发动机冷却系统匹配

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发动机冷却系统匹配
　　其中散热器、风扇、节温器等的匹配与计算，求

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先计算出发动机的散热量，然后可大致推算出水箱的散热量，一般设计书上都有一些经验公式的。

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可依据发动机的水套散热量计算出水箱的散热面积,并且符合总布置给定的外廓尺寸,依据选定的正面风速和散热器的风阻和风量选择相适应的风压和风量的风扇及相应的转速,来配置风扇的传动比;

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冷却系统
?在标定工况和最高冷却介质温度时，冷却系的水温保持在75～90℃，冷却系统的设计应保证出水温度不超过99℃。
?采用105kPa压力盖，在不连续工况运行下，最高水温允许到110℃，但一年中水温达到和超过99℃的时间不应超过50h。
?冷却液的膨胀容积应等于整个冷却液容量的4%～6%。
?冷却系统必须用不低于19L/min的速度加注冷却液，直至达到应有的冷却液平面，以保证所有工作条件下气缸体水套内冷却液能保持正常的压力。
?轻、中型载货汽车建议安装膨胀水箱，以勉水泵出水管前因存在空气而产生真空。膨胀水箱安装位置应高于发动机的出水口。
1 散热器
散热器是冷却系统中的重要部件，其主要作用是对发动机进行强制冷却，以保证发动机能始终处于最适宜的温度状态下工作，以获得最高的动力性、经济性和可靠性。
散热器和风扇组合匹配效率是当散热器芯子未被气流扫过的面积最小时为最高，因此，最好采用接近正方形的散热器芯子。
散热器的总散热面积、芯子的迎风面积、结构形状和结构尺寸要通过发动机冷却系统所需最大散热量来计算确定，并应通过试验评价来最终确定。
散热器进风口的实际面积不得小于散热器芯子迎风面积的80%，以防止散热能力下降。后置客车散热器的进风通道要与发动机舱密封隔离，散热器周围要安装密封橡胶，以防止发动机舱的热风回流到进风通道，影响散热性能；进风通道的面积应不小于散热器芯子的迎风面积。
在灰尘多的脏环境下使用时，应选用直排或斜排冷却管，且管子间隔要大，以避免散热器芯子堵塞，影响散热效果。
散热器安装时，紧固必须牢靠，与车架的连接必须采用减振垫，采用减振垫的目的是为了隔离和吸收来自车架的部分振动和冲击，使散热器在车辆运行中，不致发生振裂、扭曲等非正常损坏，延长散热器寿命。
因为散热器与车架之间安装有隔振橡胶，因而形成了绝缘状态，通过冷却液介质，在散热器与车架之间产生了电位差，在冷却液中产生了微弱电流，使冷却系统的零部件发生电腐蚀。因此，一定要采取散热器负极接地等措施，消除电位差，防止电腐蚀。
2 冷却风扇
冷却风扇首先要满足冷却系统对风量和压头的需要；同时要消耗功率小、风扇效率高，且有较宽的高效率区；风扇噪声小，重量轻，成本低等。朝柴机采用轴流式塑料风扇，风扇叶片应具有足够的强度，以防车辆涉水时，折断风叶；在寒冷地区使用，推荐选用带硅油或电磁离合器的风扇。
确定风扇直径与转速时，要注意风扇叶尖的圆周速度不大于90m/s，后置客车不大于100m/s，否则对风扇噪声和强度都不利。风扇直径尽可能与散热器芯子迎风尺寸基本相同，以便风扇扫过的面积尽可能大地覆盖散热器芯子的迎风面积，使气流全面地通过散热器。
为考虑冷却系整体阻力，通过散热器芯部的压差不应大于所选风扇特性曲线中最大工作压力的70%；风扇的风压、风速等设计应按发动机在标定工况下和在最大扭矩工况下冷却水所需最大散热量来计算确定，并经整车冷却系统的试验评价来最终确定。
为充分利用车辆行驶时的迎风速度，前置车用发动机风扇都采用吸风式；风扇前端面至散热器芯子的距离应大于50～100mm，有利于气流均匀通过散热器芯部整个面积，尤其是散热器的四角；冷却风扇后端面至发动机前端面的距离应大于100mm，至其它零部件的距离应大于20mm，以最大限度地降低风扇噪声及叶片振动，并改善发动机的气流状况。
如果风扇装在水泵皮带轮上，总布置设计必须加风扇垫块时，必须经过朝柴认可；如果风扇装在曲轴前端，风扇与连接法兰之间必须装有橡胶减振器，用于吸收曲轴的扭振，防止叶片扭振断裂，同时避免影响曲轴系平衡；后置客车风扇一般由曲轴皮带轮通过惰轮驱动，风扇驱动皮带和风扇皮带必须分别设置皮带张力调整机构。曲轴皮带轮和惰轮，惰轮和风扇皮带轮的轮槽必须分别在一个平面上，皮带和皮带轮的交差角应控制在25’以内，必须先调整好后之后再安装皮带，否则会损坏皮带、皮带轮或轴承，甚至会发生皮带翻转或脱落。
安装风扇时，不可使用弹簧垫圈，因为弹簧垫圈能使风扇托架产生预紧力，影响强度。
3 风扇护风罩
风扇护风罩是为了提高风扇的冷却效率，使通过散热器芯部的气流均匀分布，并减少发动机舱内热空气回流而设计的，因此，设计风扇护风罩时应注意技术的合理性。
对于前置发动机，风扇护风罩的设计分整体式和分开式两种；对于后置式发动机，一般都采用整体式。分开式护风罩两部分之间有相对运动，必须用帆布圈柔性密封连接。
护风罩与风扇叶尖的径向间隙应尽可能小，以保证风扇冷却效率不降低。当采用分开式护风罩时，风扇与护风罩无相对运行，其径向间隙应不超过风扇直径的1.5%，或者5~10mm；当采用整体式护风罩时，风扇与护风罩有相对运动，其径向间隙也不应超过风扇直径的2.5%，或者15~20mm。
应注意护风罩结构设计的合理性，不应有阻挡风扇气流的死角。
风扇伸入护风罩的轴向位置，与进气效率有很大关系，对于吸风式风扇，风扇叶片的投影宽度应伸入护风罩内2/3为宜；对于排风式风扇，风扇叶片的投影宽度应伸入护风罩内1/3为宜。
在安装护风罩时必须注意，护风罩与散热器之间不得有缝隙，应采用橡胶或泡沫塑料垫加以密封，以保证冷却效率不降低。
驾驶员应经常检查风扇与护风罩之间的径向间隙，以确保发动机风扇与散热器发生相对位移时，风扇与护风罩之间不产生碰触。
4 压力盖
为满足冷却系最高工作温度为99℃的要求，冷却系必须采用压力盖，以保证密封式冷却系的冷却液能保持一定的压力，从而提高冷却液的沸腾温度，可使发动机在高温条件下不产生沸腾，保证发动机工作安全；可使冷却液温度与环境大气温度之间液——气温差变大，从而提高散热器的散热能力；可以减轻或消除冷却液循环中的气泡和气阻现象，保证冷却液实际循环流量的稳定，让足够的冷却液把热量从发动机内带走；可以减缓或消除发动机水套内高温壁面上的膜态换热，改善热传导质量，使受热表面得到良好的冷却。
在无膨胀水箱的冷却系中，压力盖装在散热器上水室的加注口上；在有膨胀水箱的冷却系中，压力盖装在膨胀水箱的加注口上。推荐压力盖的开启压力为50kPa，在高原地区使用时为105kPa。
5 膨胀水箱
当冷却系采用低位密封式散热器时，必须增设高位膨胀水箱，它的主要功能是给冷却液提供一个膨胀空间，及时去除冷却液中积滞的空气以及发动机高温下产生的水蒸汽，以便更有效地利用散热器的散热功能，提高冷却效率。
膨胀水箱的总容积应包含占冷却系统总容积6%的膨胀容积；占冷却系统总容积10%的储备容积以及必备的残留容积。储备容积是为了确保冷却系由于微量不能觉察的泄漏和冷却液蒸发后仍能保持水套内正常的水压，而能及时补充冷却液，延长补液周期。必备的残留容积是为了安全起见，防止冷却液在循环中吸入空气而设置的，要求冷却液的最低液面至膨胀水箱的底面距离不小于35mm，所以，必备的残留容积应不小于35mm×膨胀水箱底平面面积。计算冷却系总容积时，应注意将带有的水空中冷器和取暖器的容积计算在内。
膨胀水箱应设置最高液面和最低液面标志，最高液面的上方应有不小于规定的膨胀容积，该容积内不可以加注冷却液；最低液面与最高液面之间的容积应不小于规定的储备容积；膨胀水箱还应设置最低液面的液位传感器，以便提醒驾驶员及时添加冷却液。
膨胀水箱上部应设置两个除气管接口，以便散热器和发动机水道连续除气。
布置膨胀水箱位置时，它的底平面至少应高出发动机水道顶部或散热器上水室顶部。
第一次加注冷却液时，应同时将散热器下部和发动机水套下部的放水开关打开，直到有冷却液溢出时再关闭，以便消除残留空气，顺利地将冷却液加满。
8 散热器管路
连接发动机与散热器之间的管路应尽量短而直，减少弯曲；总布置需要拐弯时，管子的曲率半径应尽可能大，以减少管道阻力，且管路的弯角处或截面变化处必须圆滑过渡；像后置发动机，散热器侧置，管路较长的布置，则管路应沿水流方向适当上翘，避免采用水平布置和拱形布置的管路，以利于冷却系中空气和蒸汽的排出，应尽量避免前低后高的管路布置，如确有必要，则应在发动机水道最高点设置放气阀，加注冷却液时应打开该放气阀，让发动机水套内的气体及时排出。
所有管路要有充分的柔性，以适应发动机和散热器之间的相对运动，防止散热器的管口震裂。
散热器的管路可用成型胶管或金属接管加胶管接头；金属接管要进行防锈处理，外径和发动机进出水口部位的管径相同或稍大；胶管壁厚应在6mm以上，且加有一层纤维，具有耐热、耐油性，能在-40℃~110℃温度下长期正常使用，耐压能力应超过490kPa；如管路较长时，应对冷却管路固定，固定间隔约500mm；金属接管插入连接胶管的长度应大于50mm，并采用平板带式卡箍紧固，卡箍到胶管边缘的距离为5~10mm。
9 冷却液
发动机要求使用长效防冻防锈液，它是含有50%的水和50%的乙二醇的溶液(容积比)，在标准大气条件下，沸点为108℃，冰点为-37℃。实验证明，这种防冻防锈液对各种金属和橡胶都无腐蚀作用，更换周期为2年。
使用这种长效防冻防锈液，可以防止冷却器内腔结垢，减少水套穴蚀和锈蚀；提高炎热季节时的沸点，在冬季时可以防冻；在密封良好的冷却系中，无需经常添加冷却液，减少保养工作量。
10 水温报警器
发动机在正常工作条件下，应保持正常的水温，仪表板上必须安装冷却液温度表，并用颜色区别温度范围，推荐60~80℃为黄色区域；85~95℃为绿色区域；99~110℃为红色区域。推荐设置高温报警装置和超高温自动停机装置，即当冷却液温度达到99℃时，仪表板上应有红灯闪或者蜂鸣器报警；当冷却液温度上升到110℃时，发动机应自动停机。
发动机长期在99℃下工作，将导致润滑油加速变质，发动机和冷却系中弹性非金属零件加速硬化，因此，在99℃和超过99℃时的工作时间应尽可能短，每年累计不应超过50h。
11 冷却系统的试验评价
冷却系统的冷却性能可通过冷却系平衡温度试验来评价。试验可在转鼓试验台上模拟道路状况完成；也可在平坦水泥路面上用负荷拖车法实现；还可在坡道上行驶近似代替，坡度8%左右，坡长10km左右。试验时，要求环境温度大于25℃，分别在两种工况下试验：
第一种工况：车辆满载，油门全开，使用Ⅱ挡行驶，发动机在标定转速下运行30~60min，使冷却液温度迅速上升，每隔5min测量一次出水温度，如果连续两次之间的温度差不大于1℃，就被认为冷却液温度不再上升，达到最高点，此时的温度被定义为冷却液平衡温度。
第二种工况：车辆满载，油门全开，使用Ⅱ挡行驶，发动机在最大扭矩点转速下运行30~60min，其余同第一种工况。
同时测量上述标定工况和最大扭矩工况的冷却液平衡温度，取这两者中最差值作为冷却性能的评价指标。99℃与冷却液平衡温度之差再加上试验时的环境温度，就等于冷却系最高使用环境温度(一般指散热器进风口温度)。
冷却系最高使用环境温度根据使用条件来设定：
标准的冷却系统，最高使用环境温度设定为38℃(150m海拔)；
高温环境的冷却系统，最高使用环境温度设定为49℃(150m海拔)；
高海拔环境的冷却系统，最高使用环境温度设定为38℃(1500m海拔)；
不同的使用条件，所配置的冷却系统是不相同的，并应通过试验评价来调整。

fanzy1972

我这里有冷却系统介绍的电子版,与大家一起分享!

ganyan1983

比较全面 长知识

贺泽

虽然我想看懂，但我真的不懂。

123QAZ

冷却系统匹配的不好容易出现开锅的现象

123QAZ

还可能出现冷却过剩的现象，影响了热效率

倾城阙

毕业设计就是这个，多谢分享

hwl54

合资品牌在匹配方面有着国外公司的支持，一般都没什么大问题，但是国内的相关厂家，这方面的知识就比较缺乏了，一般都只做单品的分析与实验，无法进行散热水箱、冷凝器、中冷器及油冷器的匹配。
但是，现在的趋势是增压（需中冷器）、自动或CVT（需要油冷器），急需这方面的提高啊

sholive

最保险的是要到发动机的性能曲线或者参数
里面很详细的说明了这些情况，根据这些再进一步计算设计就可以了

liko99900684

cczzc 发表于 10-10-2008 11:18
冷却系统
?在标定工况和最高冷却介质温度时，冷却系的水温保持在75～90℃，冷却系统的设计应保证出水温度不 ...

说的很专业,
整车的冷却系统设计是个系统工程,要考虑的问题非常多.
除了楼主说的之外,还牵涉到整车的布局,结构设计问题,
例如发动机在整车的布置位置,水箱,油散,中冷器的布置,
还有发动机空滤器和排气管的位置等都要考虑在内.是个
非常复杂的系统工程.

飞鹰99

4楼说的很专业
俺来补充一些吧
冷却系统的匹配计算需要以下几方面的输入
1、发动机的万有特性曲线
2、发动机水泵的冷却液的流量特性曲线
3、应用发动机车型的使用环境（热带、亚热带）等
4、应用发动机车型动力总成的布置方式（前置后驱还是后置后驱等等）
5、如果是前置后驱车型，那么总布置工程师要输入前格栅进风面积
6、散热器的形式及总布置给出的安装空间尺寸，由此可以计算出散热器的散热面积
7、电子风扇的参数（排气扇还是吸气扇，护风圈或风扇外径等）
有了这些，就可以根据成熟的理论公式进行匹配计算了，最后还要说明一下，保险系数一定要适当选取，适当增大一些。

vivien

学习了，感觉貌似学问很深来的。