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1、上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：编者：版次：页次：-1 -冷却系统总成设计指南编制:校对:汽车工程研究院<w>上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：编者：版次：页次：-2 -目录一、冷却系统设计二、散热器总成设计三、冷却风扇总成设计四、膨胀箱总成设计五、橡胶水管设计<w>上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：编者：版次：页次：-3 -冷却系统设计1 主题本指南制订了与汽车发动机相匹配的冷却系统的设计开发流程；1.2适用范围本程序适用于汽车冷却系统的设计开发2 冷却
2、系统设计要点2. 1冷却系统组成：冷却系统主要包括：发动机水套、节温器、水泵、散热器、风扇及控制器、膨胀箱、水管、油冷器（包括发动机油冷器和变速箱油冷器）等，同时还受冷凝 器、暖风散热器、以及车身前进风面罩的影响，影响因素比较多，本设计指南主 要讨论散热器、风扇、膨胀箱、水管等总成。2.2 一般冷却系统循环示意图：2.3冷却系统功用内燃机运转时，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，弓I起内燃机的动力性、经济性、可靠性和<w>上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统
3、）产品设计开发 指南编制日期：编者：版次：页次：-4 -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。2.4冷却系统设计中的一般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
4、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。2.5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。2.5.1提高通风系数风扇实际空气流量与散热器和风扇理论匹配点上所确定的空气流量 （即风扇 台架流量）之比称为进风系数。造成进风系数低的原因，大致可归纳为如下三个 原因
5、。 阻挡，即被障碍物阻挡，或进风及排风的流通截面太小，阻力太大； 回流，即由于风扇工作时前后产生压差，一部分气流通过周围间隙或其 他途径从后端高压处回流到前端低压处； 风扇与散热器的相对位置配合不好，在散热器上存在着无气流的死角， 使气流产生大量的涡流回喘流。改善冷却空气流通系统的措施如下： 减少空气流动阻力 降低热风温度，防止热风回流 合理布置风扇和散热器芯部的相对位置：从正面看，风扇与散热器相对位置是以散热器芯部未被风扇叶片扫过的面积最小时为最佳；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。2.5.2、提高冷却循环中的除气能力<w>上汽集团奇瑞汽车有限公
6、司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：编者：版次：页次：-5 - 散热器位置高于发动机，并使散热器上水室具有足够大的容量或上水室 内部具有除气措施。 当散热器位置稍高于发动机或与发动机等高时，应该设计副水箱和引气 管。 热器位置低于发动机时，必须设置副水箱和引气管，并设有强制连续除 气循环的管路。3 设计计算3.1计算冷却系统散走的热量：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：3600式中 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=0.230.30;取 A=0.25ge内燃机燃油消耗率（千克/千瓦小时）;取ge
7、=0.32千克/千瓦小时 Ne内燃机功率（千瓦）；Ne=62千瓦。hn燃料低热值，hn=43100千焦/千克3.2计算冷却水的循环量根据散入冷却系统中的热量，可以算出冷却水的循环量VwQwVw= tw 丫 w cw式中 tw 冷却水在内燃机中循环时的容许温升，对现代强制循环冷却系,可取 tw=612C ；取4 tw=9C丫 w水的比重，可近似取丫 w=1000千克/米;cw水的比热，可近似取cw =4.187千焦/千克度3.3计算冷却空气的需要量冷却空气的需要量Va 般根据散热器的散热量确定。散热器的散热量一般 等于冷却系统的散热量Qw。QwVa=- ta 丫 a cp式中 ta空气进入散热器
8、以前与通过散热器以后的温度差，通常ta=1030r ；取4 ta=20CYa空气的重度，一般丫 a=1.01千克/米;cp空气定压比热，可取cp=1.047千焦/千克度上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：编者：版次：页次：-6 -3.4以SQR480发动机的冷却系统计算为例，计算出各种发动机转速下需要带走 的散热量、同时需要达到风量和水流量，从而得到的散热器和风扇的基本性能参 数480ED发动机冷却系统计算说明弔urn郴ASwas®kn1'rninKg.hh(Kj¥/Eg)Qw(Kw)讯阴卅）Va(Um)灯:醐iAh1!5000.
9、25o.sa43101110S04附121 SO：0III1kHl 93200«.Z584 n4310(623f10804 1ST118J12011?1呦11G8.M9VS400D.250.2144 1243104$.451LOCO4,1肝6).09201,17l.(M?1355.494；0000.250.2?33$ 4?431D032.251ioeo4.i9r61.13；0III1向r1000(1.250 31710 13.43100LEIf10804.18rIE. 2?201 IT1：412.?34.冷却系统试验验证：1）高温转鼓试验验证（室内）：根据公司标准 Q/SQR.04.
10、053-2004执行2）热带环模试验（室外）：根据 GB/T12542-1990 执行上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：|编者：版次：页次：-7 -1、散热器总成设计1.散热器总成设计要点1.1散热器的结构形式：焊接式散热器和装配式散热器1.2散热器的正面积：散热器正面积越大，冷却效率越高，一般载货汽车推荐散热器正面积为3040cm2/kw1.3散热器的散热面积：指散热器冷却管、散热带与冷却空气所接触的所有表面积之和。一般对载货汽车推荐散热带折数为2.74.3折/ cm，散热面积为 0.10.16 m2/kw。1.4散热器的散热系数：散热量Q公式：Q=ks
11、A tQ散热器的散热量W,K 散热器的散热系数，S散热器的散热面积m2At液气温差。K是代表散热效率的重要指标，与下列因素有关：a）冷却管内冷却液流速：这主要取决于发动机水泵循环流量和冷却管断面与其数量之积。据试验结果，冷却液流速由0.2m/s提高到0.8m/s,散热器效率有较大提高，但超过0.8m/s 后，效果不大。b）散热器材料和管片厚度 。c）制造质量：冷却管和散热带之 间的贴合性和焊接质量。其优劣会影响散热效率20%40%。D）通过散热器芯部的空气流量或风速：评价散热器的散热性能时，必须在同等风量的前提下进行。 通过散热器的风速在额定工况下应不小于810m/s，以充分发挥散热器的散热能
12、力。上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：|编者：版次：页次：-8 -三、风扇设计要点1. 设计要点：要求具有要求的扇风量，噪声低，功率损失小2. 设计参数和计算方法：1） 风量Q与直径d、转速n的计算公式：Q=kndk 比例系数2） 噪声（SPL与直径d、转速n的计算公式：SPL=kn3ki比例系数3） 噪声与风量Q直径d、转速n的计算公式：SPL=kQrj7dk2比例系数 因此在同一风量Q条件下，为降低噪声，应使直径 d增加，转速n减少。3. 注意点：1）扇流量与叶片的升力系数和叶片宽度乘积成正比。升力系数越小，叶面上的流动就越平顺，附面层就越难剥离，噪声
13、也就越小，作为 风扇其他的主要参数还有叶片数量，安装角，扭转角（叶片顶部和 根部的角度差），轮毂比（风扇直径与风扇轮毂直径的比值）和风扇 叶片进入护风罩的比例等参数影响风扇性能。2） 动风扇一般装在护风罩上，其间隙为：36mm风扇叶片与散热器 芯子的距离为1015 mm如大于15 mm则风扇的实际利用率会很 快减低。3）80%勺情况下，风扇是不工作的。4）风扇控制型式：ECU空制和热敏电阻控制（放在散热器进水水室中）一般转速有两挡或无级。控制参数：5）噪声水平：12V± 0.1V直流电压，风扇总成带冷凝器和散热器的工 况下，风扇最大声压级不大于 75dB（ A）。在高温情况下：风扇在
14、发动机熄火后会空转 10mi n,以保护发动机及周 围附件。上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：|编者：版次：页次：-9 -四膨胀箱总成设计1设计要点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。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。膨胀箱耐热性、容量、位置要求低些。冷却液受热膨胀，一般为整个循环总
15、容积的4%6（根据具体某种防冻液的热膨胀性来具体确定）。2技术要求在设计过程中主要考虑膨胀箱的耐热性和耐压性。如果膨胀箱盖是带压力阀 和真空阀，那么两个阀的开启压力将考虑发动机本身和冷却系统个部件承受压力 的能力。压力阀使系统内的冷却崖沸点升高，可降低穴蚀作用，提高工作温度， 提高系统冷却能力；真空阀能避免冷却系统冷却时因冷却液冷却收缩使负压太大 而损害水箱、管路等。上汽集团奇瑞汽车有限公司冷却系统（零件系统）产品设计开发 指南编制日期：|编者：版次：页次：-10 -五橡胶水管开发指南1、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，耐热性、耐臭氧性、耐压性、对冷却液的
16、适应性及柔软性是水管应具有的性能。在实际使用中，壁厚4mn以上的橡胶硬度为6070HS从柔软性方面考虑， 中间加强型管子用60HS纯橡胶为70HS从管子连接处的密封考虑，管子内径 比与其连接管的外径小1mm胶管两端与其它管相连接时，应有 30mm勺插入量。2、散热器橡胶水管1.1结构：内胶层、骨架层、外胶层1.2材料品种：内胶层：EPDM骨架层：聚脂线1500DX 1、外胶层：EPDM1.3基本规格尺寸：内径 24 +10.5、27、30、3338、壁厚4霁 或5± 0.31.4基本性能：发动机冷却回路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，耐热性、耐臭氧性、耐压性、对冷却液的适应性及柔软性是水管应 具有的性能。具体性能要求见企业标准 Q/SQR.04.175。