冷却系统系统设计指南..doc

冷却系统系统设计指南 1、概述： 汽车发动机大多为内燃机，内燃机将燃料的化学能通过燃烧转化为机械能来驱动汽车行驶，工作时会产生大量热量，为确保发动机在一个合适的温度下有效的工作，需要对发动机本身，尤其是发动机缸体进行及时的冷却。冷却系统中的散热器就承担着给发动机进行散热的任务。 对于大多数柴油机而言，都采用了增压器以改善发动机的燃烧和功率。从增压器出来的空气温度是比较高的，不利于发动机的工作。为此需要对进入发动机前的空气进行冷却。冷却系统中的中冷器就起到了这样一个作用。 冷却系统设计的好坏直接影响发动机的性能和可靠性，从而影响整车的性能和可靠性。 2、冷却系统的作用 冷却系统的功能是保证发动机保持在合适的温度环境中工作，提高发动机的性能和寿命。 3、冷却系统的组成 冷却系统主要部件为散热器、中冷器、膨胀水箱和连接管路等，其设计质量直接影响着发动机的性能和可靠性。 4、冷却系统设计 一、设计准则 1、 发动机冷却系统各部件匹配合理，以保证冷却系统的良好散热性能。 2、冷却系统安装方便、可靠。 二、冷却系统各种参数的确定 1. 散热器和风扇之间距离的选择 根据各车型的布置经验和发动机厂推荐的安装规范，风扇前端与散热器芯子距离选50～100mm较为合适，在这个范围之内尽量取大一些。 2.散热器的计算 （1）首先要知道发动机的一些性能参数，如：额定功率Ne(kW)、额定功率时转速n(r/min)、最大扭矩Me(N.m)、最大扭矩时转速n1(r/min)等等。 （2）设计工况点的选择 冷却系的设计要以额定功率点为设计点，以最大扭矩点作校核。 （3）发动机水套散热量Qw 因无发动机水套散热量Qw的试验数据，现按经验公式计算Qw Qw=（0.5～0.7）×Ne（kW） （4）散热器的最大散热能力Qmax 由于散热器使用一段时间后，散热能力一般下降10%左右；另外压力盖的泄漏以及气流分布不均等原因，也会造成散热器性能的下降，因此散热器的最大散热能力Qmax要比设计工况的水套散热量要高，最大散热量系数定为K，一般K取1.15。 最大散热量Qmax= Qw×K（kW） （5）散热器的正面面积Sr 在散热器的结构参数中，对散热器性能影响最大的是芯子的正面面积，然而它受安装尺寸限制，不可能无限制增大，因此设计时要用尽可能增大正面面积的办法来提高散热器的散热能力。 散热器正面面积Sr=Qmax/（a×△ta×Cp×Va）（m2) 式中：a 空气密度(kg/m3) △ta 空气进出温差(℃)，即通过散热器正面的前后空气温差，一般取值20。 Cp 空气空压比热(kJ/kg.℃) Va 散热器正面空气流速Va(m/s)，可根据车速来计算。 （6）散热器的散热面积S 散热面积是根据额定功率与比散热面积k（m2/kW）的乘积，一般载货车k取值0.204～0.408 散热器的散热面积S第二方法：S=Qmax/K△t（m2） 其中，K 散热系数，一般取0.069 ～0.117 kJ/（m2.s.℃） △t 散热器中冷却水和冷却空气的平均温差（℃），可以用散热器的进出口水的温度的平均值作为冷却水的平均温度。 △t =tw-ta=(twi+two)/2-(tai+△ta /2) 其中，twi和two分别为散热器的进出水温，tai为散热器的进气空气温度，一般取40℃。 （7）散热器的芯子厚度Tmax 散热器芯厚受总布置的限制，而且随着厚度的加大，散热效果明显下降，所以散热器厚度有着逐渐减少的总趋势。一般来说，总是不希望用增加芯厚的方法来提高散热能力。 Tmax=S/（Sr×Ψ）×1000（mm） 其中，Ψ 散热器容积紧凑性系数，即散热面积与散热器芯子体积的比值，一般为800～1000。 （8）确定最少水管数Imin 由于散热器散热性能还与冷却液在水管中的流速有关，故需确定最少水管数。 Imin=Qmax/（fw×△tw×w×Cw×Vw）（根） 式中：fw 水管横面积(m2) △tw 散热器进出水口冷却液允许温差（℃），一般取值10。 w 水的密度(kg/m3) Cw 水的比热(kJ/kg.℃)，一般取值4.19。 Vw 水管中的流速(m/s)，一般为0.55～0.85m/s。 以上所有设计都是一些经验估算，所得一般也是一个取值范围。因此在设计当中可根据生产厂家的实际数据进行一些设计调整。对于中冷器的设计也可以参考散热器的设计流程进行。最后设计出来的冷却系统应该经过热平衡道路试验（试验方法参照GB/T 12542-2009）或者是按IVECO标准16-1920-2005进行的ATD试验来对验证冷却系统的散热能力。 三、冷却系统连接管路设计 冷却系统连接管路除了要考虑冷却液或空气等介质因素外，还要考虑冷却液和增压器出来的空气的压