發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 1西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目目 錄錄摘要摘要2A Abstractbstract31 1 引言引言41.1 課題的背景和意義 41.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 41.3 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 62 2 475Q475Q 汽油機(jī)工作過程計(jì)算汽油機(jī)工作過程計(jì)算72.1 已知條件72.2 參數(shù)選擇 82.3 額定工況工作過程計(jì)算 83 3 475Q475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)113.1 冷卻系統(tǒng)的作用 113.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 113.3 冷卻系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和參數(shù)選取 113.4 散熱器設(shè)計(jì)及選型 133.5 風(fēng)扇的設(shè)計(jì)及選型 183.6 水泵設(shè)計(jì)及選型

2、243.7 475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 294 4 4 475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)整體布置圖汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)整體布置圖355 5 結(jié)論結(jié)論36總結(jié)與體會(huì)總結(jié)與體會(huì)37謝辭謝辭38參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)39附錄附錄 1 1 475Q475Q 汽油機(jī)工作過程計(jì)算源代碼及運(yùn)行結(jié)果汽油機(jī)工作過程計(jì)算源代碼及運(yùn)行結(jié)果40附錄附錄 2 2 475Q475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)布置圖汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)布置圖51附錄附錄 3 3 475Q475Q 汽油機(jī)縱剖面圖汽油機(jī)縱剖面圖52 2西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書475Q475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘摘 要要冷卻系統(tǒng)的作用是使發(fā)動(dòng)機(jī)總是工作在最佳溫度范圍內(nèi)

3、。本設(shè)計(jì)通過在 475Q汽油機(jī)額定功率工況下進(jìn)行的工作過程計(jì)算，對(duì)該汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算并對(duì)其總體布置方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)在 475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，同時(shí)也對(duì)該冷卻系統(tǒng)中的各組成，如散熱器、水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器、進(jìn)行了一系列的計(jì)算、選型、布置設(shè)計(jì)和匹配研究。結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)所選擇的各個(gè)部件都符合 475Q 汽油機(jī)的冷卻要求，保證了該汽油機(jī)在各種環(huán)境下都能工作在最佳溫度范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞：475Q 汽油機(jī)，冷卻系統(tǒng)，散熱器，水泵，風(fēng)扇 3西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書The Design of Cooling System for 475Q Gasoline EngineAbst

4、ractThe purpose of the cooling system is to make the engine always work in the best temperature range. The design and calculation of work through the process in the 475Q gasoline engine rated power conditions, the parameters of the cooling system of the gasoline engine were calculated and the genera

5、l layout scheme is designed. The design is based on the general design of the cooling system for 475Q gasoline engine, but also on the composition of the cooling system, such as radiator, fan, water pump, thermostat, were calculated, and a series of selection, layout design and matching study. The r

6、esults show that, the design of each part of the selected are consistent with 475Q gasoline engine cooling requirements, ensure that the engine can work at the best temperature range in a variety of environments.Key words：475Q Gasoline engine, Cooling system, Water pump, Fan, Radiator 4西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1

7、1 引言引言1.11.1 課題的背景和意義課題的背景和意義隨著現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)采用更加緊湊的設(shè)計(jì)和更大的單位體積功率,強(qiáng)化程度越來越高,發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱流密度也隨之明顯增大,目前幾乎所有的發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化都面臨著如何解決高功率密度下的冷卻及熱平衡問題,在滿足不斷提高的輸出功率的同時(shí),又要具有良好的經(jīng)濟(jì)性。此外,日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)冷卻系統(tǒng)提出了新的要求。冷卻系統(tǒng)工作性能的優(yōu)劣,直接影響著動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能。冷卻系統(tǒng)即便出現(xiàn)小的故障也可能在排氣門散熱周圍的區(qū)域造成災(zāi)難性的后果。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱能力一般應(yīng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)的散熱需求，已為此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量最大。然而，在部分負(fù)荷時(shí)，冷卻系統(tǒng)會(huì)發(fā)生功率

8、損失，水泵所提供的冷卻液流量超過所需的流量。發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)間應(yīng)盡可能短，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)排放的污染物較多，油耗也大。而冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)時(shí)間有較大的影響?，F(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)充分考慮這些問題，將發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量管理系統(tǒng)納入到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，全面考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)、冷卻效率、廢氣排放控制、燃油利用、 乘客室的取暖和三元催化劑活化時(shí)間等。目前的冷卻系統(tǒng)屬于被動(dòng)系統(tǒng)，只能有限地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車的熱分布狀態(tài)1。開發(fā)高效可靠的冷卻系統(tǒng),已成為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步提高功率、改善經(jīng)濟(jì)性所必須突破的關(guān)鍵技術(shù)問題。因此,采用先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行深入研究具有十分重要的實(shí)際意義。1.21.2

9、 國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向1.2.11.2.1 國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)展方向國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)展方向傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)采用的是冷卻風(fēng)扇或離合器式冷卻風(fēng)扇，兩種風(fēng)扇均由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過皮帶驅(qū)動(dòng)，其冷卻靈敏度不高，功率損失也大。為優(yōu)化風(fēng)扇，就出現(xiàn)了自控電動(dòng)冷卻風(fēng)扇。最早的汽車電動(dòng)冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)在 1981 年三月的美國(guó)專利文件中（專利號(hào)US4257554） ，該專利提出使用電動(dòng)風(fēng)扇替代傳統(tǒng)的皮帶帶動(dòng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和 5西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書負(fù)荷的不同實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)；1985 年德國(guó)大眾在中國(guó)申請(qǐng)專利（專利號(hào)CN851095/A） ，此專利在汽車散熱器前方

10、設(shè)置空氣輸入口和輔助通口，加快散熱器散熱，降低風(fēng)扇能耗；1989 年，美國(guó)發(fā)明專利（專利號(hào) US4875521） ，該專利首次在載重貨車上采用電動(dòng)風(fēng)扇；1999 年，法國(guó) Valeo 公司提出在發(fā)動(dòng)機(jī)上配置智能熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的新型電控系統(tǒng)，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻性能。上世紀(jì) 70 年代，美國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)家提出了“絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)” ，其基本思路是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室表面進(jìn)行耐高溫陶瓷的噴涂，從而減少散熱損失2。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫陶瓷零件方面取得了較大成功。絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)熱效率接近 40%，復(fù)合式絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)熱效率達(dá)到了 40%以上。目前，還出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)冷卻機(jī)理中的強(qiáng)化冷卻措施，如活塞的

11、“內(nèi)油冷” 、排氣門的“鈉冷”以及噴油嘴的“內(nèi)油冷”等內(nèi)冷技術(shù)。另外，采用的一些節(jié)油技術(shù)也具有內(nèi)部冷卻的功能，如乳化柴油、進(jìn)氣噴水、進(jìn)氣引氣、代用燃料冷卻和過量空氣冷卻等。1.2.21.2.2 國(guó)內(nèi)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展國(guó)內(nèi)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展方向方向目前國(guó)內(nèi)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究手段主要為試驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)模擬數(shù)值研究。在冷卻液流動(dòng)研究方面，以朱義倫等人為代表的采用多普勒測(cè)速儀（LDV）進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋冷卻液流動(dòng)測(cè)量，得到了冷卻水在平行于缸蓋和缸體結(jié)合面之間的二維流場(chǎng)；以王書義等人為代表的利用流動(dòng)顯形法得到冷卻水流動(dòng)的二維流場(chǎng)，通過研究冷卻流場(chǎng)以改進(jìn)水腔設(shè)計(jì)。通過計(jì)算機(jī)模擬數(shù)值研究，利用 CFD 分析技術(shù)及有

12、限元（FEA）耦合分析技術(shù)對(duì)冷卻液流場(chǎng)進(jìn)行模擬。目前常用的技術(shù)載體，如大型的 CFD 商業(yè)軟件有FLU2ENT，STAR CA，F(xiàn)IRE 等。計(jì)算機(jī)軟硬件水平飛速提高，使得采用計(jì)算機(jī)模擬數(shù)值研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)水腔內(nèi)流動(dòng)特性成為了越來越重要的研究手段3。自主品牌長(zhǎng)城汽車近年來也在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)方面取得了許多技術(shù)成果，如充鈉氣門，通過在氣門內(nèi)充入金屬鈉，利用比熱較大的鈉快速吸收和傳遞熱量，降低氣門的在惡劣工作環(huán)境下的溫度；如無極變速風(fēng)扇，相比傳統(tǒng)的 2 級(jí)或 3 級(jí)轉(zhuǎn)速的散熱器風(fēng)扇，該技術(shù)可以做到風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以精細(xì)地調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的散熱量。 6西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書總之，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)正

13、在由機(jī)械化逐漸向電控及智能化發(fā)展，一些新的工藝和技術(shù)不斷在冷卻系統(tǒng)上得到發(fā)揮和應(yīng)用，各個(gè)冷卻系統(tǒng)機(jī)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性不斷地提高，冷卻裝置的體積和重量不斷向輕量化發(fā)展。精確冷卻系統(tǒng)、分流式冷卻系統(tǒng)、可控式冷卻系統(tǒng)等新舊概念在冷卻系統(tǒng)運(yùn)用中得到了高度的配合統(tǒng)一。1.31.3 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容475Q 汽油機(jī)的冷卻系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)式冷卻系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)通過對(duì)冷卻系統(tǒng)各個(gè)部件的精確計(jì)算然后對(duì)其進(jìn)行選型，然后根據(jù)所選的構(gòu)件確定冷卻系統(tǒng)的總體布置方案，最后利用繪圖軟件畫出布置圖。在冷卻系統(tǒng)的總體參數(shù)上，主要針對(duì)散熱量、冷卻水循環(huán)量、冷卻空氣需要量、泵水量等進(jìn)行計(jì)算，再展開對(duì)散熱器和風(fēng)扇組件、冷

14、卻水泵的計(jì)算，確定參數(shù)后，對(duì)比市場(chǎng)上已經(jīng)成型的產(chǎn)品進(jìn)行選擇，選擇的產(chǎn)品應(yīng)該符合 475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的實(shí)際需要和相匹配車輛的尺寸要求4。計(jì)算完成后，再對(duì)冷卻系統(tǒng)的其它組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 最后，根據(jù)所選擇的部件再對(duì)冷卻系統(tǒng)的總體布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理安排冷卻水的流動(dòng)路線，科學(xué)規(guī)劃各個(gè)部件的位置分布，畫出布置圖。 7西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2 2 475Q475Q 汽油機(jī)工作過程計(jì)算汽油機(jī)工作過程計(jì)算2.12.1 已知條件已知條件 本設(shè)計(jì)中的 475Q 汽油機(jī)基本參數(shù)見表 2-1。表 2-1 475Q 汽油機(jī)的基本參數(shù)名稱 475Q 汽油機(jī)缸徑 mmD75活塞行程90Smm連桿長(zhǎng)度mmL135壓縮比9.

15、5點(diǎn)火提前角上止點(diǎn)前 8進(jìn)氣門提前開12進(jìn)氣門滯后關(guān)68排氣門提前開72排氣門滯后關(guān)10燃燒室型式半球形燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)型式四沖程、水冷缸數(shù)4i大氣壓力aMPP1 . 00大氣溫度KT2880cg0.845hg0.1550g0最大扭矩135tqTN m額定功率72ePkw額定轉(zhuǎn)速6000 / minnr 8西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2.22.2 參數(shù)選擇參數(shù)選擇根據(jù)分析，以及相似汽油機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)資料，再結(jié)合所給機(jī)型的具體條件，選定參數(shù)如表 2-2 所示。表 2-2 發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程計(jì)算參數(shù)選擇表名稱參數(shù)過量空氣系數(shù)=0.90熱利用系數(shù)=0.86z機(jī)械效率=0.88m示功圖豐滿系數(shù)=0.90i2.3

16、2.3 額定工況工作過程計(jì)算額定工況工作過程計(jì)算（一） 排氣過程 排氣壓力：600010.3 /10.31.36000rhpn nbar 排氣溫度：6000850350*/85035012006000hTrn nK（二） 進(jìn)氣過程(1) 進(jìn)氣終點(diǎn)壓力：00.80.8 10.8appbar (2) 殘余廢氣系數(shù):0288 121.30.04912009.5 0.8 1.3rrarTTpTpp (3) 進(jìn)氣終點(diǎn)溫度：0()(288 120.049 1200)330.611 0.049raTTTTK (4) 充氣效效： 009.50.8 330.60.5421(1)9.5 1 1 288 (10.0

17、49)aavpTpT（三） 壓縮過程：(1)平均多變壓縮指數(shù)： 11.380.03 (/)1.35ennN 9西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(2)壓縮終點(diǎn)壓力：11.330.8 9.517.879bncappar (3)壓縮終點(diǎn)溫度：111.33 1330.6 9.5777.747ncaTTK（四）燃燒過程： (1)理論所需空氣量： 00110.8450.15500.519/0.21 124320.21124chgggLkmol kg(2)新鮮空氣量：10110.9 0.5190.476/115TMLkmol kgM(3) 理論上完全燃燒 (即=1) 時(shí)的燃燒產(chǎn)物：a200.8450.1550.790

18、.79 0.5190.557/122122chggMLkmol kg(4)理論分子變更系數(shù)：2010.5571.170.476mum(5)實(shí)際分子變更系數(shù)：01.170.0491.08111 0.049 (6)燃燒終點(diǎn)溫度： 443(3.73.3* )*10*4.1868(3.73.3 0.9) 104.18682.79 10Aa(4.40.62* )*4.1868(4.40.62 0.9) 4.186820.758Ba44100/uHKJKg158000*(1 0.9)58000 (1 0.9)5800/UHKJKg111*()()0.86 (441005800)(21.7777.747)6

19、1761*(1)1.081 0.476 (1 0.049)1.081uvcHHucTCmr 最高燃燒溫度： 1120.758223223(B - 4 * A * C)(20.7584 2.79 1061761)2698.75(2 * A)2 2.79 10zTK B壓力升高比：1.081 2698777.7473.75zcTT 燃燒壓力：*3.75 17.87967bzcPPar 10西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（五）膨脹過程(1)平均多變膨脹指21.140.035 (/ )1.140.035 (6000/6000)1.175hnnn(2)膨脹終點(diǎn)壓力：21.17567.1244.7649.5zbn

20、ppbar(3)膨脹終點(diǎn)溫度：211.175 12698.7518199.5zbnTTK（六）發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)(1)平均指示壓力： 211121111* 1* 110.36bar111*9.324cinniiippnnppbar (2)指示熱效率：0008.314*8.314 0.9 0.519 288 9.3240.35*44100 1 0.7iiuvLTPHP (3)有效熱效率：*0.88 0.350.3emi(4)有效燃油消耗率：663.6 103.6 10272/()*44100 0.3euebgkW hH(5)平均有效壓力：9.324 0.888.205eimPPbar (6)有效功率

21、：*4 0.397 8.205 600072.455kw12001200i Vh Pe nNe 11西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3 3 475Q475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.13.1 冷卻系統(tǒng)的作用冷卻系統(tǒng)的作用內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與高溫燃?xì)庀嘟佑|的零件受到強(qiáng)烈的加熱，如不加以適當(dāng)?shù)睦鋮s，會(huì)使內(nèi)燃機(jī)過熱，充氣效率下降，燃燒不正常，機(jī)油變質(zhì)和燒損，零件的摩擦和磨損加劇，引起內(nèi)燃機(jī)的可靠性、耐久、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性全面惡化。如果冷卻過強(qiáng)也不行，會(huì)使摩擦損失散熱損失增加3。因此，冷卻系統(tǒng)的作用就是使內(nèi)燃機(jī)在各種環(huán)境和工況下都能夠在合適的溫度下工作。3.23.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求冷卻系統(tǒng)的設(shè)

22、計(jì)要求一個(gè)良好的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列各項(xiàng)要求：1）內(nèi)燃機(jī)在各種工況、氣候下都能正常工作。當(dāng)工況和環(huán)境變化時(shí)，冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度也能隨之做出變化以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳工作范圍內(nèi)。2） 冷卻系統(tǒng)消耗功率小。起動(dòng)后，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到正常工作溫度。3） 體積小、質(zhì)量輕，拆裝維修方便。4） 性能可靠、成本低、壽命長(zhǎng)。3.33.3 冷卻系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和參數(shù)選取冷卻系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和參數(shù)選取此設(shè)計(jì)中，冷卻系統(tǒng)采用的冷卻方式為閉式強(qiáng)制冷卻。閉式強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)由缸體和缸蓋的水套、水泵、風(fēng)扇、散熱器組成5。在設(shè)計(jì)或選用冷卻系統(tǒng)的部件時(shí)，就是以散入冷卻系統(tǒng)的熱量為原始數(shù)據(jù)，計(jì)算冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量、冷卻w空氣量，以

23、便設(shè)計(jì)或選用水泵、散熱器和風(fēng)扇4。發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)如表 3-1。表 3-1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型水冷 4 沖程 475Q氣缸直徑與行程75.0mm90.0mm發(fā)動(dòng)機(jī)排量1600ml壓縮比9.5：1有效功率72.455kw 12西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書最大扭矩135Nm（1） 進(jìn)入冷卻系統(tǒng)的熱量用經(jīng)驗(yàn)公式：=w3600ueeHPAg0.25 0.272 72.455 4410060.3553600skJ式中，燃料熱能傳給冷卻系的分?jǐn)?shù)，取同類機(jī)型的統(tǒng)計(jì)量，%，汽油機(jī)AA=0.230.30，取 A=0.25燃料低熱值 44100；uHkgkJ有效燃油消耗率 272；eggkW h有效功率 72.45

24、5。ePkW若水冷式機(jī)油散熱器，要增加散熱量，增大 5%10%.WQ（2） 冷卻水循環(huán)量在算出發(fā)動(dòng)機(jī)所需的散走的熱量后，可計(jì)算冷卻水循環(huán)量： wvqWWcWwt-360.3551.6 109 1000 4.187sm3式中，冷卻水在內(nèi)燃機(jī)中循環(huán)時(shí)的容許溫升，對(duì)現(xiàn)代強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，wt可取=9；wtC0水的密度，=1000；ww3mkg水的比定壓熱容, =4.187 。wcwc0kJkgC（3） 冷卻空氣需要量冷卻空氣的需要量一般根據(jù)散熱器的散熱量確定。散熱器的散熱量一avq般等于冷卻系統(tǒng)的散熱量，所以冷卻空氣需要量可由下式求得：wavqpacawt60.3552.28325 1.01 1.0

25、47sm3 13西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書式中，空氣進(jìn)入散熱器以前與通過散熱器以后的溫度差，取at=25 C；ato空氣密度，一般為 1.01；a3mkg 空氣的比定壓熱容，一般為 1.047。pc0kJkgC3.43.4 散熱器設(shè)計(jì)及選型散熱器設(shè)計(jì)及選型散熱器由上貯水箱、下貯水箱和散熱器芯部組成。目前常用的散熱器芯部結(jié)構(gòu)分管片式和管帶式兩種。水管一般都是扁平形，以減小空氣阻力，增加傳熱面積，減小凍裂的危險(xiǎn)。管外的大量散熱片或散熱帶是為了增加對(duì)空氣的傳熱面積。管片式結(jié)構(gòu)由于剛度好、耐壓高，目前廣泛采用。它的缺點(diǎn)是制造工藝比較復(fù)雜，壞了的水管只好焊死，一般若有 20%的管子堵死就要更換新的芯部。管帶

26、式結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度不如管片式，零件數(shù)少，制造方便，散熱效果好，但空氣阻力較大。它在新型汽車上應(yīng)用愈來愈多。傳熱系數(shù)是評(píng)價(jià)散熱效能的重要參數(shù)，它表示當(dāng)冷卻水和空氣之間的溫RK差為 1時(shí)，每秒通過 1與空氣接觸表面所散走的熱量。提高散熱系數(shù)可以改C02m善散熱效能，減少尺寸和材料消耗。傳熱系數(shù)受散熱器芯部結(jié)構(gòu)、水管中冷卻水的流速、通過散熱器的空氣流速、管片材料以及制造質(zhì)量（特別是焊接質(zhì)量）等許多因素的影響。散熱器的另一質(zhì)量指標(biāo)是空氣阻力，只能通過專門的試驗(yàn)Rp才能確定6。管片散熱器由于采用公共散熱片，對(duì)散熱片的沖孔精度要求高，不然就不能保證焊縫質(zhì)量。當(dāng)散熱片管子接觸不良時(shí)，散熱系數(shù)會(huì)下降 2530%

27、。管帶式結(jié)構(gòu)工藝性要好得多，適于大量生產(chǎn)。散熱器材料的導(dǎo)熱性能和焊縫等工藝質(zhì)量對(duì)有很大影響。目前常用導(dǎo)熱RK性能、焊接性能和耐磨性能好的黃銅或紫銅制造散熱器，但這是貴重的有色金屬，成本高7。為了節(jié)約貴重的有色金屬，水管和散熱片的厚度已減到最低限度，目前水管壁厚為 0.10.2，散熱片厚度為 0.060.1。mmmm 14西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書散熱器的上下水箱用 0.8的黃銅或鋼皮沖壓而成，在散熱器尺寸較大的用厚mm1.01.5的板料。上水箱的高度為 60100。散熱器要用彈性支承。mmmm3.4.13.4.1 散熱器的正面積散熱器的正面積根據(jù)冷卻空氣量計(jì)算散熱芯的正面積：RA=0.38RAaV

28、vqa2.28362m式中，冷卻空氣量；avq散熱器正面前的空氣流速，取 6。avsm在車用發(fā)動(dòng)機(jī)中， =0.20.4 m2。RA3.4.23.4.2 散熱器的水管數(shù)散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷卻水的循環(huán)量計(jì)算冷卻水管數(shù)：t =600fWVAvqW351.6 100.7 3.8 10式中，t冷卻水管數(shù)；冷卻水循環(huán)量；Wvq水在散熱器水管中的流速一般在 0.60.8m/s 范圍內(nèi)，取為 0.7 wv；sm選取水管尺寸為 2 19，求得每根水管的橫截面積為 3.8 100fAmm 。52m3.4.33.4.3 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)是散熱器的重要參數(shù)，的大小直接決定了散熱器的換熱效能，RKRK其主要受制

29、造散熱器的管片材料、焊接工藝、芯部結(jié)構(gòu)、冷卻水的流動(dòng)速度、通過散熱片的空氣速度等因素的影響9。由于本次設(shè)計(jì)中，所選散熱器為紫銅管片式，根據(jù)散熱特性曲線（見圖 3-1） ，選取相應(yīng)的冷卻水流速和空氣流速條件下的傳熱系數(shù)。11. 0RK 15西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-1 散熱特性曲線圖3.4.43.4.4 散熱器的散熱表面積散熱器的散熱表面積=AtRwK60.35513.70.11 402m式中，在散熱器里的冷卻水和冷卻空氣的平均溫差，=。ttawtt 式中，冷卻水平均溫度=-；wtwt1wt2wt冷卻空氣平均溫度=。atat21aatt式中，散熱器進(jìn)水溫度，對(duì)開式冷卻系統(tǒng)取 97；1wtC0

30、 冷卻空氣（散熱器）的進(jìn)口溫度，一般取 40；1atC0 冷卻水（散熱器）的進(jìn)出口溫度，一般取 9；wtC0 冷卻空氣（散熱器）的進(jìn)出口溫度，一般取 25。atC0因?yàn)榻?jīng)過散熱器的冷卻空氣流速不能達(dá)到均勻，散熱片蒙上塵土?xí)r，散熱性能要有所降低，實(shí)際選取的散熱面積要比計(jì)算的大一些，通常取：0AA 16西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書= =15.070AA1.1 13.72m式中，儲(chǔ)備系數(shù)，取=1.1。 3.4.53.4.5 散熱器芯部厚度散熱器芯部厚度=0.07 rlRAA015.070.425 500m 其中 為散熱器芯部容積緊湊系數(shù)，取 =500。 本次設(shè)計(jì)的散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 3-2 所示。表 3

31、-2 本次設(shè)計(jì)的散熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)標(biāo)定功率（）kW散熱面積（）2m芯部正面積（）2m散熱管總數(shù)475q 汽油機(jī)72.45515.070.38603.4.63.4.6 散熱器結(jié)構(gòu)圖散熱器結(jié)構(gòu)圖散熱器的結(jié)構(gòu)如圖 3-2 所示，本次設(shè)計(jì)選取管片式散熱器。圖 3-2 散熱器結(jié)構(gòu)圖 17西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3.4.73.4.7 散熱器的選取散熱器的選取 根據(jù)以上散熱器的參數(shù)和風(fēng)扇的參數(shù)，在網(wǎng)上查詢市場(chǎng)上已經(jīng)成型的散熱器相關(guān)產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)選取了重慶弘美制冷設(shè)備有限公司 QLZ-9R 型散熱器帶電子風(fēng)扇總成。根據(jù)廠家資料，該產(chǎn)品的實(shí)物圖 3-3 所示及該產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)表 3-3。圖 3-3 QLZ-9

32、R 型散熱器帶電子風(fēng)扇總成表 3-3 散熱器參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)大小產(chǎn)品型號(hào)QLZ-9R產(chǎn)品材料鋁塑散熱量（kw）80（110%）尺寸（mm）1000 x800 x80散熱器正面積（）2m0.4風(fēng)扇散風(fēng)量（）sm32.5適用車型1.6L 發(fā)動(dòng)機(jī) 18西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3.53.5 風(fēng)扇的設(shè)計(jì)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)及選型及選型風(fēng)扇的功用是使冷卻空氣在風(fēng)道內(nèi)不斷流動(dòng)，提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，使發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器散發(fā)出的熱量散發(fā)到大氣中，強(qiáng)化散熱器的散熱能力。傳統(tǒng)風(fēng)扇通常安裝在散熱器后，與水泵同軸。用螺釘固定在水泵軸前端的帶輪或凸輪盤邊緣上。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，抽吸空氣通過散熱器芯部，使冷卻液在散熱器內(nèi)得到充分的

33、熱交換，加速冷卻液的冷卻，加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻作用。風(fēng)扇的外徑略小于散熱器的寬度和高度，風(fēng)扇的布置應(yīng)對(duì)準(zhǔn)散熱器芯的中心。本設(shè)計(jì)所選用的風(fēng)扇是電動(dòng)風(fēng)扇，總體布置與普通風(fēng)扇相同，但是電動(dòng)風(fēng)扇不與水泵同軸，它由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在電控系統(tǒng)中，風(fēng)扇的工作狀態(tài)由溫控開關(guān)（水溫傳感器）和汽車 ECU 控制，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便的優(yōu)點(diǎn)。在小轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上，電控風(fēng)扇已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)扇常采用的形式有兩種：軸流式和離心式。目前汽車水冷發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較普遍的是軸流式風(fēng)扇。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)中布置方便，在低壓下風(fēng)量大。軸流式風(fēng)扇的葉片一般用 12厚的鋼板沖壓而成，為了提高剛度和扇風(fēng)壓力

34、，mm多采用將斷面彎成圓弧的葉片，圓弧的半徑為葉片斷面弦長(zhǎng)的 0.82.5 倍，有時(shí)為了風(fēng)扇葉片和葉輪的裝配方便，將圓弧葉片的安裝部位作成小平面。這種沖壓風(fēng)扇在大量生產(chǎn)條件下工藝性較好。有的內(nèi)燃機(jī)上，采用鋁合金鑄造或增強(qiáng)尼龍制造的風(fēng)扇，它的輪葉是機(jī)翼型斷面葉片。它在攻角變化較大的范圍內(nèi)具有較高的效率，而薄鋼板圓弧葉片只有在攻角變化 4 的范圍內(nèi)才具有較好的效率，但即0使在較好的效率范圍內(nèi)，也趕不上機(jī)翼型斷面葉片。由于水冷內(nèi)燃機(jī)的風(fēng)扇沒有前后導(dǎo)向裝置，機(jī)翼型風(fēng)扇提高效率有限，以因它的制造成本較高，限制了它在水冷內(nèi)燃機(jī)上的廣泛應(yīng)用10。風(fēng)扇的外徑略小于散熱器芯部的寬度和高度，其值在 0.30.7m

35、 之間，風(fēng)扇輪轂半徑與風(fēng)扇外徑之比稱為輪轂比，一般取=0.20.25 左右，風(fēng)扇葉片長(zhǎng) 與l風(fēng)扇外徑之比為 0.340.36 之間。風(fēng)扇輪葉所掃過的圓環(huán)面積與散熱器芯部2D正面面積之比為 0.450.6.風(fēng)扇的中心線一般在散熱器芯部中心線上，但也有些風(fēng)扇由于總布置的要求，它的中心線略高于散熱器芯部的中心線，這時(shí)，由于芯 19西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書部上部的水溫較高，散熱效果較好。在散熱器與風(fēng)扇之間要設(shè)導(dǎo)流風(fēng)罩，并且必須密封導(dǎo)風(fēng)罩與散熱器的聯(lián)結(jié)處，防止風(fēng)扇抽風(fēng)時(shí)，外界空氣從不密封處短路流入風(fēng)扇，使流過散熱器的風(fēng)量減少，使散熱器的散熱效果下降11。風(fēng)扇主要根據(jù)所要求的扇風(fēng)量和風(fēng)壓來選擇。由于水冷內(nèi)燃

36、機(jī)風(fēng)扇的外徑主要由散熱器芯部正面積決定，然后再?zèng)Q定其它參數(shù)和尺寸。水冷內(nèi)燃機(jī)風(fēng)扇計(jì)算如下：3.5.13.5.1 風(fēng)扇的扇風(fēng)量風(fēng)扇的扇風(fēng)量風(fēng)扇的扇風(fēng)量應(yīng)當(dāng)?shù)扔谕ㄟ^散熱器的冷卻空氣量，而冷卻空氣量又由avqavq散熱器的散熱量決定。所以扇風(fēng)量的計(jì)算為：avqpacawt60.3552.28325 1.01 1.047sm33.5.23.5.2 風(fēng)扇的壓力風(fēng)扇的壓力冷卻空氣流過散熱器時(shí)，會(huì)遇到很多阻力。要使冷卻空氣能夠通過散熱器并且把散熱量帶走，風(fēng)扇所供給的冷卻空氣必須具有一定的壓力，應(yīng)為 150，以Pa克服空氣道的阻力?？諝獾赖淖枇τ?jì)算如下：=140p1ppR1004 . 0100Pa式中，散熱器

37、的阻力，當(dāng)為 1020時(shí)，管片式散熱器的阻RpaaVsmkg2力為 100500，計(jì)算時(shí)取=100；PaRpPa除散熱器以外的所有阻力，如百葉窗、導(dǎo)風(fēng)窗、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等的阻力1p取=0.4。1pRp3.5.33.5.3 風(fēng)扇外徑風(fēng)扇外徑因?yàn)轱L(fēng)扇葉輪掃過的環(huán)面積等于散熱器芯部正面積的 45%60%，而風(fēng)扇RA輪葉內(nèi)徑與外徑之比=0.280.36，則，即21DDRADDD)6 . 045. 0()1 (4222122D =（0.790.93）。計(jì)算中，取 2RA 20.90.90.380.554RDAm 20西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3.5.43.5.4 風(fēng)扇外徑處的圓周速度風(fēng)扇外徑處的圓周速度 =2u6

38、022nD23.14 3000 0.55447.3260sm式中，n風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，電子風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速由發(fā)動(dòng)機(jī)水溫所確定，本設(shè)計(jì)中取n3000r/min。此時(shí)，風(fēng)扇皮帶速度在 1030范圍內(nèi)。風(fēng)扇葉頂圓周sm速度不可太高，太高則產(chǎn)生的噪聲會(huì)很高，一般控制在0.1。113.5.73.5.7 風(fēng)扇氣流的有效軸向速度風(fēng)扇氣流的有效軸向速度=412.7mc）（21224DDqaV222.2833.140.5540.2774（）sm3.5.83.5.8 風(fēng)扇輪葉外徑處的流量系數(shù)風(fēng)扇輪葉外徑處的流量系數(shù)=22ucm12.70.2747.323.5.93.5.9 節(jié)流系數(shù)節(jié)流系數(shù)=g 21西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書太大

39、，則會(huì)降低容積效率，一般0.25。本設(shè)計(jì)取=0.11ggg3.5.103.5.10 風(fēng)扇的容積效率風(fēng)扇的容積效率v 先確定風(fēng)扇輪葉外徑與風(fēng)扇護(hù)風(fēng)圈之間的間隙 ，如果間隙 過小，則風(fēng)2Dss扇和護(hù)風(fēng)圈可能相碰12，所以取在 20。再計(jì)算相對(duì)間隙，由公式=smm=0.068，再由“容積效率與相對(duì)間隙的關(guān)系圖” （圖 3-4）中找到節(jié)流222/DsDs系數(shù)的曲線，以為橫坐標(biāo)，就可查到相對(duì)應(yīng)的容積效率=0.6。gv圖 3-4 容積效率與相對(duì)間隙關(guān)系圖3.5.113.5.11 通過風(fēng)扇輪葉氣流的軸向速度通過風(fēng)扇輪葉氣流的軸向速度=mcVmc12.721.20.6sm式中，為考慮了風(fēng)扇葉頂處空氣回流后通過

40、風(fēng)扇輪葉氣流的軸向速度。mc從提高散熱器的散熱效率出發(fā)，經(jīng)過散熱片間的氣流速度應(yīng)相等，在計(jì)算風(fēng)扇軸向速度時(shí)，應(yīng)當(dāng)使所設(shè)計(jì)的風(fēng)扇在不同風(fēng)扇半徑處的相同。但當(dāng)風(fēng)扇葉mcmc片過長(zhǎng)時(shí)，這樣設(shè)計(jì)會(huì)使風(fēng)扇葉片根部過寬，安裝角過大，葉片之間的間隙過小，會(huì)引起氣流的擾動(dòng)而發(fā)生噪音。故有許多風(fēng)扇設(shè)計(jì)時(shí)，使從葉片頂部沿根部逐mc 22西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書漸變小。這樣設(shè)計(jì)的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)合理。但不應(yīng)相差太大。mc3.5.123.5.12 空氣氣流的周向分速度空氣氣流的周向分速度=uc2hupV1408.141.01 0.6 0.6 47.32sm式中，風(fēng)扇液力效率，薄鋼片葉輪風(fēng)扇時(shí)為 0.50.7，鑄鋁機(jī)翼型葉輪風(fēng)扇

41、h時(shí)為 0.550.75，由于所選的風(fēng)扇為薄鋼片葉輪風(fēng)扇，取=0.6。h3.5.133.5.13 氣流相對(duì)速度氣流相對(duì)速度=mw)2(2umcuc28.1421.2(47.32)22.22sm3.5.143.5.14 平均氣流角平均氣流角因?yàn)?tan =，所以 =m2umcucm2arctanumcuc21.2arctan298.1447.3223.5.153.5.15 風(fēng)扇輪葉寬風(fēng)扇輪葉寬=bcamznwph120先取工作輪輪葉數(shù)=6，均勻布置。將選取的風(fēng)扇葉片數(shù)代入式=zzbca中計(jì)算得=0.11。本設(shè)計(jì)選取的葉片為薄鋼片葉片，翼形參數(shù)mznwph120bca=0.15，然后從“薄鋼片葉片

42、空氣動(dòng)力特性曲線” （見圖 3-5）圖中根據(jù)bf曲線，在值較低的區(qū)間內(nèi)選攻角=8 ，然后在曲線上求得 f0 fca對(duì)應(yīng)的=1.6。經(jīng)過計(jì)算，既得到風(fēng)扇輪葉寬度=0.09。acbm 23西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-5 薄鋼片葉片空氣動(dòng)力特性曲線3.5.163.5.16 風(fēng)扇輪葉安裝角風(fēng)扇輪葉安裝角= +82937m 在設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)扇時(shí)，要從風(fēng)扇輪葉的不同半徑處選取 36 個(gè)斷面上進(jìn)行上述計(jì)算。應(yīng)用計(jì)算得的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)、及所選的葉片翼型就可設(shè)計(jì)1D2Db風(fēng)扇。3.5.173.5.17 風(fēng)扇的消耗功率風(fēng)扇的消耗功率=934tpmvhVVaapqpq140 2.2830.6 0.6 0.95W式中，總

43、效率，為、的乘積。為風(fēng)扇的機(jī)械效率，由風(fēng)扇傳動(dòng)hvmm方式?jīng)Q定，用 V 帶傳動(dòng)時(shí)=0.95，只有當(dāng) V 帶彈性很好而且支座剛m度較好時(shí)，才能取上限值。 24西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3.5.183.5.18 風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)圖風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)選取的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)為軸流式，下圖為軸流式風(fēng)扇的幾種形式如圖 3-6所示：圖 3-6 軸流式風(fēng)扇3.5.193.5.19 風(fēng)扇及散熱器的選取風(fēng)扇及散熱器的選取475Q 汽油機(jī)選用了 QLZ-9R 型散熱器帶電子風(fēng)扇總成（見圖 3-3） ，該風(fēng)扇為電動(dòng)風(fēng)扇，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，根據(jù)溫控開關(guān)（傳感器）調(diào)節(jié)扇風(fēng)量，是一種智能化的風(fēng)扇。通常，當(dāng)冷卻液溫度為 9097 oC 時(shí)，

44、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為 2300r/min；當(dāng)冷卻液溫度升高到 99105 oC 時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為 2800r/min；當(dāng)冷卻液溫度降到8491 oC 時(shí)，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。3.63.6 水泵設(shè)計(jì)及選型水泵設(shè)計(jì)及選型內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)一般都用離心式水泵，通過三角皮帶傳動(dòng)。水泵的結(jié)構(gòu)中，影響效率的關(guān)鍵是輪葉和蝸殼的形狀，而影響可靠性的關(guān)鍵是水封，水泵的葉輪多半是半閉式的，即只有一個(gè)圓盤，水泵體上專門加工的泵蓋起著第二圓盤的作用。它的構(gòu)造簡(jiǎn)單，但水泵容積效率較低。半開式葉輪自高壓區(qū)泄入進(jìn)口處的水量 較多，特別是現(xiàn)有冷卻水泵均無防回流裝置，在小流量時(shí)，泄漏更為嚴(yán)重q13。所以葉輪與泵體之間的徑向間隙不應(yīng)超過 1，軸向間

45、隙不應(yīng)超過mm0.2。許多水泵采用徑向葉片葉輪，它的構(gòu)造簡(jiǎn)單，鑄造方便，理論揚(yáng)程較高，mm但葉片的安裝角不能與水流方向吻合，產(chǎn)生很大的撞擊損失，所以液力效率略有提高；為了進(jìn)一步提高液力效率，采用了后向彎曲的雙圓弧或多圓弧葉片葉輪。 25西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書它的葉型與水流方向基本吻合，所以效率較高，是一種較好的結(jié)構(gòu)。有些水泵將葉輪的葉片做成矩形，在水流作徑向流動(dòng)時(shí)，水流通過斷面過度擴(kuò)大，從而引起強(qiáng)烈的局部渦流損失。為了減少這種渦流損失，使其水流通道斷面相等，常將輪葉作成梯形。水泵的葉輪輪葉數(shù)一般為 48 片，輪葉過少會(huì)降低水泵效率，但輪葉過多，水的有效流通面積減少，同時(shí)水與輪葉的摩擦阻力增加，

46、也會(huì)影響效率。輪葉數(shù)過多使水泵實(shí)際進(jìn)水?dāng)嗝鏈p小，這是特別有害的。為了改善水泵進(jìn)口處的水流情況，有些水泵輪葉一長(zhǎng)一短交替，有半數(shù)輪葉不延伸到進(jìn)水口，使進(jìn)水口處輪葉數(shù)減少。輪葉厚度應(yīng)盡量薄，主要由鑄造工藝決定，一般厚度 35 。葉輪盤mm上有兩個(gè)小孔，起平衡軸向力的作用。水泵渦殼的正確形狀，在寬度相等時(shí)應(yīng)為一對(duì)數(shù)螺線。實(shí)際上為了設(shè)計(jì)時(shí)便于作圖，常用阿基米德螺線代替。水泵葉輪、殼體和皮帶輪一般用鑄鐵鑄造。近年來殼體常用鋁合金鑄造，葉輪開始用工程塑料壓制，驅(qū)動(dòng)皮帶輪則廣泛用薄鋼板滾壓成形，以減輕重量，降低成本。水泵大都用鋼制造。水泵的軸承現(xiàn)在大多用結(jié)構(gòu)緊湊的軸連軸承，這種軸承工作過程中不必再加油潤(rùn)滑，

47、使用方便。水泵主要根據(jù)所需的泵水量和泵水壓力來選擇，其計(jì)算如下：3.6.13.6.1 水泵的泵水量水泵的泵水量水泵的泵水量可根據(jù)冷卻水的循環(huán)量按下式初步確定：pvq=0.002331.6 10=0.0020.8WpVvVqqmsVVWq31.6 100.8sm3式中，水泵的容積效率，主要考慮水泵中冷卻水的泄漏，取=0.8。vv3.6.23.6.2 水泵的泵水壓力水泵的泵水壓力水泵的壓力應(yīng)當(dāng)足以克服冷卻系統(tǒng)中所有的流動(dòng)阻力并得到必要的冷卻水循環(huán)的流動(dòng)速度；此外，為了冷卻可靠，在工作溫度下水在任一點(diǎn)的壓力均應(yīng)大于此時(shí)飽和蒸汽壓力。當(dāng)壓力不夠時(shí)，水泵入口處可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，因?yàn)榇颂幍?26西華大學(xué)畢

48、業(yè)設(shè)計(jì)說明書壓力最低。如果這個(gè)地方的水壓等于或低于該溫度下水的氣化壓力，就會(huì)有蒸汽及溶解在水中的氣體從水中大量逸出，形成許多蒸氣與氣體混合的小氣泡。這些小氣泡隨水流到高壓區(qū)時(shí)，由于氣泡內(nèi)是氣化壓力，而氣泡周圍大于氣化壓力，產(chǎn)生了壓差，在這個(gè)壓差的作用下，氣泡會(huì)破裂現(xiàn)重新凝結(jié)。但凝結(jié)過程中，液體質(zhì)點(diǎn)從四周向周向氣體氣泡中心加速運(yùn)動(dòng)，在凝結(jié)的一瞬間，質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，產(chǎn)生很高的局部壓力。這些氣泡如果在金屬表面附近破裂而凝結(jié)，則液體質(zhì)點(diǎn)就像無數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)打擊在金屬表面上。在壓力很大頻率很高的連續(xù)打擊下，金屬表面逐漸因疲勞而破壞，通常把這種破壞稱為剝蝕。在所產(chǎn)生的氣泡中還雜有一些活潑氣體，如氧等，借

49、助氣泡凝結(jié)時(shí)所放出的熱量，對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。化學(xué)腐蝕與機(jī)械剝蝕的共同作用，更加快了金屬的損壞，這種現(xiàn)象叫做氣蝕破壞。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，管道的液力阻力一般為 0.0750.125，氣缸水套阻力bar為 0.130.15，散熱器為 0.20.25，總阻力等于 0.40.53。為了barbarbar安全起見，一般取泵水壓力=1.5。 pbar3.6.33.6.3 葉輪進(jìn)水孔半徑葉輪進(jìn)水孔半徑22101rpvqrc（）式中，葉輪輪轂的半徑，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵水封系列推薦的數(shù)據(jù)取 15mm；0r水泵進(jìn)口處的水流速度，一般取=1.5，一般取=12m/s 。1c1csm1c取得過大，水泵可能發(fā)生氣蝕。1c

50、將參數(shù)代入上式可得=0.025。1rm3.6.43.6.4 水流流出葉輪外緣的圓周速度水流流出葉輪外緣的圓周速度=36.722210 1ctgphp gutg 8 . 08 . 95 . 140ctg711000tgsm式中，葉片出口處水流絕對(duì)速度與葉輪切線夾角，取。22=7葉片出口安裝角，取。22=40 27西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書液力效率，=0.8。 hh泵水壓力，=1.5。ppppbar3.6.53.6.5 葉輪外緣半徑葉輪外緣半徑=nur223030 36.170.0533.14 6500m式中，水泵的轉(zhuǎn)速，與發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)齒輪和水泵驅(qū)動(dòng)齒輪的尺寸有關(guān)，本n設(shè)計(jì)取 6500r/min。3.6

51、.63.6.6 進(jìn)口處與出口處的葉片寬度進(jìn)口處與出口處的葉片寬度 121V1csinzr2qb（ 122V2c )sinzr2(qb式中 輪葉厚度，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中=35mm，本設(shè)計(jì)取 3.5mm；輪葉數(shù)，一般取 48 片，本設(shè)計(jì)取 6 片。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中1b=1235 毫米，z2b=725 毫米。經(jīng)計(jì)算可知=15.8mm；=8.2mm。1b2b3.6.73.6.7 輪葉進(jìn)口安裝角輪葉進(jìn)口安裝角11 2112 1cc rtguu r在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，=40 o55 o，本設(shè)計(jì)為 47 o13.6.83.6.8 水泵所消耗的功率水泵所消耗的功率=395pWvpVpPvhmhmq pqpN 32 101.5

52、0.8 0.95W式中，水泵的機(jī)械效率，取=0.95。泵水壓力，=1.5=mmppppbar帕。51.5 10 28西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外大量的內(nèi)燃機(jī)水泵的試驗(yàn)表明，水泵的總效率=很低，vhm只有 2045%，其中徑向輪葉的水泵效率只有 2030%，向后彎曲單圓弧輪葉的水泵效率不 3036%，向后彎曲多圓弧輪葉的水泵效率才有 4045%。原因是和很低。一般=（0.005-0.01）。上述滿足此要求。vhPNeP3.6.93.6.9 水泵平面圖水泵平面圖所設(shè)計(jì)的水泵結(jié)構(gòu)圖如圖 3-7 所示。圖 3-7 水泵結(jié)構(gòu)圖1-凸緣盤 2-軸承 3-通氣孔 4-小循環(huán)進(jìn)水道 5-水封 6-葉輪

53、7-水泵軸 8-水泵殼 9-大循環(huán)進(jìn)水道3.6.103.6.10 水泵的選取水泵的選取根據(jù)以上水泵參數(shù)，在網(wǎng)上查詢市場(chǎng)上已經(jīng)成型的水泵相關(guān)產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)選取了成都嘉源汽配的 JL475 型號(hào)水泵。根據(jù)廠家資料，該產(chǎn)品的實(shí)物圖 3-8 以及參數(shù)表 3-4 如下所示。 29西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-8 JL475 型號(hào)水泵表 3-4 JL475 型水泵參數(shù)名稱參數(shù)水泵型號(hào)HA-119泵水量0.002sm3外形尺寸210*150*50（mmmmmm）泵水壓力1.5（）bar芯子尺寸32*60*24（mmmmmm）適用發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)和車型475Q 發(fā)動(dòng)機(jī)，長(zhǎng)安悅翔3.3.7 7 475Q475Q 汽油機(jī)

54、冷卻系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3.3.7 7.1.1 冷卻系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法冷卻系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法冷卻系統(tǒng)的任務(wù)就是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下都工作在最佳工作溫度范圍以 30西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書內(nèi)。但是，當(dāng)工況改變時(shí)，例如轉(zhuǎn)速不變而負(fù)荷改變時(shí)，機(jī)件的受熱量隨著平均有效壓力的增加而增加，但因?yàn)轱L(fēng)扇轉(zhuǎn)速不變和水泵轉(zhuǎn)速不變，扇風(fēng)量和泵水量就不變，因而冷卻系的散熱強(qiáng)度也就不會(huì)發(fā)生變化。因此，按照大負(fù)荷設(shè)計(jì)的冷卻系，在小負(fù)荷工況下可能過冷，反之則可能過熱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速變化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)受熱量不變，但由曲軸帶動(dòng)的水泵則會(huì)發(fā)生泵水量的變化，這導(dǎo)致按高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在低轉(zhuǎn)速時(shí)可能過熱，反之則可能過

55、冷14。因此，一般設(shè)計(jì)冷卻系都是按照高溫氣候條件下額定功率工況下設(shè)計(jì)的，如果出現(xiàn)過冷，則對(duì)冷卻系的散熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。常用的冷卻強(qiáng)度調(diào)整方法有兩種：一是改變流經(jīng)散熱器的空氣流量或轉(zhuǎn)速，其中包括百葉窗、風(fēng)扇離合器、電動(dòng)風(fēng)扇（據(jù)統(tǒng)計(jì)，轎車用發(fā)動(dòng)機(jī)水冷卻系統(tǒng)只有 25%的時(shí)間需要風(fēng)扇工作，而在冬天僅有 5%的時(shí)間，大部分時(shí)間不需要風(fēng)扇工作） ；二是改變冷卻液的流量和循環(huán)路線，主要通過使用節(jié)溫器來實(shí)現(xiàn)。3.3.7 7.2.2 節(jié)溫器節(jié)溫器節(jié)溫器是控制冷卻液流動(dòng)路徑的閥門，節(jié)溫器在冷卻系統(tǒng)中有兩種布置形式：一種是布置在氣缸蓋出水管路上；另一種是布置在氣缸體進(jìn)水管路上。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置于冷卻系統(tǒng)的最高處，易

56、于排除水泡，但在冷起動(dòng)、寒冷地區(qū)高速行車時(shí)，容易出現(xiàn)節(jié)溫器反復(fù)開閉的震蕩現(xiàn)象，易損壞節(jié)溫器，并使油耗增加。后者易于控制冷卻液溫度，減少節(jié)溫器震蕩，特別適于冬季或寒冷地區(qū)高速行駛車輛，但排氣困難，需要在冷卻液通道中設(shè)置幾個(gè)排氣孔，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。475Q 汽油機(jī)的節(jié)溫器布置于缸蓋出水管路之上。目前，水冷內(nèi)燃機(jī)通常使用的是蠟式節(jié)溫器，這種節(jié)溫器的工作介質(zhì)為石蠟，在固態(tài)和液態(tài)之間轉(zhuǎn)換，基本可以視為不可壓縮介質(zhì)，因此對(duì)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的變化不敏感，工作可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低。圖 3-9為蠟式節(jié)溫器實(shí)物圖片。 31西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-9 蠟式節(jié)溫器蠟式節(jié)溫器的結(jié)構(gòu)如圖 3-

57、10 所示，節(jié)溫器由上支架、下支架、主閥門、旁通閥、感應(yīng)體、橡膠管和彈簧等組成。上支架 3 和下支架 7 與閥座鉚接成一個(gè)整體。中心桿 11 上端固定在上支架的中心，其下部插入橡膠管 4 的中心孔內(nèi)，中心桿下端呈錐形。橡膠管與感應(yīng)體 9 外殼之間的空腔里裝有石蠟 8，為提高導(dǎo)熱性，石蠟中常摻有銅粉和鋁。為防止石蠟外溢，外殼上端向內(nèi)卷邊，并通過上蓋和密封墊 2 將橡膠管緊壓在感應(yīng)體殼的臺(tái)肩是上。外殼上下部有連動(dòng)的主閥門 1 和旁通閥 10。主閥門上有通氣孔 6，它的作用是在加熱冷卻液時(shí)使水套內(nèi)的空氣經(jīng)小孔排出，保證能加滿冷卻液。 32西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-10 蠟式節(jié)溫器結(jié)構(gòu)圖1主閥門

58、2上蓋和密封墊 3上支架 4橡膠管 5閥座 6通氣孔 7下支架 8石蠟 9感應(yīng)體 10旁通閥 11中心桿 12彈簧常溫狀態(tài)下，石蠟呈固體狀態(tài)，當(dāng)冷卻液溫度低于 349K（76oC）時(shí)，主閥門完全關(guān)閉，旁通閥完全開啟，由缸蓋出來的冷卻液經(jīng)過旁通管直接進(jìn)入水泵，這個(gè)循環(huán)叫做小循環(huán)，如圖 3-11。此循環(huán)通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行。由于水只是在水泵和水套之間循環(huán)，不經(jīng)過散熱器，流量小，散熱能力低，有利于冷卻液快速升溫，減少了有害物質(zhì)的排放，降低了油耗，還可以使車廂內(nèi)的暖風(fēng)系統(tǒng)及冷卻液加熱的油管、預(yù)熱系統(tǒng)快速投入工作。 33西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-11 冷卻液小循環(huán)1節(jié)溫器 2水套 3水泵

59、4散熱器 5旁通管當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度升高到 359K（86 oC）時(shí)，主閥門完全開啟，旁通閥完全封閉，冷卻液全部流經(jīng)散熱器，這個(gè)循環(huán)叫做大循環(huán)，如圖 3-12。由于此時(shí)的冷卻液流動(dòng)路線長(zhǎng)，流量大，因此冷卻強(qiáng)度好。圖 3-12 冷卻液大循環(huán)1節(jié)溫器 2水套 3水泵 4散熱器 5旁通管 34西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書當(dāng)冷卻液溫度在 349359K（7686 oC）之間時(shí)大小循環(huán)同時(shí)進(jìn)行。3.3.7 7.3.3 百葉窗百葉窗百葉窗的功用是通過調(diào)節(jié)流經(jīng)散熱器的空氣流量來調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在適當(dāng)?shù)臏囟认鹿ぷ?。百葉窗安裝在散熱器前面，由許多片活動(dòng)擋板組成。擋板垂直或水平安裝，一般由駕駛員通過安裝在駕駛

60、室的手柄操作調(diào)節(jié)擋板的開度15。也有的發(fā)動(dòng)機(jī)采用調(diào)溫器自動(dòng)控制百葉窗的開度。用百葉窗調(diào)節(jié)空氣流量的方法實(shí)質(zhì)上是一種空氣節(jié)流法，這種方法只能減少冷卻空氣所帶走的熱量，從而減少冷卻系統(tǒng)的散熱量，這種方法相對(duì)被動(dòng)，不能減少風(fēng)扇所消耗的功率。 35西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4 4 4 475Q 汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)整體布置圖汽油機(jī)冷卻系統(tǒng)整體布置圖1-補(bǔ)償水箱 2-通氣管 3-散熱器蓋 4-風(fēng)扇 5-水泵 6-節(jié)溫器 7-汽缸蓋水套 8-水溫表 9-機(jī)體水管 10-分水管 11-放水閥 12-百葉窗 13-散熱器冷卻系統(tǒng)總布置主要考慮兩方面：一是空氣流通系統(tǒng)；二是冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中必須做到提高進(jìn)風(fēng)系數(shù)和冷