發(fā)動機冷卻系統(tǒng)散熱器

1、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)散熱器設計文章來自：中國內(nèi)燃機散熱器交易網(wǎng)（陜西理工學院機械工程學院熱能與動力工程專業(yè)汽車071班，陜西 漢中723000）指導老師：王旭飛摘要：關鍵詞：散熱器 芯部 上貯水箱 下貯水箱 管帶 冷卻管 汽車工業(yè)是國家經(jīng)濟發(fā)展重要的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，散熱器需求量也在增大，而汽車散熱器是汽車的重要附件，是水冷式內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)中不可缺少的一個組成部分，它的正常工作，保證了發(fā)動機乃至整個汽車的工作效率和可靠性。當發(fā)動機運轉時，機體內(nèi)部最高溫度可達18002000，與高溫燃氣相連的零件受到強烈的加熱，如不加以適當?shù)睦鋮s，機內(nèi)溫度太高會導致發(fā)動機充氣系數(shù)下降，燃燒不正常，如爆

2、燃、早燃等不良現(xiàn)象，機油變質和燃燒，零件的摩擦和磨損加劇，從而引起發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和耐久性全面惡化。然而冷卻能力過強同樣會對發(fā)動機帶不良的后果，實踐表明，當冷卻水溫在4050下工作時，其零件磨損比在8090下工作時大23倍。從提高發(fā)動機循環(huán)效率的觀點出發(fā)，希望通過冷卻系統(tǒng)帶走的熱量盡可能少些，但這會導致汽缸、活塞、氣門的壽命下降，缸蓋發(fā)生熱疲勞裂紋，潤滑油變質等。因此，冷卻系統(tǒng)的設計和使用優(yōu)良的散熱器是保障汽車良好運行的必要條件。散熱器是汽車水冷發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中不可缺少的重要部件，其作用是將發(fā)動機水套內(nèi)冷卻液所攜帶的多余熱量經(jīng)過二次熱交換，在外界強制氣流的作用下，將多余的熱量散發(fā)

3、到空氣中。因此，冷卻系統(tǒng)中散熱器性能的好壞直接影響汽車發(fā)動機的散熱效果及其動力性、經(jīng)濟性和可靠性，乃至產(chǎn)生安全問題。1冷卻系統(tǒng)的說明內(nèi)燃機運轉時 ，與高溫燃氣相接觸的零件受到強烈的加熱，如不加以適當?shù)睦鋮s，會使內(nèi)燃機過熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常（爆燃、早燃等），機油變質和燒損，零件的摩擦和磨損加劇，引起內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和耐久性全面惡化。但是，如果冷卻過強，汽油機混合氣形成不良，機油被燃燒稀釋，柴油機工作粗爆，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會使內(nèi)燃機工作變壞。因此，冷卻系統(tǒng)的主要任務是保證內(nèi)燃機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。1.1 發(fā)動機的工況及對冷卻系統(tǒng)的要求一個良好的

4、冷卻系統(tǒng)，應滿足下列各項要求： 散熱能力能滿足內(nèi)燃機在各種工況下運轉時的需要。當工況和環(huán)境條件變化時，仍能保證內(nèi)燃機可靠地工作和維持最佳的冷卻水溫度； 應在短時間內(nèi)，排除系統(tǒng)的壓力； 應考慮膨脹空間，一般其容積占總容積的4-6%； 具有較高的加水速率。初次加注量能達到系統(tǒng)容積的90%以上。 在發(fā)動機高速運轉，系統(tǒng)壓力蓋打開時，水泵進口應為正壓； 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； 設置水溫報警裝置； 密封好，不得漏氣、漏水； 冷卻系統(tǒng)消耗功率小。啟動后，能在短時間內(nèi)達到正常工作溫度。 使用可靠，壽命長，制造成本低。1.2 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：

5、一是空氣流通系統(tǒng)；二是冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。在設計中必須作到提高進風系數(shù)和冷卻液循環(huán)中的散熱能力。提高通風系數(shù)：總的進風口有效面積和散熱器正面積之比30%。對于空氣流通不順的結構，需要加導風裝置使風能有效的吹到散熱器的正面積上，提高散熱器的利用率。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。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，散熱器到保險杠外皮的最小距離100毫米，如果發(fā)動機的三元催化在前端的話，還要考慮風扇到三元催化本體距離至少100毫米，到三元催

6、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st12。貨車散熱器一般采用縱流水結構，因為貨車的布置空間也較寬裕。而且縱流水結構的散熱器強度及懸置的可靠性較好，轎車多采用散熱器橫流水結構，因為轎車車身較低，空間尺寸緊張。橫流水結構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面積。散熱器分成水冷和風冷兩種冷卻形式，風冷主要用在行駛在沙漠地帶的車輛的冷卻，但是決大多數(shù)的車輛采用水冷冷卻形式。散熱器懸置布置：散熱器通常為四點懸置，也可以采用三點懸置。其中主懸置點為2個，輔助懸置點為2個或1個。所有懸置點應布置在同一個部件總成上，

7、改善散熱器受力情況，以盡量減少散熱器的振動強度。主懸置點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到減震的目的。主懸置點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行剛性連接。中，重型載貨汽車由于散熱器的質量大及使用環(huán)境較差，一般要在散熱器的外部增加一個剛性較大的保護框架，以防止振動等外界力直接作用在散熱器上。懸置點設置在框架上。輕型貨車和轎車一般不加保護框架，懸置點設置在散熱器的側板或水室上。為提高散熱器強度一些車散熱器上加有十字拉筋。護風罩的作用是確保風扇產(chǎn)生的風量全部流經(jīng)散熱器，提高風扇效率。護風罩對低速大功率風扇效率提高特別顯著。風扇與

8、護風罩的徑向間隙較小，風扇的效率越高。但間隙過小，車在行駛中由于振動會造成風扇與護風罩之間的干涉。風扇與護風罩之間的徑向間隙一般控制在5mm25mm。當風扇與護風罩之間的干涉。風扇與護風罩安裝在同一零部件總成上（如同在底盤或同在車身上）其徑向與相對運動，風扇與護風罩之間的間隙可以下線，否則取上限。風扇與護風罩的軸向位置一般為：風扇徑向投影寬度的2/3在護風罩內(nèi)，1/3在護風罩外，以增加導流減小背壓。在大批量生產(chǎn)的車型中多采用塑料護風罩。鐵護罩多用于批量小或直徑較大的車型中。在某些車型中，特別是轎車，護風罩在常開有多個窗口并加以單向簾布。當車速較高，風扇停止運轉時簾布打開減小護風罩的風阻，當風扇

9、啟功后，簾布關閉提高風扇效率。風扇直徑大小應和散熱器的形狀相協(xié)調(diào)，條件允許時可增大風扇的直徑，降低風扇轉速。以達到減小功率消耗和降低噪音的目的。在某些散熱器長，寬比例相差較大時，如轎車散熱器，有時采用兩個直徑較小的風扇所取代。特別是要求轉速較高的風扇中已全部采用塑料風扇。電動風扇是由電動機來驅動風扇，電動機的啟動與停止是受水溫直接感應的溫度開關來控制。電動風扇具有起動溫度與設定溫度一致，布置位置靈活，不受發(fā)動機轉速的影響，汽車在低速怠速時冷卻效果好等優(yōu)點，冷車啟動時水溫上升較快。但也多用于發(fā)動機橫置的轎車。目前汽車上應用的節(jié)溫器均采用蠟式感應體節(jié)溫器。當冷卻水溫溫度升高時蠟膨脹，節(jié)溫器開啟，冷

10、卻水流經(jīng)散熱器進行大循環(huán)。當冷卻水的溫度降低時蠟體積縮小，節(jié)溫器關閉，冷卻水不經(jīng)過散熱器，短路流經(jīng)發(fā)動機剛體進行小循環(huán)。節(jié)溫器一般布置在發(fā)動機的出水口處。要求節(jié)溫器的泄漏量小，全開時流通面積大。增大節(jié)溫器的流通面積可以通過提高節(jié)溫器閥門的升程和增加閥門的直徑來實現(xiàn)。國外較先進的節(jié)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節(jié)溫器閥門直徑帶來的卡滯，密封不嚴等問題。但是增大節(jié)溫器的升程，對節(jié)溫器技術要求較高。有些發(fā)動機為增加節(jié)溫器的流通面積多采用兩只節(jié)溫器并聯(lián)結構。水泵的流量及揚程根據(jù)不同的發(fā)動機而定。流量一般為發(fā)動機額定功率的1.52.7倍。，揚程一般為0.7kpa1.5kpa，揚

11、程過高對冷卻系統(tǒng)的密封性會產(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構，水封采用陶瓷，碳化硅動環(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格控制。盡量靠近散熱器布置，使得水管長度最短；膨脹箱的高度要高于冷卻系統(tǒng)所有部件。1.3冷卻系統(tǒng)總體布置圖圖1汽車發(fā)動機水冷系統(tǒng)總體布置圖2.散熱器的設計散熱器的設計以符合發(fā)動機在正常工作范圍的散熱量需要設計，同時，應滿足車輛安裝需求的最小空間和維護方便等內(nèi)容綜合考慮。2.1散熱器的設計要求1）散熱能力能滿足發(fā)動機在各種工況下的需要；2）冷卻系統(tǒng)消耗功率小，且熱機快；3）體積小，重量輕，便于拆裝維修；4）使用

12、可靠，壽命長，制造成本低。2.2散熱器的結構散熱器俗稱水箱，它主要由上貯水箱、下貯水箱、散熱器芯和護風圈組成，此外還有上下進出水口、放水口、放氣孔和補水口等。如圖2所示1-進水口 2-上水室 3-放氣孔 4-補水口 5-護風圈 6-放水口 7-下水室 8-出水口圖2 散熱器結構示意圖強制循環(huán)式水冷用散熱器可分為直流型和橫流型。直流式散熱器在汽車發(fā)動機上使用極為廣泛。國產(chǎn)解放CA6102型、東風EQ61001型發(fā)動機以及桑塔納18 L、奧迪100 18 L、富康136 L、標致2 L、夏利1 L、13 L等轎車發(fā)動機都采用了這種直流式散熱器。其結構形式如圖3。圖3直流式散熱器1散熱器 2上水室

13、3下水室 4散熱器芯子但是，由于它的散熱芯子垂直布置，芯子上下分別布置了上水室和下水室，因而高度尺寸比較大，在發(fā)動機罩蓋較低的轎車上布置比較困難。所以有些轎車上采用散熱器芯子水平布置，用左右兩側的水室代替?zhèn)鹘y(tǒng)的上下水室結構，冷卻液左右流動的所謂的橫流式散熱器。這種散熱器寬度尺寸較大，芯子正面有效面積增加10，從而加大風扇尺寸，得到更多迎風面積，使氣流更為流暢，其結構見圖4。圖4 橫流式散熱器1.散熱器蓋 2.氣液分離器 3.進水管 4.自動變速器液壓油冷卻器 5.放水塞 6.放水口 7.出水管德國大眾Golf型轎車以及BMW公司的一些轎車，以及國產(chǎn)依維柯、沈陽海獅等輕型車上就采用了這種結構的散

14、熱器。散熱器芯子是散熱器的核心部分，起主要的散熱作用。散熱器芯子由散熱管、散熱片(或散熱帶、上下主片等組成。由于它具有足夠的散熱面積，因此能保證將必須的熱量從發(fā)動機散發(fā)到周圍的大氣中去。而且散熱器芯子是用極薄的導熱性能好的金屬及其合金制造的，能使散熱器芯子以最小的質量和尺寸達到最高的散熱效果。散熱器芯子的結構有多種，如管片式、管帶式、細胞式、管芯式等等。如圖5所示，常見的多為管片式和管帶式。圖5芯子的種類a.管片式 b管帶式 c細胞式 d管芯式2.3理論依據(jù)及計算Qw受許多復雜因素的影響，很難精確計算，可以用下列經(jīng)驗公式估算：Qw=A ge Pe hu / 3600，kj/s A-燃料熱能傳給

15、冷卻系的分數(shù)，取同類機型的統(tǒng)計量，%，汽油機A=0.230.30，取A=0.25-燃料消耗率，kg/kw.h；汽油機0.2050.320 取0.25-發(fā)動機有效功率，hu-燃料低熱值，一般取43100kj/kg若水冷式機油散熱器，要增加散熱量，增大5%10%.Vw= Qw/TwwCw，m3/s -冷卻水循環(huán)的容許溫升（-），取-水的密度，（1000kg/）-水比熱（4.187kJ/kg.）考慮到冷卻液在各管道中的沿程阻力實際冷卻水循環(huán)量為Vp=1.2VwVa一般根據(jù)散熱器的散熱量來確定，散熱器的散熱量可近似等于散入冷卻系統(tǒng)的熱量Qw。Va= Qw/taaCpa，m3/s -散熱器前后流動空氣的

16、溫度差，取20-空氣密度，一般取1.01kg/-空氣的定壓比熱，可取=1.047kJ/kg.已知散熱器散發(fā)的熱量后，所需散熱面積F可由下式計算： K-散熱器的傳熱系數(shù) -散熱器貯備系數(shù)，水垢及油泥影響等，一般=1.11.5，取1.1-冷卻水與空氣的平均溫差，取散熱器的不同部位，其冷卻水與空氣溫差不同，通常采用平均溫差，平均溫差可由下列式計算: 散熱器進水溫度，取 散熱器出水溫度，取空氣進入散熱器時的溫度，取 空氣離開散熱器時的溫度，取從冷卻水到散熱器壁的放熱系數(shù),當冷卻水流速為0.20.6m/s時，約為20003500，取3500。散熱管導熱系數(shù)，純鋁導熱系數(shù)為230W/m.k,換算為散熱管壁

17、厚，0.0002m散熱管到空氣的散熱系數(shù)，當流過散熱管的空氣流速為1020m/s時，=60105，取105。根據(jù)總體布置確定散熱器的高度和寬度。一般先確定高度h，再確定寬度b。b=FR/h，m（1）在計算出散熱面積后，就是散熱器芯部的選擇。從結構上分主要有管片式和管帶式兩種（如圖6）。這里選用管帶式散熱器。管片式 管帶式圖62管帶式散熱器芯子按照冷卻管在芯厚T方向從一到五的排數(shù)可分為D1,D2,D3,D4,D5五種形式。見附圖（1）中示出D1,D2,D3型的排列方式。（3）芯子中冷卻管分為咬口管和高頻對焊管兩種型式（見附圖2）；其尺寸見附表（1）。（4）芯子中散熱帶的型式見附圖（1），其尺寸見

18、附表（2）。（5）芯子的尺寸芯子內(nèi)部個尺寸關系見附表（3）。（6）芯厚T、芯寬W和芯高H見附圖（1）和附圖（3），尺寸見附表（4）和附表（5）。2.4 實例計算 以本田 雅閣 2.3自動VTI-L 車型為例：發(fā)動機主要參數(shù)：類型：水冷4沖程，直列4缸SOHC VTEC ，16氣門橫置氣缸直徑與行程：86.0mm×97.0mm發(fā)動機排量：2254ml壓縮比：8.9：1最大功率：110kw/5700rpm最大扭矩：206N.m/4900rpm（1）考慮到散熱器的懸置穩(wěn)定性以及本田雅閣車型的引擎布置的空間結構選用散熱器的結構型式選用直流式。（2）散熱器芯部的結構型式選用管帶式，對于管帶式散

19、熱芯子，它是由波紋狀的散熱帶和散熱管相間排列構成的而且在散熱帶上一般開有許多類似百葉窗的孔，以破壞空氣流在散熱帶表面上的附著層，提高散熱力。這種散熱器的芯子與管片式相比，散熱能力較高，制造工藝簡單、質量輕、成本低，但結構強度不如管片式好，因此多用于小客車及轎車。故，本發(fā)動機散熱器芯子的結構型式選用管帶式。（3）散入冷卻系統(tǒng)的熱量燃料低熱值，一般取43100kj/kg(4冷卻水的循環(huán)量VW(5冷卻空氣的需要量Va（6）散熱器所需的散熱面積F（7）根據(jù)汽車行業(yè)標準QC/T29025-1991,參考表1選擇如下芯子：冷卻管選取高頻對焊型冷卻管型號，=2mm ,L=16m,參考圖7選用型雙排冷卻管，如

20、圖10 圖10參考芯子內(nèi)部尺寸關系表3得：C=L+4=20mm d=+1=9mm T=(2-1C+2d=38mm參考散熱器芯子中散熱帶的尺寸表3 取b=10mm,t=4mm（8）根據(jù)汽車行業(yè)標準QC/T29025-1991表 芯厚T、芯寬W和芯高HH取420mm,W取530mm,T為38mm（9）散熱器正面積（迎風面積）為（10）每片散熱帶的有效散熱面積（雙面）S0=（11）所需管帶數(shù)為,考慮到散熱器芯部與主框架之間應布有管帶以便相互對稱，故所需的管帶數(shù)為44+1=45片（12）散熱帶總散熱面積（13）所需冷卻管數(shù)為（14）每根冷卻管表面積約為：冷卻管總表面積約為總散熱面積，滿足散熱面積要求。

21、上貯水箱又稱進水室，在所設計的縱流式散熱器中，散熱器芯豎立布置，上接進水室，下連出水室，冷卻液由進水室自上而下流過散熱器芯部進入出水室。上貯水箱上有加冷卻液的進液口，也設有流經(jīng)過發(fā)動機缸體水套被加熱了的熱冷卻液的回流口。同時上貯水箱又要儲存一定量的冷卻液來保證冷卻液能夠布滿整個散熱器芯部。此外上貯水箱上還應設置有散熱器懸掛所用的禁錮螺栓。因此上貯水箱的設計也關系到整個散熱器性能的好壞?？紤]到散熱器的整體尺寸與安裝關系，再結合散熱器芯部的尺寸參數(shù)設計散熱器進水室的結構尺寸如圖（）散熱器上貯水箱結構使用示意圖所示。圖（）散熱器上貯水箱結構示意圖圖中1、釣餌 2、箱體 3、加液口 4、進液口圖中，散

22、熱器進水室水平長度為550mm是根據(jù)散熱器芯部44排高頻對焊管加45排管帶的尺寸和再加上散熱器左右框架及安裝冷卻風扇護風罩的之家的尺寸而定的。散熱器進水室的水平寬度為44mm。這是根據(jù)散熱器管帶的寬度在考慮到與散熱器框架與整體布局而定的。散熱器進水室豎直高度為44mm。這是考慮到散熱器進水室上焊裝有與發(fā)動機缸體水套連接的進水管口，與散熱器整體的懸掛空間及美觀性為出發(fā)點的。此外，加冷卻液口處于進水室上部靠右邊處這是考慮到人們加冷卻液時的位置，加冷卻液口在保證處于整個散熱器最上方的同時盡量的靠邊。這樣人們加冷卻液與檢測冷卻液的多少，方便又舒適。散熱器加冷卻液口得上部內(nèi)的徑為33mm，上部內(nèi)徑為20

23、mm，這是考慮到散熱器蓋得下密封面，及下密封面被內(nèi)部壓力頂起時泄壓的順暢性。加冷卻液口上下密封面之間距離為20mm，這綜合考慮到散熱器的結構與尺寸參數(shù)，考慮到溢流管的布置位置，考慮到加冷卻液口總高而定的。溢流管的溢壓口在距加冷卻液口下密封面10mm的地方，它用以保證冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力，以及散熱器蓋下密封襯墊被內(nèi)部壓力徹底打開時泄壓與溢流的順暢。散熱器進水室上進液口位于正視靠左靠上的位置，因為從發(fā)動機缸體內(nèi)出來的高溫冷卻液要由此口進入到散熱器降溫。因此此進液口的位置應該盡量靠上，以及保證高溫的冷卻液能夠順暢無阻的進入并充滿整個散熱器，并且抑制進水室內(nèi)的水倒流，進入發(fā)動機缸體水套。盡量地靠左邊是為了

24、避開右側的加冷卻液口，并且保證進水管的布置以及散熱器與后面發(fā)動機的空間位置關系。根據(jù)附表（）得，散熱器進出水管的規(guī)格尺寸。初步選用直徑34mm的進水管，再根據(jù)要求進水管安裝部分的外徑必須大于進水管內(nèi)徑1mm。故散熱器進水口的外徑35mm，內(nèi)徑為33mm。進水口外徑上分布有3圈斜齒環(huán)，它是為了保證進水口與進水管的裝配牢固性而設計的。下貯水箱又稱出水室，冷卻液由進水室自上而下流經(jīng)散熱器芯部進入出水室。下貯水箱上接有冷卻液流經(jīng)冷卻水泵進入發(fā)動機缸體水套的管道，還有更換冷卻液是的排水閥?？紤]到散熱器的整體尺寸與安裝關系，再結合散熱器芯部的尺寸參數(shù)設計散熱器出水室的結構尺寸如圖（）所示。圖（）散熱器下貯

25、水箱結構示意圖1、箱體 2、冷卻管對接口 3、出水口 4、放液口 5、底座螺釘圖中，散熱器出水室水平長度為556mm是根據(jù)散熱器芯部44排高頻對焊管加45排管帶的尺寸和再加上散熱器左右框架及安裝冷卻風扇護風罩的之家的尺寸而定的。散熱器出水室的水平寬度為44mm。這是根據(jù)散熱器管帶的寬度在考慮到與散熱器框架與整體布局而定的。散熱器進水室豎直高度為44mm。這是考慮到散熱器進水室上焊裝有與發(fā)動機水泵連接的出水水管口，與散熱器整體的懸掛空間及美觀性為出發(fā)點的。散熱器出水室出水管口內(nèi)腔與出水室下底面相切，這是考慮到散熱器出水順暢，同時來自整個散熱器內(nèi)的水壓也減輕了冷卻系統(tǒng)水泵的工作阻力。出水管口還盡量

26、靠右，這是考慮到整個冷卻系統(tǒng)的布置，發(fā)動機進水管的布置以及散熱器與發(fā)動機的空間位置。根據(jù)附表（）得，散熱器進出水管的規(guī)格尺寸。初步選用直徑34mm的進水管，再根據(jù)要求出水管安裝部分的外徑必須大于純水管內(nèi)徑1mm。故散熱器出水口的外徑35mm，內(nèi)徑為33mm。出水口外徑上分布有3圈斜齒環(huán)，它是為了保證出水口與進水管的裝配牢固性而設計的。位于左下邊的帶內(nèi)管螺紋的為散熱器的放水閥。放水閥是在更換冷卻流時打開讓散熱器內(nèi)的冷卻液流出的閥門。因此它的內(nèi)徑也與散熱器出水室的下底面相切，用以保證放水時散熱器內(nèi)的冷卻液能徹底的排凈以及放水時的出水壓力。它外徑為8mm，內(nèi)徑為5mm,是考慮到出水閥的規(guī)格尺寸而定的

27、。在進水室下部兩錐斜面上相距中心233mm處于對稱的分布有兩個底座螺釘。底座下表面相切有在螺釘上穿著的柔性墊片，用以吸陣，保證整個散熱器懸掛的穩(wěn)定性?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機強制循環(huán)水冷系統(tǒng)都用散熱器蓋嚴密的蓋在散熱器冷卻液口上，使水冷系統(tǒng)成為封閉系統(tǒng)，通常稱這種水冷系統(tǒng)為閉式水冷系統(tǒng)。密閉式水冷系統(tǒng)可使系統(tǒng)內(nèi)的壓力提高98196kpa，冷卻液的沸點也相應的提高到120左右，從而擴大散熱器與周圍空氣的溫差，提高了散熱器的換熱效率。在散熱器換熱能力增強的前提下就可以相應的減小散熱器的尺寸，以達到材料和質量的進一步優(yōu)化。此外，閉式水冷系統(tǒng)可以減少冷卻液外溢及蒸發(fā)損失。散熱器蓋得作用是密閉水冷系統(tǒng)并調(diào)節(jié)系統(tǒng)的

28、工作壓力。當散熱器蓋蓋在散熱器加冷卻液口上并鎖緊時，散熱器蓋的上密封襯墊在壓力閥彈簧的作用下與加冷卻液口上的上密封面貼緊，散熱器蓋的下密封襯墊在壓力彈簧的作用下與冷卻液口的下密封面貼緊，這時水冷系統(tǒng)被密封。散熱器蓋的結構及工作原理如圖 （） 所示。圖（）散熱器蓋結構及工作原理圖當發(fā)動機工作時，冷卻液的溫度逐漸升高，冷卻液的體積膨脹，使水冷系統(tǒng)內(nèi)的壓力增高。當壓力超過預定值時，壓力閥開啟，一部分冷卻液經(jīng)溢流管流入補償水箱，以防止冷卻液脹裂散熱器。當發(fā)動機停機后，冷卻液的溫度下降，水冷系統(tǒng)內(nèi)的壓力也隨之降低。當壓力低于大氣壓力出現(xiàn)真空時，真空閥開啟，補償水箱內(nèi)的冷卻液流回散熱器，可以避免散熱器被大

29、氣壓力壓壞。補償水箱內(nèi)的液面有時升高，有時降低，而散熱器缺總是被冷卻液充滿。在壓力閥和真空閥的作用下補償水箱還可以消除水冷系統(tǒng)中的所有氣泡。不論水冷系統(tǒng)中有空氣泡還是水蒸汽泡，都會降低傳熱效率，當水冷系統(tǒng)中有空氣泡時還會增加金屬被腐蝕的危險。因此散熱器蓋的設計也至關重要。（1）散熱器蓋基本參數(shù)的設計由于散熱器蓋是嚴密的蓋在散熱器加液口上的，因此散熱器蓋蓋體與加液口的外徑保證尺寸上的配合。散熱器蓋上的密封襯墊在壓力閥彈簧的作用下與加冷卻液口上的上密封面貼緊，因此上密封襯墊的尺寸與加液口上密封面的尺寸也存在對應關系。散熱器蓋的下密封襯墊在壓力彈簧的作用下與冷卻液口的下密封面貼緊，因此下密封襯墊的尺

30、寸與加液口下密封面的尺寸也存在對應關系。圖（）散熱器蓋結構圖1、散熱器蓋 2、上密封襯墊 3、壓力彈簧 4、下密封襯墊 5、真空閥 6、壓力閥 散熱器蓋要能完全的套在加冷卻液口上，故她的內(nèi)徑應略大于加冷卻液口得外徑。上密封襯墊是蓋在加冷卻液口的上密封面上的，為了保證上下密封面的密封效果，在根據(jù)加冷卻液口上密封面的尺寸參數(shù)，取散熱器蓋上密封襯墊的內(nèi)外徑分別為：32mm、36mm。上下密封襯墊間的距離是根據(jù)加液口上下密封面間的距離與散熱器蓋蓋上后的預壓力而取20mm。下密封襯墊與加液口下密封面之間的密封程度要求比較高，因為冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力是考散熱器蓋下密封面所受彈簧的推理決定的?？紤]到冷卻系統(tǒng)冷卻

31、系統(tǒng)內(nèi)壓力過高泄壓時，下密封面要向上滑行以打開加液口，因此下密封襯墊應盡量厚且直徑略小于加液口小徑。（2）壓力閥彈簧的參數(shù)設計預設閉式水冷系統(tǒng)在系統(tǒng)內(nèi)壓力提高160kpa時，壓力閥開啟，一部分冷卻液經(jīng)溢流管流入補償水箱。已知：散熱蓋器蓋下密封面受冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力的面積 根據(jù)情況當冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力超過160Kpa時，系統(tǒng)內(nèi)壓力推動散熱器蓋內(nèi)的下密封襯墊直到溢流閥被打開開始泄壓。故可知彈簧的最大工作載荷 取Fmax=52N根據(jù)加冷卻液口上下密封面之間的距離與附表（）普通圓柱螺旋彈簧尺寸系列（/1358-1993）選取彈簧的自由長度=24mm.在安裝載荷FMIN作用下彈簧被壓縮H1=20mm，其壓縮變形

32、量。在最大載荷FMAX的作用下彈簧長度減到H2=10mm，其壓縮變形量。故彈簧的工作行程。根據(jù)工作情況及具體條件選定材料為碳素鋼，在附表（ ）彈簧材料及其許用應力可以得出：所選類碳素鋼彈簧鋼絲的許用應力，再由附表（ ）彈簧鋼絲的拉伸強度極限(GB/T4357-1989可得鋼絲直徑d=1.2mm的碳素鋼的拉伸強度極限在1620-1960之間，取1900mpa。根據(jù)安裝空間及附表（ ）普通圓柱螺旋彈簧尺寸系列（GB/T1358-1993）選取彈簧的中經(jīng)D=12mm。再由附表（ ）常用旋繞比C值及附表（）選取彈簧絲直徑1.2mm,C取10。故彈簧的曲度。試算彈簧絲直徑d故所選d符合設計要求。根據(jù)變形

33、條件求出彈簧的工作圈數(shù)對于壓縮彈簧所設計的彈簧的各種參數(shù)如表（）名稱公式值（mm）中徑DD=Cd12內(nèi)徑D1D=D-d10.8外徑D2D=D+d13.2旋繞比C10壓縮彈簧長細比bb=2自由長度H024工作長度h10有效圈數(shù)n3.42節(jié)距p5.2螺旋角244散熱器放液閥設計放水閥是更換散熱器冷卻液以及維修排放冷卻液不可缺少的一個部件，它要求能耐150多度的高溫，耐腐蝕，耐高壓，有很好的密閉型。根據(jù)散熱器放水閥口的位置及閥口開關的操作方式以及球閥：結構簡單，開關迅速，操作方便，體積小，重量輕，零部件少，流體阻力最小，密封性好的特點，通常，在雙位調(diào)節(jié)、密封性能嚴格、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速、高壓截止（壓差大）、低噪音、有氣化現(xiàn)象、操作力矩小、流體阻力小的管路中，推薦使用球閥，因此散熱器的放水閥采用速開速閉的球閥結構。具體結構與尺寸見圖（）。圖（）放水閥結構示意圖1、閥體 2、調(diào)整墊 3、閥蓋 4、閥芯 5、密封圈 6、填料墊 7、填料 8、壓緊套 9、扳手