发动机冷却系统总体参数设计方案

6/20冷却系统说明散热器总成参数设计膨胀箱总成参数设计冷却风扇总成参数设计五、水泵总成参数设计六、橡胶水管参数设计七、节温器选择八、冷却液选择冷却系统说明内燃机运转时，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、可靠性和耐久性全面恶化。但是，如果冷却过强，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。1.1发动机的工况及对冷却系统的要求一个良好的冷却系统，应满足下列各项要求：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；应在短时间内，排除系统的压力；应考虑膨胀空间，一般其容积占总容积的4-6%；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。在发动机高速运转，系统压力盖打开时，水泵进口应为正压；有一定的缺水工作能力，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，能在短时间内达到正常工作温度。使用可靠，寿命长，制造成本低。1.2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。提高通风系数：总的进风口有效面积和散热器正面积之比≥30%。对于空气流通不顺的结构，需要加导风装置使风能有效的吹到散热器的正面积上，提燃料热能传给冷却系的分数，取同类机型的统计量，%，汽油机A=0.23～0.30，取A=0.25-燃料消耗率，kg/kw.h；汽油机0.205～0.320取0.25-发动机有效功率，取最大功率110kw若水冷式机油散热器，要增加散热量，增大5%～10%.在算出发动机所需的散走的热量后，可计算冷却水循环量-冷却水循环的容许温升<-），取-水的密度，<1000kg/）-水比热<4.187kJ/kg.）实际冷却水循环量为冷却空气需要量：-散热器前后流动空气的温度差，取20-空气密度，一般取1.01kg/-空气的定压比热，可取=1.047kJ/kg.二．散热器设计1.散热器的计算所根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。已知散热器散发的热量后，所需散热面积F可由下式计算：K-散热器的传热系数-散热器贮备系数，水垢及油泥影响等，一般=1.1～1.5，取1.1-冷却水与空气的平均温差，取散热器的不同部位，其冷却水与空气温差不同，通常采用平均温差，平均温差可由下列式计算:—散热器进水温度，取—散热器出水温度，取—空气进入散热器时的温度，取—空气离开散热器时的温度，取—从冷却水到散热器壁的放热系数,当冷却水流速为0.2～0.6m/s时，约为2000～3500，取3500。—散热管导热系数，纯铝导热系数为230W/m.k,换算为—散热管壁厚，0.0002m—散热管到空气的散热系数，当流过散热管的空气流速为10～20m/s时，=60～105，取105。散热面积2.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。从结构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。根据汽车行业标准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，=2mm,L=16m,如图1选用型双排冷却管，如图2图1图2图3C=L+4=20mmd=EQ\F(L,2>+1=9mmT=(2-1>C+2d=38mm取b=10mm,t=4mm芯厚T、芯宽W和芯高H,见图4图4H取420mm,W取530mm,T为38mm散热器正面积<迎风面积）为每片散热带的有效散热面积<双面）所需管带数为散热带总散热面积所需冷却管数为每根冷却管表面积约为冷却管总表面积约为总散热面积，满足散热面积要求。三膨胀箱总成设计1设计原则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。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），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。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．冷却风扇的选择根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控制<控制水温87～97），自动控制风扇电机的运转，保持发动机温度正常。这种自动控制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、功率。冷却空气需要量，考虑到风量的漏损，风扇的风量要比计算所得的风量大，即，—考虑到漏损的系数，通常=1.05～1.15，取1.06。风扇的压头，其中—散热器风阻<Pa）—除散热器外的风道阻力，根据经验数据=200—500Pa取400Pa。风扇的功率，其中—风扇效率，一般=0.3～0.6，取0.5。根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<PP）,断面形状为翼形，前弯式叶片<如图1），叶片安装角<叶片与风扇旋转平面成的角度）一般为～，取为，叶片数量取为7片，叶片数为奇数，可有效降低风扇噪声。风扇直径取为420mm,叶片宽度为48mm,轮毂比<风扇直径与风扇轮毂直径的比值）取0.30，叶片间隔角不等，以减轻叶片旋转时的振动和噪声。风扇风量Q与风扇直径D、风扇转速n之间存在如下的关系。,K为比例系数。a.标准叶片b.前弯叶片c.后弯叶片图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，根据所给的发动机动力参数，以及参考同类型发动机，水泵采用离心式水泵，半开式叶轮，叶轮采用灰铸铁HT200,后弯式叶片，叶片数位7,水泵壳体采用灰铸铁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：类型：水冷4冲程，直列4缸SOHCVTEC，16气门横置气缸直径与行程：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一．叶轮计算1.轴孔直径d按内燃机冷却水泵水封系列推荐的数据，并参考同类型冷却水泵的实际数据，选取d=0.020m2.轮毂直径dh=d+0.013=0.033m3.进水环面当量直径DkDk==k0=0.052mk0取5.54．进口直径D0===0.06m/s5.叶片进口边直径D1=D0=0.06m6.轴向进水速度VD===2.89m/s7.径向进水速度VDr=0.85VD=0.85×2.89=2.46m／s8.进口安装角β1β1=9.进口高度b1===0.018m限于允许的轴向尺寸，取b1=0.013m半开式叶轮进口容积效率=0.710.叶片数量z为获得一定的流量取z=711.叶片厚度s=0.005m12.进口排挤系数=13．进口轴面速度14.进口绝对速度V1,设进口无预旋，V1=V1r=3.98m/s15.进口圆周速度μ1==21.4m/s16.进口安装角校核<1）=(2>冲角由于进口安装角取值较大，冲角相应加大17.扬程系数小型高速泵取较小的值18.出口圆周速度19．叶轮外径20.出口轴面速度21.出口安装角=22.叶片出口高度取0.9取0.018m二．涡室计算1.涡室基圆直径2.隔舌安放角3.隔舌宽度角4.隔舌直径5.涡室宽度取叶轮盖板厚度叶轮盖板侧隙6.涡室中的流速7.第Ⅷ断面面积FⅧ=根据泵的特点，涡室采用矩形断面，各断面面积分别为或FⅦ=FⅧ=FⅥ=FⅧ=FⅤ=FⅧ=FⅣ=FⅧ=FⅢ=FⅧ=FⅡ=FⅧ=FⅠ=FⅧ=相应的可分别计算△RⅧ=0.032m△RⅦ=0.028m△RⅥ=0.025m△RⅤ=0.022m△RⅣ=0.018m△RⅢ=0.013m△RⅡ=0.009m△RⅠ=0.006m三．进水管计算1.进水管内水速2.进水管直径根据配套需要，取四．出水管计算1.出水管处水速2.出水管直径同样取六．橡胶水管参数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4mm以上的橡胶硬度为60～70HS。从柔软性方面考虑，中间加强型管子用60HS，纯橡胶为70HS，采用中间加强型，其构造如图1所示。编织加强型的水散热器，螺旋管多用于被加热的管子，针织加强型用于直径差异较大的变径管。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，胶管两端与其它管相连接时，应有30mm的插入量。1、散热器橡胶水管结构参数1.1结构：内胶层、骨架层、外胶层1.2材料品种：内胶层：EPDM、骨架层：聚脂线1500D×1、外胶层：EPDM1.3基本规格尺寸：内径Ф24+0.5-1、、、壁厚4+0.5-0。a.螺旋型b.编织c.针织d.帆布七．节温器的选择采用蜡式节温器，底部旁通型<如图1）。阀最大升程设为10mm，阀全开温度比阀初开温度高。图1节温器布置在散热器的出水管路中，以减轻或清除散热器的现象。节温器设在水泵的入口处，控制从散热器流出的低温冷却液温度。用在水泵入口侧时，冷却液的温度一般为76～82。节温器装在水泵入水处，节温器沿水流方向开启，阀开启负荷低，耐久性好。另外，在入口侧是在最近位置对低温处冷却液进行控制，故可以获得没有波动的温度。排气阀设置在节温器法兰上。通常阀孔的面积为1.5～2.5，注水10～20时的空气从发动机冷却回路中排出。在排气阀前后压差为1～2kpa时，阀关闭。节温器壳节温器阀直径为，节温器壳内径为，与之间形成的截面面积设计时大于