發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位） 論文題目 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì) 作者姓名 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 2013年6月 目 錄摘要1Abstract11. 緒論2TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc2200 PAGEREF _Toc2200 2 HYPERLINK l _Toc1139 PAGEREF _Toc1139 2 HYPERLINK l _Toc9224 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容 PAGEREF _Toc9224 32. HYPERLINK l _Toc459 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的概述 PAGEREF _Toc459 3 HYPER

2、LINK l _Toc4395 2.1冷卻系統(tǒng)的分類 PAGEREF _Toc4395 3 HYPERLINK l _Toc3708 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的工況及對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求 PAGEREF _Toc3708 4 HYPERLINK l _Toc25578 2.3 冷卻系統(tǒng)的總體布置 PAGEREF _Toc25578 5 HYPERLINK l _Toc19569 2.3.1散熱器布置 PAGEREF _Toc19569 5 HYPERLINK l _Toc9623 2.3.2護(hù)風(fēng)罩布置 PAGEREF _Toc9623 5 HYPERLINK l _Toc14949 2.3.3風(fēng)扇布置 PA

3、GEREF _Toc14949 5 HYPERLINK l _Toc20976 2.3.4調(diào)溫器布置 PAGEREF _Toc20976 6 HYPERLINK l _Toc9563 2.3.5水泵布置 PAGEREF _Toc9563 6 HYPERLINK l _Toc18724 2.3.6膨脹箱布置 PAGEREF _Toc18724 6 HYPERLINK l _Toc32544 3. 某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配 PAGEREF _Toc32544 6 HYPERLINK l _Toc18133 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc18133 6 HYPERLINK l _Toc2

4、475 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配 PAGEREF _Toc2475 7 HYPERLINK l _Toc11898 3.2.1散熱器的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc11898 7 HYPERLINK l _Toc1675 3.2.2冷卻風(fēng)扇的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc1675 7 HYPERLINK l _Toc16271 3.2.3散熱器與冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算 PAGEREF _Toc16271 7 HYPERLINK l _Toc21195 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)校核計(jì)算 PAGEREF _Toc21195 9 HYPERLINK l _Toc6254 散熱器散熱能力Qw的校核計(jì)

5、算 PAGEREF _Toc6254 9 HYPERLINK l _Toc23282 冷卻風(fēng)扇的校核計(jì)算 PAGEREF _Toc23282 9 HYPERLINK l _Toc28683 4. 全文總結(jié) PAGEREF _Toc28683 9 HYPERLINK l _Toc15645 參考文獻(xiàn)10致謝11發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源，迄今為止除為數(shù)不多的電動(dòng)汽車外，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是熱能動(dòng)力裝置。而冷卻系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、可靠性以及燃油經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率以及轉(zhuǎn)速的不斷提高，對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求也相對(duì)提高，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究也越

6、來越受到人們的重視。本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)展開研究，首先簡(jiǎn)要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的組成以及各部件的作用。然后針對(duì)某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括散熱器和冷卻風(fēng)扇的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)及散熱器和冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算；并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行校核計(jì)算。論文中詳細(xì)介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)的方法和步驟，并針對(duì)某型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)算，為新型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；冷卻系統(tǒng)；匹配設(shè)計(jì)；匹配計(jì)算Matching design of the engine cooling system Abstract Engine is the power source of th

7、e car. So far except a handful of electric cars, the car engine is a heat power plant of a car. And the cooling system is an important part of the engine; it has important influences on the power, reliability and economy of the engine. With the constant improvement of the engine power and rotational

8、 speed, the demand of a cooling system is higher. So the study of engine cooling system gets more and more attention of human. Cooling system of engine was studied in this paper. Firstly, this paper introduces the composition and function of components of the engine cooling system. Secondly, the mat

9、ching calculation to a certain type of engine cooling system was done, including the design of technical parameters of heat sink and cooling fan; the matching calculation of heat sink and cooling fan. And based on the above, the checking calculation was done. The matching degine methods and steps an

10、d checking calculation for a certain type of the engine cooling system are introduced in detail in the paper. It can provide certain reference to the matching design of a new type of engine cooling system.Key words：Engine; cooling system ; matching design; matching calculation 1. 緒論 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源，迄今為止除

11、為數(shù)不多的電動(dòng)汽車外，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是熱能動(dòng)力裝置。而冷卻系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，據(jù)有關(guān)資料顯示，汽車故障的50%左右來自發(fā)動(dòng)機(jī)，而發(fā)動(dòng)機(jī)故障的50%左右是由冷卻系統(tǒng)故障引起的，由此可見冷卻系統(tǒng)在汽車可靠性中的重要作用。冷卻系統(tǒng)不僅對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性產(chǎn)生重大影響，而且也是影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素，其功用就是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在任何負(fù)荷條件下和工作環(huán)境下均能在最適合的溫度狀態(tài)下正常和可靠地工作。而發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻問題，不僅僅是發(fā)動(dòng)機(jī)本身和各部件的設(shè)計(jì)問題，即使這兩個(gè)方面設(shè)計(jì)的比較完善，如果各部件匹配不合理，同樣不能取得良好的冷卻效果。國內(nèi)外對(duì)冷卻風(fēng)扇的匹配研究主要集中在通過仿真計(jì)算改變風(fēng)扇的具體結(jié)

12、構(gòu)以提高風(fēng)扇的性能,在國內(nèi)文獻(xiàn)8中分別對(duì)風(fēng)扇的葉尖間隙與導(dǎo)風(fēng)罩的材料進(jìn)行了研究，提高了風(fēng)扇的氣動(dòng)性能,減少了風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)功率。在國外文獻(xiàn)13中把軸流式風(fēng)扇流動(dòng)特性試驗(yàn)結(jié)果同運(yùn)用FLUENT軟件仿真的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果在誤差允許的范圍內(nèi)，并通過改善風(fēng)扇結(jié)構(gòu)防止氣體回流提高了風(fēng)扇的效率。目前，冷卻水套的設(shè)計(jì)與匹配研究主要體現(xiàn)在消除流動(dòng)死區(qū)，均勻分配冷卻水流量，維持受熱零部件的溫度范圍等方面。如文獻(xiàn)3中通過CFD軟件對(duì)冷卻水套進(jìn)行了模擬計(jì)算，對(duì)缸墊水孔位置和尺寸,機(jī)油冷卻器出口位置進(jìn)行了優(yōu)化與調(diào)整, 消除了流動(dòng)死區(qū),結(jié)果表明，改進(jìn)后缸體水套冷卻更加均勻, 流動(dòng)性能比原機(jī)水套有了明顯的改善。傳

13、統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)通常采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的冷卻水泵、冷卻風(fēng)扇和節(jié)溫器,冷卻介質(zhì)的冷卻強(qiáng)度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速, 通常不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的散熱需求, 無法實(shí)現(xiàn)冷卻液溫度在各個(gè)工況內(nèi)的合理控制。因此,采用電子控制手段,通過傳感器和處理芯片根據(jù)實(shí)際溫度調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量, 合理統(tǒng)籌冷卻系統(tǒng)的各個(gè)部件，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)部件的智能化控制是冷卻系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)之一。本文主要從發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性出發(fā)，設(shè)計(jì)出一個(gè)既能滿足汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的冷卻要求又能適應(yīng)廠家散熱器性能要求的冷卻系統(tǒng)，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。解決發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)存在的具體問題。目的就是為了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行深刻透徹的分析，使得在實(shí)際維修中得到更好的經(jīng)驗(yàn)和方法。從而使發(fā)動(dòng)機(jī)

14、冷卻系統(tǒng)更出色的工作，提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，從而提高汽車的使用壽命。冷卻系統(tǒng)的作用是在所有工況下，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度下工作，在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算中，散熱器的選型以及風(fēng)扇的匹配對(duì)冷卻系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。為便于組織氣流,散熱器布置在整車的前面，但由于受到整車布置空間的限制，在其前面還布置了空調(diào)冷凝器，這會(huì)增加風(fēng)阻，影響散熱器的進(jìn)風(fēng)量，從而影響冷卻系統(tǒng)的冷卻能力。風(fēng)扇布置在散熱器后面，靠風(fēng)扇電機(jī)帶動(dòng)。良好的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，降級(jí)排氣污染，有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)性能；控制好散熱器，有利于將熱冷卻液攜帶的熱量通過風(fēng)扇傳導(dǎo)到其周

15、圍的空氣中，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)在較好的工況下工作；控制好冷卻風(fēng)扇，有利于使發(fā)動(dòng)機(jī)保持恒溫。因此研究發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。另外，研究發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，還可以鞏固和加強(qiáng)我們?cè)谛Ｆ陂g所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，訓(xùn)練我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和獨(dú)立分析問題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)所發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，分析應(yīng)合理、正確、有實(shí)際意義。能滿足部件的各項(xiàng)技術(shù)要求，說明書敘述準(zhǔn)確，文字流暢，具有一定的運(yùn)用價(jià)值。1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容 1) 闡述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的組成以及各部件的作用闡述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的類型并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中的重要部件進(jìn)行介紹，詳細(xì)說明各組成部件的作用。 2）針對(duì)某一車型中發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)匹配

16、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)、冷卻風(fēng)扇的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)、散熱器與冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算 等；并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行校核計(jì)算，包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器散熱能力的校核計(jì)算、冷卻風(fēng)扇的校核計(jì)算。概述 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、可靠性和耐久性全面惡化。但是，如果冷卻過強(qiáng)，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

17、作。 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達(dá)2200K2800K(19272527)，使發(fā)動(dòng)機(jī)零部件溫度升高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件，若不及時(shí)冷卻，則難以保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。冷卻系統(tǒng)的功用就是帶走引擎因燃燒所產(chǎn)生的熱量，使引擎維持在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度范圍內(nèi)。冷卻系按照冷卻介質(zhì)不同可以分為風(fēng)冷和水冷，如圖2-1所示，如果把發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫零件的熱量直接散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置稱為風(fēng)冷系。而把這些熱量先傳給冷卻水，然后再散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置稱為水冷系。由于水冷系冷卻均勻，效果好，而且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音小，目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛采用的是水冷系。水冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示，主要包括以下部

18、件：1)散熱器張緊板 2)六角法蘭面螺栓 3)橡膠襯套 4)散熱器總成 5)彈性卡箍 6)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管 7)彈性卡箍8)水管膨脹箱至散熱器 9)水管卡片 10)六角法蘭面螺栓 11)管夾 12)六角法蘭面螺栓 13)膨脹箱總成 14)彈性卡箍 15)水管膨脹箱至水泵 16)水管發(fā)動(dòng)機(jī)至膨脹箱 17）彈性箍 18）發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管 19）彈性卡箍 20）彈性卡箍 21）暖風(fēng)機(jī)進(jìn)水管 22）彈性卡箍 23）暖風(fēng)機(jī)出水管 24）橡膠軟墊 25）六角法蘭面螺栓 26）風(fēng)扇電機(jī)帶護(hù)風(fēng)圈總成。圖2-1 發(fā)動(dòng)機(jī)的兩種冷卻方式圖2-2 水冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的工況及對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求 一個(gè)良好的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)

19、滿足下列各項(xiàng)要求： 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46%；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)壓力蓋打開時(shí)，水泵進(jìn)口應(yīng)為正壓；6）有一定的缺水工作能力，缺水量大于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。2.3 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

20、：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)和冷卻液循環(huán)中的散熱能力。在整車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。這樣可充分利用風(fēng)扇的風(fēng)量和車的迎面風(fēng)，提高散熱器的散熱效率。一般貨車芯厚不超過四排水管，轎車芯厚不超過二排水管。在整車布置中散熱系統(tǒng)中，還要考慮散熱器和周邊的間隙，散熱器到保險(xiǎn)杠外皮的最小距離100毫米，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的三元崔化在前端的話，還要考慮風(fēng)扇到三元催化本體距離至少100毫米，到三元催化隔熱罩距離至少80毫米。一般三元催化的隔熱罩到本體大概有15毫米，隔熱罩厚度為0.51毫米，一般材料為鍍鋁板。散熱器布置貨車散熱器一般采用縱流水結(jié)

21、構(gòu)，因?yàn)樨涇嚨牟贾每臻g也較寬裕。而且縱流水結(jié)構(gòu)的散熱器強(qiáng)度及懸置的可靠性較好，轎車多采用散熱器橫流水結(jié)構(gòu)，因?yàn)檗I車車身較低，空間尺寸緊張。橫流水結(jié)構(gòu)散熱器能充分地利用轎車的有限空間最大限度地增加散熱器的迎風(fēng)面積。散熱器通常為四點(diǎn)懸置，也可以采用三點(diǎn)懸置。其中主懸置點(diǎn)為2個(gè)，輔助懸置點(diǎn)為2個(gè)或1個(gè)。所有懸置點(diǎn)應(yīng)布置在同一個(gè)部件總成上，改善散熱器受力情況，以盡量減少散熱器的振動(dòng)強(qiáng)度。主懸置點(diǎn)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渡以達(dá)到減震的目的。主懸置點(diǎn)的膠墊壓縮量一般為其自由高度的1/5左右。少數(shù)轎車因其整車的減振膠墊或膠套而進(jìn)行剛性連接。中、重型載貨汽車由于散熱器的質(zhì)量大及使用

22、環(huán)境較差，一般要在散熱器的外部增加一個(gè)剛性較大的保護(hù)框架，以防止振動(dòng)等外界力直接作用在散熱器上。懸置點(diǎn)設(shè)置在框架上。輕型貨車和轎車一般不加保護(hù)框架，懸置點(diǎn)設(shè)置在散熱器的側(cè)板或水室上。為提高散熱器強(qiáng)度一些車散熱器上加有十字拉筋。護(hù)風(fēng)罩布置護(hù)風(fēng)罩的作用是確保風(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。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩的徑向間隙越小，風(fēng)扇的效率越高。但間隙過小，車在行駛中由于振動(dòng)會(huì)造成風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的干涉。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的徑向間隙一般控制在5mm25mm。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩安裝在同一零部件總成上（如同在底盤或同在車身上）其徑向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)，風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的間隙可以下

23、線，否則取上限。風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩的軸向位置一般為：風(fēng)扇徑向投影寬度的2/3在護(hù)風(fēng)罩內(nèi)，1/3在護(hù)風(fēng)罩外，以增加導(dǎo)流減小背壓。風(fēng)扇布置風(fēng)扇直徑大小應(yīng)和散熱器的形狀相協(xié)調(diào)，條件允許時(shí)可增大風(fēng)扇的直徑，降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。以達(dá)到減小功率消耗和降低噪音的目的。在某些散熱器長(zhǎng)寬比例相差較大時(shí)，如轎車散熱器，有時(shí)采用兩個(gè)直徑較小的風(fēng)扇所取代。電動(dòng)風(fēng)扇是由電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止是受水溫直接感應(yīng)的溫度開關(guān)來控制。電動(dòng)風(fēng)扇具有起動(dòng)溫度與設(shè)定溫度一致，布置位置靈活，不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，汽車在低速怠速時(shí)冷卻效果好等優(yōu)點(diǎn)，冷車啟動(dòng)時(shí)水溫上升較快。但也多用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的轎車。調(diào)溫器布置目前汽車上應(yīng)用的調(diào)溫器均采用

24、蠟式感應(yīng)體調(diào)溫器。當(dāng)冷卻水溫溫度升高時(shí)蠟膨脹，調(diào)溫器開啟，冷卻水流經(jīng)散熱器進(jìn)行大循環(huán)。當(dāng)冷卻水的溫度降低時(shí)蠟體積縮小，調(diào)溫器關(guān)閉，冷卻水不經(jīng)過散熱器，短路流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)剛體進(jìn)行小循環(huán)。調(diào)溫器一般布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的出水口處。要求調(diào)溫器的泄漏量小，全開時(shí)流通面積大。增大調(diào)溫器的流通面積可以通過提高調(diào)溫器閥門的升程和增加閥門的直徑來實(shí)現(xiàn)。國外較先進(jìn)的調(diào)溫器多通過提高閥門升程來增大流通面積，這樣可以減少因增大調(diào)溫器閥門直徑帶來的卡滯，密封不嚴(yán)等問題。但是增大調(diào)溫器的升程，對(duì)調(diào)溫器技術(shù)要求較高。有些發(fā)動(dòng)機(jī)為增加調(diào)溫器的流通面積多采用兩只調(diào)溫器并聯(lián)結(jié)構(gòu)。水泵布置水泵的流量及揚(yáng)程根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)而定。流量一般為發(fā)動(dòng)

25、機(jī)額定功率的倍。揚(yáng)程一般為，揚(yáng)程過高對(duì)冷卻系統(tǒng)的密封性會(huì)產(chǎn)生不利的影響。水泵的可靠性主要取決于水封和軸承，軸承普遍采用軸連軸承及永久式潤滑結(jié)構(gòu)，水封采用陶瓷，碳化硅動(dòng)環(huán)和石墨靜環(huán)整體式水封。軸承的游隙及水封的氣密性要嚴(yán)格控制。膨脹箱布置盡量靠近散熱器布置，使得水管長(zhǎng)度最短；膨脹箱的高度要高于冷卻系統(tǒng)所有部件。2.4 冷卻系統(tǒng)主要部件匹配設(shè)計(jì)要點(diǎn) （1）在保證風(fēng)量不變的條件下，可以適當(dāng)增加風(fēng)扇直徑，降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，減少噪聲和功率消耗。 （2）冷卻系統(tǒng)的最高水溫應(yīng)以發(fā)動(dòng)機(jī)的允許使用水溫為標(biāo)準(zhǔn)。（3）調(diào)溫器的全開溫度應(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作水溫范圍的中限，開啟溫度應(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作水溫范圍的下限。但因調(diào)溫器

26、的自身特性，開啟溫度一般低于全開溫度10攝氏度左右。 （4）風(fēng)扇離合器嚙合溫度應(yīng)設(shè)定在調(diào)溫器初開溫度和全開溫度的中間溫度。但應(yīng)注意硅油風(fēng)扇離合器嚙合溫度與冷卻水的實(shí)際溫度間存在一定差異（水溫是通過空氣溫度間接反應(yīng)在風(fēng)扇離合上），在設(shè)定硅油風(fēng)扇離合器嚙合溫度時(shí)應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn)。3. 某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配某汽車改裝廠生產(chǎn)的專用汽車采用某型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，為了進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，為以后的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)與完善提供理論基礎(chǔ)，故需要對(duì)其冷卻系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷、直列、8缸、直噴式柴油機(jī)，參數(shù)見表3-1。 表3-1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)參數(shù)參數(shù)值額定功率（kw）/轉(zhuǎn)速（rmin-1）

27、88/2800最大轉(zhuǎn)矩（Nm）/功率（kw）轉(zhuǎn)速（rmin-1）額定功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)冷卻液的散熱量/（kJmin-1）發(fā)動(dòng)機(jī)冷去液流量/（Lmin-1）最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)冷卻液的散熱量/（kJmin-1/kJs-1）散熱器的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)0.10.16(k w-1），考慮到外界耗損，散熱面積要留一定的儲(chǔ)備空問，取儲(chǔ)備系數(shù)為1. 15，則所需散熱總面積F= (0.10.16) 881.15= 10.1216.193()與發(fā)動(dòng)機(jī)功率之比為0.0030.00375/ kw，故=0.2640.33。根據(jù)安裝空問取芯了=高寬=0.64 = 0.3328。散熱器參數(shù)見表3-2。 表3-2散熱器參數(shù)參數(shù)參數(shù)

28、值芯部尺寸/mm640520迎風(fēng)面積/總散熱面積/冷卻管尺寸/mm，數(shù)目/根冷卻片/個(gè)，管排數(shù)/排冷卻風(fēng)扇的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)一般風(fēng)扇外徑D:應(yīng)略小于散熱器芯部的寬度和高度，以保證葉片掃過的面積盡可能大地覆蓋散熱器芯部迎風(fēng)面積(通常占=45%60% )。已知風(fēng)扇葉片內(nèi)徑與外徑之比/= ，則由 D22FR, （3-1）得 D=(0.790.93)= 0.456 0.536( m) （3-2） 選取外徑D2=0.50 m的塑料翼型風(fēng)扇。相關(guān)參數(shù)：葉片數(shù)為6；與發(fā)動(dòng)機(jī)速度比為：1.1。散熱器與冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制散熱器與冷卻風(fēng)扇性能匹配，如圖3-3和圖3-4所示。 圖3-3散熱器與冷卻風(fēng)扇理

29、論匹配曲線圖圖3-4散熱器與冷卻風(fēng)扇實(shí)際匹配曲線圖圖3-3中為散熱器風(fēng)阻與空氣流量的關(guān)系曲線，為風(fēng)扇風(fēng)壓與風(fēng)量關(guān)系曲線，兩曲線的交點(diǎn)A為散熱器與風(fēng)扇的理論匹配點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的空氣流量為3/s，壓差為。因?qū)嶋H空氣流量遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)時(shí)所測(cè)得的理論值，故需要采用進(jìn)風(fēng)系數(shù)(0.600.70)進(jìn)行修正。取進(jìn)風(fēng)系數(shù)為0.65，則實(shí)際風(fēng)量為1.898 m3/s。圖3-4所示B點(diǎn)即為實(shí)際空氣流量與散熱器散熱率的交點(diǎn)，在空氣流量為3/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的散熱器的實(shí)際散熱率為67kJ/s.散熱器實(shí)驗(yàn)時(shí)所采用的“液-氣溫差”為60，對(duì)B點(diǎn)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況下的水套散熱率為55.25 kJ/s，則由相似理論知散發(fā)掉這部分熱量對(duì)應(yīng)的散

30、熱器液一氣溫差為。又因水泵循環(huán)水量為，則冷卻液通過散熱器后，其溫度應(yīng)下降(4.187 kJ為水的比熱)，即散熱器上下水室的溫差為，取平均值為。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度為38時(shí)，上水室的冷卻液平衡溫度應(yīng)為?？紤]到冷卻液成分的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)出水口允許的最高的溫度設(shè)為99。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)允許的環(huán)境溫度為:，遠(yuǎn)大于通常的環(huán)境溫度，說明該設(shè)計(jì)滿足要求。散熱器散熱能力Qw的校核計(jì)算 根據(jù)F=Q/ (K t)可得散熱器散走的熱量: Q=KFt （3-3）式中K為傳熱系數(shù)，通常等于0.0690.117KJ/(s），根據(jù)冷卻水流速及散熱器結(jié)構(gòu)取0.10 KJ/(s)，F(xiàn)為散熱器的散熱總面積，取F=16.24； t = 為

31、散熱器中冷卻水與冷卻空氣的平均溫差，其中冷卻水、冷卻空氣平均溫度分別為=/2，=/2，為散熱器進(jìn)水溫度，為散熱器冷卻空氣進(jìn)口溫度，,分別為冷卻水和冷卻空氣的進(jìn)出口溫差。 一般閉式冷卻系統(tǒng)=95100,取=97通常=40，=612， =1030,取=10，=25，則 t =。由式（3-3）得 Q=64.148 kJ / s，大于發(fā)動(dòng)機(jī)散給冷卻系統(tǒng)的熱量55.25 kJ/s。冷卻風(fēng)扇的校核計(jì)算 發(fā)動(dòng)機(jī)傳給冷卻液的熱量需要由經(jīng)過風(fēng)扇的空氣帶走，通過散熱器的風(fēng)量由下式確定: V=(m3/s) （3-4）式中為空氣通過散熱器以后和以前的溫度差，通常取1030，現(xiàn)取25；空氣密度V3；空氣定壓比熱取 kJ

32、 (kg)。由式（3-4）可得，在最大功率點(diǎn)冷卻系統(tǒng)所需要的風(fēng)量為1.88 m3/s，在最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)冷卻系統(tǒng)所需要的風(fēng)量為0.977(m3/s)。由圖3-4知B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際空氣流量為1.898 m3/s，大于相應(yīng)的工況下所需風(fēng)量.在最大功率點(diǎn)時(shí)，理論空氣流量為2.92 m31600/2800 = 1.67 m30.65 = 1.0855 m3/s，大于所需風(fēng)量。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速：n=發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速速比=28001.1=3080(r/min)，風(fēng)扇外徑處的圓周線速度:u=nD230800.50/60=80.6(m/ s)，一般u應(yīng)小于91.4 m/s，太高則噪音過大。全文總結(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源，迄今為

33、止除為數(shù)不多的電動(dòng)汽車外，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是熱能動(dòng)力裝置。而冷卻系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器和冷卻風(fēng)扇進(jìn)行改進(jìn)。本文主要內(nèi)容如下：從課題的研究背景開始，闡述其現(xiàn)實(shí)意義：研究發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，目的在于鞏固和加強(qiáng)我們?cè)谛Ｆ陂g所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，訓(xùn)練我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和獨(dú)立分析問題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)所發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，分析應(yīng)合理、正確、有實(shí)際意義。能滿足部件的各項(xiàng)技術(shù)要求，說明書敘述準(zhǔn)確，文字流暢，具有一定的運(yùn)用價(jià)值。概述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分類：水冷卻和風(fēng)冷卻。介紹水冷卻的結(jié)構(gòu)組成。然后深入發(fā)動(dòng)機(jī)的工況及對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行詳述。接著發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的

34、總體布置;散熱器布置、護(hù)風(fēng)罩布置、風(fēng)扇布置、調(diào)溫器布置、水泵布置和膨脹箱布置等。某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配。為了進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，為以后的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)與完善提供理論基礎(chǔ)，故需要對(duì)其冷卻系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)。首先從設(shè)計(jì)任務(wù)出發(fā)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行匹配，分別對(duì)散熱器、冷卻風(fēng)扇進(jìn)行技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)，以及對(duì)其匹配計(jì)算。然后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行校核計(jì)算，分別對(duì)散熱器散熱能力Qw和冷卻風(fēng)扇進(jìn)行校核計(jì)算。通過計(jì)算和圖表的結(jié)合，完美的體現(xiàn)改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的必要性。從而使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)更出色的工作，提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，從而提高汽車的使用壽命。參考文獻(xiàn)1 成曉北，潘立，周祥軍.車用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)工作過程與