冷卻系統(tǒng)總成設(shè)計(jì)指南

1、汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：編者：版次：頁(yè)次：-1-冷卻系統(tǒng)總成設(shè)計(jì)指南編制:校對(duì):汽車工程研究院汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：編者：版次：頁(yè)次：-2-目錄一、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、散熱器總成設(shè)計(jì)三、冷卻風(fēng)扇總成設(shè)計(jì)四、膨脹箱總成設(shè)計(jì)五、橡膠水管設(shè)計(jì)汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：編者：版次：頁(yè)次：-3-1. 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)主題本指南制訂了與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程；1.2適用范圍本程序適用丁汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1冷卻系統(tǒng)組成：冷卻系統(tǒng)主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)

2、水套、節(jié)溫器、水泵、散熱器、風(fēng)扇及控制器、膨脹箱、水管、油冷器（包括發(fā)動(dòng)機(jī)油冷器和變速箱油冷器）等，同時(shí)還受冷凝器、暖風(fēng)散熱器、以及車身前進(jìn)風(fēng)面罩的影響，影響因素比較多，本設(shè)計(jì)指南主要討論散熱器、風(fēng)扇、膨脹箱、水管等總成。2.2一般冷卻系統(tǒng)循環(huán)示意圖：2.3冷卻系統(tǒng)功用內(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(guò)熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常（爆燃、早燃等），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)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：編者：版次：頁(yè)次：-4-耐久性全面惡化。但是，如果冷卻過(guò)強(qiáng)

3、，汽油機(jī)混合氣形成不良，機(jī)油被燃燒稀釋，柴油機(jī)工作粗爆，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會(huì)使內(nèi)燃機(jī)工作變壞。因此，冷卻系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證內(nèi)燃機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。2.4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一般要求一個(gè)良好的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列各項(xiàng)要求：1）散熱能力能滿足內(nèi)燃機(jī)在各種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的需要。當(dāng)工況和環(huán)境條件變化時(shí)，仍能保證內(nèi)燃機(jī)可靠地工作和維持最佳的冷卻水溫度。2）應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)，排除系統(tǒng)的壓力。3）應(yīng)考慮膨脹空間，一般其容積占總?cè)莘e的4-6%;4）具有較高的加水速率。初次加注量能達(dá)到系統(tǒng)容積的90%以上。5）在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)壓力蓋打開(kāi)時(shí)，水泵進(jìn)口應(yīng)為正壓；6）有一定的缺水工作能力

4、，缺水量大丁第一次未加滿冷卻液的容積；7）設(shè)置水溫報(bào)警裝置；8）密封好，不得漏水；9）冷卻系統(tǒng)消耗功率小。啟動(dòng)后，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到正常工作溫度。10）使用可靠，壽命長(zhǎng)，制造成本低。2.5冷卻系統(tǒng)的總體布置：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)中必須作到提高進(jìn)風(fēng)系數(shù)和冷卻液循環(huán)中的散熱能力。2.5.1提高通風(fēng)系數(shù)風(fēng)扇實(shí)際空氣流量與散熱器和風(fēng)扇理論匹配點(diǎn)上所確定的空氣流量（即風(fēng)扇臺(tái)架流量）之比稱為進(jìn)風(fēng)系數(shù)。造成進(jìn)風(fēng)系數(shù)低的原因，大致可歸納為如下三個(gè)原因。 阻擋，即被障礙物阻擋，或進(jìn)風(fēng)及排風(fēng)的流通截面太小，阻力太大；回流，即由丁風(fēng)扇工作時(shí)前后產(chǎn)生壓差，一部分氣流

5、通過(guò)周圍間隙或其他途徑從后端高壓處回流到前端低壓處；風(fēng)扇與散熱器的相對(duì)位置配合不好，在散熱器上存在著無(wú)氣流的死角，使氣流產(chǎn)生大量的渦流回喘流。改善冷卻空氣流通系統(tǒng)的措施如下： 減少空氣流動(dòng)阻力 降低熱風(fēng)溫度，防止熱風(fēng)回流合理布置風(fēng)扇和散熱器芯部的相對(duì)位置：從正面看，風(fēng)扇與散熱器相對(duì)位置是以散熱器芯部未被風(fēng)扇葉片掃過(guò)的面積最小時(shí)為最佳；從軸向看,盡可能加大風(fēng)扇前端面與散熱器之間的距離,并合理設(shè)計(jì)護(hù)風(fēng)罩。2.5.2、提高冷卻循環(huán)中的除氣能力汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：編者：版次：頁(yè)次：-5-散熱器位置高丁發(fā)動(dòng)機(jī)，并使散熱器上水室具有足夠大的容量或上水室內(nèi)部具

6、有除氣措施。 當(dāng)散熱器位置稍高丁發(fā)動(dòng)機(jī)或與發(fā)動(dòng)機(jī)等高時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)副水箱和引氣管。熱器位置低丁發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，必須設(shè)置副水箱和引氣管，并設(shè)有強(qiáng)制連續(xù)除氣循環(huán)的管路。2. 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1計(jì)算冷卻系統(tǒng)散走的熱量：冷卻系統(tǒng)散走的熱量Qw,受許多復(fù)雜因素的影響，彳艮難精確計(jì)算，初估Qw時(shí)，可以用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：Qw=AgeNehn3600式中A一傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的的白分比，對(duì)汽油機(jī)A=0.230.30;取A=0.25ge內(nèi)燃機(jī)燃油消耗率（千克/千瓦小時(shí)）；取ge=0.32千克/千瓦小時(shí)Ne內(nèi)燃機(jī)功率（千瓦）；Ne=62千瓦。hn一燃料低熱值，hn=43100千焦/千克3.2計(jì)算冷卻水的循環(huán)量根據(jù)

7、散入冷卻系統(tǒng)中的熱量，可以算出冷卻水的循環(huán)量VwQwVw=twYwcw式中tw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，可取Atw=612C；取tw=9CYw水的比重，可近似取丫w=1000千克/7；cw水的比熱，可近似取cw=4.187千焦/千克度3.3計(jì)算冷卻空氣的需要量冷卻空氣的需要量Va一般根據(jù)散熱器的散熱量確定。散熱器的散熱量一般等丁冷卻系統(tǒng)的散熱量Qw。QwVa=tayacp式中Ata一空氣進(jìn)入散熱器以前與通過(guò)散熱器以后的溫度差，通常ta=1030C；取ta=20CY空氣的重度，一般丫a=1.01千克/米；cp空氣定壓比熱，可取cp=1.047千焦/千克度汽集團(tuán)奇瑞汽

8、車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：編者：版次：頁(yè)次：-6-3.4以SQR480發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)計(jì)算為例，計(jì)算出各種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下需要帶走的散熱量、同時(shí)需要達(dá)到風(fēng)量和水流量，從而得到的散熱器和風(fēng)扇的基本性能參數(shù)48QED或動(dòng)機(jī)冷卻系貌計(jì)其說(shuō)明書序號(hào)urnmsftssas空氣地kn硬.h閥如）蛔尬但）Qw(Kw)teX：畛:Va(Um)(WEK)iAh1!5000.25匾就4誠(chéng)E4.261頓4.廊121SO：0III1W7Ml93200«.250.32284n4310(62.37f108041ST118J1：011?1晰11G8.M9VD.250.21441?枷$.4

9、5110804.1SF5M9201,17l.M?1355.494；0000.250.2?33$4?4310032.25110004.1脾61.13為III項(xiàng)47gr1000(1.2503171013.43100LE1f10804.187BJ2201IT1晰：412.?33. 冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證：1）高溫轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)驗(yàn)證（室內(nèi)）：根據(jù)公司標(biāo)準(zhǔn)Q/SQR.04.05"2004執(zhí)行2）熱帶環(huán)模試驗(yàn)（室外）：根據(jù)GB/T12542-1990執(zhí)行汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：1編者：版次：頁(yè)次：-7-1、散熱器總成設(shè)計(jì)1.散熱器總成設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.1散熱器的結(jié)構(gòu)形式

10、：焊接式散熱器和裝配式散熱器1.2散熱器的正面積：散熱器正面積越大，冷卻效率越高，一般載貨汽車推薦散熱器正面積為3040cm2/kw1.3散熱器的散熱面積:指散熱器冷卻管、散熱帶與冷卻空氣所接觸的所有表面積之和。一般對(duì)載貨汽車推薦散熱帶折數(shù)為2.74.3折/cm,散熱面積為0.10.16m2/kw。1.4散熱器的散熱系數(shù)：散熱量Q公式：Q=ksZtQ一散熱器的散熱量W,K一散熱器的散熱系數(shù)，S一散熱器的散熱面積m2t一液氣溫差。K是代表散熱效率的重要指標(biāo)，與下列因素有關(guān)：a）冷卻管內(nèi)冷卻液流速：這主要取決丁發(fā)動(dòng)機(jī)水泵循環(huán)流量和冷卻管斷面與其數(shù)量之積。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，冷卻液流速由0.2m/s提高到0

11、.8m/s,散熱器效率有較大提高，但超過(guò)0.8m/s后，效果不大。b）散熱器材料和管片厚度。c）制造質(zhì)量：冷卻管和散熱帶之間的貼合性和焊接質(zhì)量。其優(yōu)劣會(huì)影響散熱效率20%40%。D）通過(guò)散熱器芯部的空氣流量或風(fēng)速：評(píng)價(jià)散熱器的散熱性能時(shí)，必須在同等風(fēng)量的前提下進(jìn)行。通過(guò)散熱器的風(fēng)速在額定工況下應(yīng)不小丁810m/s,以充分發(fā)揮散熱器的散熱能力。汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：1編者：版次：頁(yè)次：-8-1. 三、風(fēng)扇設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：2. 要求具有要求的扇風(fēng)量，噪聲低，功率損失小設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算方法：1）風(fēng)量Q與直徑d、轉(zhuǎn)速n的計(jì)算公式：Q=kndk一比例系數(shù)2）

12、噪聲（SPD與直徑d、轉(zhuǎn)速n的計(jì)算公式：SPL=kn3d2ki一比例系數(shù)3）噪聲與風(fēng)量Q直徑d、轉(zhuǎn)速n的計(jì)算公式：SPL=kQn2/dk2一比例系數(shù)因此在同一風(fēng)量Q條件下，為降低噪聲，應(yīng)使直徑d增加，轉(zhuǎn)速n減少。3. 注意點(diǎn)：1）扇流量與葉片的升力系數(shù)和葉片寬度乘積成正比。升力系數(shù)越小，葉面上的流動(dòng)就越平順，附面層就越難剝離，噪聲也就越小，作為風(fēng)扇其他的主要參數(shù)還有葉片數(shù)量，安裝角，扭轉(zhuǎn)角（葉片頂部和根部的角度差），輪轂比（風(fēng)扇直徑與風(fēng)扇輪轂直徑的比值）和風(fēng)扇葉片進(jìn)入護(hù)風(fēng)罩的比例等參數(shù)影響風(fēng)扇性能。2）動(dòng)風(fēng)扇一般裝在護(hù)風(fēng)罩上，其間隙為：36mm風(fēng)扇葉片與散熱器芯子的距離為1015mm如大丁15

13、mm則風(fēng)扇的實(shí)際利用率會(huì)很快減低。3）80%勺情況下，風(fēng)扇是不工作的。4）風(fēng)扇控制型式：EClfi制和熱敏電阻控制（放在散熱器進(jìn)水水室中）一般轉(zhuǎn)速有兩擋或無(wú)級(jí)?？刂茀?shù)：5）噪聲水平：12V±0.1V直流電壓，風(fēng)扇總成帶冷凝器和散熱器的工況下，風(fēng)扇最大聲壓級(jí)不大丁75dB（A）。在高溫情況下：風(fēng)扇在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后會(huì)空轉(zhuǎn)10min,以保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)及周圍附件汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：1編者：版次：頁(yè)次：-9-四膨脹箱總成設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)要點(diǎn)冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路流動(dòng)，隨溫度升高體積膨脹，為吸收這部分膨脹體積而設(shè)置了膨脹箱。具有膨脹箱的冷卻系統(tǒng)根據(jù)膨脹箱有無(wú)

14、加壓分為兩種：系統(tǒng)A:在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間（膨脹箱），冷卻液循環(huán)到膨脹空間中，進(jìn)行氣液分離。位置高丁散熱器并保持系統(tǒng)內(nèi)壓力適宜。系統(tǒng)B:在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間（膨脹箱），僅在溢流至膨脹箱時(shí)進(jìn)行氣液分離。膨脹箱耐熱性、容量、位置要求低些。冷卻液受熱膨脹，一般為整個(gè)循環(huán)總?cè)莘e的4%6%根據(jù)具體某種防凍液的熱膨脹性來(lái)具體確定）。2技術(shù)要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮膨脹箱的耐熱性和耐壓性。如果膨脹箱蓋是帶壓力閥和真空閥，那么兩個(gè)閥的開(kāi)啟壓力將考慮發(fā)動(dòng)機(jī)本身和冷卻系統(tǒng)個(gè)部件承受壓力的能力。壓力閥使系統(tǒng)內(nèi)的冷卻崖沸點(diǎn)升高，可降低穴蝕作用，提高工作溫度，提高系統(tǒng)冷卻能力；真空閥能避免冷卻系統(tǒng)冷卻時(shí)因冷卻液冷卻收縮使負(fù)壓太大而損害水箱、管路等。汽集團(tuán)奇瑞汽車有限公司冷卻系統(tǒng)（零件系統(tǒng)）產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指南編制日期：1編者：版次：頁(yè)次：-10-五橡膠水管開(kāi)發(fā)指南1、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路中的水管具有吸收發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和散熱器相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。因此，耐熱性、耐臭氧性、耐壓性、對(duì)冷卻液的適應(yīng)性及柔軟性是水管應(yīng)具有的性能。在實(shí)際使用中，壁厚4m但上的橡膠硬度為6070HS從柔軟性方面考慮，中間加強(qiáng)型管子用60HSS純橡膠為70HS從管子連接處的密封考慮，管子內(nèi)徑比與其連接管的外徑小1mm膠