汽车冷却系统设计要求

汽车冷却系统设计要求

汽车冷却系统设计

——叶海见

汽车冷却系统设计 (2)

一、概述 (3)

二、要求 (3)

三、结构 (3)

四、设计要点 (6)

（一）散热器 (6)

（二）散热器悬置 (6)

（三）风扇 (6)

（四）副水箱 (8)

（五）连接水管 (8)

（六）发动机水套 (8)

五、设计程序 (8)

六、匹配 (8)

七、设计验证 (9)

八、设计优化 (9)

一、概述

二、汽车对冷却系统的要求

（一）汽车对冷却系统有如下几点要求

1、保证发动机在任何工况下工作在最佳温度范围；

2、保证启动后发动机能在短时间内达到最佳温度范围；

3、保证散热器散热效率高，可靠性好，寿命长；

4、体积小，重量轻，成本低；

5、水泵，风扇消耗功率小，噪声低；

6、拆装、维修方便。

（二）冷却系统问题对汽车的影响

1、冷却不足时，会导致内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零部件摩擦和磨损加剧（如活塞、活塞环和缸套咬伤，缸盖发生热疲劳裂纹等），引起内燃机的动力性、经济性、可靠性全面恶化。

2、冷却过剩时（40～50℃），汽油机混合气形成不良，机油被燃油稀释；柴油机工作粗暴，散热损失增加，零部件磨损加剧（比正常工作温度工作时大好几倍），也会使内燃机工作变坏。

三、冷却系统布置选型

（一）冷却系统结构

1、分类：

液体蒸

发

简单蒸发冷

却

以加注冷却液来补偿冷却介

质蒸发损失的蒸发冷却。

冷却冷

却

带辅助水箱

的蒸发冷却

用辅助水箱补充冷却介质的

蒸发冷却。

带冷凝器的

蒸发冷却

蒸发的冷却介质在冷凝器中

凝结后，通。过冷却回路流

回到发动机加水箱的蒸发冷

却。

循

环

冷

却

对流冷却

利用热虹吸作用使冷却液自

然循环的冷却方式。

强

制

冷

却

开式强

制冷却

冷却介质不进行再循环的强

制。冷却方式。

单循环

强制冷

却

冷却介质在冷却水箱、冷却

塔、管式冷却器、散热器等

中进行冷却的强制冷却方

式。

双循环

强制冷

却

利用副回路（外循环）中的

冷却液在热交换器中对发动

机冷却介质进行再冷却的强

制冷却方式。

空气冷却自然空气冷却

利用自然空气循环的冷却方

式。

强制空气冷却

利用风扇迫使空气循环的冷

却方式。

2、常用结构：

（1）基本结构。

组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇以及连接管路。

原理：散热器上水室兼起膨胀水箱或者补偿水箱的作用。

注意事项：为保证冷却系统排气顺畅，加水充分，排水彻底，散热器的上水室加水口处为冷却系统的最高点，下水室出水口为冷却系的最低点。同时，为满足发动机排气、冷却液膨胀蒸发和冷却系统补水的需要，上水室要有足够的空间。其结构如（图1）。

（图1）

（2）带补偿水桶结构。（图2）

组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇、补偿水桶以及连接管路。

原理：发动机温度升高后，冷却液受热膨胀，冷却系统内部压力升高，散热器压力盖出气阀开启排气。随着压力的持续升高，冷却系统内部气体排尽，冷却液开始外溢并流入补偿水桶内。当冷却液温降低后，系统内冷却液体积减小，压力下降，散热器压力盖进气阀开启，补偿水桶内的冷却液会被重新被吸回冷却系。

注意事项：为保证冷却系统内的气体能够全部排除，散热器的加水口及下水室应处在冷却系统（补偿水桶出外）的最高点及最低点。补偿水桶到散热器的连接管路要密封紧密。另外，补偿水桶还要有足够的容量和膨胀空间。

（3）带膨胀水箱结构。（图3）

组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇、膨胀水箱以及连接管路。

原理：膨胀水箱布置在冷却系统的最高点，系统压力盖安装在膨胀水箱上，系统直接通过膨胀水箱排气和补水。

注意事项：因包括膨胀水箱在内的整个系统压力一样，所以各连接管路一定要密封紧密。膨胀水箱要有足够的抗压能力和空间。散热器的最高点可以低于发动机。

（图2）（图3）

四、设计要点

（一）散热器

1、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。这样可以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。

2、货车散热器一般采用纵流结构，因为货车的布置空间较宽裕。而且纵流式结构的散热器强度及悬置的可靠性好。轿车由于空间限制，也可采用横流结构。

（二）散热器悬置

悬置点应设计在一个部件总成上，改善散热器受力状况，尽量减少散热器的振动强度。主悬置点应与辅助悬置点保持一定的距离，以提高散热器的稳定性。主悬置点，辅助悬置点处散热器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度达到减振的目的。

（三）风扇

对风扇的要求：提供足够的风量；有一定的风扇压力值以便克服系统阻力；直径对散热器芯部覆盖面积足够大，是通过散热器的风速均匀；风扇要结构紧凑、质量轻、噪声小、适合大量生产、成本低。