delica冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、東南Delica配EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言東南公司委托東風(fēng)汽車工程研究院輕乘部，為其原配三菱4G63發(fā)動(dòng)機(jī)的普通型delica換裝EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于采用EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)的EQ1031T輕卡及EQ6480面包車，冷卻系統(tǒng)的開發(fā)都比較成功。受布置空間的限制，現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)不能完全移植到東南delica上。初步的技術(shù)方案是：沿用delica 的散熱器及膨脹散熱器，與EQ491現(xiàn)行風(fēng)扇帶硅油風(fēng)扇離合器總成進(jìn)行匹配。為探討該方案的可行性，在完成delica原車散熱器樣品臺(tái)架試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合EQ1030冷卻系統(tǒng)開發(fā)試驗(yàn)結(jié)果，本文將對(duì)delica配EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻能力進(jìn)行設(shè)

2、計(jì)計(jì)算，為確定設(shè)計(jì)方案提供依據(jù)。 二有關(guān)總成主要技術(shù)參數(shù)1 發(fā)動(dòng)機(jī)：4G63和EQ491三菱4G63EQ491結(jié)構(gòu)特征直列、四缸、四沖程、水冷、單頂置凸輪軸汽油機(jī)排量4-85x88=1.997 l4-91x77=1.993 l壓縮比9.5：19.2：1最大扭矩158N.m3000rpm152N.m3500rpm額定功率78kW6000rpm66kW5000rpm冷卻水容量（發(fā)動(dòng)機(jī)）：EQ491：3 l發(fā)動(dòng)機(jī)水套散熱量：EQ491全速全負(fù)荷時(shí)為40kW。發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)定的極限溫度：EQ491，根據(jù)Ford“汽油機(jī)和轎車柴油機(jī)熱循環(huán)試驗(yàn)”規(guī)范，冷卻液溫度應(yīng)120，機(jī)油溫度應(yīng)135從理論上分析：兩發(fā)動(dòng)機(jī)排

3、量相當(dāng)，最大扭矩點(diǎn)工況相近，而4G63額定功率比EQ491高出20%，故4G63對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求應(yīng)比較高。但另一方面，大缸徑、短沖程的EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷較高，這與其在EQ1030上使用后的反映是一致的；而在額定功率點(diǎn)，4G63發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高出20%，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高，有利于提高冷卻能力。2 散熱器：1301DN-010和1301QA-0101301DN-0101301QA-010芯子尺寸：寬x高x厚（mm）596.3x400x16538x360x32散熱帶波距mmx波數(shù)2.16x3.6x100波高mmx帶數(shù)7x60散熱帶天窗28°，間距1mm材料厚度0.05mm（=393W/m.

4、）散熱管規(guī)格13x2管數(shù)2x59=118材料厚度0.14mm（=330W/m.）總散熱面積=散熱帶+散熱管（m2）6.5=5.85+0.657.06=5.86+1.2散熱器正面積（m2）0.23850.19368通水?dāng)嗝娣e（m2）0.001575 流通斷面積Stube=2x59x/4×2×2(13-2)×2=2966.71mm20.002961冷卻液容積（l）1.4（實(shí)測1.8）2.7干燥重量（kg）7.2壓力蓋壓力（kg/cm2）09兩散熱器的性能試驗(yàn)結(jié)果見附表1，試驗(yàn)方法：JB2293-78汽車、拖拉機(jī)散熱器風(fēng)筒試驗(yàn)方法及EQC-110-1998。Delica

5、采用單排管、波距較小、正面積較大的散熱器，可充分利用迎面風(fēng)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及兩個(gè)散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，delica散熱器的風(fēng)阻不應(yīng)大于兩排管的EQ1030散熱器，Delica散熱器技術(shù)條件里規(guī)定的風(fēng)阻值亦與EQ1030相近，但臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果表明，Delica散熱器的風(fēng)阻近乎后者的兩倍。我們對(duì)風(fēng)阻的試驗(yàn)結(jié)果持保留態(tài)度（可能與樣品局部受磕碰有關(guān)）。Delica散熱器技術(shù)條件見附表2。3. 風(fēng)扇離合器帶風(fēng)扇總成：1308QA-050及1308QA-010風(fēng)扇：外徑410，輪轂直徑128，葉片投影寬度43，8葉均布風(fēng)扇性能試驗(yàn)結(jié)果見附表3，試驗(yàn)方法：GB1236-85通風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性能試驗(yàn)方法硅油風(fēng)扇離合器：性

6、能參數(shù)：輸入轉(zhuǎn)速：5600rpm（曲軸轉(zhuǎn)速5000rpm時(shí)，水泵軸轉(zhuǎn)速為5600rpm） 嚙合溫度：62±3 嚙合轉(zhuǎn)速：3600±120rpm 分離溫度：49 分離轉(zhuǎn)速：6001000rpm對(duì)于硅油風(fēng)扇離合器而言，其在臺(tái)架上的嚙合轉(zhuǎn)速與整車上的嚙合轉(zhuǎn)速有一定差距，這是由于環(huán)境條件不一致引起的。轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于裝EQ491的EQ1030輕卡，風(fēng)扇的實(shí)際轉(zhuǎn)速如下： 功率點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)5000rpm，水泵5600rpm，風(fēng)扇3750rpm，離合器滑差率33% 扭矩點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)3500rpm，水泵3920rpm，風(fēng)扇3000rpm，離合器滑差率23%4水泵：EQ491型式：離心葉輪

7、式，由曲軸經(jīng)V帶傳動(dòng)；速比：1.12x曲軸轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速rpm10002000300040005000水泵流量l/min22.243.866.088.2110功率點(diǎn)流量：110l/min5000rpm扭矩點(diǎn)流量：75l/min3500rpm5節(jié)溫器：EQ491型式：臘式初開溫度：8589全開溫度：991026布置特點(diǎn)比較Delica冷卻系統(tǒng)的周邊條件優(yōu)于EQ1030：由于是短長頭造型，散熱器進(jìn)出風(fēng)道都比較順暢。空調(diào)冷凝器同樣布置在散熱器的正前方，Delica冷凝器正面積大于EQ1030，與散熱器正面積重疊部分也大于EQ1030，但空調(diào)冷凝器與散熱器的間距大于EQ1030（推薦值：不小于30mm

8、）。換EQ491后，風(fēng)扇與散熱器芯子間距太小（？40mm），一般推薦為2.56英寸。三、冷卻系統(tǒng)冷卻能力計(jì)算與分析EQ1030進(jìn)行過很完整的冷卻系統(tǒng)開發(fā)試驗(yàn)，以此為基礎(chǔ)，可以拋開煩瑣復(fù)雜的純理論計(jì)算，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測Delica換EQ491后的冷卻能力。計(jì)算過程為：（1）根據(jù)EQ1030試驗(yàn)結(jié)果，確定冷卻系統(tǒng)的安裝效率及扭矩點(diǎn)的水套散熱量；（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，預(yù)測Delica的安裝效率；（3）計(jì)算Delica冷卻常數(shù)。1 EQ1030冷卻系統(tǒng)安裝效率的確定：考慮發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)氣流的影響、葉尖間隙對(duì)容積效率的影響、以及風(fēng)扇效率，一般車用冷卻系統(tǒng)的安裝效率在45%70%之間。根據(jù)EQ1030及De

9、lica兩車的特點(diǎn)，前者的安裝效率應(yīng)接近下限，后者應(yīng)在5060%之間。（1）功率點(diǎn)實(shí)際匹配風(fēng)速EQ491全速全負(fù)荷時(shí)的水套散熱量為：Qw=40kW。圖1：水流量110 l/min時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量（EQ1030）轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)的結(jié)果：功率點(diǎn)冷卻常數(shù)T為75.6（見東風(fēng)汽車工程研究院EQCT-111-1998試驗(yàn)方法驗(yàn)證試驗(yàn)）。故，此時(shí)散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量為：=40x60/75.6=31.75kW對(duì)應(yīng)水流量為110 l/min根據(jù)附表1，得到散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量曲線如圖1。對(duì)應(yīng)31.75kW散熱量，EQ1030散熱器對(duì)應(yīng)風(fēng)速：Vr1=4.85m/s*插值計(jì)算局部數(shù)據(jù)如下：風(fēng)速（m/s)標(biāo)準(zhǔn)散熱量（kW）4.55

10、75830.622724.6545531.138214.7515231.64764.8484832.150874.9454532.64803（2）理論匹配風(fēng)速根據(jù)附表1，得到散熱器與風(fēng)扇風(fēng)阻匹配曲線如附圖1。對(duì)于EQ1030：功率點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3750rpm，匹配空氣流量：Qa=2.36612m3/s扭矩點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3000rpm，匹配空氣流量：Qa=1.85578m3/s散熱器正面積：Fr=0.19368m2通過散熱器的對(duì)應(yīng)風(fēng)速為功率點(diǎn)：扭矩點(diǎn)：（3）安裝效率：根據(jù)功率點(diǎn)的實(shí)際匹配風(fēng)速和理論匹配風(fēng)速，有：安裝效率與實(shí)際使用情況相符，也接近我們的預(yù)測?？梢哉J(rèn)為，功率點(diǎn)與扭矩點(diǎn)的安裝效率是一樣的。

11、（4）扭矩點(diǎn)水套散熱量計(jì)算：轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)的結(jié)果：功率點(diǎn)冷卻常數(shù)T為63.9（見東風(fēng)汽車工程研究院EQCT-111-1998試驗(yàn)方法驗(yàn)證試驗(yàn)）。扭矩點(diǎn)實(shí)際匹配風(fēng)速:Vr1=Vr.=9.58x39.7%=3.80m/s對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)散熱量為：Qn=24.8kW（見圖2）圖2：水流量75 l/min時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量（EQ1030）*插值計(jì)算局部數(shù)據(jù)如下：風(fēng)速（m/s）散熱量（kW）3.5918 23.8390 3.7878 24.7204 3.9837 25.5883 4.1796 26.4428 4.3755 27.2838 4.5714328.11143因此，扭矩點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)水套散熱量為：Qw=Qn*T/60=

12、24.8x63.9/60=26.4kW2、Delica冷卻系統(tǒng)安裝效率預(yù)測根據(jù)一、6和二、1，對(duì)Delica，取=55%。3、Delica冷卻能力計(jì)算（1）理論匹配風(fēng)速根據(jù)附圖1。對(duì)于Delica：功率點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3750rpm，匹配空氣流量：Qa=2.11517m3/s。扭矩點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3000rpm，匹配空氣流量：Qa=1.69551m3/s。散熱器正面積：Fr=0.2385m2通過散熱器的對(duì)應(yīng)風(fēng)速為功率點(diǎn)：扭矩點(diǎn)：（2）實(shí)際匹配風(fēng)速：安裝效率：=55%則實(shí)際匹配風(fēng)速：功率點(diǎn)： Vr1=Vr. .=8.8686x55%=4.8773m/s扭矩點(diǎn)： Vr1=Vr .=7.1091x55%=3

13、.9101m/s（3）Delica散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量：根據(jù)附表1，得到Delica散熱器功率點(diǎn)（水流量110 l/min時(shí)）標(biāo)準(zhǔn)散熱量曲線如圖3：圖3：水流量110 l/min時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量（Delica）功率點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量為Qn=33.6kW。*插值計(jì)算局部數(shù)據(jù)如下（110 l/min水流量）：風(fēng)速（m/s）散熱量（kW）4.7673532.948884.9632733.897145.1591834.829915.355135.74719對(duì)于Delica散熱器，由于扭矩點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量沒有測量，經(jīng)與EQ1030散熱器試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，Delica散熱器在低風(fēng)速段（6m/s以下）標(biāo)準(zhǔn)散熱量稍

14、大于EQ1030散熱器，因此，在扭矩點(diǎn)，直接以EQ1030散熱器散熱量作為計(jì)算依據(jù)。根據(jù)附表1，得到EQ1030（Delica）散熱器扭矩點(diǎn)（水流量75 l/min時(shí)）的標(biāo)準(zhǔn)散熱量曲線如圖4： 圖4：水流量75 l/min時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量（EQ1030）扭矩點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量為Qn=25.2kW（4）冷卻常數(shù)計(jì)算：功率點(diǎn)：扭矩點(diǎn)：EQ1030相應(yīng)的兩個(gè)冷卻常數(shù)為75.6和63.9。Delica冷卻能力好于EQ1030。對(duì)于采用0.9atm壓力蓋的閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，冷卻液沸騰溫度可提高到120以上，EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)允許的最高水溫為120，技術(shù)條件中推薦為115。因此，Delica換裝EQ491后，

15、冷卻系統(tǒng)允許的最高環(huán)境溫度為115-71.5=43.5，滿足國內(nèi)使用條件。四、對(duì)Delica散熱器的評(píng)價(jià)比面積即散熱器散熱面積（m2）/發(fā)動(dòng)機(jī)功率（hp）Delica原車=6.5/78*0.735=0.061Delica新車=6.5/66*0.735=0.072EQ1030=7.06/66*0.735=0.079日本趨向小的比面積，一般在0.05；德國奔馳一般為0.10；CABSTAR為0.07。風(fēng)速：臺(tái)架匹配結(jié)果：Delica：功率點(diǎn)8.7m/s，扭矩點(diǎn)7.1m/sEQ1030：功率點(diǎn)12.2m/s，扭矩點(diǎn)9.6m/s一般乘用車推薦風(fēng)速12m/s，載重車810m/s冷卻水流速：Delica：

16、功率點(diǎn)1.164m/s，扭矩點(diǎn)0.79m/sEQ1030：功率點(diǎn)0.619m/s，扭矩點(diǎn)0.422m/s一般情況下，水流速低于0.5m/s是不合理的，提高水流速有利于提高冷卻效率，但流速大于1m/s后，效果不顯著，反而使水泵功耗增加。Delica流速稍偏大，而EQ1030則偏小。冷卻水容積：發(fā)動(dòng)機(jī)水套3 lEQ1030散熱器2.3 lDelica散熱器1.4 l對(duì)散熱器冷卻水容積沒有嚴(yán)格的要求，但水容積過小，可能導(dǎo)致下水室出現(xiàn)負(fù)壓，影響水泵效率。一般采用加副水箱的措施，提高水泵進(jìn)口壓力。五、結(jié)論新的冷卻系統(tǒng)匹配方案是可行的，建議完成整車試制后，即進(jìn)行冷卻系統(tǒng)冷卻能力試驗(yàn)。 附表一、散熱器性能試

17、驗(yàn)結(jié)果東南delica散熱器性能試驗(yàn)結(jié)果風(fēng)速m/s空氣流量風(fēng)阻Pa散熱量kw散熱量kw流體阻力m3/s水流量40l/min水流量110l/min水流量l/min流阻kpa4.00000.954058.000024.500028.4000402.786.00001.4310183.000033.000040.0000757.18.00001.9080307.000037.000046.700011016.9810.00002.3850480.000041.100051.500012.00002.8620666.000043.600058.4000EQ1030散熱器性能試驗(yàn)結(jié)果風(fēng)速m/s空氣流量風(fēng)

18、阻Pa散熱量kw散熱量kw流體阻力m3/s水流量75l/min水流量110l/min水流量l/min流阻kpa4.00000.774730.000025.100026.9000756.656.00001.1621130.000035.000039.000011013.718.00001.5494195.000040.000045.000010.00001.9368260.000045.000049.000012.00002.324250.000053.0000附表二、風(fēng)扇性能試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)速rpm流量m3/s靜壓Pa內(nèi)功率kW噪聲dB20001.530716.84940.78671.404748.

19、72030.80711.223593.54550.78670.8485194.32230.70490.5275290.85290.78670.0000384.84540.878625001.853533.26771.52231.6417113.53161.55291.2944179.02941.28730.9781370.51821.38950.5804466.54601.52230.0000597.46181.685730002.258945.19242.574691.501.9608159.64982.595092.501.6031277.09252.186397.501.1353509.36782.308994.500.5330673.49542.564494.500.0000854.35262.819896.5032502.411353.45343.228492