華晨汽車?yán)鋮s系統(tǒng)布置

冷卻系統(tǒng)布置

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程

冷卻系統(tǒng)組成功用和選型

2.1冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介

冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有散熱器、油冷器(AT)、風(fēng)扇、管路、中冷器(渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)匹配)、膨脹箱（溢水壺）組成。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量等因素影響，選擇不同型號(hào)的散熱器風(fēng)量及風(fēng)扇數(shù)量，導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)艙所需空間不一樣，在造型之初便要考慮散熱器面罩（格柵）對(duì)散熱器進(jìn)風(fēng)面積的影響，計(jì)算實(shí)際的迎風(fēng)面積是否能滿足散熱器要求。同時(shí)考慮散熱器安裝方式，及拆卸方便性。并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、出水管定義對(duì)管路進(jìn)行走向、并考慮與懸置、排氣歧管以及車身間隙。若散熱器位置高于發(fā)動(dòng)機(jī)或與發(fā)動(dòng)機(jī)等高以及較低于發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)和設(shè)計(jì)部門確認(rèn)是否需要設(shè)計(jì)膨脹水壺和引水管。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)除以上組成外還增加了中冷器，中冷器主要考慮體積及散熱要求，一般布置在冷凝器前部并考慮管路出口及與前橫梁間隙。

散熱器類型

管路走向定義

2.2冷卻系統(tǒng)作用

冷卻系統(tǒng)的作用是把受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，使發(fā)動(dòng)機(jī)得到適度的冷卻，從而使其保持在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。

冷卻液簡(jiǎn)介

1、冷卻液成分：水中加入乙二醇防凍劑后的混合物。

2、冷卻液原理：純水在0度結(jié)冰，從零上4度下降到0度，水的體積膨脹，嚴(yán)重時(shí)將水冷卻系統(tǒng)部件和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、缸蓋脹裂。在水中加入乙二醇后，冷卻液冰點(diǎn)下降，質(zhì)量比各占50%的冷卻液的冰點(diǎn)降至零下35.5度，將能滿足汽車在我國(guó)大部分地區(qū)使用的環(huán)境溫度需要。乙二醇質(zhì)量比越高，冷卻液的冰點(diǎn)越低。

防凍劑還有防銹劑和泡沫抑制劑成分，對(duì)減少冷卻系統(tǒng)零部件銹蝕和增加散熱效果的作用明顯。但因冷卻液使用過(guò)程中，這兩種成分被消耗，為保證冷卻和防銹效果，要定期更換冷卻液。

2.3冷卻系統(tǒng)組成

圖3-1

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.彈性卡箍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

2.4冷卻系統(tǒng)原理

2.5冷卻系統(tǒng)選型

散熱器根據(jù)車輛的布置空間等因素選擇散熱器的結(jié)構(gòu)形式，縱置或橫置（華晨車型目前都為橫置）。散熱器散熱量應(yīng)符合表1的要求。具體的要求一般需要與競(jìng)品車及同型發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)比確定。

表1散熱器散熱性能要求

發(fā)動(dòng)機(jī)排量L

水流量L/min

風(fēng)速m/s

消耗能量kW

V≤1.0

75

8

≥25

1.0＜V≤1.3

75

8

≥40

1.3＜V≤1.6

75

8

≥45

1.6＜V≤1.8

75

8

≥50

1.8＜V≤2.4

75

8

≥55

2.4＜V≤3.0

75

8

≥60

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量等因素選擇風(fēng)扇數(shù)量及風(fēng)量應(yīng)符合表1、表2及表3。

表2單冷卻風(fēng)扇型式

發(fā)動(dòng)機(jī)排量L

額定電壓V

電流A

轉(zhuǎn)速r/min

靜壓Pa

風(fēng)量m3/h

噪聲dB（A）

V≤1.0

13.5±0.2

≤9.0

2000±200

98

≥800

≤70

1.0＜V≤1.6

13.5±0.2

≤12.0

2200±200

98

≥1050

≤72.5

表3雙冷卻風(fēng)扇型式

發(fā)動(dòng)機(jī)排量L

額定電壓V

電流A

轉(zhuǎn)速r/min

靜壓Pa

風(fēng)量m3/h

噪聲dB（A）

1.0＜V≤1.6

13.5±0.2

≤9.0

2000±200

98

≥1600

≤72.5

V＞1.6

13.5±0.2

≤12.0

2200±200

98

≥2100

≤72.5

注：表中的電流及轉(zhuǎn)速值是對(duì)單個(gè)風(fēng)扇的要求，風(fēng)量是對(duì)兩個(gè)風(fēng)扇的總風(fēng)量要求。

冷卻系統(tǒng)布置流程和布置方法

冷卻系的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)和冷卻液循環(huán)中的散熱能力。

3.1布置流程

3.2冷卻系統(tǒng)計(jì)算

1、散熱器正面積計(jì)算

1）估算冷卻系統(tǒng)散走的熱量，經(jīng)驗(yàn)公式：Qw=A·ge·Ne·hn/3600

A—傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比，汽油機(jī)A=0.23~0.30;

ge—發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率（kg/kw·h）；

Ne—發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kw）；

hn—燃料低熱值，汽油46000kJ/kg，柴油42600kJ/kg

2）計(jì)算冷卻空氣的需要量，Va=Qw/（△ta·γa·cp）

△ta—冷卻空氣通過(guò)散熱器前后的溫差，可取△ta=10~30℃；

γa—冷卻空氣的密度，一般取γa=1。01kg/m3；

cp—冷卻空氣的定壓比熱，可近似取cp=1.047kJ/kg·℃

3）計(jì)算散熱器的正面積FR=Va/va

va—散熱器正面的空氣流速(m/s)，可取15m/s；

4）根據(jù)整車布置要求，確定散熱器芯體高度h，計(jì)算出散熱器芯體寬度b=FR/h

通過(guò)水箱上下橫梁之間的距離，可以確定水箱的高度

2、散熱器芯體厚度計(jì)算

1）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。

2）計(jì)算散熱器的散熱表面積F=Qw/(K·△t)

K—傳熱系數(shù)，主要由散熱器的結(jié)構(gòu)形式、材料和制造質(zhì)量決定。一般鋁質(zhì)、橫流式的散熱器，取K=0.2;

△t—散熱器中冷卻液與冷卻空氣的平均溫差，△t=tw-ta；

tw—冷卻液的平均溫度

ta—冷卻空氣的平均溫度

考慮經(jīng)過(guò)散熱器的冷卻空氣流速不可能均勻；散熱片蒙上塵土?xí)r，散熱性能要有降低，實(shí)際選取的散熱面積F0要比結(jié)果F大一些，通常取F0=β·F（β取1.1）

3）計(jì)算散熱器芯體厚度lR=F0/（FR·ψ）

Ψ—散熱器芯的容積緊湊性系數(shù)，它表示單位散熱芯部容積所具有的散熱面積，ψ值越大，散熱器越小，但空氣阻力也大。它決定于散熱片和水管的數(shù)目、布置和形狀。一般鋁質(zhì)、橫流式散熱器。取ψ=1000。

3、迎風(fēng)面積計(jì)算

總的進(jìn)風(fēng)口有效面積和散熱器正面積之比應(yīng)大于等于30%

圖1

3.3零部件布置

3.3.1、散熱器布置

散熱器的組成：由進(jìn)水室、芯體和出水室組成。進(jìn)水室連接發(fā)動(dòng)機(jī)出水口，溫度較高的冷卻液由進(jìn)水室進(jìn)入芯體散熱，當(dāng)壓力升高時(shí)，會(huì)在流向散熱器芯體的同時(shí)，從散熱器蓋流向膨脹箱。出水室起集水器作用，溫度較低的冷卻液在此匯集，被水泵抽走。

上水室

下水室

散熱器蓋

芯體

圖2

3.3.2、散熱器的布置：

根據(jù)水室的位置不同，可分為縱流和橫流兩種，縱流結(jié)構(gòu)散熱器強(qiáng)度好、懸置的可靠性高，但對(duì)于車頭較低，空間尺寸緊張的轎車，可以將水室布置在芯體的兩側(cè)，大大節(jié)省了高度空間。

一般水室分上下兩部分

一般水室分左右兩部分

縱流式散熱器

橫流式散熱器

圖3

3.3.3、散熱器的安裝：

散熱器通常為四點(diǎn)懸置。其中2個(gè)主懸置點(diǎn)，2個(gè)輔助懸置點(diǎn)。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(guò)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。在設(shè)計(jì)上散熱器帶風(fēng)扇總成與發(fā)動(dòng)機(jī)的最小間隙應(yīng)保持在30mm以上(但目前由于考慮到碰撞，這個(gè)尺寸應(yīng)根據(jù)安全要求加大）。

3.3.4、散熱器與周邊零部件關(guān)系：

冷凝器

中冷器

大于30mm

圖5

由于在散熱器前面增加了中冷器或冷凝器等部件，會(huì)影響散熱器的散熱效果，必要時(shí)，可以在冷凝器前面加裝一個(gè)風(fēng)扇。

圖6

對(duì)于AT自動(dòng)變速箱，要增加油冷管路，并通過(guò)散熱器進(jìn)行散熱

圖7

3.3.5、風(fēng)扇布置

1）機(jī)械風(fēng)扇：對(duì)于縱置發(fā)動(dòng)機(jī)，可以直接使用發(fā)動(dòng)機(jī)上的機(jī)械風(fēng)扇進(jìn)行散熱。風(fēng)扇直徑大小應(yīng)和散熱器的形狀相協(xié)調(diào)。風(fēng)扇通常由硅油離合器控制，通過(guò)冷卻液溫度，控制風(fēng)扇的開(kāi)啟與關(guān)閉。

在機(jī)械風(fēng)扇和散熱器之間要加裝護(hù)風(fēng)圈，護(hù)風(fēng)罩的主要作用是確保風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)量全部流經(jīng)散熱器，提高風(fēng)扇效率。一般風(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，同時(shí)風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)圈要保持足夠的空間。

機(jī)械式風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高低決定，因此在高速行駛時(shí)，散熱效果好，怠速和低速行駛時(shí)，效果較差。

2）電子風(fēng)扇：電子風(fēng)扇是由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止是受水溫直接感應(yīng)的溫度開(kāi)關(guān)來(lái)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)。多用于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車。布置上風(fēng)扇葉片與散熱器最小間隙為15mm。

圖8

3.3.6、膨脹箱布置

1）膨脹箱作用：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、壓力升高，為吸收這部分膨脹體積、降低冷卻系統(tǒng)壓力而設(shè)置了膨脹箱。膨脹箱的容積一般為整個(gè)循環(huán)總?cè)莘e的4%~6%。

2）膨脹箱分類：具有膨脹箱的冷卻系統(tǒng)根據(jù)膨脹箱有無(wú)加壓分為兩種：

膨脹箱：在加壓閉合系統(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，并釋放系統(tǒng)壓力，膨脹箱應(yīng)耐熱、耐壓，位置高于散熱器并保持系統(tǒng)內(nèi)壓力適宜。

3）溢水壺：在加壓開(kāi)放系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間（溢水壺），通過(guò)散熱器蓋上的壓力閥處釋放系統(tǒng)壓力，使一部分冷卻液溢流至溢水壺內(nèi)，進(jìn)行氣液分離，溢水壺耐熱性、容量、位置要求低些。

第8代雅閣

大眾POLO

圖9

當(dāng)冷卻液膨脹使冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力超過(guò)預(yù)定值時(shí)，壓力閥開(kāi)啟，一部分冷卻液流入膨脹箱，以防止壓力過(guò)高損壞散熱器。

圖10

4）冷卻系統(tǒng)除氣能力的要求

在冷卻系統(tǒng)的布置過(guò)程中，應(yīng)盡量保證散熱器位置高于發(fā)動(dòng)機(jī)，以保證膨脹后的蒸氣能夠順利的排出；當(dāng)散熱器位置低于發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，就需要設(shè)計(jì)通氣管，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制除氣循環(huán)。

桑塔納

散熱器加注管

散熱器通氣管

桑塔納3000

發(fā)動(dòng)機(jī)水套通氣管

散熱器加注管

散熱器通氣管

圖11

同樣，當(dāng)冷卻系統(tǒng)中的管路位置高于散熱器和發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，也需要增加通氣管進(jìn)行除氣

管路通氣

圖12

3.3.7、管路布置

1）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水管的位置，確定散熱器水管的位置，并進(jìn)行管路走向的布置，管路長(zhǎng)度要留有足夠的余量，用來(lái)吸收動(dòng)力總成的振動(dòng)，當(dāng)管路較長(zhǎng)時(shí)需要增加支撐；

2）水管壁厚一般為4mm的，管子內(nèi)徑比與其連接管的外徑小1mm，膠管兩端與其它管相連接時(shí)，應(yīng)有30mm的插入量，管路的曲率半徑一般為管徑的1.5倍。

附錄資料：不需要的可以自行刪除

機(jī)械制圖標(biāo)注常用符號(hào)

序號(hào)

符號(hào)名稱

符號(hào)繪制標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用示例

1

GB/T1182-2008

基準(zhǔn)符號(hào)。

涂黑三角形及中軸線可任意變換位置，方框和字母只允許水平放置不允許歪斜；方框外邊的連線也只允許在水平或鉛垂兩個(gè)方向畫出。

2

GB/T4458.4-2003；

標(biāo)注正方形結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)在尺寸前面加注正方形符號(hào)。

高度h=3.5mm

3

GB/T4458.4-2003；

標(biāo)注弧長(zhǎng)時(shí)在尺寸前面加注弧長(zhǎng)符號(hào)。

高度h=R=3.5mm

4

GB/T4458.4-2003；GB/T16675.2-1996

尺寸注法；

沉孔或锪平符號(hào)。

高度h=3.5mm

5

GB/T4458.4-2003；

GB/T16675.2-1996

尺寸注法；

沉孔或锪平深度符號(hào)。

高度h=3.5mm

6

GB/T4458.4-2003；

GB/T16675.2-1996

尺寸注法；

埋頭孔符號(hào)。

高度h=3.5mm

機(jī)械制圖尺寸標(biāo)注常用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

序號(hào)

符號(hào)名稱

符號(hào)繪制標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用示例

7

GB/T15754-1995

錐度符號(hào)或莫氏錐度注法。

高度h=3.5mm

8

JB/T5061-2006

定位支撐符號(hào)。

高度h=3.5mm

9

JB/T5061-2006

輔助支撐符號(hào)。

高度h=3.5mm

10

JB/T5061-2006

輔助支撐符號(hào)。

高度h=5mm

11

GB/T4459.5-1999

中心孔符號(hào)。

高度h=3.5mm；

高度H1=5mm。

12

JB/T8555-2008熱處理技術(shù)要求在零件圖樣上的表示方法。粗糙度符號(hào)的三角形部分為測(cè)量點(diǎn)符號(hào)。可隨圖形進(jìn)行縮放。

匯編人：質(zhì)管辦標(biāo)準(zhǔn)化管理員鄭家貴2011年8月25日

機(jī)械制圖基礎(chǔ)知識(shí)

一、.圖線GB/T4457.4-2002GB/T17450-1998

注：粗虛線和粗點(diǎn)畫線的選用

兩種粗線都用來(lái)指示零件上的某一部分有特殊要求。但應(yīng)用場(chǎng)合不盡相同。粗虛線專門用于指示該表面有表面處理要求。（表面處理包括鍍（涂）覆、化學(xué)處理和冷作硬化處理。）

粗點(diǎn)畫線是限定范圍的表示線常見(jiàn)于以下場(chǎng)合：

限定局部熱處理的范圍（如上圖）

限定不鍍（涂）范圍（如下左圖）

限定形位公差的被測(cè)要素和基準(zhǔn)要素的范圍（如下右圖）

二、視圖GB/T17451-1998GB/T4458.1-2002

1.按第一角法配置的六個(gè)基本視圖

2.局部視圖

1）按基本視圖的配置形式配置

2）按向視圖的配置形式配置

不要“向”字

三、剖視圖及剖面區(qū)域的表示法GB/T17452～17453-1998GB/T4458.6-2002

圖形不對(duì)稱時(shí)，移出斷面不得畫在中斷處

四、簡(jiǎn)化畫法GB/T16675.1-1996

1.管子

1）可僅在端部畫出部分形狀，其余用細(xì)點(diǎn)畫線畫出其中心線

2）可用與管子中心線重合的單根粗實(shí)線表示。

2.

五、螺紋及螺紋緊固件表示法GB/T4459.1-1995GB/T197-2003

無(wú)論是外螺紋或內(nèi)螺紋，在剖視或剖面圖中的剖面線都應(yīng)畫到粗實(shí)線。

根據(jù)GB/T197-2003的規(guī)定，將普通螺紋的標(biāo)記方法介紹如下：

六、彈簧表示法GB/T4459.4-2003

七、尺寸注法GB/T4458.4-2003GB/T19096-2003

1.在光滑過(guò)渡處標(biāo)注尺寸時(shí)，應(yīng)用細(xì)實(shí)線將輪廓線延長(zhǎng)，從它們的交點(diǎn)處引出尺寸界線。（如下圖）

2.標(biāo)注角度的尺寸界線應(yīng)