)扇理論匹配曲線圖圖2散熱器與冷卻風(fēng)扇實(shí)際匹配曲線圖1）圖l中a曲線為散熱器風(fēng)阻與空氣流量的關(guān)系曲線，b曲線為風(fēng)扇風(fēng)壓與風(fēng)量關(guān)系曲線，兩曲線的交點(diǎn)A為散熱器

30、與風(fēng)扇的理論匹配點(diǎn)。本例中對(duì)應(yīng)的空氣流量為2.92m/s，壓差為283.33Pa。由于冷卻系統(tǒng)的布置有中冷器和空調(diào)散熱器以及其他因素的影響，實(shí)際空氣流量遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)時(shí)所測(cè)得的理論值，故需要采用進(jìn)風(fēng)系數(shù)（0.600.70）進(jìn)行修正，修正系數(shù)根據(jù)上述的總體的安裝布置選取，本例進(jìn)風(fēng)系數(shù)選為0.65，則實(shí)際風(fēng)量為1.898m/s。2）圖2所示B點(diǎn)即為實(shí)際空氣流量與散熱器散熱率的交點(diǎn)。本例中空氣流量為1.898m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的散熱器的實(shí)際散熱率為67kJ/s。散熱器試驗(yàn)時(shí)所采用的“液-氣溫差”為60，對(duì)B點(diǎn)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況下的水套散熱率為55.25kJ/s，則由相似理論知散發(fā)掉這部分熱量對(duì)應(yīng)的散熱器液

31、-氣溫差為49.5。水套的散熱率必須小于散熱器的散熱率，液-氣溫差必須小于60，相應(yīng)的沸騰風(fēng)溫隨著液-氣溫差的減小而提高。允許的最高環(huán)境溫度也相應(yīng)的提高，冷卻系統(tǒng)的散熱能力加強(qiáng)。3）計(jì)算冷卻液通過(guò)散熱器后溫度下降值，t=QmaxVwC。接上例，因水泵循環(huán)水量為3.46L/s，則冷卻液通過(guò)散熱器后，其溫度應(yīng)下降55.25/(3.464.187)=3.8(4.187 kJ為水的比熱)，即散熱器上下水室的溫差為3.8，取平均值為1.9。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度為38時(shí)，上水室的冷卻液平衡溫度應(yīng)為38+49.5+1.9=89.4?？紤]到冷卻液成分的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)出水口允許的最高的溫度設(shè)為100。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)允

32、許的環(huán)境溫度為：(100-89.4)+38=48.6，遠(yuǎn)大于通常的環(huán)境溫度，說(shuō)明該設(shè)計(jì)滿足要求。11汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)由于整車?yán)鋮s系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較復(fù)雜，影響因素很多，設(shè)計(jì)計(jì)算會(huì)存在比較大的偏差，需要通過(guò)整車熱平衡能力的道路試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，特別需要強(qiáng)調(diào)的是在極限條件下，比如高海拔、高溫、爬長(zhǎng)坡、多灰塵等使用條件，整車?yán)鋮s系統(tǒng)均處于熱平衡狀態(tài)。11.1熱平衡試驗(yàn)方法根據(jù)GB/T12542-2009汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法，確定整車?yán)鋮s系統(tǒng)的熱平衡能力，驗(yàn)證整車?yán)鋮s系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有效性。上述試驗(yàn)方法不能滿足實(shí)際的道路試驗(yàn)情況，有一定的缺陷，比如未進(jìn)行高海拔、大坡度（根據(jù)整車設(shè)計(jì)要求爬坡

33、能力）等極限條件下的整車?yán)鋮s系統(tǒng)熱平衡能力的測(cè)量。在用戶的實(shí)際使用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)水溫高質(zhì)量問(wèn)題。說(shuō)明此實(shí)驗(yàn)方法對(duì)整車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性驗(yàn)證存在明顯的缺陷。建議增加上述極限條件下的整車?yán)鋮s系統(tǒng)熱平衡能力的試驗(yàn)，以提高整車?yán)鋮s系統(tǒng)的可靠性與適應(yīng)性。11.2試驗(yàn)條件1）參照GB/T12534汽車道路試驗(yàn)方法通則2） a、無(wú)雨、無(wú)霧，環(huán)境溫度不低于30，風(fēng)速不大于3m/s。如環(huán)境溫度低于30，則應(yīng)詳細(xì)記錄試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力等氣象參數(shù)。b、試驗(yàn)道路按GB/T12534的規(guī)定，要有足夠長(zhǎng)的高速跑道，縱坡度小于0.1%。c、有擋風(fēng)效果的“十”字擋風(fēng)墻，一般長(zhǎng)4m、高2.5m，參見附錄A。d、

34、試驗(yàn)用主要設(shè)備見表11-1。表11-1序號(hào)儀器設(shè)備名稱準(zhǔn)確度1發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表1r/min2溫度傳感器0.4%FS3記錄型溫度采集儀0.2%FS4牽引力計(jì)1%FS5車速儀0.5%FS6負(fù)荷拖車牽引力：1%FS速度：1%FS11.3試驗(yàn)內(nèi)容參照GB/T12534汽車道路試驗(yàn)方法通則，增加高原環(huán)境下的使用情況。汽車預(yù)熱按GB/T12534進(jìn)行。如汽車裝有空調(diào)，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用外循環(huán)，溫度調(diào)節(jié)開關(guān)置于最大冷卻模式，風(fēng)量調(diào)節(jié)開關(guān)置于最大位置。極限使用工況發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速工況汽車以二檔、油門全開的狀態(tài)行駛（多軸驅(qū)動(dòng)的汽車應(yīng)處于多軸驅(qū)動(dòng)狀態(tài)）。負(fù)荷拖車逐步對(duì)汽車施加負(fù)荷，控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在最大扭矩轉(zhuǎn)速，偏差在2%或50r/min（取兩者中較大值）以內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率轉(zhuǎn)速工況汽車以二檔、油門全開的狀態(tài)行駛（多軸驅(qū)動(dòng)的汽車應(yīng)處于多軸驅(qū)動(dòng)狀態(tài)）。負(fù)荷拖車逐步對(duì)汽車施加負(fù)荷，控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定功率轉(zhuǎn)速，偏差在2%或50r/min（取兩者中較大值）以內(nèi)。建議以上兩種工況同時(shí)在高海拔條件下進(jìn)行。常規(guī)使用工況模擬爬坡工況汽車選用在3/4額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下能爬上7%坡度的最高檔。符合拖車逐步對(duì)