delica冷却系统设计计算

1、一、引言东南公司委托东风汽车工程研究院轻乘部，为其原配三菱4G63发动机的普通型delica换装EQ491发动机。对于采用EQ491发动机的EQ1031T轻卡及EQ6480面包车，冷却系统的开发都比较成功。受布置空间的限制，现有冷却系统不能完全移植到东南delica上。初步的技术方案是：沿用delica 的散热器及膨胀散热器，与EQ491现行风扇带硅油风扇离合器总成进行匹配。为探讨该方案的可行性，在完成delica原车散热器样品台架试验的基础上，结合EQ1030冷却系统开发试验结果，本文将对delica配EQ491发动机冷却系统的冷却能力进行设计计算，为确定设计方案提供依据。 二有关总成主要技

2、术参数1 发动机：4G63和EQ491三菱4G63EQ491结构特征直列、四缸、四冲程、水冷、单顶置凸轮轴汽油机排量4-85x88=1.997 l4-91x77=1.993 l压缩比9.5：19.2：1最大扭矩158N.m3000rpm152N.m3500rpm额定功率78kW6000rpm66kW5000rpm冷却水容量（发动机）：EQ491：3 l发动机水套散热量：EQ491全速全负荷时为40kW。发动机规定的极限温度：EQ491，根据Ford“汽油机和轿车柴油机热循环试验”规范，冷却液温度应120，机油温度应135从理论上分析：两发动机排量相当，最大扭矩点工况相近，而4G63额定功率比E

3、Q491高出20%，故4G63对冷却系统的要求应比较高。但另一方面，大缸径、短冲程的EQ491发动机的热负荷较高，这与其在EQ1030上使用后的反映是一致的；而在额定功率点，4G63发动机转速高出20%，风扇转速相应提高，有利于提高冷却能力。2 散热器：1301DN-010和1301QA-0101301DN-0101301QA-010芯子尺寸：宽x高x厚（mm）596.3x400x16538x360x32散热带波距mmx波数2.16x3.6x100波高mmx带数7x60散热带天窗28°，间距1mm材料厚度0.05mm（=393W/m.）散热管规格13x2管数2x59=118材料厚度0

4、.14mm（=330W/m.）总散热面积=散热带+散热管（m2）6.5=5.85+0.657.06=5.86+1.2散热器正面积（m2）0.23850.19368通水断面积（m2）0.001575 流通断面积Stube=2x59x/4×2×2(13-2)×2=2966.71mm20.002961冷却液容积（l）1.4（实测1.8）2.7干燥重量（kg）7.2压力盖压力（kg/cm2）09两散热器的性能试验结果见附表1，试验方法：JB2293-78汽车、拖拉机散热器风筒试验方法及EQC-110-1998。Delica采用单排管、波距较小、正面积较大的散热器，可充分利

5、用迎面风。根据经验及两个散热器的结构参数，delica散热器的风阻不应大于两排管的EQ1030散热器，Delica散热器技术条件里规定的风阻值亦与EQ1030相近，但台架试验的结果表明，Delica散热器的风阻近乎后者的两倍。我们对风阻的试验结果持保留态度（可能与样品局部受磕碰有关）。Delica散热器技术条件见附表2。3. 风扇离合器带风扇总成：1308QA-050及1308QA-010风扇：外径410，轮毂直径128，叶片投影宽度43，8叶均布风扇性能试验结果见附表3，试验方法：GB1236-85通风机空气动力性能试验方法硅油风扇离合器：性能参数：输入转速：5600rpm（曲轴转速5000

6、rpm时，水泵轴转速为5600rpm） 啮合温度：62±3 啮合转速：3600±120rpm 分离温度：49 分离转速：6001000rpm对于硅油风扇离合器而言，其在台架上的啮合转速与整车上的啮合转速有一定差距，这是由于环境条件不一致引起的。转毂试验结果表明，对于装EQ491的EQ1030轻卡，风扇的实际转速如下： 功率点：发动机5000rpm，水泵5600rpm，风扇3750rpm，离合器滑差率33% 扭矩点：发动机3500rpm，水泵3920rpm，风扇3000rpm，离合器滑差率23%4水泵：EQ491型式：离心叶轮式，由曲轴经V带传动；速比：1.12x曲轴转速发动

7、机转速rpm10002000300040005000水泵流量l/min22.243.866.088.2110功率点流量：110l/min5000rpm扭矩点流量：75l/min3500rpm5节温器：EQ491型式：腊式初开温度：8589全开温度：991026布置特点比较Delica冷却系统的周边条件优于EQ1030：由于是短长头造型，散热器进出风道都比较顺畅。空调冷凝器同样布置在散热器的正前方，Delica冷凝器正面积大于EQ1030，与散热器正面积重叠部分也大于EQ1030，但空调冷凝器与散热器的间距大于EQ1030（推荐值：不小于30mm）。换EQ491后，风扇与散热器芯子间距太小（？4

8、0mm），一般推荐为2.56英寸。三、冷却系统冷却能力计算与分析EQ1030进行过很完整的冷却系统开发试验，以此为基础，可以抛开烦琐复杂的纯理论计算，根据试验结果预测Delica换EQ491后的冷却能力。计算过程为：（1）根据EQ1030试验结果，确定冷却系统的安装效率及扭矩点的水套散热量；（2）根据（1）的结果，预测Delica的安装效率；（3）计算Delica冷却常数。1 EQ1030冷却系统安装效率的确定：考虑发动机舱内气流的影响、叶尖间隙对容积效率的影响、以及风扇效率，一般车用冷却系统的安装效率在45%70%之间。根据EQ1030及Delica两车的特点，前者的安装效率应接近下限，后者

9、应在5060%之间。（1）功率点实际匹配风速EQ491全速全负荷时的水套散热量为：Qw=40kW。图1：水流量110 l/min时的标准散热量（EQ1030）转毂试验的结果：功率点冷却常数T为75.6（见东风汽车工程研究院EQCT-111-1998试验方法验证试验）。故，此时散热器的标准散热量为：=40x60/75.6=31.75kW对应水流量为110 l/min根据附表1，得到散热器标准散热量曲线如图1。对应31.75kW散热量，EQ1030散热器对应风速：Vr1=4.85m/s*插值计算局部数据如下：风速（m/s)标准散热量（kW）4.5575830.622724.6545531.1382

10、14.7515231.64764.8484832.150874.9454532.64803（2）理论匹配风速根据附表1，得到散热器与风扇风阻匹配曲线如附图1。对于EQ1030：功率点风扇转速为3750rpm，匹配空气流量：Qa=2.36612m3/s扭矩点风扇转速为3000rpm，匹配空气流量：Qa=1.85578m3/s散热器正面积：Fr=0.19368m2通过散热器的对应风速为功率点：扭矩点：（3）安装效率：根据功率点的实际匹配风速和理论匹配风速，有：安装效率与实际使用情况相符，也接近我们的预测。可以认为，功率点与扭矩点的安装效率是一样的。（4）扭矩点水套散热量计算：转毂试验的结果：功率点

11、冷却常数T为63.9（见东风汽车工程研究院EQCT-111-1998试验方法验证试验）。扭矩点实际匹配风速:Vr1=Vr.=9.58x39.7%=3.80m/s对应标准散热量为：Qn=24.8kW（见图2）图2：水流量75 l/min时的标准散热量（EQ1030）*插值计算局部数据如下：风速（m/s）散热量（kW）3.5918 23.8390 3.7878 24.7204 3.9837 25.5883 4.1796 26.4428 4.3755 27.2838 4.5714328.11143因此，扭矩点发动机水套散热量为：Qw=Qn*T/60=24.8x63.9/60=26.4kW2、Deli

12、ca冷却系统安装效率预测根据一、6和二、1，对Delica，取=55%。3、Delica冷却能力计算（1）理论匹配风速根据附图1。对于Delica：功率点风扇转速为3750rpm，匹配空气流量：Qa=2.11517m3/s。扭矩点风扇转速为3000rpm，匹配空气流量：Qa=1.69551m3/s。散热器正面积：Fr=0.2385m2通过散热器的对应风速为功率点：扭矩点：（2）实际匹配风速：安装效率：=55%则实际匹配风速：功率点： Vr1=Vr. .=8.8686x55%=4.8773m/s扭矩点： Vr1=Vr .=7.1091x55%=3.9101m/s（3）Delica散热器的标准散热

13、量：根据附表1，得到Delica散热器功率点（水流量110 l/min时）标准散热量曲线如图3：图3：水流量110 l/min时的标准散热量（Delica）功率点的标准散热量为Qn=33.6kW。*插值计算局部数据如下（110 l/min水流量）：风速（m/s）散热量（kW）4.7673532.948884.9632733.897145.1591834.829915.355135.74719对于Delica散热器，由于扭矩点的标准散热量没有测量，经与EQ1030散热器试验结果进行对比分析，Delica散热器在低风速段（6m/s以下）标准散热量稍大于EQ1030散热器，因此，在扭矩点，直接以EQ

14、1030散热器散热量作为计算依据。根据附表1，得到EQ1030（Delica）散热器扭矩点（水流量75 l/min时）的标准散热量曲线如图4： 图4：水流量75 l/min时的标准散热量（EQ1030）扭矩点的标准散热量为Qn=25.2kW（4）冷却常数计算：功率点：扭矩点：EQ1030相应的两个冷却常数为75.6和63.9。Delica冷却能力好于EQ1030。对于采用0.9atm压力盖的闭式强制循环冷却系统，冷却液沸腾温度可提高到120以上，EQ491发动机允许的最高水温为120，技术条件中推荐为115。因此，Delica换装EQ491后，冷却系统允许的最高环境温度为115-71.5=43

15、.5，满足国内使用条件。四、对Delica散热器的评价比面积即散热器散热面积（m2）/发动机功率（hp）Delica原车=6.5/78*0.735=0.061Delica新车=6.5/66*0.735=0.072EQ1030=7.06/66*0.735=0.079日本趋向小的比面积，一般在0.05；德国奔驰一般为0.10；CABSTAR为0.07。风速：台架匹配结果：Delica：功率点8.7m/s，扭矩点7.1m/sEQ1030：功率点12.2m/s，扭矩点9.6m/s一般乘用车推荐风速12m/s，载重车810m/s冷却水流速：Delica：功率点1.164m/s，扭矩点0.79m/sEQ1

16、030：功率点0.619m/s，扭矩点0.422m/s一般情况下，水流速低于0.5m/s是不合理的，提高水流速有利于提高冷却效率，但流速大于1m/s后，效果不显著，反而使水泵功耗增加。Delica流速稍偏大，而EQ1030则偏小。冷却水容积：发动机水套3 lEQ1030散热器2.3 lDelica散热器1.4 l对散热器冷却水容积没有严格的要求，但水容积过小，可能导致下水室出现负压，影响水泵效率。一般采用加副水箱的措施，提高水泵进口压力。五、结论新的冷却系统匹配方案是可行的，建议完成整车试制后，即进行冷却系统冷却能力试验。 附表一、散热器性能试验结果东南delica散热器性能试验结果风速m/s

17、空气流量风阻Pa散热量kw散热量kw流体阻力m3/s水流量40l/min水流量110l/min水流量l/min流阻kpa4.00000.954058.000024.500028.4000402.786.00001.4310183.000033.000040.0000757.18.00001.9080307.000037.000046.700011016.9810.00002.3850480.000041.100051.500012.00002.8620666.000043.600058.4000EQ1030散热器性能试验结果风速m/s空气流量风阻Pa散热量kw散热量kw流体阻力m3/s水流量7

18、5l/min水流量110l/min水流量l/min流阻kpa4.00000.774730.000025.100026.9000756.656.00001.1621130.000035.000039.000011013.718.00001.5494195.000040.000045.000010.00001.9368260.000045.000049.000012.00002.324250.000053.0000附表二、风扇性能试验结果转速rpm流量m3/s静压Pa内功率kW噪声dB20001.530716.84940.78671.404748.72030.80711.223593.54550.

19、78670.8485194.32230.70490.5275290.85290.78670.0000384.84540.878625001.853533.26771.52231.6417113.53161.55291.2944179.02941.28730.9781370.51821.38950.5804466.54601.52230.0000597.46181.685730002.258945.19242.574691.501.9608159.64982.595092.501.6031277.09252.186397.501.1353509.36782.308994.500.5330673.49542.564494.500.0000854.35262.