发动机冷却系统总体参数设计

一、冷却系统说明二、散热器总成参数设计三、膨胀箱总成参数设计四、冷却风扇总成参数设计五、水泵总成参数设计七、节温器选择八、冷却液选择一、冷却系统说明适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常〔爆燃、早燃等力性、经济性、牢靠性和耐久性全面恶化。但是，假设冷却过强，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。发动机的工况及对冷却系统的要求一个良好的冷却系统，应满足以下各项要求：散热力量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，仍能保证内燃机牢靠地工作和维持最正确的冷却水温度；应在短时间内，排解系统的压力；4-6%；90%以上。在发动机高速运转，系统压力盖翻开时，水泵进口应为正压；有肯定的缺水工作力量，缺水量大于第一次未加满冷却液的容积；设置水温报警装置；密封好，不得漏气、漏水；冷却系统消耗功率小。启动后，能在短时间内到达正常工作温度。使用牢靠，寿命长，制造本钱低。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。在设计中必需作到提高进风系数和冷却液循环中的散热力量。30流通不顺的构造，需要加导风装置使风能有效的吹到散热器的正面积上，提高散热器的利用率。在整车空间布置允许的条件下，尽量增大散热器的迎风面积，减薄芯子厚度。这样可充分利用风扇的风量和车的迎面风，提高散热器的散热效率。一般货车芯厚不超过四排水管，轿车芯厚不超过二排水管。在整车布置中散热系统中，还要考虑散热器和周边的间隙，散热10010080150.5－1st12。散热器布置而且纵流水构造的散热器强度及悬置的牢靠性较好，轿车多承受散热器横流水构造，由于轿车车身较低，空间尺寸紧急。横流水构造散热器能充分地利用轿车的有限空间最大限度地增加散热器的迎风面积。散热器分成水冷和风冷两种冷却形式，风冷主要用在行驶在沙漠地带的车辆的冷却，但是决大多数的车辆承受水冷冷却形式。散热器悬置布置：221善散热器受力状况，以尽量削减散热器的振动强度。主悬置点与其连接的部件总成之间以胶垫或胶套等柔性非金属材料过渡以到达减震的1/5车因其整车的减振胶垫或胶套而进展刚性连接。中，重型载货汽车由于散热器的质量大及使用环境较差，一般要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直接作用在散热器上。悬置点设置在框架上。轻型货车和轿车一般不加保护框架，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车散热器上加有十字拉筋。护风罩布置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。车在行驶中由于振动会造成风扇与护风罩之间的干预。风扇与护风罩5mm－25mm。当风扇与护风罩之间的干预。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〕2/3内，1/3在大批量生产的车型中多承受塑料护风罩。铁护罩多用于批量小或直径较大的车型中。在某些车型中，特别是轿车，护风罩在常开有多个窗口并加以当风扇启功后，帘布关闭提高风扇效率。风扇布置风扇直径大小应和散热器的外形相协调，条件允许时可增大风扇的直径，降低风扇转速。以到达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，有时承受两个直径较小的风扇所取代。特别是要求转速较高的风扇中已全部承受塑料风扇。电动风扇是由电动机来驱动风扇，电动机的启动与停顿是受水温布置位置敏捷，不受发动机转速的影响，汽车在低速怠速时冷却效果节温器布置目前汽车上应用的节温器均承受蜡式感应体节温器。当冷却水温温度上升时蜡膨胀，节温器开启，冷却水流经散热器进展大循环。当短路流经发动机刚体进展小循环。节温器一般布置在发动机的出水口处。要求节温器的泄漏量小，全开时流通面积大。增大节温器的流通面积可以通过提高节温器阀门的升程和增加阀门的直径来实现。国外较先进的节温器多通过提高阀门升程来增大流通面积，这样可以削减因增大节温器阀门直径带来的卡滞，密封不严等问题。但是增大节温器的升程，对节温器技术要求较高。有些发动机为增加节温器的流通面积多承受两只节温器并联构造。水泵布置水泵的流量及扬程依据不同的发动机而定。流量一般为发动机额1.5－2.70.7kpa－1.5kpa，扬程过高对冷却系统的密封性会产生不利的影响。水泵的牢靠性主要取决于水封和轴承，轴承普遍承受轴连轴承及永久式润滑构造，水封承受陶瓷，碳化硅动环和石墨静环整体式水封。轴承的游隙及水封的气密性要严格掌握。膨胀箱布置尽量靠近散热器布置，使得水管长度最短；膨胀箱的高度要高于冷却系统全部部件。3冷却系统主要部件匹配设计要点在整车总布置空间允许的条件下，尽量增大散热器的迎风面积。在保证风量不变的条件下，可以适当增加风扇直径，降低风扇转速，削减噪声和功率消耗。冷却系统的最高水温应以发动机的允许使用水温为标准。节温器的全开温度应为发动机正常工作水温范围的中限，开启温度应为发动机正常工作水温范围的下限。但因节温器的自身特性，开101.4〔例子〕1.散热器张紧板2.六角法兰面螺栓3.橡胶衬套4.散热器总成5.弹性卡箍67.弹性卡箍水管－膨胀箱至散热器9.水管卡片10.六角法兰面螺栓11.管夹12.六角法兰面螺栓13.膨胀箱总成14.弹性卡箍15.水管－膨胀箱至水泵16.17.弹性卡箍18.19.弹性卡箍20.21.暖风机进水管22.弹性卡箍23.暖风机出水管24.橡胶软垫2526.风扇电机带护风圈总成一．冷却系的主要设计参数发动机主要参数：44缸SOHCVTEC，16气缸直径与行程：86.0mm×97.0mm发动机排量：2254ml压缩比：8.9：1最大功率：110kw/5700rpm最大扭矩：612N.m/4900rpm在设计或选用冷却部件时应以散入冷却系统的热量Q为原始数据，来计算冷却系统的循环水量和冷却空气量：用阅历式AgPh

0.25110431000.25WQ W

3600

82.31kJ/s70776千卡/小时eeeuA=0.23～0.30，取A=0.25g-燃料消耗率，kg/kw.h0.205～0.3200.25eP110kwe假设水冷式机油散热器，要增加散热量，QW

5%～10%.在算动身动机所需的散走的热量后，可计算冷却水循环量QV WQW trC

82.31810004.187245.73L/minWW Wt -冷却水循环的容许温升〔-1，取8Wr 1000kg/m3〕WC -水比热〔4.187kJ/kg.C〕W实际冷却水循环量为Vp冷却空气需要量：

WQ

294.88L/min82.313V Wa trCaa Pa

201.011.0473.892m/st20Car-空气密度，一般ra

1.01kg/m3C -空气的定压比热，可取CPa

=1.047kJ/kg.C二．散热器设计散热器的计算所依据的原始参数是散热器散发的热量和散热器的外形尺寸。散热器散发的热量就等于发动机传给冷却液的热量。散热器散发的热量后，所需散热面积FQQF WKtmK-散热器的传热系数千卡/米2.小时-散热器贮备系数，水垢及油泥影响等，一般=1.1～1.51.1t -冷却水与空气的平均温差，取26m散热器的不同部位，其冷却水与空气温差不同，通常承受平均温差，平均温差tm

tm

ts1ts22

2

262ts1—散热器进水温度，取90 ts2

—散热器出水温度，取40tk1—空气进入散热器时的温度，取20tk2—空气离开散热器时的温度，取401k1 1

w L 0.2～0.6m/sw /米2.小时.C3500。w197.8千卡/米2.小时.C—散热管壁厚，0.0002m 10～20m/sL L散热面积F

Q 707761.120.8m2WKt 10226Wm散热器细节计算在计算出散热面积后，就是散热器芯部的选择。从构造上分主要有管片式和管带式两种〔如图1。这里选用管带式散热器。依据汽车行业标准QC/T29025-1991,选择如下芯子：冷却管选取高频对焊型冷却管Ⅳ型号，b1

=2mm,L=16m1选用D2

2123LC=L+4=20mm d=+1=9mm T=(2-1)C+2d=38mm2取b=10mm,t=4mm芯厚T、芯宽WH44H420mm,W530mm,T38mm散热器正面积〔迎风面积〕为WH=420530222600mm20.2226m2每片散热带的有效散热面积〔双面〕t2t2b2S 220

tT2210.210538162700mm20.1627m2所需管带数为W530

=44片b+b2+101散热带总散热面积S=S1 0

440.01627447.15m2所需冷却管数为2 W

2

530

88根bb 2101每根冷却管外表积约为0.1596m2冷却管总外表积约为0.15968814.0448m2总散热面积S14.0447.1521.19m2，满足散热面积要求。三膨胀箱总成设计1箱有无加压分为两种：系统A：在加压系统内具有冷却液的膨胀空间〔膨胀箱循环到膨胀空间中，进展气液分别。膨胀箱应耐热、耐压，位置高于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〔膨胀箱流至膨胀箱时进展气液分别。膨胀箱耐热性、容量、位置要求低些。膨胀箱由两个注塑件组成，通过焊接〔热焊、超声波焊接〕组成一体。形式不一四．冷却风扇的选择依据发动机参数与参考同类型的汽车发动机，选择轴流式电动风扇。它用装在散热器上的石蜡式温控开关掌握〔掌握水温797C风扇电机的运转，保持发动机温度正常。这种自动掌握的冷却系统启动暖机快，布置较自由。风扇的性能参数包括风量V、压头P、功率P。f冷却空气需要量Va

3.892m3/s，考虑到风量的漏损，风扇的风量要比计算所得的风量V

大，即VV

1.063.8924.12m3/s，a 0a—考虑到漏损的系数，通常0

=1.05～1.15，1.06。风扇的压头PPR

Pf

，其中PR

〔Pa〕P—除散热器外的风道阻力，依据阅历数据P=200—500Paf400Pa。P

pV

4004.12

3.23kw，其中—风扇效率，一般f 1020 10200.5=0.3～0.60.5。依据风扇性能参数与参考同类型风扇，本次设计，叶片材料选择塑料—聚丙烯P〔如图1，叶片安装角〔片与风扇旋转平面成的角度〕一般为30～45，取为40，叶片数量取7420mm48mm,轮毂比〔风扇直径与风扇轮毂直径风扇风量Q与风扇直径D、风扇转速nQKnd3,K标准叶片 b.前弯叶片 c.后弯叶片1五、水泵的选择和参数计算水泵的作用是让冷却发动机所需要的冷却液产生循环，依据所给的发动机动力参数，以及参考同类型发动机，水泵承受离心式水泵，半开式叶HT200,7,水泵壳体承受灰铸铁H150,进出水管与壳体铸成一体。具体计算过程如下：发动机主要参数：44缸SOHCVTEC，16气缸直径与行程：86.0mm×97.0mm发动机排量：2254ml压缩比：8.9：1最大功率：110kw/5700rpm最大扭矩：612N.m/4900rpm1.轴孔直径d按内燃机冷却水泵水封系列推举的数据，并参考同类型冷却水泵的实际数据，选取d=0.020m2.轮毂直径d=d+0.013=0.033mh进水环面当量直径Dk

D= =kQ3nkQ3n

=0.052mk30.005730.00576800

5.5D2dD2dk h0.05220.03320

=0.06m/s叶片进口边直径D1

=0.06m0轴向进水速度V

= 4Q =

40.0057

=2.89m/sD (D0

2dh

2) 3.14(0.0620.0332)径向进水速度V=0.85V

=0.85×2.89=2.46m／sDr D进口安装角ββ701 1QDV 1QDV 1Dr V10.00573.140.062.460.71限于允许的轴向尺寸，取b半开式叶轮进口容积效率

=0.013m1=0.7V1V Q 0.0057 3.32m/sor Db 3.140.060.0130.711 V1叶片数量z为获得肯定的流量取z=7叶片厚度s=0.005m进口排挤系数

D 3.140.061

1.2=1 D=1

zssin1

3.140.0670.05sin1V

V

1.23.323.98m/s1r 1or进口确定速度V1

1

=3.98m/s1r115.进口圆周速度μDn1

3.140.066800=21.4m/s1 60 6016.进口安装角校核1

”=tan1V

tan

3.981

10.51r1 21.41r1(2)冲角” ”1

”1

7010.5由于进口安装角取值较大，冲角相应加大17.扬程系数0.32 小型高速泵取较小的值出口圆周速度2叶轮外径

60

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

1r

0.73.982.79m/s出口安装角 =402叶片出口高度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．涡室计算涡室基圆直径D3

D0.0010.0580.0010.059m2隔舌安放角 253.隔舌宽度角 ”10隔舌直径 DV

0.002D3

0.0020.0590.061m涡室宽度b3

bb3

s”c0.0180.0030.0040.025m取叶轮盖板厚度s”0.003 叶轮盖板侧隙c0.004m涡室中的流速V3

7m/s第Ⅷ断面面积F

=Q0.0057

0.000814m2ⅧV 73依据泵的特点，涡室承受矩形断面，各断面面积分别为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可分别计算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．进水管计算进水管内水速V”sV”3m/ss4QV4QV”ss s

0.049m440.00573.143s四．出水管计算出水管处水速Vd

0.05mV 3m/s440.00573.1434QVd4QVdd d

0.049m同样取dd

0.05m六．橡胶水管参数发动机冷却回