汽车散热器风扇扇设计匹配方法
汽车冷凝器-散热器-风扇总成悬置系统的设计方法
汽车冷凝器-散热器-风扇总成悬置系统的设计方法王铁;上官文泷;刘晓昂;上官文斌【摘要】论述了汽车冷凝器-散热器-风扇总成(CRFM)悬置系统的设计要求.推导出在风扇旋转不平衡激励下,CRFM悬置系统中各悬置支承点动反力均方根值的计算公式.基于动力总成悬置系统位移控制的设计方法,阐述了CRFM的位移控制的设计方法.最后给出了一计算实例,结果表明利用该方法设计的CRFM悬置系统,可较好地满足CRFM悬置系统的设计要求.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】5页(P155-159)【关键词】汽车;冷凝器-散热器-风扇;悬置系统;设计方法【作者】王铁;上官文泷;刘晓昂;上官文斌【作者单位】沈阳理工大学汽车与交通学院,沈阳110159;沈阳理工大学汽车与交通学院,沈阳110159;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641【正文语种】中文汽车冷凝器-散热器-风扇总成 (condenser-radiator-fan module，CRFM)由一些橡胶减振悬置元件支撑在车身或副车架上，简称CRFM悬置系统。
随着汽车的轻量化设计、大功率发动机的广泛使用和冷却风扇的转速与不平衡量的增加，由CRFM引起的振动对汽车NVH的影响越来越大。
目前关于CRFM悬置系统的设计要求和分析方法方面的文献较少。
文献[1]中研究了由冷却风扇和轮胎动不平衡导致转向盘拍频振动问题，提出了调整风扇转速和控制动不平衡量的解决方案；文献[2]中采用Taguchi法辨识各种因素对CRFM振动的影响，实验结果表明，风扇不平衡量对CRFM垂向振动的影响最大，而风扇组件间的不良配合是导致CRFM轴向振动的主要原因；文献[3]中研究了发动机怠速、开空调时CRFM对转向盘振动的影响。
本文中首先论述了CRFM悬置系统的设计要求。
将CRFM简化为一个刚体，各个悬置简化为在其3个弹性主轴方向具有刚度和阻尼的弹性元件，建立了6自由度CRFM悬置系统的数学模型，推导了在风扇不平衡力激励下，CRFM悬置系统中各悬置支承点动反力均方根值频响特性的计算公式。
汽车发动机冷却风扇选型方法
汽车发动机冷却风扇选型方法贺航;郭浪;张鑫【摘要】为了提高汽车发动机冷却系统的散热效果,该文介绍了发动机冷却系统风扇的基本选型设计方法.首先根据发动机冷却系统散热器性能的计算方法及冷却系统试验结果,给出冷却风量和系统风阻的估算方法,再根据冷却系统各部件间的性能匹配和优化,对冷却风扇进行设计选型及校核计算,从而选出工作效率高且功耗低的风扇.该性能计算及匹配方法对发动机冷却系统热平衡分析具有一定的工程应用价值.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P34-36)【关键词】汽车散热器;热量;冷却风扇;设计匹配【作者】贺航;郭浪;张鑫【作者单位】泛亚汽车技术中心有限公司;泛亚汽车技术中心有限公司;泛亚汽车技术中心有限公司【正文语种】中文汽车发动机冷却风扇是汽车冷却系统的重要组成部分，风扇性能直接影响着发动机的散热效果，进而影响发动机性能。
随着增压技术的广泛应用，发动机功率得到大幅提高，发动机的机械负荷和热负荷问题也就突显出来。
因此对发动机的冷却系统也提出了更高的要求。
一方面为了满足更大的散热量需求，要求冷却风扇要具有更高的转速以承受更大的负荷；另一方面为了降低噪声对生存环境的污染，又要求冷却风扇具有较低的噪声辐射。
若风扇选取不当，则会导致发动机冷却不足或冷却过度，造成发动机工作环境恶化，影响发动机的性能和使用寿命。
尽管计算流体力学（CFD）方法已经应用于发动机冷却系统的开发和设计中，但由于计算周期及精度问题，实际工程应用中多数情况下还是按照经验公式进行初步计算选型。
文章介绍了一种风扇快速设计选型方法，可以快速地确定风扇叶型的尺寸参数，并根据冷却系统散热目标和理论计算进行散热器的理论设计及冷却风扇选型。
因此能有效地缩短产品的设计周期，在满足气动性能的基础上，降低风扇噪声，优化冷却系统性能。
1 发动机冷却系统参数计算在设计或选用冷却系统部件时，一般把流入冷却系统的热量作为原始数据，从而计算出冷却系统的循环水量和冷却空气量[1]，以便设计或选用散热器和风扇。
汽车散热器风扇扇设计匹配方法.
500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
风扇1
水箱
风扇2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Q m3/h
结论： 不能单独的选择风扇总成，在确定水箱与风扇性能要求前必须进行 风扇与水箱的匹配，匹配的结果会极大地影响冷却模块的效率。
水箱进水温度 ℃ 82~111
水箱部分
98 91 1.55 39060
水箱出水温度 ℃ 82~93
冷却水流速 kg/s 1~3
水箱散热量 k Kal/h 结果验证
方案可行
2010-4-7 ‹#›
水箱和电 子风扇匹 配
寻找合适性能的水箱， 确定工作点：
35
70 150/220 2700 38912
P 300 Pa 280
Fan Efficiency =
Pf Ps
Pf Pin
CURRENT (AMPS) I1 T1 TORQUE SPEED (R.P.M.) S1
‹#›
Overall Efficiency =
典型值
Motor Efficiency: Brush Type 55% to 75% Fan Efficiency: Axial Flow 30% to 55 % Overall Efficiency: Fan Module 25% to 40%
2010-4-7 ‹#›
2010-4-7 ‹#›
直流永磁电动机基本结构
汽车冷却系中风扇的优选方法_刘越琪
图 2 A 类风扇与系统匹配关系 F ig. 2 M atching relation between fan A and systems n 1. 1 000 r/ min; n 2. 2 000 r/ min; n 3. 2 800 r/ min; n 4. 3 300 r/ min; n s. 匹配点转速; S. 风扇与系统的匹配点; R. 风扇与散热器的匹配点; T . 散热器的阻力线
刘越琪
( 广东交通职业技 术学院, 广东 广州 510650)
摘 要: 介绍了风扇在系统中匹配点的确定及其 优选方法, 并给出了 应用实例。通过 不同结构 形式的风扇 样
品, 根据其性能建立风扇性能数据库。应用风机相似理论 , 对风扇进行匹配和优选, 可以大大减少汽车风扇设
计中的设计和试验工作量, 节约成本, 提高效率。
关键词: 汽车; 风扇; 匹配; 优选
中图分类号: U 464
文献标识码: A
文章编号: 1000- 2006( 2004) 02- 0061- 03
A Preference Method for the Fan in Vehicle Cooling System
L IU Yue- qi
( Guangdong Communicat ion Polyt echnic, G uangzhou 510650, China)
( 3) 风扇外径 D 2 和转速 nf 、风扇效率 Gf 若保持排量和风压相同, 增大外径 D 2, 减小转速 nf , 则
有利于使气流均匀, 改善散热条件, 减小噪声和耗功。但风扇外径大小由总布置和散热器芯子尺寸决 定, 其大小应略小于芯子的宽度和高度为佳, 考虑噪声因素, 风扇转速 nf 由下式确定:
汽车发动机冷却系统与散热器的匹配设计
汽车发动机冷却系统与散热器的匹配设计作者：黄坚来源：《价值工程》2013年第04期摘要：本文简述了汽车发动机的冷却系统的功能与原理与类型，以及冷却系统对发动机性能的影响，分析说明了冷却系统中的重要部件散热器的匹配设计算方法，以有效保证发动机的性能。
Abstract： This paper briefly introduces the function， principle and types of automotive engine cooling system， and the effect of cooling system on the engine performance， and analyzes the matching design method of radiators in key parts of the cooling system， in order to effectively guarantee the performance of the engine.关键词：发动机；冷却系；散热器；匹配设计Key words： engine；cooling system；radiator；matching design中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）04-0030-021 发动机冷却系统的功能汽车发动机（汽油机或柴油机）在工作时，与高温燃气相接触的零件最高温度高达2000摄氏度以上，发动机冷却系统的主要功能就是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
一般正常的冷却水温在85-110°C之间。
2 发动机冷却系统的类型汽车发动机的冷却系统主要有以下几种类型，其特点如表1所示。
目前，汽车用发动机的冷却系统常用结构是“冷却水强制循环冷却方式”，具有冷却可靠、效果好的特点。
3 发动机冷却系统的组成与工作原理强制循环水冷式发动机的冷却系统主要是由冷却水套、水泵、散热器、水管、节温器、冷却风扇、膨胀水箱等组成。
电子风扇与散热器距离匹配的试验研究
作者简介 ： 毅（ ９ ５ ）男 ， 李 １ ７一 ， 湖南株洲人 ， 讲师 ， 博士 ， 研究方 向： 发动机 （ 车辆 ） 热管理系统 。
３
Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ９， ０１ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃ ｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ ２ ｉ
图 ４所 示 。
图 １ 送 风的系统示意图
１ 风扇 与散热器 匹配试 验方法
１１ 试 验 方 法 ．
图 ２ 测试 布 置 图
（） １ 按要求把散热器 固定在测试平 台上 ， 然后把 电子 风 扇 安 装 在 散 热器 上 ， 接 好 各 电源 线 路 ， 检 连 并 查确认试验和相关设备连接完好 ， 如图 １ 图 ２ 、 所示 。 （） ２ 在散热器芯子 出风平面上做好各测试风速 ａ １ 散热器芯子平 面 ｂ中冷器芯子平面 ） 点标记 （ ２ 个测试点 ）见图 ３ ａ 。在 中冷器芯子 图 ３ 水散热器和中冷器芯子出风平面 做 好各测试风速点分布 图 共 ５ ， （）
目前 ， 在客车冷却系统中， 风扇大多使用机械传动 的方 ｌ 。其是把风扇和发动机主轴连接起来 ， 散热器 的散热量根据发动机的转速而定 ，达不到整车系统控 制所需的散热量要求。 目 在 前使用的散热器中， 一般只 使用一个风扇 ，不能根据整车的发热量来调整散热量 的大小 ， 并且发动机在转速较高时风扇 的噪音偏大。 同时冷却风扇是车辆冷却 系统必不可少的一个 重要部件 ，风扇的选择直接影响到主机冷却系统 的 散热效果 、 噪声 、 燃油经济性和发动机功耗等酬 。电 子风扇有吸风式和吹风式两种形式 ，选择的主要原 则是 ，风扇形成的空气流动方 向必须与主机在正 向 行驶时迎 风空气流动方 向一致 。风扇端面离散热器 芯 子过 近 或过 远 ， 出现无 风 区或 发 生 回流现 象 因 会 此 ，推荐 风扇端面距离散热器芯子 的距离为风扇直 径 的 １ 一１ ０％ ５％嘲 。 由于风扇不仅 承担 了发动机冷却水 的散热 ， 同 时还负责中冷器进气的冷却 ，为了使冷却系统 的散 热 能力 、 机 的综 合 热 平衡 收 到 良好 的效 果 ， 风 扇 整 对 叶片到散热器芯子的距离进行合理匹配的试验研究 具有 重 要意 义 。
发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定的方法
风扇的选型设计风扇选型设计要有三个前提条件冷却风道的全气路阻力曲线即风扇所需提供的静压头汽车厂提供可供选用的风扇特性曲线某一转速下的压力与流量的关系风扇设计部门或制造厂提供选择风扇时首先在风扇性能曲线上找到冷却系统所需风量下的压力值同时在全气路阻力曲线上找到该风量下气路阻力值
发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定方法 1.发动机冷却水散热量Φ （Kcal/h） 冷却系应散发出去的热量与发动机的形式及功率大小有关。 对于我厂 6110 系列增压中冷发动机，额定点工况下冷却水散热量约占燃料总 发热量的 22～25％，对于 4D32 发动机，该值约为 25~30％。考虑到 冷却系设计的安全性，一般取上限。 2.水循环流量 qv，w 冷却水的循环流量是根据冷却系应散发出去的热量Φ ， 由热平衡方程 计算： qV , w
冷却系统所需要风量（发动机厂提供） 冷却风道的全气路阻力曲线 （即风扇所需提供的静压头） （汽车厂 提供） 可供选用的风扇特性曲线 （某一转速下的压力与流量的关系） （风 扇设计部门或制造厂提供） 选择风扇时， 首先在风扇性能曲线上找到冷却系统所需风量下的 压力值，同时在全气路阻力曲线上找到该风量下气路阻力值。当前者 大于后者时， 系统可以稳定工作。 同时还需综合考虑风扇的驱动功率、 噪音水平、传动比、安装空间等因素。 5.冷却水箱（散热器）的选型设计 水箱选型设计注重的是水箱参数与冷却系统总体的匹配。 选型设 计时，除冷却系统对散热器设计要求（设计输入）都已经确定外，还 要求有可供选用的散热器传热与阻力曲线。 对散热器选型设计要求包括以下内容： 要求散热器散走的热量 Φ Kw（考虑到散热器焊接质
量、使用中形成的污垢、堵塞及其它不可预见因素所造成的散热 能力下降，设计要求散热量应比要求散热量大 10～15％） 热侧冷却水流量 热侧冷却水入口温度 冷却空气流量 冷却空气入口温度 水侧允许的阻力损失 qv,w tw1 qv,a ta1 Δpw L/min °C m3/m °C kPa
汽车冷却系统匹配设计
一、冷却系统说明二、散热器总成参数设定及基本性能要求三、膨胀箱总成参数设定及基本性能要求四、冷却风扇总成参数设定及基本性能要求五、橡胶水管参数设定及基本性能要求一、冷却系统说明内燃机运转时 ,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，引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。
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.1。
1 发动机的工况及对冷却系统的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。
1。
2 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。
提高通风系数：总的进风口有效面积和散热器正面积之比≥30％。
对于空气流通不顺的结构，需要加导风装置使风能有效的吹到散热器的正面积上，提高散热器的利用率。
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。
汽车散热器电动风扇技术条件.
QC/T 773—2006（2006-12-17发布，2007-05-01实施）前言本标准参考国外先进标准及我国的QC/T 413-2002《汽车电气设备基本技术条件》等相关标准制定。
本标准由全国汽车标准化技术委员会提出。
本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。
本标准负责起草单位：上海日用—友捷汽车电气有限公司。
本标准主要起草人：张梅学、林宏楣、周伟刚、杨忠明。
QC/T 773—2006汽车散热器电动风扇技术条件Cooling fan module specification for automobile1 范围本标准规定了汽车散热器电动风扇(以下简称风扇)的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、储存和保管。
本标准适用于汽车发动机散热器装置上驱动负载排出热量的风扇。
含电子调速控制器的有刷(直流电动机)风扇也可参照执行。
本标准不适用于汽车散热器电动风扇的电子模块。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 1236 工业通风机用标准化风道进行性能试验(idt ISO 5801：1997)GB/T 2423.17 电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法(eqv IEC 68-2-11：1988) GBl 8655 用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法(idt IEC/CISDIVR25：1995) QC/T 413-2002 汽车电气设备基本技术条件QC/T 29106 汽车低压电线束技术条件3 要求3.1 一般规定3.1.1 文件。
风扇应符合本标准的要求，并应按照经规定程序批准的图样及技术文件制造。
3.1.2 常态工作环境条件。
风扇的常态工作环境条件按QC/T 413-2002中3.1.2的规定。
汽车冷却风扇设计参数仿真优化
汽车冷却风扇设计参数仿真优化作者：张涵韦流权刘康鲁力来源：《汽车科技》2019年第06期摘要：鉴于汽车冷却风扇的工作性能直接影响发动机舱的散热性能，本研究以全面提升散热器人口进风量和冷却风扇有效功率为优化目标，以实车为例，进行了冷却风扇轴向伸入距离、风扇与风扇罩径向间隙和风扇旋转中心偏移距离三个设计参数进行优化。
首先采用计算流体力学（CFD）方法，单因素分析各个设计参数对散热器入口进风量和冷却风扇有效功率的影响规律。
然后采用正交试验方法，对发动机舱散热性能的影响因素进行了研究，发现风扇与风扇罩径向间隙的变化相对于其他因素对发动机舱散热性能的影响更为显著，并获得了风扇设计参数的最佳组合方案。
最后经过仿真验证结果表明，与原车模型相比，优化后在爬坡工况下散热器进风量提升了10.90%，风扇进风量提升了8.81%，风扇有效功率提升了12.22%，发动机表面温度降低了1.23°C，其结果有效地改善了发动机舱的散热性能。
关键词：发动机舱;冷却风扇;CFD数值分析;正交试验优化中图分类号：U463文献标识码：A文章编号：1005-2550（2019）06-0058-07Simulation Optimization of Automotive Cooling Fan Design;ParametersZHANG Han'， LIU Kang， LU Li（ 1. SGMW Corporation， Guangxi Liuzhou 54007， China; 2. Wuhan University of Technology，Hubei Wuhan 430070， China ）Abstract： In view of the performance of the car cooling fan directly affects the heat dissipation performance;of the engine compartment. The study aims to optimize the overall improvement of;the inlet air volume of the radiator and the effective power of the cooling fan and takes the actual vehicle;as an example to optimize the axial extension distance of the cooling fan， the radial clearance of;the fan and the fan cover and the center of rotation of the fan. Firstly， the computational fluid dynamics;（CFD） method is used to analyze the influence of various design parameters on the intakeair volume of the radiator and the effective power of the cooling fan. Then the orthogonal test method;is used to study the factors affecting the heat dissipation performance of the engine compartment. It is found that the radial clearance of the fan and the fan cover has a more significant influence;on the heat dissipation performance of the engine compartment than other factors， and;the fan design parameters with the best combination of options are obtained. Finally， the simulation results;show that compared with the original model， the air intake of the radiator is increasedby10.90%， the air intake of the fan is increased by 8.81 %， the effective power of the fan is increased by12.22%， the surface temperature of the engine is increased by 1.239C， and the result effectively;improved the heat dissipation performance of the engine compartment.Key Words： Engine Compartment; Cooling Fan; CFD Numerical Analysis; OrthogonalTest Optimization張涵毕业于广西大学机械工程学院，本科学历，现任上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心整车性能集成科经理，主要从事整车性能集成开发工作。
散热系统匹配计算分析方法
汽车冷却系统匹配分析计算方法目录一，概述 (1)二，汽车对冷却系统的要求 (2)三，冷却系统选型布置 (2)四，设计计算匹配 (6)五，设计验证 (12)一、概述冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
匹配良好的冷却系统对整车的动力性，经济性都有着至关重要的作用。
冷却不足会导致发动机过热，产生许多不良反映：发动机过热，进气系数下降，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），引起发动机的动力性、经济性、可靠性全面恶化，最明显的症状则是我们平常所见的发动机开锅。
冷却过度会导致发动机过冷，不良反映有：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），也会使发动机工作变坏。
在冬天发动机启动后需要长时间热机。
最终也导致整车的燃油经济性大打折扣。
冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷（图1-1），如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。
而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。
由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。
图1-1二、汽车对冷却系统的要求1、保证发动机在任何工况下工作在最佳温度范围；随着发动机技术水平的提高，现在发动机的最佳工作温度也有所提高，约85~1102、保证启动后发动机能在短时间内达到最佳温度范围；3、散热器散热效率高，可靠性好，寿命长；风扇（主要是电子扇）运转可靠，噪声小，消耗功率低；水泵尽量小的消耗发动机功率。
4、体积小，重量轻，成本低，可靠性好；6、拆装、维修方便。
三、冷却系统布置选型（一）冷却系统结构1、分类：2、常用结构：冷却水强制循环冷却方式主要零部件：发动机水套、水泵、节温器、散热器、风扇以及连接管路。
冷却模块风阻计算及冷却风扇匹配校核
选型。
４ ８ １ ０ １ ２ ｌ４ １６
冷却模块 总重 量风速 白 ／（ ｋ ｇ ／ （ ｍ ２ ・ ｓ ））
图４ 冷 却 模 块 总 的 风 阻 一 重 量 风 速 曲线 图
５ ． ４１ ６ ． ９ ７ ８ ． ２ ８ ９ ． ４ ５ １ ０ ． ５１ ｌ １ ． ４ ９
２ ． ０ ８ ２ ． ６ ８ ３ ． １ ９ ３ ． ６ ４ ４ ． ０ ５ ４ ． ４ ２
５ ． ８ ３ ７ ． ４ ０ ８ ． ７ ２ ９ ． ８ ８ １ ０ ． ９ ４ １ １ ． ９ １
下部 的流速是 不 同 的 ，流 过水 散热 器 和 中冷 器 的重
● ｒ
多项 式 系数 ，为定 值 ，无量 纲 。
拟合 得 到三者 的风阻 曲线 如 图２ 所示 。
叠部 分 因阻力 大 其流 速相 对较 小 ，而流 过水 散热 器
和 液 压 油 散 热 器 的重 叠 部 分 因 阻力 小 其 流 速 相 对 较大 。 根 据 公 式 （２） ， 令 △Ｐ＝ ０ Ｐａ、２ ０ ０ Ｐａ、
４ ． ４ ４ ５ ． ６ ２ ６ ． ６ ３ ７ ． ５ ２ ８ ３２ ９ ． ０ ６
６ ． ５ ２ ８ ． ３ｌ ９ ． ８ ２ １ １ ． １ ６ １ ２ ３７ １ ３ ． ４ ８
＇ ＿ ｌ
．
． － － ． － ． ，
２
４ ６ ８ １ ０ １ ２
式中 △ Ｐ ＿ — 体在某冷却空气流量下的阻力，Ｐ ａ ； △Ｐ 厂一 单体重合部分在某冷却空气流量下
散热器翅片间距的选取及其与微型风扇的匹配
机 械 设 计 与 制 造
５ ２
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
＆
Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
第 ６期 ２ ０ １ ３年 ６月
散 热 器翅 片 间距 的选取及 其 与微 型风 扇 的 匹配
翁建 华 ， 郭广品 ， 崔晓钰
（ １ ． 上海电力学院 能源与机械工程学院， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ０ ； ２ ． 上海理工大学 能源与动力工程学院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
ｂ ｅ ｅ ｎ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｍｅ ｎｗ ａ ｈ ｉ ｌ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｒ ｏ ｐ ｆａ ｏ ｉ ｒ ｌＯ ｆ Ｗ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ｔ ａ ｓ ｉ ｎ ｋ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｈ ｅ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｒ ｔ ａ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ
Ｄｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆ ｉ ｎ Ｇａ ｐ ｏ ｆ Ｈｅ ａ ｔ Ｓｉ ｎ ｋ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ Ｍａ ｔ ｃ ｈ ｗｉ ｔ ｈ Ｍｉ ｎ ｉ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｆ ａ ｎ
Ｗ ＥＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ － ｈ ｕ ａ ，ＧＵＯ Ｇｕ ａ ｎ ｇ － ｐ ｉ ｎ ，Ｃ ＵＩ Ｘｉ ａ ｏ － ｙ ｕ
发动机冷却系统散热量确定及水箱风扇参数确定的方法
发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定方法1.发动机冷却水散热量Φ（Kcal/h ）冷却系应散发出去的热量与发动机的形式及功率大小有关。
对于我厂6110系列增压中冷发动机，额定点工况下冷却水散热量约占燃料总发热量的22～25％，对于4D32发动机，该值约为25~30％。
考虑到冷却系设计的安全性，一般取上限。
2.水循环流量q v ，w冷却水的循环流量是根据冷却系应散发出去的热量Φ，由热平衡方程计算：W W P W w V t c q ∆∙∙Φ=,,ρ( Kcal/h) 其中：Δt w 为冷却水温差；在热平衡温度下，冷却水流经发动机的温升应等于冷却水流经水箱的温降。
该值一般为6～12°C 。
ρw 为冷却水密度；一般取1000Kg/m 3C p ，w 为冷却水定压比热容，一般取1Kcal/(Kg.°C)3.冷却空气体积流量q v,a冷却空气的流量，即冷却风扇的供风量，也是根据冷却系应散发出去的热量Φ，由热平衡方程计算：a a P a a V t c q ∆∙∙Φ=,,ρ( Kcal/h ）其中：Δt a 为冷却空气进出水散热器温升；该值一般为30°C 。
ρ a 为空气密度；一般取1.05~1.2Kg/m 3C p ，a 为空气定压比热容，一般取0.2393Kcal/(Kg.°C)4.风扇的选型设计风扇选型设计要有三个前提条件●冷却系统所需要风量（发动机厂提供）●冷却风道的全气路阻力曲线（即风扇所需提供的静压头）（汽车厂提供）●可供选用的风扇特性曲线（某一转速下的压力与流量的关系）（风扇设计部门或制造厂提供）选择风扇时，首先在风扇性能曲线上找到冷却系统所需风量下的压力值，同时在全气路阻力曲线上找到该风量下气路阻力值。
当前者大于后者时，系统可以稳定工作。
同时还需综合考虑风扇的驱动功率、噪音水平、传动比、安装空间等因素。
5.冷却水箱（散热器）的选型设计水箱选型设计注重的是水箱参数与冷却系统总体的匹配。
发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定方法
发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定方法1.发动机冷却水散热量Φ（Kcal/h）冷却系应散发出去的热量与发动机的形式及功率大小有关。
对于我厂6110系列增压中冷发动机，额定点工况下冷却水散热量约占燃料总发热量的22～25％，对于4D32发动机，该值约为25~30％。
考虑到冷却系设计的安全性，一般取上限。
2.水循环流量q v，w冷却水的循环流量是根据冷却系应散发出去的热量Φ，由热平衡方程计算：( Kcal/h)其中：Δt w为冷却水温差；在热平衡温度下，冷却水流经发动机的温升应等于冷却水流经水箱的温降。
该值一般为6～12°C。
ρw 为冷却水密度；一般取1000Kg/m3C p，w为冷却水定压比热容，一般取1Kcal/(Kg.°C)1千卡（Kcal）=4 186焦耳。
1兆焦（MJ）=1 000 000焦耳。
所以1MJ/kg=239Kcal/kg3.冷却空气体积流量q v,a冷却空气的流量，即冷却风扇的供风量，也是根据冷却系应散发出去的热量Φ，由热平衡方程计算：( Kcal/h）其中：Δt a为冷却空气进出水散热器温升；该值一般为30°C。
ρa 为空气密度；一般取1.05~1.2Kg/m3C p，a为空气定压比热容，一般取0.2393Kcal/(Kg.°C)4.风扇的选型设计风扇选型设计要有三个前提条件冷却系统所需要风量（发动机厂提供）冷却风道的全气路阻力曲线（即风扇所需提供的静压头）（汽车厂提供）可供选用的风扇特性曲线（某一转速下的压力与流量的关系）（风扇设计部门或制造厂提供）选择风扇时，首先在风扇性能曲线上找到冷却系统所需风量下的压力值，同时在全气路阻力曲线上找到该风量下气路阻力值。
当前者大于后者时，系统可以稳定工作。
同时还需综合考虑风扇的驱动功率、噪音水平、传动比、安装空间等因素。
5.冷却水箱（散热器）的选型设计水箱选型设计注重的是水箱参数与冷却系统总体的匹配。
发动机冷却风扇与冷却系统的匹配_王海航
确定风扇与冷却系 统 的 匹 配 流 量ｑｓ，进 而 判 断 该 流 量 下 ，冷 却 力 是 否 符 合 冷 却 系 统 的 要 求 ，最 后 从 符 合
要求的风扇中选取功耗最低的一款。
２．１ 风 扇 工 作 点 的 确 定 冷却风扇在某一系统的一定转速下所能发挥的
性能（ｑｓ，ｐｓｐｓ）称为风扇的 工 作 点。匹 配 分 析 中 无 法 对发动机所有工况 逐 个 分 析，通 常 只 针 对 冷 却 力 要
以节 约 能 耗、提 升 燃 油 经 济 性 为 出 发 点 对 符 合 冷却系统要求的风 扇 进 行 优 选，其 目 的 便 是 要 综 合 考虑发动 机 的 运 转 情 况 挑 选 出 总 体 功 耗 较 低 的 风 扇。因此，风扇的优 选 应 该 基 于 发 动 机 常 用 转 速 来 考虑，而非基于 最 大 扭 矩 时 的 转 速。 根 据 发 动 机 的 常用工作转 速 ｎｗ 求 出 风 扇 此 时 的 工 作 转 速 ｎ′ｓ，并 根据风扇性能数据库拟合该转速下风扇的流量—静 压曲线和流量—功率曲线。根据流量—静压曲线与 流量—阻力曲线的交点 得 到 该 转 速 下 的 流 量ｑ′ｓ，进 而确定风扇 的 功 率 Ｐ′ｓ。 针 对 每 款 风 扇 求 出 相 应 的 功率 Ｐ′ｓ 并 比 较 大 小，工 作 功 率 最 小 的 风 扇 即 为 匹 配该冷却系统的最优风扇。
图 １ 风 扇 性 能 试 验 台［４］
即在转速为ｎｘ 时，若风扇的流量—静压曲线 通 过 点 （ｑｘ，ｐｓｐｘ），则 当 转 速 为 ｎｓ 时，流 量—静 压 曲 线 通 过 点（ｑｘ ·ｎｓ／ｎｘ，ｐｓｐｘ（ｎｓ／ｎｘ）２ ）。 相 应 的 流 量—功 率 曲线通过点（ｑｘ·ｎｓ／ｎｘ，Ｐｘ（ｎｓ／ｎｘ）３ ）。
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2010-4-7 ‹#›
Trends in the CFM business
Arguments for Brushless Drives
1. Performance Requirements Current Specs (as VDA) prescribe a 500h salt-spray test, more than doubling the previous requirements. brush commutation at its limits (and beyond!) 2. E-cars Water-cooled batteries require an substantially higher runtime (more than 15 Kh) only achievable by electronic commutation 3. Economy General demand for more efficient vehicles: BL about 20% more efficient than brush at typical working conditions fuel savings, car components downsizing 4. Environment Less CO2 emission, avoidance of carbon dust pollution More stringent EMC requirements
2010-4-7 ‹#›
2010-4-7 ‹#›
直流永磁电动机基本结构
转子／电枢
定子 绕组
端盖 电刷组件
绕组电刷
电刷弹簧
刷盒
电刷引线
磁瓦
轴承 机壳
2010-4-7 ‹#›
Motor Equation
电机基本公式
n, I, η
Snlt
+
U
-
I ra Eg
Snl
IS T,S
I0
Til Input power
260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
水箱风阻曲线
水箱1 水箱2
水箱进风温度 ℃ 25~50
水箱出风温度 ℃ 50~85
风冷部分
设定工作点静压 Pa 80~300 风流量m3/h
风冷散热量 k Kal/h
结果验证
方案可行
0
500
1000 1500 2000
电机风扇试验 冷却模块试验 发动机匹配试验
初步设计定型
散热量Qw Qw=k*Ne*0.65
初选电机参数 初选风扇参数 功率，流量，风阻 几何尺寸等
初选水箱参数 初选风扇参数 功率，流量，风阻 几何尺寸等
关于发动机散热量的经验数据可以要求发动机供应商提供
2010-4-7 ‹#›
2010-4-7 ‹#›
其中 U
输入电压; I
电流
torque (Nm)
η= Ps/ Pin= 2 * π *S / 60 * T /(U * I )
Content
Motor Basic
CFM Basic
2010-4-7 ‹#›
Function of Engine Cooling Module
500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
风扇1
水箱
风扇2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Q m3/h
结论： 不能单独的选择风扇总成，在确定水箱与风扇性能要求前必须进行 风扇与水箱的匹配，匹配的结果会极大地影响冷却模块的效率。
Input
+
• Advantages / Disadvantages (+/-)
• + Target speed/multiple speeds • + Efficient High Speed, Moderate Efficiency Low Speed • + Can be added to existing motor • + Can eliminate motor relays • - Requires control signal • - Added component • - Cost of Electronics • - EMC concerns (due to switching)
2010-4-7 ‹#›
Content
Motor Basic
2010-4-7 ‹#›
Motors for Automotive 汽车用电机
01. Headlight Retractor Motor 02. Water Pump Motor 03. Front Windshield Wiper Motor 04. Rear Windshield Wiper Motor 05. Winshield Washer Motor 06. Headlight Washer Pump Motor 07. Door Lock Actuator Motor 08. Power Antenna Motor 09. Window Lift Motor 10. Seat Motor 11. Door-Mirror Motor
23. Blower Motor for Air-Purifier 24. Height Adjusting Motor 25. Motor for ABS 26. Stepping Motor for Idle Speed Control 27. 4WD Def-lock Motor 28. Stepping Motor for Odometer 29. Motor for Auto Drive System 30. Fuel Stop Motor
2010-4-7
电机调速一： Motors with Resistors
• Advantages / Disadvantages (+/-)
• + Target Speeds can be achieved • + Efficient High Speed / - Inefficient Low Speed • + Proven Warranty Record (In Production for 16 years)
Fan Efficiency =
Pf Ps
Pf Pin
CURRENT (AMPS) I1 T1 TORQUE SPEED (R.P.M.) S1
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Overall Efficiency =
典型值
Motor Efficiency: Brush Type 55% to 75% Fan Efficiency: Axial Flow 30% to 55 % Overall Efficiency: Fan Module 25% to 40%
TS
输入功率
T
Pin = U * I (Watts) 根据上面简化图，电路平衡公式： U = I*Ra + Eg 其中： U I Ra Eg Voltage Current Resistance. Counter EMF 电压 电流 电枢内阻 反电势 由于摩擦阻力,风阻,磁阻和内电阻的损耗I2R, 电 机的输出功率小于输入功率: Output power (shaft power) 输出(轴)功率 Ps = 2 * π *S / 60 * T (Watts) 其中: S speed (rpm); T Efficiency 效率
2010-4-7 ‹#›
风扇的选择
根据数据库中各类风扇的特性，选择满足几何条件的合适的风扇； 选择其工作转速，如本例中转速约为 2800rpm的单风扇，相应的风机的噪声根据表中数据可以预测为78分贝左右。
2010-4-7 ‹#›
风扇和电机的匹配
Motor Efficiency = Ps Pin
例 ：估算110KW 柴油发动机的冷却风扇模块的主要性能参数
发动机功率 类型，型式 散热量 要求
发动机冷却模块校核
发动机功率 Ne KW 发动机类型 是否有增压
发动机部分 散热功率系数 发动机工作点 系数0.5--0.75 散热功率 KW 散热功率 k Kal/h 柴油机 No
110
0.65 0.62 44.3 38,124
A
+
B
Switching Sequence
Low Speed High Speed A ON OFF B OFF ON
AMPS/SPEED
TORQUE FAN CURVE CURRENT HIGH SPEED LOW SPEED
2010-4-7 ‹#›
电机调速二：Pulse Width Modulation (PWM)
2500 3000 3500
4000 4500
Q m3/h
提示：不要认为现成的，装的上就行，就是节省！ 水箱1输出2700立方/小时的风量所需的空气功率为: 2700/3600*220=165 Wa 水箱2所需的功率为 2700/3600*150=112.5Wa 由此可见水箱1需要的风功率相对水箱2 增加了52.5W（47%）， 折算到冷却风扇电机的输入功率， 增加了约175W。 估算增加了CO2排放 约4g/100Km!
2010-4-7 ‹#›
水箱风机匹配
散热系统的匹配
水箱和电 子风扇匹 配 电机和 风扇匹 配