冷却系统设计作业指导书

1、发布日期：年月曰实施日期：年月曰上海同济同捷科技股份有限公司文件幺称:发动机附件冷却系统设计作业指导书文件编号:YJYP0013A1-2004归II部门:研究院文件版本号:Al页码:1/36文件编号：YJYP0013A1-2004文件名称：发动机附件冷却系统设计作业指导书编制：日期：审核：日期：批准：日期： 为使本公司冷却系统设计规范化，参考国内外汽千设计的技术规范，结合本公司已开发午型的经验，编制本设计指导书。意在对本公司设计人员在设计的过程中起到一种指导操作的作用，让一些没有经验的设计的员工有所依据，提高设计的效率和成效！本作业指导书将在本公司所有车型开发设计中贯彻，并在实践中进一步提高完

2、善。本标准丁2004年XX月XXI起实施。本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室提出。本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室负责归口管理。本标准主耍起草人： 1.冷却系统设计流程阶段设计工作流程工程院底盘分院发动机附件念研究所:项目负责人设项目设计员计获得样车的结构参数项目启动调研准备分析和拍摄样车冷却系统的结构初定沿用件、改制件、新设计件明细表拆车、测杲、点云图校核说明项目启动通知书根据设计任务书要求，充分考虑样车的结构特点和发动机方案的差异。确定沿用件和新设计件。 检查结构的合理性：无干涉；与相关零部件配合正确性：零件结构的可加工性。项目经理工设计员程设计阶段 冷却系统设计

3、的基本要求a）具有足够的冷却能力，保证在所有使用工况下发动机出水温度低丁所耍求的许用值；b）应考虑除气，并在规定时间内排除系统内的空气；c）应考虑膨胀空间，其容积占系统容积的4%6%；d）具有较高的加水速率，其数值应满足规定的要求，同时初次加注量就达到系统容积的90%；e）在发动机高怠速运转、散热器或系统加水盖打开时，水泵进口应为正压；f）有一定的缺水工作能力，缺水量应满足固定的要求（大丁初次未加满的冷却液容积）；g）设置水温报警装置；h）密封良好，不得漏气、漏水。检查分析3.1测量点云检査，确定其精确性和可用性3.2应符合技术协议中有关耍求。3.3应符合相关强制性标准和法规的规定。3.4应符

4、合总布置尺寸和设计硬点的规定。3.5应考虑可加工性，可装配性，可维修性，经济性和方便性。3.6硬点检査设计要点4.1散热器设计要点a）在整午空间允许的条件下，尽量增加散热器的迎风而积，减薄芯子厚度。这样可充分利用风扇的风量和午的迎面风，提高散热器的散热效率。一般货午芯厚不超过四排水管，轿午芯厚不超过二排水管。b）货车散热器一般采用纵流水结构，因为货车的空间布置空间较宽裕。而且纵流水结构的散热器强度及悬置的可靠性较好，轿车多采用散热器横流水结构，因为轿车车身较低，空间尺寸紧张。横流水结构散热器能充分地利用轿午的有限空间最大限度地增加散热器的迎风面积。4.2散热器悬置设计要点a）散热器悬置通常为四

5、点悬置，也可采用三点悬置。其中主悬置点为2个，辅助悬置点为2个或1个。所有悬置点应布置在同一部件总成上，改善散热器受力状况，以尽量减少散热器的振动强度。主悬置点与辅助悬置点应保持一定的距离，以提高散热器的稳定性。主悬置点、辅助悬置点处散热器与其连接的部件总成之间以胶垫或胶套等柔性非金屈材料过渡以达到减震的目的。主悬置点的胶垫压缩量一般为其H由高度的1/5左右。少数轿车因其整车的减震性好、形式条件好、散热器质量轻、散热器与其相连的部件总成间不加任何减震胶畢或胶套而进行刚性连接b）对于散热器的质量大及使用环境较差的汽车，一般耍在散热器的外部增加一个刚性较大的保护框架，以防止振动等外界力氏接作用在散

6、热器上。悬置点设置在框架上。轻型货午和轿午一般不加保护框架，悬置点设置在散热器的侧板或水室上。为提高散热器强度一些不的散热器上加上十字拉筋。4.3护风罩设计要点a）护风罩的作用是确保风扇产生的风量全部流经散热器，提高风扇效率。护风罩对低速大功率风扇效率提高特别显著。b）风扇与护风罩的径向间隙越小，风扇的效率越高。但间隙过小，车在行驶中由于振动会造成风扇与护风罩之间的干涉。风扇与护风罩之间的径向间隙轿车一般控制在25nmio当风扇与护风罩安装在同一零部件总成上（如同在底盘或同在车身上）其径向无相对运动，风扇与护风罩之间的间隙可取下限,否则取上限。风扇与护风罩的轴向位置一般为：风扇径向投影宽度的2

7、/3在护风罩内，1/3在护风罩外，以增加导流减小背压。c）在大批量生产的车型中多采用塑料护风罩。铁护风罩多用丁批量小或肖径较大的车型中。d）在某些车型中，特別是轿车，护风罩上常开有多个窗口并加以单向帘布。当车速较高，风扇停止运转时帘布打开减小护风罩的风阻，当风扇启动后，帘彳卩关闭提高风扇效率。4.4风扇设计要点a）风扇肖径大小应和散热器的形状相协调，条件允许时可增大风扇H径、降低风扇转速，以达到减小功率消耗和降低噪音的目的。在某些散热器长、宽比例相差较大时，如轿车散热器，有时采用两个虫径较小的风扇，以提高风扇效率。b）风扇按其材料分为塑料风扇和钢板风扇。钢板风扇质量大、强度差、效率低,现己逐步

8、被质量轻、强度好、效率高的塑料风扇取代。特别是耍求转速较高的风扇中已全部采用塑料风扇。5.系统总成设计5.1系统组成由发动机水道、水泵、散热器、风扇、膨胀水箱（视具体情况定）、节温器、连接管路。5.2边界输入条件（设计的前题条件）：输入性能参数序号性能参数项目数值1发动机额定功率2发动机排量3发动机水套散热量（或者散热器需耍带走的热量，即为冷却系统的冷却能力）4发动机正常工作水温5发动机最高工作水温6发动机电子风扇开启温度7大小循环节温阀开启温度全开温度8冷却系统系统床力9水泵流量曲线（或表格）10冷却方式11冷却液12冷却液容量（发动机水套）某车型的数据（供参考）序号性能参数项目数值1发动机

9、额定功率73.55kw/6000i-pm2发动机排量1.6L3发动机水套散热量（或者散热器需耍带走的热量，即为冷却系统的冷却能力）36120Kcal/h4发动机正常工作水温97.5摄氏度5发动机最高工作水温119摄氏度6大小循环节温阀开启温度全开温度82摄氏度开启95摄氏度全开7冷却系统系统床力90kpa8水泵流量曲线（或表格）3000rpm70L，min压力21.1kpa6000ipm140L/mm压力101.9即a9冷却方式闭路强制式水冷却10冷却液高质量乙二醇冷却液11冷却液容量（发动机水套）7.0L（整个冷却系统）输入边界结构参数序号结构参数项目控制点、线、面控制结构1发动机舱前上横梁

10、安装结构2发动机舱前下横梁安装结构3发动机舱膨胀水箱安装结构4发动机进水口结构5发动机回水口结构6前散热格栅位置一间隙控制7发动机位置一间隙控制输入边界结构参数范例序号1、发动机舱前上横梁安装结构水箱上安装点2（插销式安装结构）序号2、发动机舱前下横梁安装结构序号3.发动机舱膨胀水箱安装结构 膨胀水箱安装螺栓序号4发动机出水口结构序号5、发动机回水口结构序号6、前散热格栅位置一间隙控制序号7、发动机位置一间隙控制5.3设计过程:第一步：获得参考样车安装结构和性能参数，收集设计所采用发动机的冷却系统参数，获得计算参考依据。第二步：进行匹配计算，确定以下参数冷却系统的参数列衣（某车型）散热器参数2

11、m55202m48&风扇参数1313风时 计算流程如下:冷却系统计算散热器最人散热最沸腾风温系统压力散热器设计工况和校核工况计算输入基衣一数发动机水套散热起芯子正面面积设计计算散热器的设计计算冷却水管尺寸散热器芯厚散热器散热而积风扇参数设计风扇外径的确定风扇风起的确定下面是某车型的具体计算范例：5.3.1、冷却系统设计的基础参数本轿车选择的发动机其参数为：排量为1.6L,最大功率为85kW,最大扭矩为149Nmo以下是散热器设计的基础参数：5.3.1.1发动机水套散热量依据汽车设计手册提供公式Q水二Q水XNz(kj/h)式中：Q水一水套比散热量Neg发动机最大功率各参数取值如下：发动机为顶置气

12、门汽油机，取Q水二1616；N=85kW发动机水套散热量Q水二1616X85二137360(kJ/h)5.3.1.2散热器最大散热量依据汽车设计手册提供公式Q(1.11.25)Q水该车为轿车，根据使用经验系数取下限1.1。发动机散热器最大散热量Q込二1.1X137360二151096(kJ/h)5.3.1.3沸腾风温选择标准型冷却系，沸腾风温为40Co5.3.1.4散热器设计工况和校核工况设计工况点为额定工况，校核点选在最大扭矩工况。5.3.1.5系统压力由于该车使用条件较好，因此选择较高的系统压力，确定为120kPao冷却系统的设计计算5.3.2.1散热器的设计计算A芯子正面面积依据汽车设计

13、手册提供公式已$0.1+0.032V.发动机散热器正面而积1+0.032X1.6二0.1512m2依据汽车设计手册提供公式F尸(0.0027-0.0034)Ne_由于Nz=85kW,系数取为0.0027o发动机散热器正而而积兔二0.0027X85=0.2295m2从上述两次计算可知，散热器正面面积片不应小T0.2295m2o为此在总布置允许的空间尺寸范围，一般应按部颁标准JB2291-7&并参考同类车型，选用现有产品，选择芯宽和芯高如下：芯宽672mm,芯高357.05mm。实际芯子正而而积：F汙672X353.4=237485mm20.237m2实际芯子正面面积比设计要求的0.2295m2大

14、，符合要求。B冷却水管尺寸为了降低生产成本和利用现有工艺装备，参考同类车型，冷却水管尺寸选用2.05X26的管子，即管子横截面长度为26mm,宽度为2.05mm。采用横排布置。C散热器芯厚参考同类车型，选取本车散热器芯厚T为27mm。D散热器散热面积依据汽车设计手册提供公式S二S比Ne根据汽车工程手册提供经验值，S比为0.lmVKw发动机散热器散热而积S二0.1X85二8.5m2选用现有产品，散热带数n二42,冷却水管数41,散热带波高为6.5mm,散热带节矩为2.3mm,实际散热而积为10.62m,大丁设计要求散热面积8.5m2,符合耍求。5.3.2.2风扇参数设计风扇设计方法很多，我们选择

15、轴流式薄片型风扇，采用经验统计法來估算。A风扇外径的确定按照总布置的要求和散热器芯子的尺寸，风扇外径扫过的环行而积占散热器芯子正面而积的应大于4560%,风扇轮叶的内径与外径之比为0.280.36。如按一个风扇散热來考虑，贝IJ：D:=(0.760.87)眄式中D风扇外径，mFf迎风而积，D:=(0.760.87)J0.237=0.3690.423(m)因此，如果按散热器的高度及空间只布置一个13英寸(风叶宜径e321mm)的风扇，则不能满足散热耍求；根据空间布置的情况，所以选用两个13英寸风扇，即在水箱一侧放置一个13英寸吸风式风扇(风叶氏径D二4)321mm),在冷凝器的另一侧放置一个13

16、英寸吹风式风扇(风叶宜径D二2321mm)o风扇外径扫过的环行而积S(m2)tt(D,2+D,2)3.1415926x(0.321+0.321)门，S=:=U.lbzm44占散热器芯子面积的白分比为0.162/0.237=68.4%,略大丁散热要求，但由于布置原因，其中一个为吹风式，另一个为吸风式，散热效果会有所影响，因而风扇扫气而积略大。B风扇风量的确定按下式來确定风扇的风量V(m/h)：y=3600/-Ar式中：Q散热器最大散热散热量，kj/h人一空气密度，kg/m3Cp空气比热，kW/?/(kg-C)Ma一进出散热器的空气温度差以上各参数选择如下：Q_151096kJ/hya1.04kg

17、/m352.79X10HkWlV(kgC)/“一参考同类车型，取5(TC代入后得V=2893m7h参考同类车型，两个风扇的风量确定如下：风压为6mmH：0时，吸风式风扇风量V$1500n?/h吹风式风扇风量V$1500m/h两风扇风量之和23000m7h,大T2893m7h,满足耍求。 第三步：确定安装固定方式、确定安装硬点。安装硬点表（某车型）范例膨胀水箱安装硬点表序号代号描述坐标备注XYZ11311100上边框中心坐标-40.881.793.922孔的中心坐标114.23-83.43-28.423水管LI的圆心坐标-57.28-94.729.43内径R=45mm4水管LI的圆心坐标-152

18、.46-69.15-44.53内径R=8.5nun2TOPWORK 散热器安装硬点衣序号代号描述坐标备注XYZ11301010管子与而结合处的圆心坐标-330.76440.68-19.66外径R=52水管卜结合而圆的圆心坐标-334.01308.84-18.14外径R=1611U113水管卜结合而圆的圆心坐标-335.01112.84-18.8外径R=1611U114水管卜结合而圆的圆心坐标351.0410.16-7.3外径R=6mm5水管卜结合而圆的圆心坐标355.04429.16-9.3外径R=8mm6管子与而结合处的圆心坐标331.04439.71-453外径R=5mm 安装固定方式：插

19、销式和螺栓连接式插销式安装（带橡胶）7插销式安装，可J装配性好 J 第四步：确定材料散热器一般采用铝制膨胀水箱一般为PP水管一般为EPDM第五步：结构设计1、层而的设定（见企业标准三维设计数模的质量规范）。层和目录规定表层号目录名说明1Assemb装配文件专用2-10Point数据点2Controlpoint控制点或特征点3-10Measurementpoint测量点11-20Curve曲线11Controlcurve完整的控制线1220LinkCurve相关的特征曲线21-30sheet曲面21Finalsheetandthickness完整的倒完角的曲面和料厚线段2229Linksheet

20、设计过程相关曲面30Pointedsheet完整的未倒完角的曲面31-40Solidbody实体31Finalbody完整的倒完角的实体32-39Linkbody设计过程相关实体40Pointedbody完整的未倒完角的实体5180Linksection相关断面，每个断面放一层101-110Datumaxis基准轴111-120Datumplane基准面255Assistantelement辅助元素2、固定结构设计丿B7胀水箱两点螺栓连接，车身采用凸焊螺母M8一点卡销连接，水壶本体设计为销子，车身为一腰形开口。此种结构为三角形稳定固定结构，插销形式容易安装，提高可装配性子，车身为一腰形开口。一

21、点支座开腰形孔，螺栓连接。一而为底而，与车身板金件接触此种结构为一面两点的固定结构，只有一个安装螺栓，提高装配效率)支座开腰形孔 心定位，:水箱卜悬置单侧，1 #水箱卜悬置单侧，圆柱销和橡胶衬套，车身横梁为一圆孔，一腰形孔此种结构为两点式安装结构，一圆孔定位，一腰形孔补偿制造误差，橡胶衬套起缓冲作用，并开有缓冲孔和卸荷槽，其内孔与圆柱销压紧，这样可以将橡胶衬套与水箱预装，减少装配线工序。 D冲压支架乍身连接螺栓橡胶衬套水箱上悬置)单侧，冲压支架一端与车身连接，一端与水箱连接，与水箱连接为圆柱销加橡胶衬套此种结构为两点式安装结构，冲压支架和橡胶衬套可与水箱圆柱销先预装，减少装配线工序。)水箱圆柱

22、销 插销橡胶衬套水箱凹槽2箱上悬置单侧，插销卡入水箱橡胶凹槽内，并穿过机舱前上横梁的通孔，此种结构为两点式插销安装结构，橡胶衬套可与水箱凹槽先预装，减少装配线工序，安装时，只需插入销子，具有良好的可装配性。 # # 橡胶衬套 第七步：检查1、系统内部接口断面检査2、系统外部接口断而检査、3、安装硬点检査、4、工艺检査（可制造性、可装配性、可维修性）,5、填写数模检验单、安装硬点检查表，6、检查修改完善后提交专家审査系统设计完成提供的资料清单序号项目数量1装配和零部件的三维数模（UG）2产品明细表3产品描述表4零部件选型简图5装配和零部件的二维图6计算报告1份7试验项目清单1份8加注油液牌号、加注量清单1份9标识牌及位置简图1份 附录发动机冷却系统设计的相关标准JB/T2292-1978汽车拖拉机用散热器进水口、出水口、加水口及盖JB/T2291-1978汽车拖拉机用散热器芯子结构型式及尺寸系歹IJIII.QC/T29025-1991汽车管带式散热器芯子型式尺寸IV.QC/T468-1999汽车散热器技术条件V.GB/T2061-1989散热器散热片专用专用纯铜带黄铜带VI.GB/T12542-1990汽车发动机冷却系冷却能力道路试验方法VII.JB/T2