發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究 系 別 汽車工程系 專業(yè)班級(jí) 車輛工程<1>班 學(xué)生姓名 王穗斌 指導(dǎo)教師 簡棄非 提交日期 2010 年 05 月 10 日 華 南 理 工 大 學(xué) 廣 州 汽 車 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè)

2、 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書 茲發(fā)給 06級(jí)車輛工程<1> 班學(xué)生 王穗斌 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，內(nèi)容如下： 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究 2.應(yīng)完成的項(xiàng)目：結(jié)合自己所學(xué)的關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的知識(shí)，對(duì)車用發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析。

3、 （1）實(shí)際工作需要及興趣愛好，查閱與自己畢業(yè)設(shè)計(jì)題目相關(guān)的資料，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)需要的數(shù)據(jù)及相關(guān)材料； （2）根據(jù)所確定的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，進(jìn)行該方面資料的專門查詢收集，涉及計(jì)算的部分做好編程計(jì)算等； （3）進(jìn)行校驗(yàn)分析，改進(jìn)并完善研究分析方法，結(jié)合專業(yè)知識(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析探討，直到得出最佳結(jié)果；

4、 （4）對(duì)計(jì)算結(jié)果在上述工作完成的基礎(chǔ)上，開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫。

5、 3.參考資料以及說明： （1）汽車散熱器技術(shù)條件，中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，GB9421 （2）張敏；汽車散熱器的設(shè)計(jì)及其發(fā)展；天津汽車；2002,(03) P19~21

6、 （3）王剛；對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與匹配研究；車輛與動(dòng)力技術(shù)；2007,(04)；P32~35 （4）孫軍,桂長林; 水冷內(nèi)燃機(jī)風(fēng)扇的優(yōu)化設(shè)計(jì); 內(nèi)燃機(jī)工程;2003,(05) P52~54 （5）姚仲鵬、王新國著．車輛冷卻傳熱.北京：北京理工大學(xué)出版社，2001

7、 （6）張行周、王浚著．管帶式汽車散熱器特性仿真.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005．24(3)：426－428 （7）耿曙光; 李云超; 車輛智能化散熱系統(tǒng)技術(shù)；農(nóng)機(jī)使用與維修, 2005,(05) P50~51

8、 4.本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書于 2010年1月22日發(fā)出，應(yīng)于2010年06月01日前完成，然后提交畢業(yè)考試委員會(huì)進(jìn)行答辯。 專業(yè)教研組（系）負(fù)責(zé)人 審核 年 月 日 指導(dǎo)教師（導(dǎo)師組） 簽發(fā) 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語： 論文選題適當(dāng)，有較好的理論意義或應(yīng)用價(jià)值。該生學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，查閱文獻(xiàn)有一定的廣泛性，能積極主動(dòng)

9、地查閱畢業(yè)設(shè)計(jì)所涉及的參考文獻(xiàn)，稍欠缺的是外文資料的查閱。該生有一定的綜合歸納資料的能力和有自己的見解。能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。 從文章可以看出，該生結(jié)合了自己的專業(yè)知識(shí)，運(yùn)用傳熱學(xué)、流體力學(xué)、換熱器結(jié)構(gòu)及機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體包括計(jì)算所設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷、進(jìn)行冷卻系各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將車用發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)知識(shí)與工程設(shè)計(jì)結(jié)合起來。能正確處理數(shù)據(jù)；能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，并得出有價(jià)值的結(jié)論。分析較為全面，論證得力，所得數(shù)據(jù)及其結(jié)論可靠。 畢業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)論文格式規(guī)范，論文內(nèi)容符合要求。論文表述準(zhǔn)確，邏輯層次分明，語

10、句通順，較好地理解和應(yīng)用本專業(yè)知識(shí)到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題中。 論文達(dá)到了本科設(shè)計(jì)要求的水平。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總評(píng)成績： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯小組負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 I 摘 要 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性和可靠性都有很大的影響，散熱器和冷卻風(fēng)扇作為冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是設(shè)計(jì)的重

11、點(diǎn)。 本文主要通過自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，運(yùn)用傳熱學(xué)、換熱器原理、內(nèi)燃機(jī)原理、泵與風(fēng)機(jī)以及機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，以車用康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)為設(shè)計(jì)對(duì)象，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的工作情況作整體介紹，包括散熱器、風(fēng)扇與電機(jī)、連接水管與水泵等進(jìn)行工作分析；接著根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)已知的參數(shù)，計(jì)算得出散熱器的散熱量為55.8kJ/s，冷卻水循環(huán)量為0.00133，冷卻空氣循環(huán)量為2.11。根據(jù)計(jì)算出的散熱量確定散熱器的尺寸為，該散熱器選用管帶式散熱器。通過冷卻空氣循環(huán)量，計(jì)算出風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能參數(shù)，選擇軸流式風(fēng)扇作為水冷系統(tǒng)的冷卻風(fēng)扇。在完成上述工作的基礎(chǔ)上，對(duì)散熱器和冷卻風(fēng)扇進(jìn)行匹

12、配與校核，以達(dá)到最優(yōu)組合。通過冷卻水循環(huán)量，確定水泵工作性能的主要參數(shù)，選擇離心式水泵。最后是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各部件進(jìn)行安裝布置，并進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。 在保證發(fā)動(dòng)機(jī)足夠散熱能力和強(qiáng)度前提下，高效率低能耗已經(jīng)成為未來發(fā)展的必然趨勢。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解，達(dá)到了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)的目的。 關(guān)鍵字：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，散熱器，冷卻風(fēng)扇 Abstract The engine cooling system is an important part of the engine. It have gre

13、at influence on the engine performance, efficiency and reliability, the radiator and cooling fan, as a key part of the cooling system is the focal point of design. This paper through my own professional knowledge, using Heat Transfer, Heat Exchanger Theory, Internal Combustion Engine Fundamentals,

14、Pumps and Fans, and Mechanical Design Expertise.Select Cummins automotive diesel engine cooling system for design objects.Firstly, the engine cooling system work as a whole description, including the radiator, fan and motor, and connecting water pipes and pumps and other job analysis;Then according

15、to the known engine parameters, calculate radiator heat capacity is 55.8kJ/s, volume of cooling water is 0.00133, cooling air circulation rate is 2.11, by radiator heat capacity determine the size of the radiator is , Choose the tube-and-fin radiator. Through the cooling air circulation rate, Calcul

16、ated structural parameters and performance parameters of the fan , and Select the axial fan as the cooling system fan. On the basis of the above work completed, on the radiator and cooling fan for matching and checking, in order to achieve the best optimum combination. Through the volume of cooling

17、water, Determine the working performance of the main parameters of the pump and select the centrifugal pump. Finally ，installed and arrange the engine cooling system components, and making the system optimization. In order to ensure adequate cooling capacity and strength of the engine, low energy c

18、onsumption and high efficiency premise has become an inevitable trend in the development of the future. Throughout the graduation design process of the engine cooling system for better understanding, reach the purpose of the learning. Key word : Engine cooling

19、system , Radiator , cooling fan II 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)概述 1 1.2基本資料概述 1 1.2.1選題背景與意義 1 1.2.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 2 1.3現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)展趨勢 2 1.4 本章小結(jié) 2 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各部件工作分析 3 2.1水冷卻系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 3 2.2散熱器工作介紹 4 2.3 風(fēng)扇與電機(jī)工作介紹 4 2.4連接水管與水泵介紹 5 2.5其他部件的介紹 5 2.6 本章小結(jié) 5 第三章

20、 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各部件的分析計(jì)算及設(shè)計(jì) 6 3.1散熱器的設(shè)計(jì) 6 3.1.1 散熱器的結(jié)構(gòu) 6 3.2.2 散熱器的計(jì)算方法研究 6 3.2風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 9 3.2.1風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)參數(shù) 9 3.2.2 風(fēng)扇的性能參數(shù) 10 3.2.3 風(fēng)扇的選型 11 3.3 散熱器與風(fēng)扇的匹配 11 3.3.1散熱器的匹配計(jì)算 11 3.3.3散熱器與冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算 12 3.4 散熱器與風(fēng)扇的校核 14 3.4.1驗(yàn)算散熱器的散熱能力 14 3.4.2冷卻風(fēng)扇的校核計(jì)算 14 3.5 水泵的設(shè)計(jì) 15 3.6其他部件的概述 16 3.6.1節(jié)溫器 16 3.6.2風(fēng)扇離

21、合器 16 3.6.3 冷卻風(fēng)道 17 3.6.4 膨脹箱 17 3.7 本章小結(jié) 17 第四章 安裝與布置 18 4.1部件的布置與安裝 18 4.2 合理設(shè)計(jì)空氣流通系統(tǒng)，提高進(jìn)風(fēng)系數(shù) 19 4.3確保冷卻液循環(huán)中的除氣能力 19 4.4 提高冷卻效果的其他建議 20 4.5 本章小結(jié) 21 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 致謝 24 24 第一章 緒論 1.1發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)概述 冷卻系統(tǒng)的功用是維持發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下均在最適宜的溫度內(nèi)工作，以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠

22、，并得到良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。內(nèi)燃機(jī)工作室，與高溫燃燒氣體接觸的零件受熱而溫度過高，如不加以適當(dāng)冷卻，則會(huì)造成內(nèi)燃機(jī)過熱，充氣效率下降，燃燒不正常，破壞正常的配合間隙，機(jī)油變質(zhì)，磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象。內(nèi)燃機(jī)過冷也會(huì)引起一些不良后果，如混合氣形成不好，造成柴油機(jī)工作粗暴，汽油機(jī)燃燒不完全；輸出功率減少，油耗增加；潤滑油粘度高，運(yùn)動(dòng)件間摩擦阻力加大等。所以冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。 根據(jù)所用冷卻介質(zhì)的不同，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)有兩種基本形式，即水冷式和風(fēng)冷式。風(fēng)冷卻系統(tǒng)是指高溫零部件的熱量直接散入大氣中進(jìn)行冷卻，對(duì)應(yīng)的裝置稱為

23、風(fēng)冷卻系統(tǒng)。以冷卻液為冷卻介質(zhì)的稱為水冷卻系統(tǒng)。由于冷卻系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)熱量的消耗者，因此為了使發(fā)動(dòng)機(jī)正常地工作，不管負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和周圍大氣溫度的高低，冷卻液應(yīng)保證在353～363K（80～90C）的范圍內(nèi)[1]。目前在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上均采用強(qiáng)制水循環(huán)式水冷卻系統(tǒng)，就是利用水泵強(qiáng)制提高冷卻液的壓力，使冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)。 強(qiáng)制循環(huán)式水冷卻系統(tǒng)一般由補(bǔ)償水箱、冷卻水套、水泵、散熱器、水溫表和傳感器、放水閥、分水管、風(fēng)扇、百葉窗、節(jié)溫器等組成。冷卻液是由水泵從散熱器仲抽取低溫冷卻液，加壓后通過管道輸入氣缸體的冷卻水套內(nèi)，冷卻液從氣缸壁吸收熱量，溫度升高，向上流入氣缸蓋冷卻水套內(nèi)，再次受熱

24、升溫后從缸蓋流出，沿水管流入散熱器，由于有風(fēng)扇的強(qiáng)力抽取，空氣流從前向后高速流過散熱器，不斷地將流經(jīng)散熱器的冷卻液的熱量帶走。冷卻后的冷卻液由水泵從散熱器底部重新泵入水套，實(shí)現(xiàn)冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的不斷循環(huán)。因而保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件的溫度得以控制。 1.2基本資料概述 1.2.1選題背景與意義 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃料要燃燒，各運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)要互相摩擦，這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。其中，燃料燃燒時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的產(chǎn)生高溫，這樣就會(huì)使零件強(qiáng)烈受熱，特別是那些直接與燃燒氣體接觸的零件（氣缸、活塞、缸蓋、氣門）溫度會(huì)更高，如果沒有適當(dāng)?shù)睦鋮s，那么發(fā)動(dòng)機(jī)將不能正常工作，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)必須設(shè)計(jì)

25、冷卻系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的作用就是維持發(fā)動(dòng)機(jī)在全部工作范圍內(nèi)，能在最適宜的溫度下工作。 1.2.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 本文主要論述東風(fēng)康明斯某柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)一般是由水泵、散熱器、風(fēng)扇、護(hù)葉罩和百葉窗等組成。其設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括設(shè)計(jì)計(jì)算散熱器，確定散熱器的散熱面積、迎風(fēng)面積；估算空氣通道阻力、按所需的空氣流量及空氣通道總阻力，選擇風(fēng)扇；對(duì)散熱器及冷卻風(fēng)扇進(jìn)行匹配及校核，估算冷卻系統(tǒng)中的水阻力，并按所需的水流量及水流道阻力，選擇水泵。 1.3現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)展趨勢 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)采用更加緊湊的設(shè)計(jì)和具有更大的比功率，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的廢熱密度也隨之明

26、顯增大。一些關(guān)鍵區(qū)域，如排氣門周圍的散熱問題需優(yōu)先考慮。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱能力一般應(yīng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)的散熱需求，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量最大。然而，在部分負(fù)荷時(shí)，冷卻系統(tǒng)會(huì)發(fā)生功率損失。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)排放的污染物較多，油耗大。而冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)時(shí)間有較大的影響，因此，希望發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)間盡可能短?，F(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)充分考慮這些問題，將發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量管理系統(tǒng)納入到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，全面考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)、冷卻效率、廢氣排放控制、燃油利用、乘客室的取暖和三元催化劑活化時(shí)間等。目前的冷卻系統(tǒng)屬于被動(dòng)系統(tǒng)，只能有限地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車的熱分布狀態(tài)。采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和工作方式可大大改進(jìn)冷卻

27、系統(tǒng)，使系統(tǒng)高效地運(yùn)行，間接地提高燃料經(jīng)濟(jì)性和降低排放量。 先進(jìn)冷卻系統(tǒng)的特性能夠改善冷卻系統(tǒng)性能潛力，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。冷卻系統(tǒng)的能控性是改善冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵，是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)保護(hù)的關(guān)鍵參數(shù)，如金屬溫度、冷卻液溫度和機(jī)油溫度等能夠控制，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在安全范圍工作。冷卻系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌r作出快速反應(yīng)，最大地節(jié)省燃料、降低排放，而不影響發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。 1.4 本章小結(jié) 本章主要明確了本文的選題背景和意義及設(shè)計(jì)的工作，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了概述，并提出現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各部件工作分析 2.1水冷卻系統(tǒng)

28、組成結(jié)構(gòu) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系為強(qiáng)制循環(huán)水冷系，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)流動(dòng)。如圖2-1所示，冷卻系主要由水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、補(bǔ)償水箱、節(jié)溫器、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和氣缸蓋中的水套以及附屬裝置等組成。 圖2-1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng) 1、護(hù)罩2、電動(dòng)風(fēng)扇 3、V帶4、散熱器5、從動(dòng)風(fēng)扇 6、水泵帶輪　7、水泵組件8、氣缸體水道 9、氣缸蓋水道　10、熱敏開關(guān)　11、進(jìn)氣歧管出水管 12、膨脹箱管13.冷卻液膨脹 14、排氣管 15、冷卻液下橡膠軟管 16、冷卻液上橡膠軟管 17、電動(dòng)風(fēng)扇 雙速熱敏開關(guān) 18、膨脹箱蓋 在冷卻系統(tǒng)中，其實(shí)有兩個(gè)散熱循環(huán)：一

29、個(gè)是冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的主循環(huán)，另一個(gè)是車內(nèi)取暖循環(huán)。這兩個(gè)循環(huán)都以發(fā)動(dòng)機(jī)為中心，使用是同一冷卻液。 一、 冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的主循環(huán)：主循環(huán)中包括了兩種工作循環(huán)，即“冷車循環(huán)”和“正常循環(huán)”。冷車著車后，發(fā)動(dòng)機(jī)在漸漸升溫，冷卻液的溫度還無法打開系統(tǒng)中的節(jié)溫器，此時(shí)的冷卻液只是經(jīng)過水泵在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)進(jìn)行“冷車循環(huán)”，目的是使發(fā)動(dòng)機(jī)盡快地達(dá)到正常工作溫度。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度，冷卻液溫度升到了節(jié)溫器的開啟溫度(通常這溫度在80攝氏度后)，冷卻循環(huán)開始了“正常循環(huán)”。這時(shí)候的冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)出來，經(jīng)過車前端的散熱器，散熱后，再經(jīng)水泵進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)[2]。 二、 車內(nèi)取暖的循環(huán)：這是一個(gè)取暖循環(huán)，但對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說，它同樣是一

30、個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻循環(huán)。冷卻液經(jīng)過車內(nèi)的采暖裝置，將冷卻液的熱量送入車內(nèi)，然后回到發(fā)動(dòng)機(jī)。有一點(diǎn)不同的是：取暖循環(huán)不受節(jié)溫器的控制，只要打開暖氣，這循環(huán)就開始進(jìn)行，不管冷卻液是冷的、還是熱的。 2.2散熱器工作介紹 散熱器，俗稱水箱，主要功能是將水套出來的熱的冷卻液自上而下或橫向分成許多小股，并將其熱量散給環(huán)境大氣，使冷卻液溫度降低。為此，散熱器必須有足夠的散熱面積。 圖2-2 帶蒸汽-空氣閥的散熱器蓋 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，散熱器蓋上的蒸汽閥和空氣閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，冷卻系統(tǒng)與外界大氣不通。當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力大于規(guī)定

31、值，蒸汽閥開啟（圖2-2b），高溫、高壓的蒸汽及冷卻液順蒸汽排出管排入補(bǔ)償水箱，防止散熱器脹裂。壓力達(dá)到規(guī)定值以內(nèi)時(shí)，蒸汽閥在壓力彈簧作用下重新關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后，冷卻液溫度下降，體積縮小，散熱器內(nèi)壓力下降。當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力小于規(guī)定值時(shí)，空氣閥開啟，補(bǔ)償水箱中的水部分流回散熱器，空氣從蒸汽排除管進(jìn)入冷卻系統(tǒng)（圖2-2a），防止散熱器被大氣壓力壓壞，當(dāng)散熱器內(nèi)壓力恢復(fù)至接近大氣壓力時(shí)，空氣閥在彈簧作用下關(guān)閉。 散熱器芯部是散熱器的主要散熱部分。由于散熱器的外部使用條件較差，為了保證良好的傳熱性能和耐用性，散熱器材料多采用耐腐蝕、導(dǎo)熱性好的銅或鋁片制成。芯部的構(gòu)造形式有很多種，但車用發(fā)動(dòng)機(jī)散

32、熱器的芯部絕大多數(shù)采用管片式和管帶式兩種形式 [3] 。 2.3 風(fēng)扇與電機(jī)工作介紹 風(fēng)扇的功用是使冷卻空氣在風(fēng)道內(nèi)不斷流動(dòng)，提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以帶走發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器發(fā)出的熱量，強(qiáng)化散熱器的散熱能力。 風(fēng)扇通常裝載散熱器后面，與水泵同軸。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，抽取空氣通過散熱器芯部，使冷卻液在散熱器內(nèi)得到充分的熱交換，加速冷卻液的冷卻，加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻作用。 2.4連接水管與水泵介紹 水泵的功用是將冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液加壓，使冷卻液在汽缸套和氣缸蓋的水套、散熱器內(nèi)循環(huán)。 水泵葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水泵中的冷卻液被葉輪帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下甩向葉輪外緣，進(jìn)入泵體的

33、殼內(nèi)，經(jīng)殼體上與葉輪成切線方向的出水管被壓送到發(fā)動(dòng)機(jī)水套，實(shí)現(xiàn)了冷卻液在冷卻系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)。與此同時(shí)，在水泵葉輪的中心處即入口處，壓力降低，形成低壓區(qū)，將冷卻液從散熱器下貯水室或氣缸蓋出水口的旁通管吸入，冷卻液得以在冷卻系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)不斷地流動(dòng)。 2.5其他部件的介紹 節(jié)溫器： 從介紹冷卻循環(huán)時(shí)，可以看出節(jié)溫器是決定走“冷車循環(huán)”，還是“正常循環(huán)”的。節(jié)溫器在80攝氏度后開啟，95攝氏度時(shí)開度最大。節(jié)溫器不能關(guān)閉，會(huì)使循環(huán)從開始就進(jìn)入“正常循環(huán)”，這樣就造成發(fā)動(dòng)機(jī)不能盡快達(dá)到或無法達(dá)到正常溫度。節(jié)溫器不能開啟或開啟不靈活，會(huì)使冷卻液無法經(jīng)過散熱器循環(huán)，造成溫度過高，或時(shí)高時(shí)正常。如果因節(jié)

34、溫器不能開啟而引起過熱時(shí)，散熱器上下兩水管的溫度和壓力會(huì)有所不同。 水溫感應(yīng)器：水溫感應(yīng)器其實(shí)是一個(gè)溫度開關(guān)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水溫度超出90攝氏度以上，水溫感應(yīng)器將接通風(fēng)扇電路。如果循環(huán)正常，而溫度升高時(shí)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，水溫感應(yīng)器和風(fēng)扇本身就需要檢查。 蓄液罐：蓄液罐的作用是補(bǔ)充冷卻液和緩沖“熱脹冷縮”的變化，所以不要加液過滿。如果蓄液罐完全用空，就不能僅僅在罐中加液，需要開啟散熱器蓋檢查液面并添加冷卻液，不然蓄液罐就失去功用。 2.6 本章小結(jié) 本章主要介紹了水冷卻系統(tǒng)各主要組成部件的結(jié)構(gòu)和工作方式，對(duì)各部件在水冷卻系統(tǒng)中所起的作用作出基本的了解，為下一步的設(shè)計(jì)工作提供了充實(shí)的基礎(chǔ)。

35、 第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各部件的分析計(jì)算及設(shè)計(jì) 3.1散熱器的設(shè)計(jì) 3.1.1 散熱器的結(jié)構(gòu) 圖3-1 散熱器結(jié)構(gòu)圖 1-散熱器 2-上貯水室 3- 散熱器進(jìn)水管4-散熱器芯 5 -散熱器出水管 6-下貯水室 7-溢水管 散熱器構(gòu)造如圖3-1所示。它由上貯水室、下貯水室和散熱器芯等組成。其安裝位置見圖2-1。上貯水室3、頂部有加水口，平時(shí)用散熱器蓋1蓋住，冷卻水即由此注入整個(gè)冷卻系。在上、下貯水室上分別裝有進(jìn)水軟管和出水軟管。它們分別與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上的出水管和水泵的進(jìn)水管相連接。由發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上出水管流出的溫度較

36、高的熱水經(jīng)過進(jìn)水軟管進(jìn)入上貯水室，經(jīng)冷卻管得到冷卻后流入下貯水室，由出水軟管流出被吸入水泵。在下貯水室中一般還裝有放水閥。 3.2.2 散熱器的計(jì)算方法研究 在設(shè)計(jì)和選用冷卻系統(tǒng)部件時(shí)，就是以散入冷卻系統(tǒng)的熱量Qw為原始數(shù)據(jù)，計(jì)算冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量、冷卻空氣量，以便設(shè)計(jì)和選用散熱器和風(fēng)扇。 冷卻系統(tǒng)的散熱量 冷卻系統(tǒng)的散熱量Qw，受許多復(fù)雜因數(shù)的影響，很難精確計(jì)算，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[4]： （3-1） A—傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比，對(duì)柴油機(jī)：A=0.18~0.25 ge—內(nèi)燃機(jī)燃料消耗

37、率（kg/KWh）柴油機(jī)可取0.210~0.270 kg/KWh Ne—內(nèi)燃機(jī)功率（KW） Hn—燃料低熱值（kJ/kg）對(duì)于柴油機(jī)取 41870 kJ/kg 選取A=0.205，ge=0.27kg/KWh，Ne=88KW，Hn=41870kJ/kg 冷卻水的循環(huán)量 Vw 根據(jù)冷卻系統(tǒng)的散熱量，可以計(jì)算出冷卻水的循環(huán)量Vw： （3-2） Δtw—冷卻水在內(nèi)燃機(jī)中循環(huán)時(shí)的容許溫升，對(duì)現(xiàn)代強(qiáng)制循環(huán)冷卻系，可取Δtw=6C~12C； γw—水的比重，可近似取γw=1000kg/m3 ； Cw—水的比熱?？山迫?/p>

38、Cw=4.187KJ/kg C. 選取Δtw=10C，γw=1000kg/m3 ，Cw=4.187KJ/kg C 冷卻空氣需要量 冷卻空氣需要量Va一班根據(jù)散熱器的散熱量確定。 （3-3） Δta—空氣進(jìn)入散熱器以前與以后的溫度差，通常Δta=10C~30C[4]； γa—空氣的重度，一般γa=1.01kg/m3； Cp—空氣定壓比熱，可取Cp=1.047KJ/kg C. Δta可取25C，γa=1.01kg/m3，Cp=1.047KJ/kg C 換熱介質(zhì)對(duì)數(shù)平均溫差的確定

39、 （3-4） —散熱器冷卻水的平均溫度（） —空氣通過散熱器的平均溫度（） —散熱器進(jìn)水溫度，對(duì)開式冷卻系取=90～95，對(duì)閉式冷卻系取=95～100，本文=97； —散熱器出水溫度，，為冷卻水在散熱器中最大溫降，強(qiáng)制循環(huán)冷卻系取=6～12，本文=10； —散熱器進(jìn)氣溫度，一般取=40～50，本文取=40 —流出散熱器的空氣溫度，，為空氣流過散熱器的溫升，范圍在10～30，本文取=25， 散熱器散熱面積的確定 散熱器散熱面積（略去上下水室所帶走的熱量不計(jì)）可按下列公式計(jì)算。

40、 （3-5） —儲(chǔ)備系數(shù)，考慮焊接不良，水垢以及油泥對(duì)散熱性能影響，可取=1.1～1.15;本文中=1.15； K—傳熱系數(shù)，考慮到冷卻水流速及散熱器結(jié)構(gòu)，取其值0.10[]; —換熱介質(zhì)的平均溫差，根據(jù)公式（3-4）確定，=40.5 水管尺寸及參數(shù)的確定 水管尺寸（mm）：=； 每根管內(nèi)截面積（）：； 每根管外截面積（）： 水管總流通斷面（）：； 其中Q=，由公式（3-2）得出，去管內(nèi)水流流速=0.4m/s； 水管數(shù)：，取n=180； 取管子高度H=480mm

41、； 散熱器芯厚：，取整T=60，其中由公式（3-5）獲得，據(jù)資料推薦，載重車用散熱器總面積與發(fā)動(dòng)機(jī)功率之比為0.003~0.00375/kw，所以) ，在此取 ，=370~900,管帶式芯子取上限，； 散熱器芯寬（mm）：，取整W=690(mm)； 則得出散熱器尺寸為：片長度等于芯寬（690mm） 片寬度等于芯厚（60mm） 片厚度（0.1mm） 散熱片片數(shù)：， 全部散熱片散熱面積： 水管布置采用三管交錯(cuò)排列。 3.2風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 風(fēng)扇選型設(shè)計(jì)是在冷卻系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總要求選配風(fēng)扇的方案型設(shè)計(jì)。它不同于風(fēng)扇的技術(shù)設(shè)計(jì)。選型設(shè)計(jì)是對(duì)已有的風(fēng)

42、扇進(jìn)行選用，只要求所選擇的風(fēng)扇在性能、尺寸、傳動(dòng)、噪聲、功率及工作可靠性等方面滿足冷卻系統(tǒng)的總體要求，并與同一系統(tǒng)內(nèi)冷卻風(fēng)道和散熱器匹配良好。風(fēng)扇的選型設(shè)計(jì)要有三個(gè)前提條件：（1）冷卻系統(tǒng)速要的冷卻風(fēng)量已經(jīng)確定；（2）冷卻風(fēng)道的全氣路阻力即風(fēng)扇需要提供的靜壓頭己經(jīng)算出；(3)有可供選擇的風(fēng)扇的特性曲線[5]。 3.2.1風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)參數(shù) 1.風(fēng)扇外徑D 風(fēng)扇外徑的選取應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 1） 所需的風(fēng)量及風(fēng)壓； 2） 風(fēng)扇對(duì)散熱器芯子的覆蓋面積應(yīng)盡量大； 3） 風(fēng)扇的圓周速度一般不超過110～120m/s。 一般地，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的購風(fēng)扇外徑，在D=0.3～0.8m左右，初選D=0.49

43、m； 2．風(fēng)扇輪轂比 風(fēng)扇輪轂直徑d與風(fēng)扇葉輪外徑之比 =d/D稱風(fēng)扇輪轂比。 輪轂直徑d取得過小，使葉片根部處于不合理狀態(tài)；取得過大，風(fēng)扇有效面積小，使容積效率下降。但葉片短、剛度大。一般汽車風(fēng)扇的輪轂比 =0.25～0.4，本文取=0.3； 3．風(fēng)扇葉片安裝角 葉弦與風(fēng)扇葉輪平面間的夾角稱為安裝角。取大的 角，可增加風(fēng)量，但驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇所需的功率則急劇增加，所以 角不能取得過大。等安裝角的風(fēng)扇效率較低，但制造方便。為了提高風(fēng)扇效率，可采用變安裝角葉片，將葉片沿長度方向扭曲，從葉根到葉梢 角在45~15范圍內(nèi)變化。此處選取=25； 4．風(fēng)扇葉片數(shù)Z 增加葉片數(shù)Z并不顯著增加風(fēng)扇的

44、流量，一般Z=4~6片，也有8~10片的。葉片邊緣到散熱器的距離一般為8~30mm，可使流過整個(gè)散熱器的氣流均勻，以提高冷卻效果。所以在此選取Z=6； 5．葉片圓弧的曲率半徑r 葉片選用厚度 =1～2mm薄鋼板的軸流風(fēng)扇其曲率半徑一般取r=(0.3~0.4)D。這種葉片的大量生產(chǎn)工藝性較好，試驗(yàn)表明弦寬b和圓弧半徑r之比b/r=0.4~0.8較合適。r=0.3D=0.147m； 6．葉片長度h和葉片厚度 一般取h=(0.3~0.35)D，取 =0.02D。H=0.35D=0.172m，=0.02D=0.01m 7．徑向間隙S 風(fēng)扇和護(hù)風(fēng)圈之間必須有5~20mm的徑向間隙。減小徑

45、向間隙，可提高風(fēng)扇的容積效率，但對(duì)結(jié)構(gòu)和制造質(zhì)量要求較高。護(hù)風(fēng)圈的結(jié)構(gòu)要求有足夠大的剛度。為防止護(hù)風(fēng)圈與風(fēng)扇相碰，可把散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)作整體安裝。 3.2.2 風(fēng)扇的性能參數(shù) 風(fēng)扇的散風(fēng)量，可按下式計(jì)算 （3-6） 其中由公式（3-3）得出，為風(fēng)扇的容積率，主要取決于風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩之間的間隙一般=0.7~0.9，此處取=0.7， 則計(jì)算得出：； 自由排風(fēng)的風(fēng)壓要求40kgf/,取=0.7 則散熱器風(fēng)阻=23.5kgf/ =16.5kgf/ ——散熱器的風(fēng)阻（kgf/） ——風(fēng)道系統(tǒng)的阻力（散

46、熱器除外）（kgf/） 經(jīng)驗(yàn)表明，汽車風(fēng)扇取=20~50kgf/ 風(fēng)扇的壓頭可由下式求出： （） —空氣重度（kgf/），取3.2； 風(fēng)扇消耗的功率 3.2.3 風(fēng)扇的選型 根據(jù)上述的計(jì)算出的結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能參數(shù)，決定選用軸流式風(fēng)扇，軸流式風(fēng)扇一般由葉片和托板鉚接而成，風(fēng)扇葉片有鋼板沖壓和鑄造兩種。為了降低葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)的氣流噪聲，使葉片具有良好的空氣動(dòng)力性能，選擇具有翼型斷面葉片的整體鋁合金鑄造或用尼龍、聚丙烯等合成樹脂注射成型的軸流式風(fēng)扇。這種風(fēng)扇制造工藝復(fù)雜，但效率高，功率消耗較小。 3.3 散熱器與風(fēng)扇的匹配 3.3.1散熱器的匹配計(jì)算 所計(jì)算出的散

47、熱器的具體參數(shù)如下： 散熱器形式：管片式 芯部尺寸：69048060mm 芯部面積：0.332 總散熱面積：15.84， 冷卻管尺寸/數(shù)目：2.219/100 冷卻片數(shù)/管排數(shù)：160/3 性能曲線數(shù)據(jù)見表（1） 表（1） 散熱器性能曲線數(shù)據(jù)表 通過散熱器的空氣流量 1.27 1.9 2.34 2.83 3.34 3.87 散熱器風(fēng)阻[Pa] 58.87 98.7 161.96 258.2 364.95 467.53 散熱器散熱量[KJ/s] 50.02 63.98 74.76 83.75 93.25 102.13

48、 3.3.2風(fēng)扇的匹配計(jì)算 風(fēng)扇的具體參數(shù)如下： 直徑；葉片數(shù)：6；與發(fā)動(dòng)機(jī)速比：1.1。 一般風(fēng)扇外徑應(yīng)略小于散熱器芯部的寬度和高度，希望掃過的面積盡可能大地 覆蓋散熱器芯部正面積，一般要等于散熱器芯部正面積的 45%~60%，二風(fēng)扇輪葉內(nèi)徑與外徑之比 則 即 所以所選風(fēng)扇符合尺寸要求。 性能曲線數(shù)據(jù)見表（2） 表（2）風(fēng)扇性能曲線數(shù)據(jù)表 風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣流量[] 1.04 1.28 1.55 2.06 2.33 2.58 3.12

49、 3.36 風(fēng)扇參數(shù)的空氣壓差[Pa] 798.69 743.35 689.64 583.73 532.54 456.26 233.6 155.96 以上各表中所指空氣流量的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速均是指在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，所指流量均是指風(fēng)筒試驗(yàn)臺(tái)上測得的理論數(shù)據(jù)[6]。 3.3.3散熱器與冷卻風(fēng)扇的匹配計(jì)算 通過理論計(jì)算來驗(yàn)證所選散熱器和冷卻風(fēng)扇相互匹配是否能滿足冷卻要求。根據(jù)散熱器和冷卻風(fēng)扇的性能曲線數(shù)據(jù)，可以繪制散熱器與冷卻風(fēng)扇性能匹配圖 圖3-2 散熱器與風(fēng)扇理論匹配曲線圖 圖3-3 散熱器與風(fēng)扇實(shí)際匹配曲線圖 圖3-

50、1中①為散熱器風(fēng)阻與空氣流量的關(guān)系曲線, ②為風(fēng)扇風(fēng)壓與風(fēng)量關(guān)系曲線, 兩曲線的交點(diǎn)A 為散熱器與風(fēng)扇的理論匹配點(diǎn) , 對(duì)應(yīng)的空氣流量為2.92 , 壓差為283.33 Pa. 因?qū)嶋H空氣流量遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)時(shí)所測得的理論值, 故需要采用進(jìn)風(fēng)系數(shù)(0.65～ 0.75)進(jìn)行修正. 取進(jìn)風(fēng)系數(shù)為0.75 ,則實(shí)際風(fēng)量為2.19. 在風(fēng)速為 2.19的空氣流量下，可對(duì)應(yīng)散熱器的散熱率曲線得出 B 點(diǎn)，圖3-2中B點(diǎn)即為實(shí)際風(fēng)量與散熱器散熱量的匯合點(diǎn)。B 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)就是散熱器在這實(shí)際空氣流量下的散熱率，其大小為 67KJ/s.60℃。60℃是指散熱器試驗(yàn)時(shí)所采用的“液—?dú)鉁夭睢敝禐?60℃，“液—

51、氣溫差”是指冷卻液進(jìn)出口平均溫度（散熱器芯子中部的液溫）與進(jìn)入散熱器的空氣平均溫度之間的差值。溫差越大，散熱越快[7]。 對(duì)于該散熱器在 B 點(diǎn)而言，散熱率大小為 67KJ/s.60℃。每 1℃的 “液—?dú)鉁夭睢毕喈?dāng)于具有 67/60=1.116kJ/s 的散熱能力。 發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況下的水套散熱量為 55.8kJ/s，通過散熱器散發(fā)掉這部分熱量需要的液—?dú)鉁夭顟?yīng)為：55.8/1.116 = 50 ℃，即要求散熱器保持在液—?dú)鉁夭顬?0℃時(shí)，熱量可以達(dá)到平衡。 由于水泵循環(huán)水量為 1.13 L/ s，每升水的比熱量為 4.187kJ/℃，則冷卻液通過散熱器后，其溫度應(yīng)下降 55.8 / (

52、 1.13 4.187 ) = 11.8℃，即散熱器上下水室的溫差應(yīng)為11.8℃，取其平均值 1/211.8=5.9℃，這等于上水室冷卻液溫度與平均冷卻液溫度（散熱器芯子中部）之差值[8]。 以上求得，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度為 38℃時(shí)，液—?dú)鉁夭顬?0℃，同時(shí)散熱器上水室的冷卻液溫度比散熱器芯子中部冷卻液溫度高出 5.9℃，因此在此工作環(huán)境下，上水室的液溫應(yīng)為：38+50+5.9=93.9(℃)，也就是說在這樣的環(huán)境溫度下發(fā)動(dòng)機(jī)出水口的冷卻液平衡溫度為 93.9℃。 假定冷卻液的沸騰點(diǎn)為100℃，現(xiàn)在上水室冷卻液溫度為 93.9℃，距離沸騰點(diǎn) 100-93.9 = 6.1(℃)，因此沸騰進(jìn)風(fēng)

53、溫度為 38+6.1 = 44.1(℃)，即當(dāng)氣溫達(dá)到 44.1℃時(shí)，冷卻液發(fā)生沸騰。 考慮到冷卻液成分有可能存在偏差等原因，發(fā)動(dòng)機(jī)允許的最高出水口的溫度為99℃[9]。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)允許的溫度環(huán)境為：（允許的最高出水的溫度—冷卻液平衡溫度+平衡時(shí)大氣環(huán)境溫度）=（99-93.9+38）=43.1(℃)，故發(fā)動(dòng)機(jī)允許的設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為43.1℃。計(jì)算說明冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足使用要求。 3.4 散熱器與風(fēng)扇的校核 3.4.1驗(yàn)算散熱器的散熱能力 根據(jù)可得散熱器散走的熱量： （3-7） 式中，為傳熱系統(tǒng)，通常為0.069~0.117,根據(jù)冷卻

54、水流速及散熱器結(jié)構(gòu)取0.1；F為散熱器的散熱總面積，根據(jù)（3-5）得出，F(xiàn)=15.84，為冷卻水與冷卻空氣的平均溫差，根據(jù)（3-4）得出，=40.5，由（3-7）得出=64.15，大于發(fā)動(dòng)機(jī)散熱冷卻系統(tǒng)的熱量55.8。 3.4.2冷卻風(fēng)扇的校核計(jì)算 發(fā)動(dòng)機(jī)傳給冷卻液的熱量需要由經(jīng)過風(fēng)扇的空氣帶走，通過散熱器的風(fēng)量由（3-6）確定，在最大功率點(diǎn)冷卻系統(tǒng)所需要的風(fēng)量為2.11。由圖2知B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際空氣流量為2.19，大于相依的工況下所需風(fēng)量。 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速：n=發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速速比=28001.1=3080（r/min）； 風(fēng)扇外經(jīng)處的圓周線速度：u=πnD/60=3.1430800.5/60

55、=80.6(m/s)；風(fēng)扇葉頂圓周速度不可太高，太高則發(fā)生噪音，推薦值一般小于91.4(m/s)[10]，所以該風(fēng)扇符合設(shè)計(jì)要求。 3.5 水泵的設(shè)計(jì) 內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)一般都用離心式水泵, 并與軸流式風(fēng)扇同軸, 通過三角皮帶傳動(dòng)。水泵的結(jié)構(gòu)中, 影響可靠性的關(guān)鍵是水封。目前采用的水封結(jié)構(gòu)都是一種機(jī)械密封, 利用浮動(dòng)密封片與密封環(huán)之間的滑動(dòng)起密封作用。因此滑動(dòng)面要互相研磨, 且要有必要的壓力, 水泵葉輪、殼體和皮帶輪一般用鑄鐵鑄造。水泵軸承現(xiàn)在大多用結(jié)構(gòu)緊湊的軸連軸承, 這種軸承工作過程中不必再加油潤滑, 使用方便。 水泵主要根據(jù)所需的泵水量和泵水壓力來選擇。泵水量可根據(jù)冷

56、卻水循環(huán)量, 按下式初步確定： （3-8） —根據(jù)式子（3-2）已經(jīng)求出，=79.8(l/min)； —水泵的容積效率，主要考慮水泵中冷卻水的泄露，本文取0.9。 則 水泵量程：根據(jù)冷卻系統(tǒng)流通阻力來確定，缸體缸蓋水套阻力1.25~1.5 ,散熱器總阻力2~2.5，水管阻力0.75~1.25，因此冷卻系統(tǒng)流通的總阻力為4~5.25。水泵的揚(yáng)程初選為6。 水泵的轉(zhuǎn)速上限為： （3-9） C—?dú)馕g系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系水泵可取C=900～1000； —臨界動(dòng)壓降，表示水泵葉輪進(jìn)

57、口處的許可壓降的最大值，即抗氣蝕性的儲(chǔ)備量。本文中取=3 Q—水泵的流量（） 取n=0.7=7023.8rpm。 水泵效率： 式中—水泵的機(jī)械效率，包括軸承、密封裝置等的摩擦損失； —水泵容積效率； —水力效率，包括流動(dòng)損失等。 3.6其他部件的概述 3.6.1節(jié)溫器 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)節(jié)溫器的作用是改變冷卻液的循環(huán)路線和流量．根據(jù)冷卻液溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度較低時(shí)，節(jié)溫器閥關(guān)閉．將冷卻液流向散熱器的通道關(guān)閉，使從發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋流出來的冷卻液經(jīng)水泵入口直接流回發(fā)動(dòng)機(jī)缸體水套，進(jìn)行小循環(huán)。這時(shí)由于冷卻液未流經(jīng)散熱器。散熱量少。以便使冷卻液能迅速升溫，提高發(fā)

58、動(dòng)機(jī)工作性能和減少磨損。當(dāng)冷卻液溫度升高到一定時(shí)，節(jié)溫器閥開始打開(并隨冷卻液溫度升高，開度越大)，控制部分冷卻液進(jìn)入散熱器．并由散熱器經(jīng)水泵流回發(fā)動(dòng)機(jī)。這時(shí)由于冷卻液流經(jīng)散熱器，散熱面積大，散熱量多，冷卻強(qiáng)度較大。當(dāng)冷卻液溫度再升高到一定時(shí)．節(jié)溫器閥全開，從發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋流出來的冷卻液全部進(jìn)入散熱器，這時(shí)冷卻強(qiáng)度達(dá)到最大，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)高溫，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在正常的溫度范圍內(nèi)。目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)廣泛采用蠟式節(jié)溫器。它是利用固態(tài)石蠟受熱熔化體積膨脹的原理來控制節(jié)溫器閥門的開度的，進(jìn)而控制冷卻液流經(jīng)散熱的流量．實(shí)現(xiàn)冷卻強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。從石蠟式節(jié)溫器的工作原理可知．當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度變化時(shí)，節(jié)溫器的執(zhí)

59、行動(dòng)作較緩慢。冷卻強(qiáng)度的調(diào)節(jié)未能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的變化而適時(shí)變化．故存在響應(yīng)速度慢，滯后時(shí)間長，誤差大，控制精度不高，不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最佳的溫度下工作．發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程將出現(xiàn)高溫和低溫的情況，這將造成發(fā)動(dòng)機(jī)傳熱損失和磨損較嚴(yán)重，燃油消耗率增高，排放污染增大等缺點(diǎn)。 針對(duì)這些缺點(diǎn)，從靈敏性、可靠性以及發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)出發(fā)。非常有必要將傳統(tǒng)的節(jié)溫器改為電子式節(jié)溫器．并采用先進(jìn)的控制方式進(jìn)行控制。以實(shí)現(xiàn)節(jié)溫器能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度的變化適時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最適宜的溫度下．達(dá)到提高汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，減小汽車的排放污染，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境和提高發(fā)

60、動(dòng)機(jī)壽命的目的。 綜上所述，決定選用十堰山力實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為3968559的東風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)溫器。 3.6.2風(fēng)扇離合器 風(fēng)扇是發(fā)動(dòng)機(jī)功率的消耗者之一，最多時(shí)可以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)功率的10%。為了降低風(fēng)扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過冷，降低污染，節(jié)約燃料，現(xiàn)多采用風(fēng)扇離合器。硅油風(fēng)扇離合器具有明顯的節(jié)油特點(diǎn)，所以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于中等功率發(fā)動(dòng)機(jī)上。 通過計(jì)算結(jié)果，可選擇東風(fēng)(十堰)汽車液壓動(dòng)力有限公司生產(chǎn)的C4935250型號(hào)硅油風(fēng)扇離合器。該離合器適用于康明斯系列發(fā)動(dòng)機(jī)，該產(chǎn)品用熱雙金屬元件控制濕度，用硅油傳遞扭距，能自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，能起到節(jié)油降

61、噪，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命等作用。 3.6.3 冷卻風(fēng)道 冷卻空氣從進(jìn)入車輛到從車輛排出的全流程所掠過的腔道，稱為冷卻風(fēng)道，簡稱風(fēng)道。在民用車輛上，冷卻空氣通常從進(jìn)氣百葉窗進(jìn)入，穿過冷卻風(fēng)扇和散熱器，然后流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的外部，直接排入大氣。這是一種敞開式的冷卻風(fēng)道。冷卻風(fēng)道的設(shè)計(jì)優(yōu)劣，很大程度影響到冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，風(fēng)道必須保持通暢，百葉窗開度適合，不能有任何物體遮擋或阻塞，優(yōu)化通道，適當(dāng)?shù)募哟箫L(fēng)速，能讓散熱器較快的達(dá)到冷卻效果。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，冷卻風(fēng)道的設(shè)計(jì)應(yīng)該朝著智能化發(fā)展，讓發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的工況下，可以變換出不同的風(fēng)道。 在本文中選用敞開式冷卻風(fēng)道配置冷卻系統(tǒng)。 3.6

62、.4 膨脹箱 膨脹箱的作用有三個(gè)：第一，使冷卻系統(tǒng)變成了一個(gè)永久性的封閉系統(tǒng)，避免了空氣不斷侵入減小了對(duì)冷卻系統(tǒng)內(nèi)部的氧化腐蝕；第二，減少了冷卻液的溢失和耗損，保持冷卻系統(tǒng)內(nèi)水位穩(wěn)定；第三，能使冷卻系統(tǒng)中的水氣分離，壓力穩(wěn)定，從而增大了水泵的泵水量，減少了水泵及水套內(nèi)部的氣穴腐蝕。 對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行匹配決定選用十堰邦正汽車零部件制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為1311N12-010的膨脹水箱總成。 3.7 本章小結(jié) 本章根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供的已知基本參數(shù)，計(jì)算出散熱量，冷卻水的循環(huán)量，冷卻空氣需要量等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出冷卻管尺寸和冷卻管數(shù)等散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，風(fēng)扇方面，主要

63、進(jìn)行結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)的計(jì)算，對(duì)散熱器及冷卻風(fēng)扇進(jìn)行匹配及校核，符合要求就進(jìn)行水泵的設(shè)計(jì)。最后對(duì)冷卻系其他部件進(jìn)行概述。 第四章 安裝與布置 4.1部件的布置與安裝 圖4-1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)布置圖 根據(jù)圖1對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各部件進(jìn)行布置，其中散熱器布置在車頭前方，以便與風(fēng)扇配合，并可充分利用迎面風(fēng)；水泵布置在發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器之間，向發(fā)動(dòng)機(jī)壓力供水，以利于排除氣囊；冷卻風(fēng)扇布置在機(jī)體前端，由三角皮帶驅(qū)動(dòng)；膨脹水箱布置在冷卻系的上端，但不能過高，過高對(duì)系統(tǒng)的耐壓要求也越高，可能造成水泵軸密

64、封圈處漏水；節(jié)溫器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋出水口附近，這樣布置在組成水路大、小循環(huán)時(shí)，管路最短?？諝庹羝y裝在加水口上或上水室側(cè)面，水溫表感溫塞裝在缸蓋上部水溫最高處；在水泵蝸殼的上端、缸套和缸蓋上端必須開出氣孔，以便氣泡逸出。 散熱器、風(fēng)扇、護(hù)風(fēng)罩的固定是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要內(nèi)容, 不合理的設(shè)計(jì)方案將導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的效率下降而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。先將護(hù)風(fēng)罩固定在散熱器上, 然后把散熱器、風(fēng)扇軸承座一同固定于與車架連接的托板上。這是一種較好的設(shè)計(jì)方案, 這種類型的護(hù)風(fēng)罩只用來提供一個(gè)風(fēng)扇抽風(fēng)時(shí)平順的過渡區(qū), 不承受風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的作用力, 護(hù)風(fēng)罩制造成本較低, 統(tǒng)一的“三角形”支承結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

65、好。但風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩的徑向間隙要保證均勻, 調(diào)整起來比較困難, 且風(fēng)扇支承架制造要求高。 護(hù)風(fēng)罩、風(fēng)扇、水箱固定在車架上一定要采用橡膠軟墊, 避免與車架剛性連接, 否則會(huì)因振動(dòng)而引起這些零部件的損壞, 破壞冷卻系統(tǒng)的正常工作。 4.2 合理設(shè)計(jì)空氣流通系統(tǒng)，提高進(jìn)風(fēng)系數(shù) 通過散熱器芯部的實(shí)際空氣流量與散熱器和風(fēng)扇理論匹配點(diǎn)上所確定的空氣流量之比稱為進(jìn)風(fēng)系數(shù)，進(jìn)風(fēng)系數(shù)越大，流過散熱器的空氣量越大，散熱效果越好，因此精心組織和協(xié)調(diào)空氣流通系統(tǒng)是冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)[11]。 減小熱空氣回流的主要措施:第一，合理設(shè)計(jì)風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩的相對(duì)位置。一般地 ,水箱罩應(yīng)包含風(fēng)扇葉輪縱向?qū)挾鹊?2

66、/ 3 較為合適。另外 ,空氣流量還受到水箱罩與風(fēng)扇葉片徑向間隙的影響 ,間隙越小越好。但由于水箱罩與風(fēng)扇在行車振動(dòng)時(shí) ,步調(diào)經(jīng)常不一致 ,因此,一般取 15～20 mm。但若風(fēng)扇軸座與水箱罩是剛性連接的 ,可取 5～6 mm 效果更佳。第二，采用導(dǎo)風(fēng)圈密封。導(dǎo)風(fēng)圈的密封可以避免空氣量反向流竄 ,防止發(fā)動(dòng)機(jī)艙的熱空氣回流。第三，設(shè)法降低發(fā)動(dòng)機(jī)艙壓力使氣流通暢 ,盡可能地加大風(fēng)扇到后端附件的距離 ,一般最好保證在100 mm 以上。 4.3確保冷卻液循環(huán)中的除氣能力 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用中，在冷卻系統(tǒng)內(nèi)容易形成水蒸汽，尤其是在熱負(fù)荷比較大的情況下，更容易出現(xiàn)。這些水蒸汽包括一些管路接頭漏入的氣體會(huì)隨著冷卻水一起進(jìn)入循環(huán)，如果這些氣體不及時(shí)排除便會(huì)形成氣阻現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)氣阻，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻能力就會(huì)明顯下降。進(jìn)入冷卻循環(huán)系統(tǒng)的空氣會(huì)產(chǎn)生以下有害的影響： （1）空氣在通徑較小的水道內(nèi)產(chǎn)生氣阻，使發(fā)動(dòng)機(jī)局部水道冷卻液流動(dòng)不暢，使傳熱系數(shù)降低； （2）空氣受熱急劇膨脹，使缸套產(chǎn)生氣蝕，缸套過早出現(xiàn)斷裂或漏水現(xiàn)象，膨脹的空氣還可能使冷