冷却系统总成设计指南

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

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

编制日期：编者：版次：页次：- 3 -

一、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，引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和

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。

①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；

②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；

③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：

①减少空气流动阻力

②降低热风温度，防止热风回流

③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

编制日期：

编者：

版次：

页次：- 5 -

① 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。

② 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。

③ 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： A geNe h n 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 =0.23～ 0.30；取A =0.25

ge ─内燃机燃油消耗率（千克/千瓦·小时）；取ge=0.32千克/千瓦·小时。 Ne ─内燃机功率（千瓦）；Ne=62千瓦。

h n ─燃料低热值，h n=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Vw Qw Δtw γw cw

式中 Δtw ─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Δtw=6～12℃；取Δtw=9℃

γw ─水的比重，可近似取γw=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 一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 。 Qw

Δta γa cp

式中 Δta ─空气进入散热器以前与通过散热器以后的温度差，通常Δta=

10～30℃；取Δta=20℃

γa ─空气的重度，一般γa=1.01千克/米 ；

cp ─空气定压比热，可取cp=1.047千焦/千克·度

Q w =

V w = 3

V a =