冷却系统总成设计指南

1、汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：页次：-1-冷却系统总成设计指南编制:校对:汽车工程研究院汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：页次：-2-目录一、冷却系统设计二、散热器总成设计三、冷却风扇总成设计四、膨胀箱总成设计五、橡胶水管设计汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：页次：-3-1. 冷却系统设计主题本指南制订了与汽车发动机相匹配的冷却系统的设计开发流程；1.2适用范围本程序适用丁汽车冷却系统的设计开发冷却系统设计要点2.1冷却系统组成：冷却系统主要包括：发动机

2、水套、节温器、水泵、散热器、风扇及控制器、膨胀箱、水管、油冷器（包括发动机油冷器和变速箱油冷器）等，同时还受冷凝器、暖风散热器、以及车身前进风面罩的影响，影响因素比较多，本设计指南主要讨论散热器、风扇、膨胀箱、水管等总成。2.2一般冷却系统循环示意图：2.3冷却系统功用内燃机运转时，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热，如不加以适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：页次：-4-耐久性全面恶化。但是，如果冷却过强

3、，汽油机混合气形成不良，机油被燃烧稀释，柴油机工作粗爆，散热损失和摩擦损失增加，零件的磨损加剧，也会使内燃机工作变坏。因此，冷却系统的主要任务是保证内燃机在最适宜的温度状态下工作。2.4冷却系统设计中的一般要求一个良好的冷却系统，应满足下列各项要求：1）散热能力能满足内燃机在各种工况下运转时的需要。当工况和环境条件变化时，仍能保证内燃机可靠地工作和维持最佳的冷却水温度。2）应在短时间内，排除系统的压力。3）应考虑膨胀空间，一般其容积占总容积的4-6%;4）具有较高的加水速率。初次加注量能达到系统容积的90%以上。5）在发动机高速运转，系统压力盖打开时，水泵进口应为正压；6）有一定的缺水工作能力

4、，缺水量大丁第一次未加满冷却液的容积；7）设置水温报警装置；8）密封好，不得漏水；9）冷却系统消耗功率小。启动后，能在短时间内达到正常工作温度。10）使用可靠，寿命长，制造成本低。2.5冷却系统的总体布置：冷却系统总布置主要考虑两方面：一是空气流通系统；二是冷却液循环系统。在设计中必须作到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力。2.5.1提高通风系数风扇实际空气流量与散热器和风扇理论匹配点上所确定的空气流量（即风扇台架流量）之比称为进风系数。造成进风系数低的原因，大致可归纳为如下三个原因。 阻挡，即被障碍物阻挡，或进风及排风的流通截面太小，阻力太大；回流，即由丁风扇工作时前后产生压差，一部分气流

5、通过周围间隙或其他途径从后端高压处回流到前端低压处；风扇与散热器的相对位置配合不好，在散热器上存在着无气流的死角，使气流产生大量的涡流回喘流。改善冷却空气流通系统的措施如下： 减少空气流动阻力 降低热风温度，防止热风回流合理布置风扇和散热器芯部的相对位置：从正面看，风扇与散热器相对位置是以散热器芯部未被风扇叶片扫过的面积最小时为最佳；从轴向看,尽可能加大风扇前端面与散热器之间的距离,并合理设计护风罩。2.5.2、提高冷却循环中的除气能力汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：页次：-5-散热器位置高丁发动机，并使散热器上水室具有足够大的容量或上水室内部具

6、有除气措施。 当散热器位置稍高丁发动机或与发动机等高时，应该设计副水箱和引气管。热器位置低丁发动机时，必须设置副水箱和引气管，并设有强制连续除气循环的管路。2. 设计计算3.1计算冷却系统散走的热量：冷却系统散走的热量Qw,受许多复杂因素的影响，彳艮难精确计算，初估Qw时，可以用下列经验公式估算：Qw=AgeNehn3600式中A一传给冷却系统的热量占燃料热能的的白分比，对汽油机A=0.230.30;取A=0.25ge内燃机燃油消耗率（千克/千瓦小时）；取ge=0.32千克/千瓦小时Ne内燃机功率（千瓦）；Ne=62千瓦。hn一燃料低热值，hn=43100千焦/千克3.2计算冷却水的循环量根据

7、散入冷却系统中的热量，可以算出冷却水的循环量VwQwVw=twYwcw式中tw冷却水在内燃机中循环时的容许温升，对现代强制循环冷却系，可取Atw=612C；取tw=9CYw水的比重，可近似取丫w=1000千克/7；cw水的比热，可近似取cw=4.187千焦/千克度3.3计算冷却空气的需要量冷却空气的需要量Va一般根据散热器的散热量确定。散热器的散热量一般等丁冷却系统的散热量Qw。QwVa=tayacp式中Ata一空气进入散热器以前与通过散热器以后的温度差，通常ta=1030C；取ta=20CY空气的重度，一般丫a=1.01千克/米；cp空气定压比热，可取cp=1.047千焦/千克度汽集团奇瑞汽

8、车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：页次：-6-3.4以SQR480发动机的冷却系统计算为例，计算出各种发动机转速下需要带走的散热量、同时需要达到风量和水流量，从而得到的散热器和风扇的基本性能参数48QED或动机冷却系貌计其说明书序号urnmsftssas空气地kn硬.h阀如）蛔尬但）Qw(Kw)teX：畛:Va(Um)(WEK)iAh1!5000.25匾就4诚E4.261顿4.廊121SO：0III1W7Ml93200«.250.32284n4310(62.37f108041ST118J1：011?1晰11G8.M9VD.250.21441?枷$.4

9、5110804.1SF5M9201,17l.M?1355.494；0000.250.2?33$4?4310032.25110004.1脾61.13为III项47gr1000(1.2503171013.43100LE1f10804.187BJ2201IT1晰：412.?33. 冷却系统试验验证：1）高温转鼓试验验证（室内）：根据公司标准Q/SQR.04.05"2004执行2）热带环模试验（室外）：根据GB/T12542-1990执行汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：1编者：版次：页次：-7-1、散热器总成设计1.散热器总成设计要点1.1散热器的结构形式

10、：焊接式散热器和装配式散热器1.2散热器的正面积：散热器正面积越大，冷却效率越高，一般载货汽车推荐散热器正面积为3040cm2/kw1.3散热器的散热面积:指散热器冷却管、散热带与冷却空气所接触的所有表面积之和。一般对载货汽车推荐散热带折数为2.74.3折/cm,散热面积为0.10.16m2/kw。1.4散热器的散热系数：散热量Q公式：Q=ksZtQ一散热器的散热量W,K一散热器的散热系数，S一散热器的散热面积m2t一液气温差。K是代表散热效率的重要指标，与下列因素有关：a）冷却管内冷却液流速：这主要取决丁发动机水泵循环流量和冷却管断面与其数量之积。据试验结果，冷却液流速由0.2m/s提高到0

11、.8m/s,散热器效率有较大提高，但超过0.8m/s后，效果不大。b）散热器材料和管片厚度。c）制造质量：冷却管和散热带之间的贴合性和焊接质量。其优劣会影响散热效率20%40%。D）通过散热器芯部的空气流量或风速：评价散热器的散热性能时，必须在同等风量的前提下进行。通过散热器的风速在额定工况下应不小丁810m/s,以充分发挥散热器的散热能力。汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：1编者：版次：页次：-8-1. 三、风扇设计要点设计要点：2. 要求具有要求的扇风量，噪声低，功率损失小设计参数和计算方法：1）风量Q与直径d、转速n的计算公式：Q=kndk一比例系数2）

12、噪声（SPD与直径d、转速n的计算公式：SPL=kn3d2ki一比例系数3）噪声与风量Q直径d、转速n的计算公式：SPL=kQn2/dk2一比例系数因此在同一风量Q条件下，为降低噪声，应使直径d增加，转速n减少。3. 注意点：1）扇流量与叶片的升力系数和叶片宽度乘积成正比。升力系数越小，叶面上的流动就越平顺，附面层就越难剥离，噪声也就越小，作为风扇其他的主要参数还有叶片数量，安装角，扭转角（叶片顶部和根部的角度差），轮毂比（风扇直径与风扇轮毂直径的比值）和风扇叶片进入护风罩的比例等参数影响风扇性能。2）动风扇一般装在护风罩上，其间隙为：36mm风扇叶片与散热器芯子的距离为1015mm如大丁15

13、mm则风扇的实际利用率会很快减低。3）80%勺情况下，风扇是不工作的。4）风扇控制型式：EClfi制和热敏电阻控制（放在散热器进水水室中）一般转速有两挡或无级。控制参数：5）噪声水平：12V±0.1V直流电压，风扇总成带冷凝器和散热器的工况下，风扇最大声压级不大丁75dB（A）。在高温情况下：风扇在发动机熄火后会空转10min,以保护发动机及周围附件汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：1编者：版次：页次：-9-四膨胀箱总成设计1设计要点冷却液在发动机冷却回路流动，随温度升高体积膨胀，为吸收这部分膨胀体积而设置了膨胀箱。具有膨胀箱的冷却系统根据膨胀箱有无

14、加压分为两种：系统A:在加压系统内具有冷却液的膨胀空间（膨胀箱），冷却液循环到膨胀空间中，进行气液分离。位置高丁散热器并保持系统内压力适宜。系统B:在加压系统内具有冷却液的膨胀空间（膨胀箱），仅在溢流至膨胀箱时进行气液分离。膨胀箱耐热性、容量、位置要求低些。冷却液受热膨胀，一般为整个循环总容积的4%6%根据具体某种防冻液的热膨胀性来具体确定）。2技术要求在设计过程中主要考虑膨胀箱的耐热性和耐压性。如果膨胀箱盖是带压力阀和真空阀，那么两个阀的开启压力将考虑发动机本身和冷却系统个部件承受压力的能力。压力阀使系统内的冷却崖沸点升高，可降低穴蚀作用，提高工作温度，提高系统冷却能力；真空阀能避免冷却系统冷却时因冷却液冷却收缩使负压太大而损害水箱、管路等。汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发指南编制日期：1编者：版次：页次：-10-五橡胶水管开发指南1、发动机冷却回路中的水管具有吸收发动机振动和散热器相对运动的作用。因此，耐热性、耐臭氧性、耐压性、对冷却液的适应性及柔软性是水管应具有的性能。在实际使用中，壁厚4m但上的橡胶硬度为6070HS从柔软性方面考虑，中间加强型管子用60HSS纯橡胶为70HS从管子连接处的密封考虑，管子内径比与其连接管的外径小1mm胶