发动机冷却系统总体参数设计

1、一、冷却系统描述二、散热器组件参数设计三.膨胀罐组件的参数设计四.冷却风扇组件的参数设计V.水泵总成的参数设计六.橡胶水管的参数设计七、恒温器的选择八.冷却剂的选择一、冷却系统描述当内燃机运转时，与高温气体接触的零件被强烈加热。如果冷却不当，内燃机会过热，充气系数会降低，燃烧会异常(爆燃、提前点火等)。)，发动机机油将劣化和燃烧，并且部件的摩擦和磨损将加剧，导致内燃机的动力性能、经济性、可靠性和耐久性的整体劣化。但是，如果冷却过强，汽油机混合气会形成不良，机油会因燃烧而稀释，柴油机会工作粗糙，散热损失和摩擦损失会增加，零件磨损会加剧，这也将使内燃机工作更差。因此，冷却系统的主要任务是确保内燃机

2、在最合适的温度下工作。1.1发动机的工作条件和冷却系统的要求良好的冷却系统应满足以下要求：1)散热能力能满足内燃机在各种工况下运行的需要。当工况和环境条件发生变化时，内燃机仍能可靠地工作并保持最佳冷却水温度；2)在短时间内消除系统压力；3)应考虑扩展空间，一般占总体积的4-6%；4)具有较高的加水速率。初始填充量可达到系统体积的90%以上。5)当发动机高速运转，系统压力盖打开时，水泵入口应为正压；6)有一定的无水工作能力，缺水量大于第一次冷却液未加满时的体积；7)设置水温报警装置；8)密封，无漏气、漏水现象；9)冷却系统耗电较少。启动后，能在短时间内达到正常工作温度。10)使用可靠，使用寿命长

3、，制造成本低。1.2冷却系统的总体布置冷却系统的总体布局主要考虑两个方面：一是空气循环系统；第二，冷却剂循环系统。在设计中，有必要提高进气系数和冷却剂循环的散热能力。提高通风系数：进风口总有效面积与散热器正面积之比30%。对于空气流通不畅的结构，需要增加导风装置，有效地将风能吹向散热器的正区域，提高散热器的利用率。在整车空间布局允许的情况下，尽可能增加散热器的迎风面积，减少芯体厚度。这样可以充分利用风扇的风量和汽车迎面而来的风，提高散热器的散热效率。货车的芯厚一般不超过四根排水管，汽车的芯厚不超过两根排水管。在整车布局的散热系统中，还应考虑散热器与周边之间的间隙。散热器和保险杠蒙皮之间的最小距

4、离为100毫米。如果发动机的三元催化器在前端，风扇和三元催化器体之间的距离至少应为100毫米，风扇和三元催化器隔热罩之间的距离至少应为80毫米。一般来说，三元催化器隔热罩到车身的距离约为15毫米，隔热罩的厚度为0.5-1毫米，一般材料为st12。散热器布局卡车散热器一般采用纵向流结构，因为卡车的布局空间也比较丰富。此外，纵向流结构的散热器强度和悬架的可靠性较好，由于车身较低，空间狭小，汽车大多采用散热器横向流结构。横流式散热器可以充分利用汽车有限的空间，最大限度地发挥散热器的迎风面积。散热器分为两种冷却形式：水冷却和空气冷却。空气冷却主要用于冷却在沙漠地区行驶的车辆，但大多数车辆采用水冷却。R

5、adia对于中型和重型卡车，由于散热器质量大，使用环境差，应在散热器外部增加刚性保护架，以防止振动等外力直接作用在散热器上。悬挂点设置在框架上。轻型卡车和轿车通常没有保护框架，悬挂点设置在散热器或水箱的侧板上。为了提高散热器的强度，有些汽车散热器装有横撑。1.2.2挡风玻璃的布置挡风板的作用是确保风扇产生的所有空气流经散热器，提高风扇的效率。挡风板特别提高了低速和大功率风扇的效率。风扇和机罩之间的径向间隙较小，风扇的效率较高。然而，间隙太小，并且风扇和挡风玻璃之间的干扰将由汽车在行驶过程中的振动引起。风扇和挡风板之间的径向间隙通常控制在5毫米到25毫米之间。当风扇和挡风板之间发生干涉时。风扇和

6、挡风板安装在同一个部件总成上(就像底盘或同一个车身一样)，风扇和挡风板之间的间隙可以滚出生产线，否则取上限。风机和挡风板的轴向位置一般为风机在挡风板内径向投影宽度的2/3，在挡风板外的1/3，以增加导流，降低背压。塑料挡风玻璃通常用于大规模生产的车辆。铁护板主要用于小批量或大直径的车辆。在一些汽车模型中，特别是汽车，挡风玻璃有多个窗户和单向窗帘布。当车速较高且风扇停止运转时，帘布打开以减小挡风板的风阻，当风扇启动时，帘布关闭以提高风扇效率。1.2.3风扇布局风扇直径应与散热器的形状相协调。如果条件允许，可以增加风扇直径，降低风扇速度。从而达到降低功耗和噪音的目的。当一些散热器的长宽比很不同时，

7、比如汽车散热器，有时会用两个直径较小的风扇来代替。特别是，塑料风扇已经用于所有需要更高转速的风扇。电风扇由电机驱动，电机的启动和停止由水温直接感应的温度开关控制。该电风扇的优点是启动温度与设定温度一致，布局位置灵活，不受发动机转速的影响，汽车低速怠速时冷却效果好。冷车启动时，水温迅速上升。但它也用于装有卧式发动机的汽车。恒温器的布局目前，汽车上使用的温控器都采用蜡型感应器温控器。当冷却水温度上升时，蜡膨胀，恒温器打开，冷却水流经散热器进行大循环。当冷却水温度降低时，蜡量减少，恒温器关闭，冷却水不通过散热器，短路流过发动机的刚体进行小循环。恒温器通常安装在发动机的出水口。恒温器在完全打开时要求有

8、小的泄漏和大的流通面积。增加恒温器的流通面积可以通过增加恒温器阀的升程和直径来实现。国外大多数先进的自动调温器通过增加阀门升程来增加流通面积，这样可以减少由于增加自动调温器阀门直径而导致的粘滞和密封不严等问题。然而，增加恒温器的提升需要对恒温器有更高的技术要求。一些发动机并联使用两个恒温器来增加恒温器的流通面积。1.2.5水泵布置水泵的流量和扬程取决于不同的发动机。流量通常是发动机额定功率的1.5-2.7倍。升程一般为0.7kpa-1.5kpa，升程过高会对冷却系统的密封性能产生不利影响。水泵的可靠性主要取决于水封和轴承。轴承一般采用轴轴承和永久润滑结构，水封采用陶瓷、碳化硅动环和石墨静环一体

9、式水封。轴承间隙和水封气密性应严格控制。1.2.6冷却系统的最高水温应基于发动机的允许水温。恒温器的全开温度应是发动机正常工作水温范围的中限值，开启温度应是发动机正常工作水温范围的下限。然而，由于其自身的特性，开启温度通常比完全开启温度低大约10摄氏度。1.4冷却系统外形图(示例)1.散热器张紧板2。六角法兰螺栓3。橡胶衬套4。散热器组件5。弹性卡箍6。发动机出口管7。弹性夹子8.水管-膨胀箱至散热器9。水管卡10。六角法兰螺栓11。管夹12。六角法兰螺栓13。膨胀箱组件14。弹性夹15。水管-膨胀箱至水泵16。水管-发动机至膨胀箱17。弹性夹18。发动机进水管19性夹钳20。弹性夹21。加热

10、器入口管22。弹性夹23。加热器出口管24。橡胶垫25。六角法兰螺栓26。具有防风环组件的风扇电机一、冷却系统主要设计参数1.主要发动机参数：类型：水冷4冲程，直列4缸SOHC VTEC，16阀横向气缸直径和冲程：86.0毫米97.0毫米发动机排量：2254毫升压缩比：8.9: 1最大功率：110千瓦/5700转/分最大扭矩：612牛顿米/4900转/分在设计或选择冷却部件时，应把散热到冷却系统中的热量Q作为计算冷却系统循环水量和冷却风量的原始数据：使用经验公式A-燃油热能传递到冷却系统的分数，取同型号统计，%，汽油机A=0.23 0.30，取A=0.25-燃料消耗率，kg/kw . h；汽油

11、发动机取0.25为0.205 0.320-发动机的有效功率，取最大功率110kw水冷油散热器的散热量应增加5% 10%。在计算出发动机所需的散热量后，就可以计算出冷却水的循环量-冷却水循环的允许温升(-)，取为-水的密度(1000千克/)-水的比热(4.187千焦/千克。(实际冷却水循环是冷却空气需求：-散热器前后空气流动的温差，取20。-空气密度，一般为1.01千克/-空气的恒压比热，优选=1.047千焦/千克。二.散热器设计1.计算散热器的原始参数是散热器散发的热量和散热器的整体尺寸。散热器散发的热量等于从发动机传递到冷却液的热量。给定散热器散发的热量，所需的散热面积f可通过以下公式计算：

12、散热器的传热系数-散热器储备系数、水垢和污泥影响等。一般=1.1 1.5，取1.1。-冷却水和空气之间的平均温差，取为散热器的不同部位冷却水和空气的温差不同，所以通常采用平均温差。平均温差可通过以下公式：计算散热器进口温度，take散热器出口温度，take进入散热器的空气温度，取为离开散热器的空气温度，取为冷却水流量为0.2 0.6m/s时，从冷却水到散热器壁的放热系数约为2000 3500，取3500。散热管的导热系数，纯铝的导热系数为230瓦/米克，换算成散热器管壁厚，0.0002米当流经散热管的空气流量为10 20m/s时，散热管向空气的散热系数=60 105，取105。散热面积2.散热

13、器的详细计算计算散热面积后，是散热器芯的选择。从结构上看，主要有两种类型：管式和管带式(如图1所示)。这里选择管带散热器。根据汽车工业标准QC/T29025-1991，选择以下核心：冷却管应为高频对焊式型，=2mm，L=16m，如图1所示可选的双排冷却管，如图2所示图1图2图3C=l4=20毫米d=1=9毫米T=(2-1)C 2d=38毫米B=10mm毫米，t=4毫米铁芯厚度t、铁芯宽度w和铁芯高度h见图4图4高420毫米，低530毫米，高38毫米散热器的正面积(迎风面积)为每条散热带的有效散热面积(两侧)所需管道数量b冷却液在发动机冷却回路中流动，并随着温度的升高而体积膨胀。设置膨胀箱来吸收

14、这种膨胀的体积。带膨胀箱的冷却系统根据膨胀箱是否加压分为两种类型：系统A:增压系统中有一个冷却剂膨胀空间(膨胀箱)，冷却剂循环进入膨胀空间进行气液分离。膨胀箱应耐热耐压，位于高于散热器的位置，并保持系统中的压力合适。系统B:增压系统中有冷却液的膨胀空间(膨胀箱)，只有当冷却液溢流到膨胀箱时，才会进行气液分离。对膨胀罐的耐热性、容量和位置要求较低。膨胀罐由两个注射成型的零件组成，通过焊接(热焊和超声波焊接)形成一体。不同的形式四.冷却风扇的选择根据发动机参数，参照同类型汽车发动机，选择轴流电风扇。它由安装在散热器上的石蜡型温控开关控制(将水温控制在87 97)，并自动控制风扇电机的运行，以保持发

15、动机温度正常。这种自动控制冷却系统可以快速升温和自由排列。风机的性能参数包括风量v、压头和功率。1.考虑到空气量的泄漏，风扇的空气量大于计算的空气量，即，考虑泄漏系数，通常=1.05 1.15，取1.06。2.风扇压头，其中散热器风阻(帕)除散热器外的风道阻力，根据经验数据=200500帕拿400帕。3.风扇功率，其中风扇效率，一般=0.3 0.6，取0.5。根据风机的性能参数，参照同类型风机，本设计选用聚丙烯塑料作为叶片材料，截面形状为翼形，叶片向前弯曲(如图1所示)。叶片安装角度(叶片与风机旋转平面的角度)一般为度，叶片数为7，叶片数为奇数，可有效降低风机噪音。风扇直径为420毫米，叶片宽

16、度为48毫米，轮毂比(风扇直径与风扇轮毂直径之比)为0.30，叶片间距角度不同，以减少叶片旋转时的振动和噪音。风扇风量q、风扇直径d和风扇速度n之间存在以下关系.k是比例因子。A.标准刀片b .向前弯曲刀片c .向后弯曲刀片图1V.水泵的选择及参数计算水泵的功能是循环冷却发动机所需的冷却液。根据给定的发动机功率参数，参照同类型发动机，水泵采用半开式叶轮离心水泵，叶轮采用灰铸铁HT200，叶片数为7的后弯叶片。水泵外壳采用灰铸铁H150，进出水管与外壳铸造成一体。具体计算过程如下：2.主要发动机参数：类型：水冷4冲程，直列4缸SOHC VTEC，16阀横向气缸直径和冲程：86.0毫米97.0毫米发动机排量：2254毫