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1、发动机冷却系统的设计原则（李勇）水冷式汽车发动机冷却系统一般由散热器、 节温器、 水泵、缸体水 道、缸盖 水道、风扇及连接水管、冷却液等组成。我们主机厂主要根据 整车布置及发动机功率 的要求来选定散热器及各零部件的形状、大小， 并合理布置整个冷却系统，保证发动 机的动力性、经济性、可靠性和耐 久性，从而提高整车的性能。一、冷却系统的总体布置原则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。因此在设计中必须做到提高进风系数和冷却液循环中的散热 能力。1，提高进风系数。 要做到提高进风系数就必须要做到： （1）减小空 气的流 通阻力，（2）降低进风温度，防止热风回流。
2、（1）减小空气的流通阻力设计中应尽量减少散热器前面的障碍物， 进风口的有效进风面积不 要小于 60%的散热器芯部正面积；在整车布置允许的前提下，尽可能采 用迎风正面积较大的 散热器；风扇与任何部件的距离不应小于20mm 这样就可以组织气流通畅排出，可以减少风扇后的排风背压。（2）降低进风温度，要合理布置散热器的进风口， 提高散热器与车身、 发动机舱接合处的 密封性， 防止热风回流。（3）合理布置风扇与散热器芯部的相对位置 从正面看，尽量使风扇中心与散热 器中心重合，并使风扇直径与正方形一边相等，这样可以使通过散热器的气流分布最为均匀，或者使风 扇中心高一下些，使空气流经散热器上部的高温高效区。
3、 另：考虑发动机振动的因素，风扇和护风罩之间的间隙应该在20mm以上。从轴向看，尽可能加大风扇前端面与散热器之间的距离，并合理设计护风罩。 要使气流均匀通过散热器芯部整个面积，必须要求风扇与散热器之间保持一定的距 离，一般对载货汽车，风扇与散热器芯部之间的距离不得小于50mm。2，提高冷却液循环中的散热能力要提高冷却液循环中的散热能力，提高冷却液 循环中的除气能力是关键。冷却系统的气体会造成水泵流量下降，使散热器的冷却率 下降；还会造成发动机水套内局部沸腾，致使局部热应力猛增，影响发动机性能； 在热机停工况，气体还会造成冷却液过多的损失。因此要提高冷却液循环中的除气能 力，其措施就是设计膨胀水
4、箱和相应的除气管路(当散热器位置比发动机位置高时， 可以在散热器上部直接开一个注水口，并在注水口上用一压力式的散热器盖即可，我 厂的农用车型的散热器就是采用此方式进行排气及加水)。二、散热器的选择(1)现在我厂基本上全部都采用铜制散热器，芯部结构为管带式的。散热器要带走的热量Qw,按照热平衡的试验数据或经验公式计算：Qw=(AgeNe- hn) /3600 kJ/s式中：A 传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，对柴油机A=0.180.25ge发动机燃料消耗率，kg / (训h);Ne 发动机功率，kW；hn燃料低热值，kJ/ kk增压的直接喷射柴油机可取Qw= (0.5 0.6 ) Ne (
5、kJ/s )。冷却水的循环量Vw可以根据Qw按下式计算：Vw=Qw/ ( tw -y w- cwnr /s式中： J冷却水在发动机中循环时的容许温升，可取 tw=612C；Yw-水的密度，可近似取y w=ioook/ (m)Cw一水的比热，可近似取Cw=4.184kJ/ (k- deg)冷却空气的需要量Va,可根据Qw按下式计算：VQw/ ( ta Y a - Cp) nr /s式中： ta空气进入散热器以前与通过散热器之后的温度差， 可取 ta=1030 C;Ya空气的密度，一般 Y a=1.01 kk/ (m)Cp空气的定压比热，可近似取Cp=1.047kJ/ (k- deg)散热器的正面
6、积FR,根据Va按下式计算：FR=M B / va m2式中：Va散热器正前面的空气流速，m/s，载货汽车一般取10m/s 算出Fr后，根据总布置要求确定散热器芯部高度h和宽度b FR=h- b散热器的水管数i ,可按下式计算：i=Vw/(Q w - f 0)式中：Q w水在散热器水管中的流速，m/s,般取Q w=0.60.8 m/sfo每根水管的横断面积，川。散热器的散热表面积F,可按下式计算：F=Qw/ （kR t） m2式中： t 散热器冷却水和冷却空气的平均温度差， t=tw-ta；tw冷却水平均温度，tw= tw1 + tw/2;tw1 散热器的进水温度，tw仁95 100C; tw
7、散热器冷却水的进出温度差，一般取厶tw =6 12OC;ta冷却空气均温度，ta= ta1+A ta/2;Ji散热器冷却空气的进温度，一般取40C;估一散热器冷却空气的进出温度差，般取 tw =1030C;kR散热器的散热系数，w/ （m K）散热器的实际散热面积F0要比计算结果大些，因为散热器中冷却空 气流速不可能均匀,散热片上有尘土时散热性能降低,所以通常取：F0= B F式中： （3 储备系数，般取 B =1.1 1.5。设计散热器时,在考虑整车布置的前提下,使散热器的正面积尽可能大,因为正面 积越大散热器被冷风扫过的区域就越大,冷却效率就越高。般载货汽车推荐散热器 正面积为3040Cm
8、 /kW。2）散热器的散热面积是指散热器冷却管和散热带与冷却空气所接触的所有表面积之 和。在正面积确定之后，增大芯厚或增加冷却管及散热带的折数，都可以增加散热面 积。散热器的散热面积是根据发动机的功率大小及风扇曲线、水泵曲线来进行计算确 定的，一般对载货汽车推荐散热带折数为2. 4.3折/cm,散热面积为01 0. 16川 /kW。三、膨胀水箱的选择 冷却液在发动机冷却回路流动,随温度升高体积膨胀,为了吸收这部分膨胀体积而需要选用膨胀水箱。选用的膨胀水箱必须要求有耐热、耐压、及一定的容积,膨胀 水箱盖应该为压力式散热器盖。一般要求膨胀水箱的设计容积占整个冷却系统容积的 4% 6%, 并且膨胀水
9、箱安装位置必须高于散热器及发动机缸盖。四、水管的设计 发动机冷却回路中的水管具有吸收发动机振动和散热器相对运动的作用。因此水管要求有耐热性、耐臭氧性、耐压性、对冷却液的适应性及柔软性。为了减少冷却 液在冷却回路上的功率损失,应尽量减少水管的拐弯数,特别是尽量避免拐急弯的现象 出现。从管子连接处的密封考虑。胶管的内径应比与其连接管的外径小1mm胶管两 端与其他管相连接时，应有30 35mn地插入量。五、防冻液的选择（1）防冻液所要求的性能：1,防冻性，即使在冬天0c以下不结冰，地区不同， 防冻要求也不同；2,防腐蚀性,要求防冻液对钢、铸铁、铝、铜、黄铜、焊锡等多 种金属没有腐蚀作用,也不能够腐蚀
10、橡胶、树脂。防腐蚀性由选定的添加剂种类及多 少决定,并且只能用书中添加剂的组合来满足整体防腐蚀性要求。现在经常使用以乙 二醇为主要成分、加有防腐添加剂及水的LLC防冻液，由JIS K2234来规定，其中1 种只在冬季使用；2种可以全年使用。3，热传导性及传热性能必须优良；4，性 能稳定，不容易变质。（2）防冻液的老化：防冻液经长期使用，由于其接触的环境（主要消耗防腐蚀添加剂） 和外部因素（主要是浓度降低） ，使防腐蚀性能下降。 特别是由于主 要成分乙二醇氧化变质产生腐蚀性物质使使用温度的提 高，会加速防冻液的老化。 为了保持它的防腐蚀性能，要定期维护，保 持适当浓度， 必要时应进行更换。 同
11、时还要防止锈和燃气等异物的混入。 七、冷却系统的固定由于车辆行驶路况较复杂， 加上发动机自身的振动等因素， 如果不 对冷却 系统进行固定或者固定不牢固，就有可能会引起散热器芯子与发 动机风扇的刮蹭甚 至碰撞，从而导致散热器损坏漏水，因此冷却系统的 固定是很重要的。我厂现在使 用的散热器固定方式就是在散热器的侧板 上焊接两散热器吊耳，两吊耳通过胶垫后 直接架在车架上翼面，然后在 散热器下部装上两个散热器拉板支架， 与安装在横 梁下翼面的支架连接， 达到固定散热器的目的。散热器的固定原则就是：在车辆行 驶过程中散 热器不能够上下跳动及前后晃动 （或者晃动量非常小） ，因此需要尽 量将 吊耳及下部拉板的上下距离尽量布置到最大，使拉板的力臂最大。详见 下面 的示意图所示：冷却系统总成示意图
