汽车冷却系统匹配设计.doc

奇瑞汽车有限公司XXX（总布置）产品设计开发指南编制日期：编者： 版次：第 1 页 共 13 页一、一、 冷却系统说明冷却系统说明二、二、 散热器总成参数设定及基本性能要求散热器总成参数设定及基本性能要求三、三、 膨胀箱总成参数设定及基本性能要求膨胀箱总成参数设定及基本性能要求四、四、 冷却风扇总成参数设定及基本性能要求冷却风扇总成参数设定及基本性能要求五、五、 橡胶水管参数设定及基本性能要求橡胶水管参数设定及基本性能要求一、一、冷却系统说明冷却系统说明奇瑞汽车有限公司XXX（总布置）产品设计开发指南编制日期：编者： 版次：第 2 页 共 13 页内燃机运转时 ，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热，如不加 以适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等） ， 机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起内燃机的动力性、经济性、可 靠性和耐久性全面恶化但是，如果冷却过强，汽油机混合气形成不良，机油 被燃烧稀释，柴油机工作粗爆，散热损失和摩擦损失增加，零件的磨损加剧， 也会使内燃机工作变坏。

因此，冷却系统的主要任务是保证内燃机在最适宜的 温度状态下工作1.11.1 发动机的工况及对冷却系统的要求发动机的工况及对冷却系统的要求 一个良好的冷却系统，应满足下列各项要求： 1）散热能力能满足内燃机在各种工况下运转时的需要当工况和环 境条件变化时，仍能保证内燃机可靠地工作和维持最佳的冷却水 温度 2）应在短时间内，排除系统的压力 3）应考虑膨胀空间，一般其容积占总容积的 4-6%； 4）具有较高的加水速率初次加注量能达到系统容积的 90%以上 5）在发动机高速运转，系统压力盖打开时，水泵进口应为正压； 6）有一定的缺水工作能力，缺水量大于第一次未加满冷却液的容积；7）设置水温报警装置； 8）密封好，不得漏水； 9）冷却系统消耗功率小启动后，能在短时间内达到正常工作温度10）使用可靠，寿命长，制造成本低 1.21.2 冷却系统的总体布置冷却系统的总体布置 冷却系统总布置主要考虑两方面：一是空气流通系统；二是冷却液循环系 统在设计中必须作到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力 提高通风系数：总的进风口有效面积和散热器正面积之比≥30%对于空 气流通不顺的结构，需要加导风装置使风能有效的吹到散热器的正面积上，提 高散热器的利用率。

在整车空间布置允许的条件下，尽量增大散热器的迎风面积，减薄芯子厚 度这样可充分利用风扇的风量和车的迎面风，提高散热器的散热效率一般 货车芯厚不超过四排水管，轿车芯厚不超过二排水管 在整车布置中散热系统中，还要考虑散热器和周边的间隙，散热器到保险 杠外皮的最小距离 100 毫米，如果发动机的三元崔化在前端的话，还要考虑风 扇到三元催化本体距离至少 100 毫米，到三元催化隔热罩距离至少 80 毫米一 般三元催化的隔热罩到本体大概有 15 毫米，隔热罩厚度为 0.5－1 毫米，一般 材料为 st12奇瑞汽车有限公司XXX（总布置）产品设计开发指南编制日期：编者： 版次：第 3 页 共 13 页 1.2.11.2.1 散热器布置散热器布置 货车散热器一般采用纵流水结构，因为货车的布置空间也较宽裕而且纵 流水结构的散热器强度及悬置的可靠性较好，轿车多采用散热器横流水结构， 因为轿车车身较低，空间尺寸紧张横流水结构散热器能充分地利用轿车的有 限空间最大限度地增加散热器的迎风面积散热器分成水冷和风冷两种冷却形 式，风冷主要用在行驶在沙漠地带的车辆的冷却，但是决大多数的车辆采用水 冷冷却形式。

散热器悬置布置： 散热器通常为四点悬置，也可以采用三点悬置其中主悬置点为 2 个，辅 助悬置点为 2 个或 1 个所有悬置点应布置在同一个部件总成上，改善散热器 受力情况，以尽量减少散热器的振动强度主悬置点与其连接的部件总成之间 以胶垫或胶套等柔性非金属材料过渡以达到减震的目的主悬置点的胶垫压缩 量一般为其自由高度的 1/5 左右少数轿车因其整车的减振胶垫或胶套而进行 刚性连接 中，重型载货汽车由于散热器的质量大及使用环境较差，一般要在散热器 的外部增加一个刚性较大的保护框架，以防止振动等外界力直接作用在散热器 上悬置点设置在框架上轻型货车和轿车一般不加保护框架，悬置点设置在 散热器的侧板或水室上为提高散热器强度一些车散热器上加有十字拉筋 1.2.21.2.2 护风罩布置护风罩布置 护风罩的作用是确保风扇产生的风量全部流经散热器，提高风扇效率 护风罩对低速大功率风扇效率提高特别显著 风扇与护风罩的径向间隙较小，风扇的效率越高但间隙过小，车在行 驶中由于振动会造成风扇与护风罩之间的干涉风扇与护风罩之间的径向间隙 一般控制在 5mm－25mm当风扇与护风罩之间的干涉风扇与护风罩安装在同 一零部件总成上（如同在底盘或同在车身上）其径向与相对运动，风扇与护风 罩之间的间隙可以下线，否则取上限。

风扇与护风罩的轴向位置一般为：风扇 径向投影宽度的 2/3 在护风罩内，1/3 在护风罩外，以增加导流减小背压 在大批量生产的车型中多采用塑料护风罩铁护罩多用于批量小或直径 较大的车型中 在某些车型中，特别是轿车，护风罩在常开有多个窗口并加以单向帘布 当车速较高，风扇停止运转时帘布打开减小护风罩的风阻，当风扇启功后，帘 布关闭提高风扇效率 1.2.31.2.3 风扇布置风扇布置 风扇直径大小应和散热器的形状相协调，条件允许时可增大风扇的直径， 降低风扇转速以达到减小功率消耗和降低噪音的目的在某些散热器长，宽 比例相差较大时，如轿车散热器，有时采用两个直径较小的风扇所取代特别 是要求转速较高的风扇中已全部采用塑料风扇 电动风扇是由电动机来驱动风扇，电动机的启动与停止是受水温直接感应奇瑞汽车有限公司XXX（总布置）产品设计开发指南编制日期：编者： 版次：第 4 页 共 13 页 的温度开关来控制电动风扇具有起动温度与设定温度一致，布置位置灵活， 不受发动机转速的影响，汽车在低速怠速时冷却效果好等优点，冷车启动时水 温上升较快但也多用于发动机横置的轿车 1.2.4 调温器布置 目前汽车上应用的调温器均采用蜡式感应体调温器。

当冷却水温温度升高 时蜡膨胀，调温器开启，冷却水流经散热器进行大循环当冷却水的温度降低 时蜡体积缩小，调温器关闭，冷却水不经过散热器，短路流经发动机刚体进行 小循环调温器一般布置在发动机的出水口处要求调温器的泄漏量小，全开 时流通面积大增大调温器的流通面积可以通过提高调温器阀门的升程和增加 阀门的直径来实现国外较先进的调温器多通过提高阀门升程来增大流通面积， 这样可以减少因增大调温器阀门直径带来的卡滞，密封不严等问题但是增大 调温器的升程，对调温器技术要求较高有些发动机为增加调温器的流通面积 多采用两只调温器并联结构 1.2.51.2.5 水泵布置水泵布置 水泵的流量及扬程根据不同的发动机而定流量一般为发动机额定功率的 1.5－2.7 倍 ，扬程一般为 0.7kpa－1.5kpa，扬程过高对冷却系统的密封性会 产生不利的影响水泵的可靠性主要取决于水封和轴承，轴承普遍采用轴连轴 承及永久式润滑结构，水封采用陶瓷，碳化硅动环和石墨静环整体式水封轴 承的游隙及水封的气密性要严格控制 1.2.61.2.6 膨胀箱布置膨胀箱布置 尽量靠近散热器布置，使得水管长度最短；膨胀箱的高度要高于冷却系统 所有部件。

1.2.7 变速箱冷却布置1.2.8 中冷气布置1. 3 3 冷却系统主要部件匹配设计要点 在整车总布置空间允许的条件下，尽量增大散热器的迎风面积 在保证风量不变的条件下，可以适当增加风扇直径，降低风扇转速，减少噪声 和功率消耗 冷却系统的最高水温应以发动机的允许使用水温为标准 调温器的全开温度应为发动机正常工作水温范围的中限，开启温度应为发 动机正常工作水温范围的下限但因调温器的自身特性，开启温度一般低于全 开温度 10 摄氏度左右 风扇离合器啮合温度应设定在调温器初开温度和全开温度的中间温度但 应注意硅油风扇离合器啮合温度与冷却水的实际温度间存在一定差异（水温是 通过空气温度间接反应在风扇离合上） ，在设定硅油风扇离合器啮合温度时应充 分考虑到这一点奇瑞汽车有限公司XXX（总布置）产品设计开发指南编制日期：编者： 版次：第 5 页 共 13 页 1.41.4 冷却系统轮廓图（例子）冷却系统轮廓图（例子） 1.散热器张紧板 2.六角法兰面螺栓 3.橡胶衬套 4.散热器总成 5.弹性卡箍 6. 发动机出水管 7.弹性卡箍 8.水管－膨胀箱至散热器 9.水管卡片 10.六角法兰面螺栓 11.管夹 12.六角法 兰面螺栓 13.膨胀箱总成 14.弹性卡箍 15.水管－膨胀箱至水泵 16.水管－发 动机至膨胀箱 17.弹性卡箍 18.发动机进水管 19.弹 性卡箍 20.弹性卡箍 21.暖风机进水管 22.弹性卡箍 23.暖风机出水管 24.橡 胶软垫 25.六角法兰面螺栓 26.风扇电机带护风圈总成二、二、散热器总成布置及设计参数散热器总成布置及设计参数 1 1 设计参数设计参数 散热器散热量的计算 散热器正面积概念、散热器的总散热面积、散热器的散热系数2 2 主要设计参数的决定因素和最优化的目标。

主要设计参数的决定因素和最优化的目标冷却系统散走的热量 Qw，受许多复杂因素的影响，很难精确计算，初估 Qw 时，可以用下列经验公式估算其中 Qw 与A─传给冷却系统的热量占燃料热能 的的百分比，对汽油机A=0.23～0.30；ge─内燃机燃油消耗率（千克/千 瓦·小时） ；Ne─内燃机功率（千瓦） ；hn─燃料低热值，hn=43100 千焦/千克 有关 传热系数 K 是评价散热效能的重要参数提高散热系数可以改善三热效能， 减少尺寸和材料消耗传热系数受散热器芯部结构、水管中冷却水的流速、通 过散热器的空气流速、管带材料以及制造质量（特别是焊接质量）等许多因素 的影响散热器的另一质量指标是空气阻力 P，它主要取决与散热器芯的结构 和尺寸散热器的传热系数和空气阻力，只能是通过专门的试验才能实现 影响传热系数最主要的因素是通过散热器芯的空气流速，当空气流速提高奇瑞汽车有限公司XXX（总布置）产品设计开发指南编制日期：编者： 版次：第 6 页 共 13 页 时，传热系数增大，但同时使空气阻力按平方关系更急剧的增长，使风扇功率 消耗很快增加当散热器外形尺寸不变时，增加散热带的间距，可以提高传热 系数，但是由于散热面积减少，总散热量反而下降。

3 3 环境条件环境条件 环境温度 45℃，日照 950W/M2 系统设置最低温度 -35℃ 在试验压力 0.35Mpa 和 0.01Mpa 下，不允许有泄露 4 4 基本设计要求基本设计要求 关于散热器的规格，因以下的理由，应根据供应商的推荐决定其规格 1.虽然有散热器的设计计算公式（参考） ，但最近的倾向是不通过计算公式 来决定散热器的参数 另外，因为试验经验得出的系数较多，所以理论数据与实际不符 2.从最近的散热器的技术、倾向及成本等考虑的话，从散热器供应商所设 定的标准件中选择合适的规格更有利三三 膨胀箱总成设计膨胀箱总成设计 1 1 设计原则设计原则冷却液在发动机冷却回路流动，随温度升高体积膨胀，为吸收这部分膨胀体积而设置了膨胀箱具有膨胀箱的冷却系统根据膨胀箱有无加压分为两种：系统 A：在加压系统内具有冷却液的膨胀空间（膨胀箱） ，冷却液循环到膨胀空间中，进行气液分离膨胀箱应耐热、耐压，位置高于散热器并保持系统内压力适宜系统 B：在加压系统内具有冷却液的膨胀空间（膨胀箱） ，仅在溢流至膨胀箱时进行气液分离。