發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)總體參數(shù)設(shè)計

一、冷卻系統(tǒng)說明二、散熱器總成參數(shù)設(shè)計三、膨脹箱總成參數(shù)設(shè)計四、冷卻風(fēng)扇總成參數(shù)設(shè)計五、水泵總成參數(shù)設(shè)計七、節(jié)溫器選擇八、冷卻液選擇一、冷卻系統(tǒng)說明適當(dāng)?shù)睦鋮s，會使內(nèi)燃機(jī)過熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常〔爆燃、早燃等力性、經(jīng)濟(jì)性、牢靠性和耐久性全面惡化。但是，假設(shè)冷卻過強(qiáng)，汽油機(jī)混合氣形成不良，機(jī)油被燃燒稀釋，柴油機(jī)工作粗爆，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會使內(nèi)燃機(jī)工作變壞。因此，冷卻系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證內(nèi)燃機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。發(fā)動機(jī)的工況及對冷卻系統(tǒng)的要求一個良好的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)滿足以下各項要求：散熱力量能滿足內(nèi)燃機(jī)在各種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時的需要。當(dāng)工況和環(huán)境條件變化時，仍能保證內(nèi)燃機(jī)牢靠地工作和維持最正確的冷卻水溫度；應(yīng)在短時間內(nèi)，排解系統(tǒng)的壓力；4-6%；90%以上。在發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)壓力蓋翻開時，水泵進(jìn)口應(yīng)為正壓；有肯定的缺水工作力量，缺水量大于第一次未加滿冷卻液的容積；設(shè)置水溫報警裝置；密封好，不得漏氣、漏水；冷卻系統(tǒng)消耗功率小。啟動后，能在短時間內(nèi)到達(dá)正常工作溫度。使用牢靠，壽命長，制造本錢低。冷卻系統(tǒng)的總體布置冷卻系統(tǒng)總布置主要考慮兩方面：一是空氣流通系統(tǒng)；二是冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計中必需作到提高進(jìn)風(fēng)系數(shù)和冷卻液循環(huán)中的散熱力量。30流通不順的構(gòu)造，需要加導(dǎo)風(fēng)裝置使風(fēng)能有效的吹到散熱器的正面積上，提高散熱器的利用率。在整車空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風(fēng)面積，減薄芯子厚度。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。一般貨車芯厚不超過四排水管，轎車芯厚不超過二排水管。在整車布置中散熱系統(tǒng)中，還要考慮散熱器和周邊的間隙，散熱10010080150.5－1st12。散熱器布置而且縱流水構(gòu)造的散熱器強(qiáng)度及懸置的牢靠性較好，轎車多承受散熱器橫流水構(gòu)造，由于轎車車身較低，空間尺寸緊急。橫流水構(gòu)造散熱器能充分地利用轎車的有限空間最大限度地增加散熱器的迎風(fēng)面積。散熱器分成水冷和風(fēng)冷兩種冷卻形式，風(fēng)冷主要用在行駛在沙漠地帶的車輛的冷卻，但是決大多數(shù)的車輛承受水冷冷卻形式。散熱器懸置布置：221善散熱器受力狀況，以盡量削減散熱器的振動強(qiáng)度。主懸置點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渡以到達(dá)減震的1/5車因其整車的減振膠墊或膠套而進(jìn)展剛性連接。中，重型載貨汽車由于散熱器的質(zhì)量大及使用環(huán)境較差，一般要在散熱器的外部增加一個剛性較大的保護(hù)框架，以防止振動等外界力直接作用在散熱器上。懸置點設(shè)置在框架上。輕型貨車和轎車一般不加保護(hù)框架，懸置點設(shè)置在散熱器的側(cè)板或水室上。為提高散熱器強(qiáng)度一些車散熱器上加有十字拉筋。護(hù)風(fēng)罩布置護(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)罩對低速大功率風(fēng)扇效率提高特別顯著。車在行駛中由于振動會造成風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的干預(yù)。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩5mm－25mm。當(dāng)風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的干預(yù)。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〕2/3內(nèi)，1/3在大批量生產(chǎn)的車型中多承受塑料護(hù)風(fēng)罩。鐵護(hù)罩多用于批量小或直徑較大的車型中。在某些車型中，特別是轎車，護(hù)風(fēng)罩在常開有多個窗口并加以當(dāng)風(fēng)扇啟功后，簾布關(guān)閉提高風(fēng)扇效率。風(fēng)扇布置風(fēng)扇直徑大小應(yīng)和散熱器的外形相協(xié)調(diào)，條件允許時可增大風(fēng)扇的直徑，降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。以到達(dá)減小功率消耗和降低噪音的目的。在某些散熱器長，寬比例相差較大時，如轎車散熱器，有時承受兩個直徑較小的風(fēng)扇所取代。特別是要求轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)扇中已全部承受塑料風(fēng)扇。電動風(fēng)扇是由電動機(jī)來驅(qū)動風(fēng)扇，電動機(jī)的啟動與停頓是受水溫布置位置敏捷，不受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，汽車在低速怠速時冷卻效果節(jié)溫器布置目前汽車上應(yīng)用的節(jié)溫器均承受蠟式感應(yīng)體節(jié)溫器。當(dāng)冷卻水溫溫度上升時蠟膨脹，節(jié)溫器開啟，冷卻水流經(jīng)散熱器進(jìn)展大循環(huán)。當(dāng)短路流經(jīng)發(fā)動機(jī)剛體進(jìn)展小循環(huán)。節(jié)溫器一般布置在發(fā)動機(jī)的出水口處。要求節(jié)溫器的泄漏量小，全開時流通面積大。增大節(jié)溫器的流通面積可以通過提高節(jié)溫器閥門的升程和增加閥門的直徑來實現(xiàn)。國外較先進(jìn)的節(jié)溫器多通過提高閥門升程來增大流通面積，這樣可以削減因增大節(jié)溫器閥門直徑帶來的卡滯，密封不嚴(yán)等問題。但是增大節(jié)溫器的升程，對節(jié)溫器技術(shù)要求較高。有些發(fā)動機(jī)為增加節(jié)溫器的流通面積多承受兩只節(jié)溫器并聯(lián)構(gòu)造。水泵布置水泵的流量及揚(yáng)程依據(jù)不同的發(fā)動機(jī)而定。流量一般為發(fā)動機(jī)額1.5－2.70.7kpa－1.5kpa，揚(yáng)程過高對冷卻系統(tǒng)的密封性會產(chǎn)生不利的影響。水泵的牢靠性主要取決于水封和軸承，軸承普遍承受軸連軸承及永久式潤滑構(gòu)造，水封承受陶瓷，碳化硅動環(huán)和石墨靜環(huán)整體式水封。軸承的游隙及水封的氣密性要嚴(yán)格掌握。膨脹箱布置盡量靠近散熱器布置，使得水管長度最短；膨脹箱的高度要高于冷卻系統(tǒng)全部部件。3冷卻系統(tǒng)主要部件匹配設(shè)計要點在整車總布置空間允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風(fēng)面積。在保證風(fēng)量不變的條件下，可以適當(dāng)增加風(fēng)扇直徑，降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，削減噪聲和功率消耗。冷卻系統(tǒng)的最高水溫應(yīng)以發(fā)動機(jī)的允許使用水溫為標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)溫器的全開溫度應(yīng)為發(fā)動機(jī)正常工作水溫范圍的中限，開啟溫度應(yīng)為發(fā)動機(jī)正常工作水溫范圍的下限。但因節(jié)溫器的自身特性，開101.4〔例子〕1.散熱器張緊板2.六角法蘭面螺栓3.橡膠襯套4.散熱器總成5.彈性卡箍67.彈性卡箍水管－膨脹箱至散熱器9.水管卡片10.六角法蘭面螺栓11.管夾12.六角法蘭面螺栓13.膨脹箱總成14.彈性卡箍15.水管－膨脹箱至水泵16.17.彈性卡箍18.19.彈性卡箍20.21.暖風(fēng)機(jī)進(jìn)水管22.彈性卡箍23.暖風(fēng)機(jī)出水管24.橡膠軟墊2526.風(fēng)扇電機(jī)帶護(hù)風(fēng)圈總成一．冷卻系的主要設(shè)計參數(shù)發(fā)動機(jī)主要參數(shù)：44缸SOHCVTEC，16氣缸直徑與行程：86.0mm×97.0mm發(fā)動機(jī)排量：2254ml壓縮比：8.9：1最大功率：110kw/5700rpm最大扭矩：612N.m/4900rpm在設(shè)計或選用冷卻部件時應(yīng)以散入冷卻系統(tǒng)的熱量Q為原始數(shù)據(jù)，來計算冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量和冷卻空氣量：用閱歷式AgPh

0.25110431000.25WQ W

3600

82.31kJ/s70776千卡/小時eeeuA=0.23～0.30，取A=0.25g-燃料消耗率，kg/kw.h0.205～0.3200.25eP110kwe假設(shè)水冷式機(jī)油散熱器，要增加散熱量，QW

5%～10%.在算動身動機(jī)所需的散走的熱量后，可計算冷卻水循環(huán)量QV WQW trC

82.31810004.187245.73L/minWW Wt -冷卻水循環(huán)的容許溫升〔-1，取8Wr 1000kg/m3〕WC -水比熱〔4.187kJ/kg.C〕W實際冷卻水循環(huán)量為Vp冷卻空氣需要量：

WQ

294.88L/min82.313V Wa trCaa Pa

201.011.0473.892m/st20Car-空氣密度，一般ra

1.01kg/m3C -空氣的定壓比熱，可取CPa

=1.047kJ/kg.C二．散熱器設(shè)計散熱器的計算所依據(jù)的原始參數(shù)是散熱器散發(fā)的熱量和散熱器的外形尺寸。散熱器散發(fā)的熱量就等于發(fā)動機(jī)傳給冷卻液的熱量。散熱器散發(fā)的熱量后，所需散熱面積FQQF WKtmK-散熱器的傳熱系數(shù)千卡/米2.小時-散熱器貯備系數(shù)，水垢及油泥影響等，一般=1.1～1.51.1t -冷卻水與空氣的平均溫差，取26m散熱器的不同部位，其冷卻水與空氣溫差不同，通常承受平均溫差，平均溫差tm

tm

ts1ts22

2

262ts1—散熱器進(jìn)水溫度，取90 ts2

—散熱器出水溫度，取40tk1—空氣進(jìn)入散熱器時的溫度，取20tk2—空氣離開散熱器時的溫度，取401k1 1

w L 0.2～0.6m/sw /米2.小時.C3500。w197.8千卡/米2.小時.C—散熱管壁厚，0.0002m 10～20m/sL L散熱面積F

Q 707761.120.8m2WKt 10226Wm散熱器細(xì)節(jié)計算在計算出散熱面積后，就是散熱器芯部的選擇。從構(gòu)造上分主要有管片式和管帶式兩種〔如圖1。這里選用管帶式散熱器。依據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T29025-1991,選擇如下芯子：冷卻管選取高頻對焊型冷卻管Ⅳ型號，b1

=2mm,L=16m1選用D2

2123LC=L+4=20mm d=+1=9mm T=(2-1)C+2d=38mm2取b=10mm,t=4mm芯厚T、芯寬WH44H420mm,W530mm,T38mm散熱器正面積〔迎風(fēng)面積〕為WH=420530222600mm20.2226m2每片散熱帶的有效散熱面積〔雙面〕t2t2b2S 220

tT2210.210538162700mm20.1627m2所需管帶數(shù)為W530

=44片b+b2+101散熱帶總散熱面積S=S1 0

440.01627447.15m2所需冷卻管數(shù)為2 W

2

530

88根bb 2101每根冷卻管外表積約為0.1596m2冷卻管總外表積約為0.15968814.0448m2總散熱面積S14.0447.1521.19m2，滿足散熱面積要求。三膨脹箱總成設(shè)計1箱有無加壓分為兩種：系統(tǒng)A：在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間〔膨脹箱循環(huán)到膨脹空間中，進(jìn)展氣液分別。膨脹箱應(yīng)耐熱、耐壓，位置高于散熱器并保持系統(tǒng)內(nèi)壓力適宜。系統(tǒng)B：在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間〔膨脹箱流至膨脹箱時進(jìn)展氣液分別。膨脹箱耐熱性、容量、位置要求低些。膨脹箱由兩個注塑件組成，通過焊接〔熱焊、超聲波焊接〕組成一體。形式不一四．冷卻風(fēng)扇的選擇依據(jù)發(fā)動機(jī)參數(shù)與參考同類型的汽車發(fā)動機(jī)，選擇軸流式電動風(fēng)扇。它用裝在散熱器上的石蠟式溫控開關(guān)掌握〔掌握水溫797C風(fēng)扇電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，保持發(fā)動機(jī)溫度正常。這種自動掌握的冷卻系統(tǒng)啟動暖機(jī)快，布置較自由。風(fēng)扇的性能參數(shù)包括風(fēng)量V、壓頭P、功率P。f冷卻空氣需要量Va

3.892m3/s，考慮到風(fēng)量的漏損，風(fēng)扇的風(fēng)量要比計算所得的風(fēng)量V

大，即VV

1.063.8924.12m3/s，a 0a—考慮到漏損的系數(shù)，通常0

=1.05～1.15，1.06。風(fēng)扇的壓頭PPR

Pf

，其中PR

〔Pa〕P—除散熱器外的風(fēng)道阻力，依據(jù)閱歷數(shù)據(jù)P=200—500Paf400Pa。P

pV

4004.12

3.23kw，其中—風(fēng)扇效率，一般f 1020 10200.5=0.3～0.60.5。依據(jù)風(fēng)扇性能參數(shù)與參考同類型風(fēng)扇，本次設(shè)計，葉片材料選擇塑料—聚丙烯P〔如圖1，葉片安裝角〔片與風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)平面成的角度〕一般為30～45，取為40，葉片數(shù)量取7420mm48mm,輪轂比〔風(fēng)扇直徑與風(fēng)扇輪轂直徑風(fēng)扇風(fēng)量Q與風(fēng)扇直徑D、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速nQKnd3,K標(biāo)準(zhǔn)葉片 b.前彎葉片 c.后彎葉片1五、水泵的選擇和參數(shù)計算水泵的作用是讓冷卻發(fā)動機(jī)所需要的冷卻液產(chǎn)生循環(huán)，依據(jù)所給的發(fā)動機(jī)動力參數(shù)，以及參考同類型發(fā)動機(jī)，水泵承受離心式水泵，半開式葉HT200,7,水泵殼體承受灰鑄鐵H150,進(jìn)出水管與殼體鑄成一體。具體計算過程如下：發(fā)動機(jī)主要參數(shù)：44缸SOHCVTEC，16氣缸直徑與行程：86.0mm×97.0mm發(fā)動機(jī)排量：2254ml壓縮比：8.9：1最大功率：110kw/5700rpm最大扭矩：612N.m/4900rpm1.軸孔直徑d按內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵水封系列推舉的數(shù)據(jù)，并參考同類型冷卻水泵的實際數(shù)據(jù)，選取d=0.020m2.輪轂直徑d=d+0.013=0.033mh進(jìn)水環(huán)面當(dāng)量直徑Dk

D= =kQ3nkQ3n

=0.052mk30.005730.00576800

5.5D2dD2dk h0.05220.03320

=0.06m/s葉片進(jìn)口邊直徑D1

=0.06m0軸向進(jìn)水速度V

= 4Q =

40.0057

=2.89m/sD (D0

2dh

2) 3.14(0.0620.0332)徑向進(jìn)水速度V=0.85V

=0.85×2.89=2.46m／sDr D進(jìn)口安裝角ββ701 1QDV 1QDV 1Dr V10.00573.140.062.460.71限于允許的軸向尺寸，取b半開式葉輪進(jìn)口容積效率

=0.013m1=0.7V1V Q 0.0057 3.32m/sor Db 3.140.060.0130.711 V1葉片數(shù)量z為獲得肯定的流量取z=7葉片厚度s=0.005m進(jìn)口排擠系數(shù)

D 3.140.061

1.2=1 D=1

zssin1

3.140.0670.05sin1V

V

1.23.323.98m/s1r 1or進(jìn)口確定速度V1

1

=3.98m/s1r115.進(jìn)口圓周速度μDn1

3.140.066800=21.4m/s1 60 6016.進(jìn)口安裝角校核1

”=tan1V

tan

3.981

10.51r1 21.41r1(2)沖角” ”1

”1

7010.5由于進(jìn)口安裝角取值較大，沖角相應(yīng)加大17.揚(yáng)程系數(shù)0.32 小型高速泵取較小的值出口圓周速度2葉輪外徑

60

20.72m/sHg149.810.32Hg149.810.32D D 2 0.058m/s2 2 n 3.146800出口軸面速度V2r

1r

0.73.982.79m/s出口安裝角 =402葉片出口高度b Q 0.0057 0.0178m2 (D zs )V (3.140.05870.005)2.790.92 sin2

2r v2

sin40 取0.9 bv2 2

0.018m二．渦室計算渦室基圓直徑D3

D0.0010.0580.0010.059m2隔舌安放角 253.隔舌寬度角 ”10隔舌直徑 DV

0.002D3

0.0020.0590.061m渦室寬度b3

bb3

s”c0.0180.0030.0040.025m取葉輪蓋板厚度s”0.003 葉輪蓋板側(cè)隙c0.004m渦室中的流速V3

7m/s第Ⅷ斷面面積F

=Q0.0057

0.000814m2ⅧV 73依據(jù)泵的特點，渦室承受矩形斷面，各斷面面積分別為F

或R iFr 3 i i bF3F=7Ⅶ 8

F=7.12104m2 F=Ⅷ Ⅵ

3F=6.11104m2 F=4 Ⅷ Ⅴ

5F=8 Ⅷ5.09104m2

=1FⅣ 2

=4.07104m2 F=3FⅧ Ⅲ 8 =3.15104m2

F

=2.04104m2F=1F

=1.02104m2

Ⅱ 4 ⅧⅠ 8 Ⅷ

R可分別計算i

RFii bi3

△R=0.032m △RⅧ Ⅶ=0.028m △R

=0.025m △RⅥ

=0.022m △RⅤ

=0.018mⅣ△R=0.013m Ⅲ

=0.009m Ⅱ

=0.006mⅠ三．進(jìn)水管計算進(jìn)水管內(nèi)水速V”sV”3m/ss4QV4QV”ss s

0.049m440.00573.143s四．出水管計算出水管處水速Vd

0.05mV 3m/s440.00573.1434QVd4QVdd d

0.049m同樣取dd

0.05m六．橡膠水管參數(shù)發(fā)動機(jī)冷卻回