汽车冷却系统设计要求

汽车冷却系统设计 ——叶海见汽车冷却系统设计 1一、概述 2二、要求 2三、结构 2四、设计要点 4（一）散热器 4（二）散热器悬置 4（三）风扇 4（四）副水箱 5（五）连接水管 6（六）发动机水套 6五、设计程序 6六、匹配 6七、设计验证 6八、设计优化 6一、概述二、汽车对冷却系统的要求（一）汽车对冷却系统有如下几点要求1、保证发动机在任何工况下工作在最佳温度范围；2、保证启动后发动机能在短时间内达到最佳温度范围；3、保证散热器散热效率高，可靠性好，寿命长；4、体积小，重量轻，成本低；5、水泵，风扇消耗功率小，噪声低；6、拆装、维修方便。（二）冷却系统问题对汽车的影响1、冷却不足时，会导致内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零部件摩擦和磨损加剧（如活塞、活塞环和缸套咬伤，缸盖发生热疲劳裂纹等），引起内燃机的动力性、经济性、可靠性全面恶化。2、冷却过剩时（40～50℃），汽油机混合气形成不良，机油被燃油稀释；柴油机工作粗暴，散热损失增加，零部件磨损加剧（比正常工作温度工作时大好几倍），也会使内燃机工作变坏。三、冷却系统布置选型（一）冷却系统结构1、分类：液体冷却蒸发冷却简单蒸发冷却以加注冷却液来补偿冷却介质蒸发损失的蒸发冷却。带辅助水箱的蒸发冷却用辅助水箱补充冷却介质的蒸发冷却。带冷凝器的蒸发冷却蒸发的冷却介质在冷凝器中凝结后，通。过冷却回路流回到发动机加水箱的蒸发冷却。循环冷却对流冷却利用热虹吸作用使冷却液自然循环的冷却方式。强制冷却开式强制冷却冷却介质不进行再循环的强制。冷却方式。单循环强制冷却冷却介质在冷却水箱、冷却塔、管式冷却器、散热器等中进行冷却的强制冷却方式。双循环强制冷却利用副回路（外循环）中的冷却液在热交换器中对发动机冷却介质进行再冷却的强制冷却方式。空气冷却自然空气冷却利用自然空气循环的冷却方式。强制空气冷却利用风扇迫使空气循环的冷却方式。2、常用结构：（1）基本结构。组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇以及连接管路。原理：散热器上水室兼起膨胀水箱或者补偿水箱的作用。注意事项：为保证冷却系统排气顺畅，加水充分，排水彻底，散热器的上水室加水口处为冷却系统的最高点，下水室出水口为冷却系的最低点。同时，为满足发动机排气、冷却液膨胀蒸发和冷却系统补水的需要，上水室要有足够的空间。其结构如（图1）。扇的风量受到限制。电控式冷却风扇是一种更先进的控制方式，该系统能使风扇产生最佳风量，并大幅度降低风扇的噪声。为了控制合理的送风量，使用专用计算机收集下列传感器信号，如水温传感器、空调器开关、发动机转速传感器等，计算机利用这些信息，计算出最佳风扇转速。该系统仅仅在需要时由电动马达带动风扇工作，供给所需的风量。这种系统的位置布置自由度大，故在发动机横置的车中的应用逐渐增加。用这种方式控制的风扇，在冷却液温度低时风扇停止转动，而在冷却液温度高时风扇增加转速。由于电动风扇容易实现上述控制，故其有提高发动机暖机性能、提高经济性、降低噪声的优点。电动风扇不使用发动机做动力源，所以其转速与发动机转速无关。电动风扇使用蓄电池电能，蓄电池只在需要风扇供风时才给风扇供电。这种风扇无动力损失，构造简单，总布置方便。电动风扇按其转速分为二种形式，一种为单速式，一种为双速式。自控电动冷却风扇可以充分利用汽车行驶迎面风的冷却作用而大量减少发动机驱动冷却风扇的功率损失，缩短了预热时间，实现最佳温度控制，大量减少了发动机的传热损失，是当前降低汽车耗油最有效、最简捷的途径之一。因此在节能和排放法规日趋严格的发达国家的轿车上得到广泛的应用。3、进风量估算一、标准状态时温度20℃、大气压760mmHg、湿度65%的潮湿空气为标准空气。其中：H=Cp×W×△TcW=(Q/60)×t×D=2Qt×10-2kgH=P×t/4.2所以：Q=0.05P/△Tc(CMM，每分钟所排出空气体积,m3/min)=1.76P/△Tc(CFM,in3/min)=0.09P/△Tf(CMM,m3/min)=3.16P/△Tf(CFM,in3/min)式中：H——风扇总排出热量，JCp——空气比热，标态下为0.24(Kcal/Kg℃)W——空气质量，kg△Tc——容器允许温升，℃Q——空气流量，m3/mint——工作时间，sD——空气比重，标态下为1.2Kg/m3P——系统消耗功率，W△Tf——容器允许温升,℉（四）副水箱1、开放式2、压力式3、注意事项1、（五）连接水管（六）发动机水套五、设计程序六、匹配水的膨胀系数F与温度t（℃）的关系为：F＝0.9992＋0