汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1、汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì) 葉海見(jiàn)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)1一、概述2二、要求2三、結(jié)構(gòu)2四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)2（一）散熱器2（二）散熱器懸置2（三）風(fēng)扇2（四）副水箱4（五）連接水管4（六）發(fā)動(dòng)機(jī)水套4五、設(shè)計(jì)程序4六、匹配4七、設(shè)計(jì)驗(yàn)證4八、設(shè)計(jì)優(yōu)化4一、概述二、汽車(chē)對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求（一）汽車(chē)對(duì)冷卻系統(tǒng)有如下幾點(diǎn)要求1、保證發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下工作在最佳溫度范圍；2、保證啟動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳溫度范圍；3、保證散熱器散熱效率高，可靠性好，壽命長(zhǎng)；4、體積小，重量輕，成本低；5、水泵，風(fēng)扇消耗功率小，噪聲低；6、拆裝、維修方便。（二）冷卻系統(tǒng)問(wèn)題對(duì)汽車(chē)的影響1、冷卻不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)過(guò)熱，充氣系數(shù)下降，燃燒

2、不正常（爆燃、早燃等），機(jī)油變質(zhì)和燒損，零部件摩擦和磨損加?。ㄈ缁钊?、活塞環(huán)和缸套咬傷，缸蓋發(fā)生熱疲勞裂紋等），引起內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性全面惡化。2、冷卻過(guò)剩時(shí)（4050），汽油機(jī)混合氣形成不良，機(jī)油被燃油稀釋?zhuān)徊裼蜋C(jī)工作粗暴，散熱損失增加，零部件磨損加?。ū日９ぷ鳒囟裙ぷ鲿r(shí)大好幾倍），也會(huì)使內(nèi)燃機(jī)工作變壞。三、冷卻系統(tǒng)布置選型（一）冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、分類(lèi)： 液體冷卻蒸發(fā)冷卻簡(jiǎn)單蒸發(fā)冷卻以加注冷卻液來(lái)補(bǔ)償冷卻介質(zhì)蒸發(fā)損失的蒸發(fā)冷卻。帶輔助水箱的蒸發(fā)冷卻用輔助水箱補(bǔ)充冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻。帶冷凝器的蒸發(fā)冷卻蒸發(fā)的冷卻介質(zhì)在冷凝器中凝結(jié)后，通。過(guò)冷卻回路流回到發(fā)動(dòng)機(jī)加水箱的蒸發(fā)冷卻。循環(huán)冷

3、卻對(duì)流冷卻利用熱虹吸作用使冷卻液自然循環(huán)的冷卻方式。強(qiáng)制冷卻開(kāi)式強(qiáng)制冷卻冷卻介質(zhì)不進(jìn)行再循環(huán)的強(qiáng)制。冷卻方式。單循環(huán)強(qiáng)制冷卻冷卻介質(zhì)在冷卻水箱、冷卻塔、管式冷卻器、散熱器等中進(jìn)行冷卻的強(qiáng)制冷卻方式。雙循環(huán)強(qiáng)制冷卻利用副回路（外循環(huán)）中的冷卻液在熱交換器中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻介質(zhì)進(jìn)行再冷卻的強(qiáng)制冷卻方式?？諝饫鋮s自然空氣冷卻利用自然空氣循環(huán)的冷卻方式。強(qiáng)制空氣冷卻利用風(fēng)扇迫使空氣循環(huán)的冷卻方式。2、常用結(jié)構(gòu)：（1）基本結(jié)構(gòu)。組成：發(fā)動(dòng)機(jī)水路、水泵、節(jié)溫器、散熱器、風(fēng)扇以及連接管路。原理：散熱器上水室兼起膨脹水箱或者補(bǔ)償水箱的作用。注意事項(xiàng)：為保證冷卻系統(tǒng)排氣順暢，加水充分，排水徹底，散熱器的上水室加水口

4、處為冷卻系統(tǒng)的最高點(diǎn)，下水室出水口為冷卻系的最低點(diǎn)。同時(shí)，為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排氣、冷卻液膨脹蒸發(fā)和冷卻系統(tǒng)補(bǔ)水的需要，上水室要有足夠的空間。其結(jié)構(gòu)如（圖1）。（圖1）（2）帶補(bǔ)償水桶結(jié)構(gòu)。（圖2）組成：發(fā)動(dòng)機(jī)水路、水泵、節(jié)溫器、散熱器、風(fēng)扇、補(bǔ)償水桶以及連接管路。原理：發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高后，冷卻液受熱膨脹，冷卻系統(tǒng)內(nèi)部壓力升高，散熱器壓力蓋出氣閥開(kāi)啟排氣。隨著壓力的持續(xù)升高，冷卻系統(tǒng)內(nèi)部氣體排盡，冷卻液開(kāi)始外溢并流入補(bǔ)償水桶內(nèi)。當(dāng)冷卻液溫降低后，系統(tǒng)內(nèi)冷卻液體積減小，壓力下降，散熱器壓力蓋進(jìn)氣閥開(kāi)啟，補(bǔ)償水桶內(nèi)的冷卻液會(huì)被重新被吸回冷卻系。注意事項(xiàng)：為保證冷卻系統(tǒng)內(nèi)的氣體能夠全部排除，散熱器的加水口及下

5、水室應(yīng)處在冷卻系統(tǒng)（補(bǔ)償水桶出外）的最高點(diǎn)及最低點(diǎn)。補(bǔ)償水桶到散熱器的連接管路要密封緊密。另外，補(bǔ)償水桶還要有足夠的容量和膨脹空間。（3）帶膨脹水箱結(jié)構(gòu)。（圖3）組成：發(fā)動(dòng)機(jī)水路、水泵、節(jié)溫器、散熱器、風(fēng)扇、膨脹水箱以及連接管路。原理：膨脹水箱布置在冷卻系統(tǒng)的最高點(diǎn)，系統(tǒng)壓力蓋安裝在膨脹水箱上，系統(tǒng)直接通過(guò)膨脹水箱排氣和補(bǔ)水。注意事項(xiàng)：因包括膨脹水箱在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)壓力一樣，所以各連接管路一定要密封緊密。膨脹水箱要有足夠的抗壓能力和空間。散熱器的最高點(diǎn)可以低于發(fā)動(dòng)機(jī)。 （圖2） （圖3）四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)（一）散熱器1、在整車(chē)空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風(fēng)面積，減薄芯子厚度。這樣可以充分利

6、用風(fēng)扇的風(fēng)量和車(chē)的迎面風(fēng)，提高散熱器的散熱效率。2、貨車(chē)散熱器一般采用縱流結(jié)構(gòu)，因?yàn)樨涇?chē)的布置空間較寬裕。而且縱流式結(jié)構(gòu)的散熱器強(qiáng)度及懸置的可靠性好。轎車(chē)由于空間限制，也可采用橫流結(jié)構(gòu)。（二）散熱器懸置懸置點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)在一個(gè)部件總成上，改善散熱器受力狀況，盡量減少散熱器的振動(dòng)強(qiáng)度。主懸置點(diǎn)應(yīng)與輔助懸置點(diǎn)保持一定的距離，以提高散熱器的穩(wěn)定性。主懸置點(diǎn)，輔助懸置點(diǎn)處散熱器與其連接的部件總成之間以膠墊或膠套等柔性非金屬材料過(guò)度達(dá)到減振的目的。（三）風(fēng)扇對(duì)風(fēng)扇的要求：提供足夠的風(fēng)量；有一定的風(fēng)扇壓力值以便克服系統(tǒng)阻力；直徑對(duì)散熱器芯部覆蓋面積足夠大，是通過(guò)散熱器的風(fēng)速均勻；風(fēng)扇要結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、噪聲小、

7、適合大量生產(chǎn)、成本低。1、機(jī)械風(fēng)扇1.1護(hù)風(fēng)罩1、確保風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)量全部流經(jīng)散熱器，提高風(fēng)扇效率。護(hù)風(fēng)罩對(duì)低速大功率風(fēng)扇效率提高特別顯著。2、風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩的徑向間隙越小，風(fēng)扇的效率越高。一般控制在5-25mm。3、從成本角度考慮，在大批量生產(chǎn)的車(chē)型中，多采用塑料護(hù)風(fēng)罩。1.2 風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)越快。只要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，它就要運(yùn)轉(zhuǎn)，不能視發(fā)動(dòng)機(jī)溫度變化而變化，采用這種方案，如果要調(diào)節(jié)散熱器的冷卻強(qiáng)度，要在散熱器上裝上活動(dòng)百頁(yè)窗以控制進(jìn)入的風(fēng)量。風(fēng)扇離合器控制風(fēng)扇為了確保冷卻風(fēng)扇的送風(fēng)能力，設(shè)計(jì)時(shí)都按低速考慮，保證在低速時(shí)風(fēng)扇有足夠的

8、送風(fēng)量，這樣考慮的結(jié)果，使高速時(shí)的風(fēng)扇送風(fēng)能力過(guò)大。因此，在車(chē)輛通常行駛情況下，應(yīng)該把風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，這樣才能降低噪聲，提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性。使用風(fēng)扇離合器可以控制轉(zhuǎn)速（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AFC）。在AFC內(nèi)部粘有粘性流體（硅油），靠其剪切力傳遞扭矩。在風(fēng)扇前面裝有雙金屬片，用來(lái)感知流過(guò)散熱器的空氣溫度，因此，控制風(fēng)扇離合器工作腔內(nèi)的硅油量，使其只是在必要時(shí)，才傳遞扭矩使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，當(dāng)水溫比較低時(shí)離合器與轉(zhuǎn)軸分離，風(fēng)扇不動(dòng)，當(dāng)水溫比較高時(shí)由溫度傳感器接通電源，使離合器與轉(zhuǎn)軸接合，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。由于風(fēng)扇離合器容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、使發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度得到了控制，在汽車(chē)行業(yè)得到了一定程度的推廣。但是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，風(fēng)

9、扇離合器的溫度控制性能、可靠性、維修性相對(duì)較差，因此越來(lái)越多的汽車(chē)上開(kāi)始采用電動(dòng)風(fēng)扇。2、電動(dòng)風(fēng)扇電動(dòng)風(fēng)扇是由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)的起停是受水溫直接感應(yīng)的溫度開(kāi)關(guān)來(lái)控制。汽車(chē)在低速怠速時(shí)冷卻效果好，冷車(chē)啟動(dòng)時(shí)水溫上升較快。電動(dòng)機(jī)功率一般比較低，因此風(fēng)扇的風(fēng)量受到限制。電控式冷卻風(fēng)扇是一種更先進(jìn)的控制方式，該系統(tǒng)能使風(fēng)扇產(chǎn)生最佳風(fēng)量，并大幅度降低風(fēng)扇的噪聲。為了控制合理的送風(fēng)量，使用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)收集下列傳感器信號(hào)，如水溫傳感器、空調(diào)器開(kāi)關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等，計(jì)算機(jī)利用這些信息，計(jì)算出最佳風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)僅僅在需要時(shí)由電動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)風(fēng)扇工作，供給所需的風(fēng)量。這種系統(tǒng)的位置布置自由度大，故在發(fā)動(dòng)機(jī)

10、橫置的車(chē)中的應(yīng)用逐漸增加。用這種方式控制的風(fēng)扇，在冷卻液溫度低時(shí)風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而在冷卻液溫度高時(shí)風(fēng)扇增加轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)風(fēng)扇容易實(shí)現(xiàn)上述控制，故其有提高發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)性能、提高經(jīng)濟(jì)性、降低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)風(fēng)扇不使用發(fā)動(dòng)機(jī)做動(dòng)力源，所以其轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。電動(dòng)風(fēng)扇使用蓄電池電能，蓄電池只在需要風(fēng)扇供風(fēng)時(shí)才給風(fēng)扇供電。這種風(fēng)扇無(wú)動(dòng)力損失，構(gòu)造簡(jiǎn)單，總布置方便。電動(dòng)風(fēng)扇按其轉(zhuǎn)速分為二種形式，一種為單速式，一種為雙速式。自控電動(dòng)冷卻風(fēng)扇可以充分利用汽車(chē)行駛迎面風(fēng)的冷卻作用而大量減少發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇的功率損失，縮短了預(yù)熱時(shí)間，實(shí)現(xiàn)最佳溫度控制，大量減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱損失，是當(dāng)前降低汽車(chē)耗油最有效、最簡(jiǎn)捷

11、的途徑之一。因此在節(jié)能和排放法規(guī)日趨嚴(yán)格的發(fā)達(dá)國(guó)家的轎車(chē)上得到廣泛的應(yīng)用。3、進(jìn)風(fēng)量估算一、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)溫度20、大氣壓760mmHg 、濕度65%的潮濕空氣為標(biāo)準(zhǔn)空氣。其中：H = CpWTcW = (Q/60) tD=2Qt10-2kgH = Pt/4.2 所以：Q = 0.05P/Tc(CMM，每分鐘所排出空氣體積,m3/min)= 1.76P/Tc(CFM,in3/min)= 0.09P/Tf(CMM,m3/min)= 3.16P/Tf(CFM,in3/min)式中：H 風(fēng)扇總排出熱量，J Cp 空氣比熱，標(biāo)態(tài)下為0.24(Kcal/Kg)W 空氣質(zhì)量，kg Tc 容器允許溫升，Q 空氣流量，m3/mint 工作時(shí)間，s D 空氣比重，標(biāo)態(tài)下為1.2Kg/m3 P 系統(tǒng)消耗功率，WTf 容器允許溫升,（四）副