汽車冷卻系統(tǒng)設(shè)計要求內(nèi)容(20210328205041)

1、汽車冷卻系統(tǒng)設(shè)說 葉海見 汽車冷卻系統(tǒng)設(shè)計1 一、概述2 二、要求2 三、結(jié)構(gòu)2 四、設(shè)計要點2 （丿散熱器2 （二丿散熱器懸置.2 （三丿風扇2 （四）副水箱4 （五）連接水管4 C六丿發(fā)動機水套4 五、設(shè)計程序4 六、匹配4 七、設(shè)計驗證4 八、設(shè)計優(yōu)化4 、概述 二、汽車對冷卻系統(tǒng)的要求 （一）汽車對冷卻系統(tǒng)有如下幾點要求 U保證發(fā)動機在任何工況下工作在最佳溫度圍； 2、保證啟動后發(fā)動機能在短時間達到最佳溫度圍； 3、保證散熱器散熱效率高，可靠性好，壽命長； 4、體積小，重量輕，成本低； 5、水泵，風扇消耗功率小，噪聲低； 6、拆裝、維修方便。 （-）冷卻系統(tǒng)問題對汽李的影響 1、冷卻不

2、足時，會導致燃機過熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常（爆燃、早燃等），機油 變質(zhì)和燒損，零部件摩擦和磨損加?。ㄈ缁钊⒒钊h(huán)和缸套咬傷，缸蓋發(fā)生熱疲勞裂紋等）， 引起燃機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性全面惡化。 2、冷卻過剩時（405 （TC），汽油機混合氣形成不良，機油被燃油稀釋；柴油機工作粗 暴，散熱損失增加，零部件磨損加?。ū日９ぷ鳒囟裙ぷ鲿r大好幾倍），也會使燃機工作變 壞。 三、冷卻系統(tǒng)布置選型 （一）冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1、分類: 液體 冷卻 痿發(fā)冷 卻 簡單蒸發(fā)冷卻 以加注冷卻液來補償冷卻介質(zhì)蒸發(fā)損失的蒸發(fā)冷卻。 帶輔助水箱的蒸發(fā)冷卻 用輔助水箱補充冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻。 帶冷凝器的蒸發(fā)冷卻 墓發(fā)的

3、冷卻介質(zhì)在冷凝器屮凝結(jié)后，通。過冷卻回路流 回到發(fā)動機加水箱的蒸發(fā)冷卻。 循環(huán)冷 卻 對流冷卻 利用熱虹吸作用使冷卻液自然循環(huán)的冷卻方式。 強制冷 卻 開式強制冷卻 冷卻介質(zhì)不進行再循環(huán)的強制。冷卻方式。 單循環(huán)強制冷卻 冷卻介質(zhì)在冷卻水箱、冷卻塔、管式冷卻器、散熱器等 中進行冷卻的強制冷卻方式。 雙循環(huán)強制冷卻 利用副回路（外循環(huán)）中的冷卻液在熱交換器屮對發(fā)動 機冷卻介質(zhì)進行再冷卻的強制冷卻方式。 空氣冷 卻 自然空氣冷卻 利用自然空氣循環(huán)的冷卻方式。 強制空氣冷卻 利用風扇迫使空氣循環(huán)的冷卻方式。 2、常用結(jié)構(gòu): （1）基本結(jié)構(gòu)。 組成：發(fā)動機水路、水泵、節(jié)溫器散熱器風扇以及連接管路。 原

4、理：散熱器上水室兼起膨脹水箱或者補償水箱的作用。 注意事項：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處為冷 卻系統(tǒng)的最高點，下水室出水口為冷卻系的最低點。同時，為滿足發(fā)動機排氣、冷卻液膨脹蒸發(fā) 和冷卻系統(tǒng)補水的需要，上水室要有足夠的空間。其結(jié)構(gòu)如（圖1） o （圖1） （2） 帶補償水桶結(jié)構(gòu)。（圖2） 組成：發(fā)動機水路水泵、節(jié)溫器、散熱器、風扇、補償水桶以及連接管路。 原理：發(fā)動機溫度升高后，冷卻液受熱膨脹，冷卻系統(tǒng)部壓力升髙，散熱器壓力蓋出氣閥開啟 排氣。隨著壓力的持續(xù)升髙，冷卻系統(tǒng)部氣體排盡，冷卻液開始外溢并流入補償水桶。當冷卻液溫 降低后，系統(tǒng)冷卻液體積減小，壓力

5、下降，散熱器壓力蓋進氣閥開啟，補償水桶的冷卻液會被重新 被吸回冷卻系。 注意事項：為保證冷卻系統(tǒng)的氣體能夠全部排除，散熱器的加水口及下水室應處在冷卻 系統(tǒng) （補償水桶出外）的最髙點及最低點。補償水桶到散熱器的連接管路要密封緊密。另外，補償水桶 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)動機水路、水泵、節(jié)溫器、散熱器、風扇、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，系統(tǒng)壓力蓋安裝在膨脹水箱上，系統(tǒng)直接通過膨脹 水箱排氣和補水。 注意事項：因包括膨脹水箱在的整個系統(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

6、最髙點可以低于發(fā)動機。 芟燉箱冷卻2? 吏玄笳冷卻誌 （圖 （圖 四、設(shè)計要點 （一）散熱器 1、在整車空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風面積，減薄芯子厚度。這樣可以 充分利用風扇的風量和車的迎面風，提高散熱器的散熱效率。 2、貨車散熱器一般采用縱流結(jié)構(gòu)，因為貨車的布置空間較寬裕。而且縱流式結(jié)構(gòu)的散熱器強 度及懸置的可靠性好。轎車由于空間限制，也可采用橫流結(jié)構(gòu)。 （二）散熱器懸置 懸置點應設(shè)計在一個部件總成上，改善散熱器受力狀況，盡量減少散熱器的振動強度。主 懸置點應與輔助懸置點保持一定的距離，以提高散熱器的穩(wěn)定性。主懸置點，輔助懸置點處散熱 器與其連接的部件總成之間以膠墊或膠套等柔性

7、非金屬材料過度達到減振的目的。 （三）風扇 對風扇的要求：提供足夠的風量；有一定的風扇壓力值以便克服系統(tǒng)阻力；直徑對散熱器芯 部覆蓋面積足夠大，是通過散熱器的風速均勻；風扇要結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕噪聲小適合大量生產(chǎn)、 成本低。 1、機械風扇 1.1護風罩 1、確保風扇產(chǎn)生的風量全部流經(jīng)散熱器，提髙風扇效率。護風罩對低速大功率風扇效率 提 高特別顯著。 2、風扇與護風罩的徑向間隙越小，風扇的效率越髙。一般控制在5-25mmo 3、從成本角度考慮，在大批量生產(chǎn)的車型中，多采用塑料護風罩。 1. 2風扇 發(fā)動機曲軸帶動風扇 發(fā)動機曲軸通過皮帶輪帶動冷卻風扇旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越快，風扇轉(zhuǎn)動越快。只要發(fā)動 機啟

8、 動，它就要運轉(zhuǎn)，不能視發(fā)動機溫度變化而變化，釆用這種方案，如果要調(diào)節(jié)散熱器的冷卻強度， 要在散熱器上裝上活動百頁窗以控制進入的風量。 風扇離合器控制風扇 為了確保冷卻風扇的送風能力，設(shè)計時都按低速考慮，保證在低速時風扇有足夠的送風 量, 這樣考慮的結(jié)果，使高速時的風扇送風能力過大。因此，在車輛通常行駛情況下，應該把風扇的 轉(zhuǎn)速控制在適當圍，這樣才能降低噪聲，提高發(fā)動機經(jīng)濟性。使用風扇離合器可以 控制轉(zhuǎn)速（以 下簡稱AFC） o在AFC部粘有粘性流體（硅油），靠其剪切力傳遞扭矩。在風扇 前面裝有雙金屬 片，用來感知流過散熱器的空氣溫度，因此，控制風扇離合器工作腔的硅油 量，使其只是在必要 時，

9、才傳遞扭矩使風扇旋轉(zhuǎn)，當水溫比較低時離合器與轉(zhuǎn)軸分離，風扇 不動，當水溫比較高時由 溫度傳感器接通電源，使離合器與轉(zhuǎn)軸接合，風扇轉(zhuǎn)動。由于風扇 離合器容易實現(xiàn)遠距離控制、 使發(fā)動機工作溫度得到了控制，在汽車行業(yè)得到了一定程度的 推廣。但是經(jīng)過實驗，風扇離合器 的溫度控制性能、可靠性、維修性相對較差，因此越來越 多的汽車上開始采用電動風扇。 2、電動風扇 電動風扇是由電動機來驅(qū)動風扇，電動機的起停是受水溫直接感應的溫度開關(guān)來控制。汽 車在低速怠速時冷卻效果好，冷車啟動時水溫上升較快。電動機功率一般比較低，因此風 頁腳 扇的風量受到限制。 電控式冷卻風扇是一種更先進的控制方式，該系統(tǒng)能使風扇產(chǎn)生最

10、佳風量，并大幅度降低風 扇的噪聲。為了控制合理的送風量，使用專用計算機收集下列傳感器信號，如水溫傳感 器、空調(diào) 器開關(guān)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等，計算機利用這些信息，計算出最佳風扇轉(zhuǎn)速。該系 統(tǒng)僅僅在需要 時由電動馬達帶動風扇工作，供給所需的風量。這種系統(tǒng)的位置布置自由度大，故在發(fā)動機橫置的 車中的應用逐漸增加。用這種方式控制的風扇，在冷卻液溫度低時風扇停 止轉(zhuǎn)動，而在冷卻液溫 度高時風扇增加轉(zhuǎn)速。由于電動風扇容易實現(xiàn)上述控制，故其有提高 發(fā)動機暖機性能、提高經(jīng)濟 性、降低噪聲的優(yōu)點。電動風扇不使用發(fā)動機做動力源，所以其 轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關(guān)。電動風 扇使用蓄電池電能，蓄電池只在需要風扇供風時才給風

11、扇供電。這種風扇無動力損失，構(gòu)造簡單， 總布置方便。電動風扇按其轉(zhuǎn)速分為二種形式，一種為單速式，一種為雙速式。 自控電動冷卻風扇可以充分利用汽李行駛迎面風的冷卻作用而大量減少發(fā)動機驅(qū)動冷卻 風 扇的功率損失，縮短了預熱時間，實現(xiàn)最佳溫度控制，大量減少了發(fā)動機的傳熱損失，是 當前降 低汽車耗油最有效、最簡捷的途徑之一。因此在節(jié)能和排放法規(guī)日趨嚴格的發(fā)達國家 的轎車上得 到廣泛的應用。 3、進風量估算 一、標準狀態(tài)時溫度2(TC、大氣壓760mmHg、濕度65%的潮濕空氣為標準空氣。 其中:H = CpXWXATc W 二(Q/60) XtXD=2QtX102kg H = PXt/4 2 所以:Q = 0. 05P/ATc (CMM,每分鐘所排出空氣體積,m7min) 二1.76P/ATc (CFMinVmin) =0. 09P/ATf(CMM, m7min) 二3. 16P/ATf (CFMt in7min) 式中：H 風扇總排出熱量，J Cp 空氣比熱，標態(tài)下為0. 24(Kcal/Kg 0 W空氣質(zhì)量，kg ATc容器允許溫升， Q空氣流量，m7min t工作時間，S D空氣比重，標態(tài)下為12Kg/m：i P 系統(tǒng)消耗功率，W ATf 一容器允許溫升， F （四）副水箱 1、 開放式 2、 壓力式 3