發(fā)動機冷卻系統(tǒng)總體參數(shù)設(shè)計方案

6/20冷卻系統(tǒng)說明散熱器總成參數(shù)設(shè)計膨脹箱總成參數(shù)設(shè)計冷卻風扇總成參數(shù)設(shè)計五、水泵總成參數(shù)設(shè)計六、橡膠水管參數(shù)設(shè)計七、節(jié)溫器選擇八、冷卻液選擇冷卻系統(tǒng)說明內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時，與高溫燃氣相接觸的零件受到強烈的加熱，如不加以適當?shù)睦鋮s，會使內(nèi)燃機過熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常<爆燃、早燃等），機油變質(zhì)和燒損，零件的摩擦和磨損加劇，引起內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和耐久性全面惡化。但是，如果冷卻過強，汽油機混合氣形成不良，機油被燃燒稀釋，柴油機工作粗爆，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會使內(nèi)燃機工作變壞。因此，冷卻系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證內(nèi)燃機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。1.1發(fā)動機的工況及對冷卻系統(tǒng)的要求一個良好的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列各項要求：散熱能力能滿足內(nèi)燃機在各種工況下運轉(zhuǎn)時的需要。當工況和環(huán)境條件變化時，仍能保證內(nèi)燃機可靠地工作和維持最佳的冷卻水溫度；應(yīng)在短時間內(nèi)，排除系統(tǒng)的壓力；應(yīng)考慮膨脹空間，一般其容積占總?cè)莘e的4-6%；具有較高的加水速率。初次加注量能達到系統(tǒng)容積的90%以上。在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)壓力蓋打開時，水泵進口應(yīng)為正壓；有一定的缺水工作能力，缺水量大于第一次未加滿冷卻液的容積；設(shè)置水溫報警裝置；密封好，不得漏氣、漏水；冷卻系統(tǒng)消耗功率小。啟動后，能在短時間內(nèi)達到正常工作溫度。使用可靠，壽命長，制造成本低。1.2冷卻系統(tǒng)的總體布置冷卻系統(tǒng)總布置主要考慮兩方面：一是空氣流通系統(tǒng)；二是冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計中必須作到提高進風系數(shù)和冷卻液循環(huán)中的散熱能力。提高通風系數(shù)：總的進風口有效面積和散熱器正面積之比≥30%。對于空氣流通不順的結(jié)構(gòu)，需要加導(dǎo)風裝置使風能有效的吹到散熱器的正面積上，提燃料熱能傳給冷卻系的分數(shù)，取同類機型的統(tǒng)計量，%，汽油機A=0.23～0.30，取A=0.25-燃料消耗率，kg/kw.h；汽油機0.205～0.320取0.25-發(fā)動機有效功率，取最大功率110kw若水冷式機油散熱器，要增加散熱量，增大5%～10%.在算出發(fā)動機所需的散走的熱量后，可計算冷卻水循環(huán)量-冷卻水循環(huán)的容許溫升<-），取-水的密度，<1000kg/）-水比熱<4.187kJ/kg.）實際冷卻水循環(huán)量為冷卻空氣需要量：-散熱器前后流動空氣的溫度差，取20-空氣密度，一般取1.01kg/-空氣的定壓比熱，可取=1.047kJ/kg.二．散熱器設(shè)計1.散熱器的計算所根據(jù)的原始參數(shù)是散熱器散發(fā)的熱量和散熱器的外形尺寸。散熱器散發(fā)的熱量就等于發(fā)動機傳給冷卻液的熱量。已知散熱器散發(fā)的熱量后，所需散熱面積F可由下式計算：K-散熱器的傳熱系數(shù)-散熱器貯備系數(shù)，水垢及油泥影響等，一般=1.1～1.5，取1.1-冷卻水與空氣的平均溫差，取散熱器的不同部位，其冷卻水與空氣溫差不同，通常采用平均溫差，平均溫差可由下列式計算:—散熱器進水溫度，取—散熱器出水溫度，取—空氣進入散熱器時的溫度，取—空氣離開散熱器時的溫度，取—從冷卻水到散熱器壁的放熱系數(shù),當冷卻水流速為0.2～0.6m/s時，約為2000～3500，取3500?！峁軐?dǎo)熱系數(shù)，純鋁導(dǎo)熱系數(shù)為230W/m.k,換算為—散熱管壁厚，0.0002m—散熱管到空氣的散熱系數(shù)，當流過散熱管的空氣流速為10～20m/s時，=60～105，取105。散熱面積2.散熱器細節(jié)計算在計算出散熱面積后，就是散熱器芯部的選擇。從結(jié)構(gòu)上分主要有管片式和管帶式兩種<如圖1）。這里選用管帶式散熱器。根據(jù)汽車行業(yè)標準QC/T29025-1991,選擇如下芯子：冷卻管選取高頻對焊型冷卻管Ⅳ型號，=2mm,L=16m,如圖1選用型雙排冷卻管，如圖2圖1圖2圖3C=L+4=20mmd=EQ\F(L,2>+1=9mmT=(2-1>C+2d=38mm取b=10mm,t=4mm芯厚T、芯寬W和芯高H,見圖4圖4H取420mm,W取530mm,T為38mm散熱器正面積<迎風面積）為每片散熱帶的有效散熱面積<雙面）所需管帶數(shù)為散熱帶總散熱面積所需冷卻管數(shù)為每根冷卻管表面積約為冷卻管總表面積約為總散熱面積，滿足散熱面積要求。三膨脹箱總成設(shè)計1設(shè)計原則冷卻液在發(fā)動機冷卻回路流動，隨溫度升高體積膨脹，為吸收這部分膨脹體積而設(shè)置了膨脹箱。具有膨脹箱的冷卻系統(tǒng)根據(jù)膨脹箱有無加壓分為兩種：系統(tǒng)A：在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間<膨脹箱），冷卻液循環(huán)到膨脹空間中，進行氣液分離。膨脹箱應(yīng)耐熱、耐壓，位置高于散熱器并保持系統(tǒng)內(nèi)壓力適宜。系統(tǒng)B：在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間<膨脹箱），僅在溢流至膨脹箱時進行氣液分離。膨脹箱耐熱性、容量、位置要求低些。膨脹箱由兩個注塑件組成，通過焊接<熱焊、超聲波焊接）組成一體。形式不一四．冷卻風扇的選擇根據(jù)發(fā)動機參數(shù)與參考同類型的汽車發(fā)動機，選擇軸流式電動風扇。它用裝在散熱器上的石蠟式溫控開關(guān)控制<控制水溫87～97），自動控制風扇電機的運轉(zhuǎn)，保持發(fā)動機溫度正常。這種自動控制的冷卻系統(tǒng)啟動暖機快，布置較自由。風扇的性能參數(shù)包括風量V、壓頭、功率。冷卻空氣需要量，考慮到風量的漏損，風扇的風量要比計算所得的風量大，即，—考慮到漏損的系數(shù)，通常=1.05～1.15，取1.06。風扇的壓頭，其中—散熱器風阻<Pa）—除散熱器外的風道阻力，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)=200—500Pa取400Pa。風扇的功率，其中—風扇效率，一般=0.3～0.6，取0.5。根據(jù)風扇性能參數(shù)與參考同類型風扇，本次設(shè)計，葉片材料選擇塑料—聚丙烯<PP）,斷面形狀為翼形，前彎式葉片<如圖1），葉片安裝角<葉片與風扇旋轉(zhuǎn)平面成的角度）一般為～，取為，葉片數(shù)量取為7片，葉片數(shù)為奇數(shù)，可有效降低風扇噪聲。風扇直徑取為420mm,葉片寬度為48mm,輪轂比<風扇直徑與風扇輪轂直徑的比值）取0.30，葉片間隔角不等，以減輕葉片旋轉(zhuǎn)時的振動和噪聲。風扇風量Q與風扇直徑D、風扇轉(zhuǎn)速n之間存在如下的關(guān)系。,K為比例系數(shù)。a.標準葉片b.前彎葉片c.后彎葉片圖1五、水泵的選擇和參數(shù)計算水泵的作用是讓冷卻發(fā)動機所需要的冷卻液產(chǎn)生循環(huán)，根據(jù)所給的發(fā)動機動力參數(shù)，以及參考同類型發(fā)動機，水泵采用離心式水泵，半開式葉輪，葉輪采用灰鑄鐵HT200,后彎式葉片，葉片數(shù)位7,水泵殼體采用灰鑄鐵H150,進出水管與殼體鑄成一體。具體計算過程如下：發(fā)動機主要參數(shù)：類型：水冷4沖程，直列4缸SOHCVTEC，16氣門橫置氣缸直徑與行程：86.0mm×97.0mm發(fā)動機排量：2254ml壓縮比：8.9：1最大功率：110kw/5700rpm最大扭矩：612N.m/4900rpm一．葉輪計算1.軸孔直徑d按內(nèi)燃機冷卻水泵水封系列推薦的數(shù)據(jù)，并參考同類型冷卻水泵的實際數(shù)據(jù)，選取d=0.020m2.輪轂直徑dh=d+0.013=0.033m3.進水環(huán)面當量直徑DkDk==k0=0.052mk0取5.54．進口直徑D0===0.06m/s5.葉片進口邊直徑D1=D0=0.06m6.軸向進水速度VD===2.89m/s7.徑向進水速度VDr=0.85VD=0.85×2.89=2.46m／s8.進口安裝角β1β1=9.進口高度b1===0.018m限于允許的軸向尺寸，取b1=0.013m半開式葉輪進口容積效率=0.710.葉片數(shù)量z為獲得一定的流量取z=711.葉片厚度s=0.005m12.進口排擠系數(shù)=13．進口軸面速度14.進口絕對速度V1,設(shè)進口無預(yù)旋，V1=V1r=3.98m/s15.進口圓周速度μ1==21.4m/s16.進口安裝角校核<1）=(2>沖角由于進口安裝角取值較大，沖角相應(yīng)加大17.揚程系數(shù)小型高速泵取較小的值18.出口圓周速度19．葉輪外徑20.出口軸面速度21.出口安裝角=22.葉片出口高度取0.9取0.018m二．渦室計算1.渦室基圓直徑2.隔舌安放角3.隔舌寬度角4.隔舌直徑5.渦室寬度取葉輪蓋板厚度葉輪蓋板側(cè)隙6.渦室中的流速7.第Ⅷ斷面面積FⅧ=根據(jù)泵的特點，渦室采用矩形斷面，各斷面面積分別為或FⅦ=FⅧ=FⅥ=FⅧ=FⅤ=FⅧ=FⅣ=FⅧ=FⅢ=FⅧ=FⅡ=FⅧ=FⅠ=FⅧ=相應(yīng)的可分別計算△RⅧ=0.032m△RⅦ=0.028m△RⅥ=0.025m△RⅤ=0.022m△RⅣ=0.018m△RⅢ=0.013m△RⅡ=0.009m△RⅠ=0.006m三．進水管計算1.進水管內(nèi)水速2.進水管直徑根據(jù)配套需要，取四．出水管計算1.出水管處水速2.出水管直徑同樣取六．橡膠水管參數(shù)發(fā)動機冷卻回路中的水管具有吸收發(fā)動機振動和散熱器相對運動的作用。因此，耐熱性、耐臭氧性、耐壓性、對冷卻液的適應(yīng)性及柔軟性是水管應(yīng)具有的性能。在實際使用中，壁厚4mm以上的橡膠硬度為60～70HS。從柔軟性方面考慮，中間加強型管子用60HS，純橡膠為70HS，采用中間加強型，其構(gòu)造如圖1所示。編織加強型的水散熱器，螺旋管多用于被加熱的管子，針織加強型用于直徑差異較大的變徑管。從管子連接處的密封考慮，管子內(nèi)徑比與其連接管的外徑小1mm，膠管兩端與其它管相連接時，應(yīng)有30mm的插入量。1、散熱器橡膠水管結(jié)構(gòu)參數(shù)1.1結(jié)構(gòu)：內(nèi)膠層、骨架層、外膠層1.2材料品種：內(nèi)膠層：EPDM、骨架層：聚脂線1500D×1、外膠層：EPDM1.3基本規(guī)格尺寸：內(nèi)徑Ф24+0.5-1、、、壁厚4+0.5-0。a.螺旋型b.編織c.針織d.帆布七．節(jié)溫器的選擇采用蠟式節(jié)溫器，底部旁通型<如圖1）。閥最大升程設(shè)為10mm，閥全開溫度比閥初開溫度高。圖1節(jié)溫器布置在散熱器的出水管路中，以減輕或清除散熱器的現(xiàn)象。節(jié)溫器設(shè)在水泵的入口處，控制從散熱器流出的低溫冷卻液溫度。用在水泵入口側(cè)時，冷卻液的溫度一般為76～82。節(jié)溫器裝在水泵入水處，節(jié)溫器沿水流方向開啟，閥開啟負荷低，耐久性好。另外，在入口側(cè)是在最近位置對低溫處冷卻液進行控制，故可以獲得沒有波動的溫度。排氣閥設(shè)置在節(jié)溫器法蘭上。通常閥孔的面積為1.5～2.5，注水10～20時的空氣從發(fā)動機冷卻回路中排出。在排氣閥前后壓差為1～2kpa時，閥關(guān)閉。節(jié)溫器殼節(jié)溫器閥直徑為，節(jié)溫器殼內(nèi)徑為，與之間形成的截面面積設(shè)計時大于