汽车发动机冷却系统与散热器的匹配设计

冷却循环
出，经过散热器冷却后的冷却液再进入人发动机进行冷却循环，也就是大循环，使发动机尽量保持在最佳工作温度。
４散热器的设计计算
散热器是冷却系统中的重要部件，其主要作用是储存冷却液，并将冷却液携带的热量散发出去，从而降低发动机冷却液温度，最终达到发动机降温的过程。散热器的合理设
黄坚ＨＵＡＮＧＪｉａｎ
（广西机电职业技术学院汽车工程系，南宁５３０００７）（ＧｕａｎｇｘｉＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＣｏＨｅｇｅｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００７，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：Ｕ４６４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６ — ４３１１（２０１３）０４ — ００３０ — ０２
１发动机冷却系统的功能
其工作原理是利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却
汽车发动机（汽油机或柴油机）在工作时，与高温燃气液在发动机的冷却水道中循环流动，将发动机多余的热量相接触的零件最高温度高达２０００摄氏度以上，发动机冷带走，使其保持在最佳工作温度。有小循环与大循环两种却系统的主要功能就是把受热零件吸收的部分热量及时工作模式。小循环是指在发动机冷启动后，温度较低的冷散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。一般却液不会将节温器打开，此时冷却液只经过水泵在发动机的水道中进行循环，使发动机尽快达到正常的工作温度。正常的冷却水温在８５一ｌｌ０。Ｃ之间。
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅ．
关键词：发动机；冷却系；散热器；匹配设计
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅ；ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｒａｄｉａｔｏｒ；ｍａｔｃｈｉｎｇｄｅｓｉｇｎ
对流冷却
利用热虹吸作用使冷却液自然循环的冷却方式。
开式强制冷却冷却介质不进行再循环的强制冷却方式。
冷却强制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。冷却双循环强制冷却利用副回路（外循环）中的冷却液在热变换器中对发动机冷却介质进行再空气自然空气冷却却的强制冷却方式。利用自然空气循环的冷却方式。
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：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｆｕｎｃｉｔｏｎ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｙｐｅｓｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｅｎｇｉｎｅｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｏｈｎｇ
・
３Ｏ・

价值工程
汽车发动机冷却系统与散热器的匹配设计
ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｎｇｉｎｅＣｏｏｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅＭａｔｃｈｉｎｇＤｅｓｉｇｎｏｆＲａｄｉａｔｏｒ
ｓｙｓｔｅｍｏｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｒａｄｉａｔｏｒｓｉｎｋｅｙｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏ
２发动机冷却系统的类型等发动机温度上升，冷却液温度达到节温器设定值（一般汽车发动机的冷却系统主要有以下几种类型，其特点为８０度）时，节温器阀门打开，冷却液从发动机水道中流
如表１所示
表１
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。液体

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发动机冷却系统的设计与匹配

发动机冷却系统的设计与匹配随着汽车技术的不断进步，发动机冷却系统的设计与匹配变得越来越重要。

发动机冷却系统负责将发动机中产生的过热能量散发出去，以保持发动机的工作温度在合理范围内，确保发动机的正常工作。

下面将介绍发动机冷却系统设计与匹配的几个重要方面。

首先，设计与匹配发动机冷却系统需要考虑的是发动机的散热需求。

发动机冷却系统的设计应该根据发动机的排量、功率以及使用环境等因素来确定冷却水的流量和温度。

通常情况下，发动机的散热需求与发动机的功率密切相关，功率越大，散热需求越大，因此冷却系统的设计应该满足发动机的散热需求。

其次，发动机冷却系统的设计与匹配还应考虑到冷却系统的稳定性和可靠性。

发动机在运行中产生的热量非常大，如果散热不及时或不稳定，容易导致发动机温度过高，甚至发生过热。

因此，冷却系统的设计应该考虑到温度传感器的安装位置、水泵的流量控制和风扇的控制等因素，以确保冷却系统的稳定性和可靠性。

此外，发动机冷却系统的设计与匹配还应考虑到节能和环保的要求。

传统的冷却系统主要依靠水泵和风扇来降低发动机的温度，但是这样会消耗大量的能量。

因此，在设计和匹配发动机冷却系统时，可以考虑使用电动风扇和电动水泵等节能环保的设备，以减少能量的消耗和对环境的污染。

在发动机冷却系统的设计与匹配中，还需要考虑到发动机的结构特点。

不同类型的发动机有不同的散热方式和散热需求，比如液冷发动机和空冷发动机的散热方式就不同。

在设计和匹配冷却系统时，应该根据发动机的结构特点来选择合适的冷却方式和散热器的类型。

最后，发动机冷却系统的设计与匹配还需要考虑到维护和保养的方便性。

发动机冷却系统是汽车的重要部件之一，因此在设计和匹配时，应该考虑到冷却系统的易维护性和保养性。

比如冷却系统的管路布局应该合理，以便于维护和检修；同时，还需要选择易于更换的冷却液和过滤器等设备，以便于冷却系统的保养。

综上所述，发动机冷却系统的设计与匹配需要考虑到多个方面的因素，包括发动机的散热需求、稳定性和可靠性、节能和环保、发动机的结构特点以及维护和保养等。

汽车发动机冷却系统的设计原则

发动机冷却系统的设计原则（李勇）水冷式汽车发动机冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、缸体水道、缸盖水道、风扇及连接水管、冷却液等组成。

我们主机厂主要根据整车布置及发动机功率的要求来选定散热器及各零部件的形状、大小，并合理布置整个冷却系统，保证发动机的动力性、经济性、可靠性和耐久性，从而提高整车的性能。

一、冷却系统的总体布置原则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。

因此在设计中必须做到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力。

1，提高进风系数。

要做到提高进风系数就必须要做到：（1）减小空气的流通阻力，（2）降低进风温度，防止热风回流。

（1）减小空气的流通阻力设计中应尽量减少散热器前面的障碍物，进风口的有效进风面积不要小于60%的散热器芯部正面积；在整车布置允许的前提下，尽可能采用迎风正面积较大的散热器；风扇与任何部件的距离不应小于20mm这样就可以组织气流通畅排出，可以减少风扇后的排风背压。

（2）降低进风温度，要合理布置散热器的进风口，提高散热器与车身、发动机舱接合处的密封性，防止热风回流。

（3）合理布置风扇与散热器芯部的相对位置从正面看，尽量使风扇中心与散热器中心重合，并使风扇直径与正方形一边相等，这样可以使通过散热器的气流分布最为均匀，或者使风扇中心高一下些，使空气流经散热器上部的高温高效区。

另：考虑发动机振动的因素，风扇和护风罩之间的间隙应该在20mm 以上。

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。

要使气流均匀通过散热器芯部整个面积，必须要求风扇与散热器之间保持一定的距离，一般对载货汽车，风扇与散热器芯部之间的距离不得小于50mm。

2，提高冷却液循环中的散热能力要提高冷却液循环中的散热能力，提高冷却液循环中的除气能力是关键。

冷却系统的气体会造成水泵流量下降，使散热器的冷却率下降；还会造成发动机水套内局部沸腾，致使局部热应力猛增，影响发动机性能；在热机停工况，气体还会造成冷却液过多的损失。

发动机冷却系统设计规范

发动机冷却系统设计规范发动机冷却系统在汽车和其他内燃机动力设备中起着至关重要的作用。

它的设计和工作原理直接影响到发动机的性能、寿命和可靠性。

因此，对于发动机冷却系统的设计规范十分重要。

本文将探讨一些常见的发动机冷却系统设计规范。

首先，冷却剂的选择是冷却系统设计的首要考虑因素之一、冷却剂应具有良好的热传导性能、高温稳定性、低粘度和耐腐蚀性。

一般来说，乙二醇和甘油是常用的冷却剂。

冷却剂的选择应根据发动机的工作条件和环境温度进行合理的考虑。

其次，冷却系统的设计应根据发动机的散热需求进行。

发动机在工作时会产生大量的热量，因此需要一个有效的散热系统来保持发动机的温度在可控制的范围内。

冷却系统应包括散热器、水泵、温度传感器和风扇等组件。

散热器的设计应充分考虑到冷却剂的流动性和散热面积，以提高散热效果。

另外，冷却系统的设计还应考虑到发动机的工作性质和负载条件。

例如，对于大型货车或挖掘机等需要长时间连续工作的设备，冷却系统应具备足够的散热能力，以保证发动机在高负荷下不会过热。

此外，还需要考虑到环境温度和海拔等因素对冷却系统的影响，以确保发动机在各种工作条件下都能保持适当的温度。

值得注意的是，冷却系统设计应注重节能和环保。

冷却系统的能源消耗在整个发动机系统中占据很大比例，因此应设计出能有效降低能耗的冷却系统。

例如，可以采用可变速风扇或控制风扇的闭环反馈系统，以根据发动机的温度自动调整风扇转速。

此外，应选择符合环保要求的冷却剂和材料，以减少对环境的污染和健康的影响。

最后，冷却系统的设计还应注重可靠性和维护性。

一个好的冷却系统应具备稳定的性能和长久的使用寿命。

例如，冷却系统的管道应采用高质量的材料和耐腐蚀的涂层，以防止管道的堵塞和泄漏。

此外，冷却系统的设计还应方便维护和检修，以减少维修时间和成本。

综上所述，发动机冷却系统设计规范是确保发动机正常运行和延长其使用寿命的关键因素之一、冷却剂的选择、散热系统的设计、能耗和环保、可靠性和维护性等都是设计冷却系统时需要考虑的重要因素。

整车冷却系统的设计与匹配研究

１概述
’
某公司车型的发动机出水温度普遍偏低（相比竞争车型），且目前的冷却系匹配计算不完善、发动／＝：一一ｌ一机台架冷却系试验对冷却系的热平衡关注较少。＾ ★ ＼一／０本文首先指出目前冷却系匹配计算中存在的主要问：ｊ题，接着对发动机台架冷却系热平衡试验的一致性进行分析，然后根据冷却系试验开发工作，确定冷却系计算的内容和流程，最后利用ｆｌｏｗｍａｓｔｅｒ软件对冷图２台架冷却试验图１台架冷却试验却系建模，分析进风量、格栅开口率对冷却系的影散热器进出水温差发动机全负荷功率及散热量响。２冷却系计算主要计算问题解析冷却系计算工况：目前计算采用发动机的最大功率点和最大扭矩点工况。而整车冷却系试验的工况，包括山路爬坡、高速爬坡以及高速工况。冷却系日计算应与试验工况一致。散热器前风速：额定功率点的散热器前风速，计』＼、哦帆算采用的风速过大。参照风洞试验结果，１４０ｋｍ／ｈ风ｆ ——］／扇全开、百叶窗打开时散热器前的平均风速仅５．７５ｒｒｄｓ图３台架布置示意图图４ｆｌｏｗｍａｓｔｅｒ模型图未体现发动机出水温度的计算结果；从上述分定行驶工况。析看出，目前的冷却系匹配计算需要改进，以满足整车冷却系的计ｄ．根据发动机散热量万有特性图确定计算工况下的散热量。算需求。ｅ．散热器、风扇的匹配及目标水温的确定。３整车与台架冷却系热平衡试验对比及台架改进建议通过散热量和流经散热器的流量，确定散热器进出１：３的温度（１）从整车采用山路爬坡工况和高速爬坡工况，与发动机台架差；通过散热量和散热器前风量，确定散热器前后冷却风温度差，整热平衡的相应工况点进行对比。结果显示，整车山路爬坡工况与发车冷却系试验中，山路爬坡工况环境温度３８ ℃，考虑冷却风经过冷动机台架对应的况的散热量结果基本相同；整车高速爬坡工况的散凝器后温度上升，散热器前后冷却风温差，得到散热器后的冷却风热量为台架散热量的１．１４倍。温度；根据散热器前的冷却风温度，以及液气温差，确定发动机的（２）从发动机台架冷却系热平衡一致性分析。发动机台架冷却出水温度；与整车试验结果对比，并需做散热器的部件试验，以确定系统试验结果（发动机全负荷）见图１－２。真实的传热系数。从图１看出，发动机出水温度８８。Ｃ、１１５。Ｃ时，散热量曲线４冷却系统建模波动较大；图２可以看出，进出水温差波动很大。出水温度８８。Ｃ软件辅助分析利用软件ｆｌｏｗｍａｓｔｅｒ对整车的冷却系进行建模，时，节温器未全开，造成进出水温差波动大；出水温度１１５。Ｃ时，进可在整车设计初期对冷却系的压力、流量、温度分布进行预估，以及出水温差波动原因为热平衡时间较短造成。对重要参数的敏感度进行分析。建模结果见图４。主要问题及改善台架目前的冷却系布置示意图见图３。发动机参数敏感度分析：计算进风量变化、格栅开口率变化对冷却系出水温度较高时，通过在散热器前额外加风机对发动机进行冷却；的影响，随车速的增加，风速随开口率的变化增大。排气管温度较高时，在排气侧加开风机。５结论台架冷却系试验主要问题：目前台架使用风机对散热器、排气本文指出了目前冷却系存在的主要问题，并对目前发动机台架降温的同时，也带走缸体、缸盖、油底壳部分热量，造成通过冷却液的冷却系热平衡试验提出改善建议；经实车的计算与试验结果对的散热量计算值偏低；台架热平衡时间较短，特别是出水温度较高比，编写的冷却系计算流程可在动力总成参数确定后，对整车冷却时，发动机的出水温度不容易控制。系的设计起到一定的作用；采用Ｆｌｏｗｍａｓｔｅｒ软件可以在整车设计初鉴于以上问题，对台架冷却系试验的改善建议如下：期对冷却系的设计起到预测的作用；后期需通过奇瑞公司其他车辆ａ．通过水冷式热交换器带走发动机冷却液热量（最终通过冷却的试验结果进行冷却系计算的对标，规范冷却系计算过程。水塔带走热量），保证发动机的热量都通过热交换器带走。测量热交参考文献换器的散热量，即可得到发动机的散热量。【１］盛明星．整车冷却系统优化匹配方法浅谈【Ｊ】．柴油机设计与制造ｂ．适当延长热平衡时间，提高台架的一致性。２００６，６：１０ —１７．结合整车冷却系试验工况，提出冷却系的匹配过程如下：【２］Ｐ广锋，郭新民，孙运柱．汽车冷却系统水温对发动机性能的影响ａ．明确市场区域，确定环境温度。［Ｊ］．山东内燃机，２００２，１：２９ — ３３．ｂ．确定目标水温。［３］郭春裕，郭斌，陈永良．汽车冷却水泵密封性能试验台的设计『Ｊ］．中ｃ确定冷却计算具体工况：发动机功率与整车行驶阻力匹配，确国科技信息，２００６．１５：４７ — ４８冷却系统的设计与匹配研究

发动机的散热系统设计与优化

发动机的散热系统设计与优化发动机作为现代工业中不可或缺的动力源，其散热系统的设计与优化对于保证发动机正常运行、提高发动机效率和延长发动机寿命具有非常重要的意义本文将从散热系统的基本原理、设计要点和优化措施等方面进行详细阐述1. 散热系统的基本原理发动机在运行过程中，由于燃烧室内高温高压气体的作用，以及摩擦、压缩等过程的热量产生，会导致发动机温度升高为了避免发动机过热，需要通过散热系统将多余的热量散发掉，保持发动机在适宜的温度范围内运行散热系统主要包括水冷却系统、风冷系统、油冷却系统等2. 散热系统的设计要点2.1 合理选择散热器材料和结构散热器材料的选择应考虑耐高温、耐腐蚀、导热性能好等因素常见的散热器材料有铝、铜、不锈钢等散热器结构设计应尽量增大散热面积，提高散热效率2.2 确定冷却液类型和容量冷却液的选择应考虑比热容高、流动性能好、腐蚀性低等因素冷却液的容量应根据发动机的热负荷和散热需求进行合理配置2.3 合理布局散热系统管道散热系统管道的布局应尽量缩短冷却液流动距离，降低流动阻力，提高散热效率同时，应避免管道交叉和拐弯过多，以减少压力损失2.4 设置适当的散热风扇和散热器风扇散热风扇和散热器风扇的选择应根据发动机的热负荷和散热需求进行合理配置风扇的转速、尺寸和叶片形状应根据散热需求进行设计3. 散热系统的优化措施3.1 采用高效散热器通过采用高效散热器，可以增大散热面积，提高散热效率高效散热器的设计应考虑散热器材料、结构和冷却液流动特性等因素3.2 优化散热管道布局通过优化散热管道布局，可以降低冷却液流动阻力，提高散热效率散热管道布局的优化应考虑管道的走向、直径和形状等因素3.3 提高散热风扇和散热器风扇的性能通过提高散热风扇和散热器风扇的性能，可以增大散热流量，提高散热效率提高风扇性能的方法包括优化风扇叶片形状、提高转速和选用高效电机等3.4 采用先进的冷却液循环系统通过采用先进的冷却液循环系统，可以实现冷却液在发动机内部的快速循环，提高散热效率先进的冷却液循环系统包括多级冷却循环系统、电子控制冷却系统等3.5 采用散热系统智能控制技术通过采用散热系统智能控制技术，可以根据发动机的工作状态和环境条件自动调节散热系统的运行参数，实现散热系统的最优工作状态智能控制技术包括电子控制冷却系统、温度控制开关等发动机的散热系统设计与优化是一项复杂的工程，需要综合考虑材料、结构、冷却液、风扇和控制技术等多个因素通过合理的设计和优化，可以保证发动机在正常运行、提高发动机效率和延长发动机寿命4. 散热系统的散热性能评估散热系统的散热性能是衡量其设计优劣的重要指标常用的散热性能评估方法有热平衡试验、计算流体动力学（CFD）模拟和实验测试等4.1 热平衡试验热平衡试验是通过在发动机台架上进行试验，测量散热系统入口和出口的冷却液温度，计算散热系统的热阻和散热能力试验时需考虑发动机负载、环境温度等因素对散热系统性能的影响4.2 计算流体动力学（CFD）模拟CFD模拟是通过建立散热系统的三维模型，利用数值计算方法模拟冷却液在散热系统中的流动和传热过程，分析散热系统的散热性能CFD模拟可以预测散热系统在不同工况下的性能，为散热系统设计提供依据4.3 实验测试实验测试是在实车或发动机试验台上进行，通过实际运行条件下散热系统的性能测试，验证散热系统的设计和优化效果实验测试结果可以为散热系统的改进提供实测数据支持5. 散热系统的故障诊断与维护散热系统的故障诊断与维护对于保证发动机的正常运行和延长发动机寿命具有重要意义常用的故障诊断方法有视觉检查、闻气味、听声音、温度监测等5.1 视觉检查通过观察散热系统的外观，检查散热器、水管、风扇等部件是否有裂纹、泄漏等现象此外，还需检查冷却液的颜色和气味，判断是否变质5.2 闻气味散热系统发生泄漏或冷却液变质时，会有特殊的气味通过闻气味可以初步判断散热系统是否存在故障5.3 听声音通过听散热风扇和散热器风扇的声音，判断其是否正常运行散热风扇和散热器风扇异常响声可能是由于叶片损坏、轴承磨损等原因造成的5.4 温度监测通过温度监测仪器，实时监测散热系统各部件的温度，判断其是否正常运行温度异常可能是由于散热系统故障导致的6. 散热系统的可靠性分析散热系统的可靠性是保证发动机长期稳定运行的关键常用的可靠性分析方法有故障树分析（FTA）、可靠性工程方法和试验数据分析等6.1 故障树分析（FTA）故障树分析是通过建立散热系统故障树，分析散热系统各部件故障模式及其组合，找出散热系统的薄弱环节，为散热系统的设计优化提供依据6.2 可靠性工程方法可靠性工程方法是通过分析散热系统各部件的可靠性参数，计算散热系统的可靠性指标，如失效率、寿命周期等此外，还需评估散热系统在实际运行条件下的可靠性6.3 试验数据分析通过分析散热系统的试验数据，如温度、压力、流量等，判断散热系统的可靠性试验数据分析可以发现散热系统存在的潜在问题，为散热系统的设计优化提供实测数据支持7. 结论发动机的散热系统设计与优化是一个涉及多学科、多因素的复杂过程通过对散热系统的基本原理、设计要点、优化措施、散热性能评估、故障诊断与维护、可靠性分析等方面的深入研究，可以为发动机散热系统的设计优化提供理论指导和实践依据只有不断优化散热系统的设计，提高其散热性能和可靠性，才能保证发动机在正常运行、提高发动机效率和延长发动机寿命应用场合发动机的散热系统设计与优化文章主要适用于以下场合：1.发动机设计与开发：在新发动机的设计和开发阶段，这份文章可以为工程师提供散热系统设计的基本框架和优化方向2.发动机升级与改造：对于现有发动机的升级和改造项目，文章中的优化措施可以帮助提升散热系统的性能3.汽车制造与维修：汽车制造商和维修人员可以利用文章中的信息来改进或诊断散热系统的问题4.发动机维修与维护：维修人员在进行发动机维护时，可以参考文章中的故障诊断与维护部分，以确保散热系统的正常工作5.发动机可靠性研究：在研究发动机的长期可靠性时，文章中的可靠性分析方法可以用来评估和改善散热系统的可靠性6.发动机热管理系统的教学与研究：这份文章可以作为大学或研究机构中发动机热管理系统课程的教学材料，或为相关研究提供参考注意事项在应用这份文章时，需要注意以下几点：1.散热系统材料的选择：在设计散热系统时，需要根据具体的应用环境和发动机类型选择合适的材料，以确保散热系统的耐用性和性能2.冷却液的特性：冷却液的选择对散热系统的效率至关重要应根据发动机的工作条件和环境因素选择合适的冷却液3.散热系统的布局：散热系统的布局应尽可能优化，以减少流动阻力和提高散热效率4.智能控制技术的应用：随着技术的发展，智能控制技术在散热系统中的应用越来越广泛在设计时，应考虑如何集成这些先进技术来提高散热系统的性能5.散热性能评估：在设计和优化散热系统时，应定期进行散热性能评估，以确保系统能够满足发动机的热管理需求6.故障诊断与维护：定期对散热系统进行故障诊断和维护，可以提前发现潜在问题，避免发动机因散热系统故障而损坏7.可靠性分析：在散热系统的设计和维护过程中，应进行可靠性分析，以确保系统的长期稳定运行8.环境与安全考虑：在设计和优化散热系统时，应考虑到环境影响和操作安全，遵守相关的环保和安全标准9.持续优化：散热系统的设计和优化是一个持续的过程随着技术的发展和应用需求的变化，应不断对散热系统进行优化和改进10.文章的更新与维护：由于发动机技术和相关标准的发展，这份文章应定期更新，以反映最新的设计理念和优化措施通过遵循这些注意事项，可以确保散热系统的设计和优化能够满足发动机的高效、可靠运行的需求，同时延长发动机的使用寿命。

简述发动机冷却系统设计及散热量的计算

作者简介:张　杰(1972-),男,黑龙江五常人,助理工程师,主要从事发动机设计工作。

收稿日期:2003-12-28简述发动机冷却系统设计及散热量的计算张　杰(柳州五菱汽车有限责任公司柳州机械厂,广西柳州　545005)摘要:通过介绍内燃机冷却系统,分析不同系统的优缺点,以便于设计人员选择。

了解散热量的计算,掌握设计、选用水泵、散热器和风扇等冷却系统的主要部件。

关键词:内燃机;冷却系统;散热量中图分类号:T K 4 文献标识码:B 文章编号:1672-545X (2004)02-0021-04前言作为汽车动力的核心,汽车发动机性能的好坏,将直接影响汽车的性能。

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,机油被燃油稀释,柴油机工作粗暴,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,选择适当的冷却型式和冷却介质也成为设计发动机的关键。

1　冷却介质内燃机的发明人奥托(O tto )就是采用水作为冷却气缸的介质。

水具有良好的热容量(比热大),与壁面之间的换热系数较高,而且一般说来,也是比较便宜和随手可得的,这也就是水冷方式目前得到广泛应用的原因。

但水冷方式也存在一些缺点,因为不是任何一种水都适用于作冷却剂,而且至少在运输车辆上常常无法带有足够的水量来实现完全的水冷,为此,冷却本身还要通过空气—水热变换器(冷却水箱)再进行冷却。

这样,就自然联想到可以直接使用空气来作为冷却介质。

但由于空气与壁面的热交换系数较小,必须加大内燃机上的冷却面积才能保证有效的冷却,这当然要在结构设计上付出一定的代价。

利用高温介质如乙二醇(沸腾温度180℃)来代替水作为冷却介质,但由于乙二醇与水相比有比热小、导热系数低和粘度高等一系列缺点,因而其散热效果也不及水冷却系,所以这种冷却形式在目前一般用途的内燃机中已不再使用。

载货汽车冷却系统匹配设计

载货汽车冷却系统匹配设计一、设计思路:为选定的发动机匹配相应的散热器，保证发动机在使用环境下正常运转。

二、设计步骤1、根据发动机参数及统计数据，初步选定一种散热器。

2、利用热平衡原理，计算发动机在标定工况下散热器的散热量，校核是否满足发动机的散热要求；并验算发动机在最大扭矩工况下的热平衡。

3、冷却系统设计中应考虑的其它问题。

三、初选散热器经验，为充分发挥风扇的能力，一般要求散热器的宽度和高度略大于风扇的直径；载重汽车散热器的比散热面积约A/Ne 为0.2 m2/kW.由此,初选一散热器SHQ2202．3 散热器的性能2．3．1 散热器的基本性能散热器的基本性能是由低温流体的空气和高温流体的水进行热交换前后的各种温度和热量而表征的。

它是由散热器入口的空气和水的温度，散热器的整个散热面积，热通过率、各流体（空气，水受到热量时空气吸热后的温度，水放热后的温度以及水的放热量（空气的吸热量）来所决定的。

放热量与所需的目标温度是否一致，是决定散热器的基本性能的基础，请参考表2.1。

散热器的基本性能表2.1求汽车散热器性能的重点是从表2.1设定值，利用ε–NTU 的方法来求ε（参考2.3.2）)(1112a w a a t t t t -=-ε (2.1)由此求得未知数t a2 此外,水的散热量为)(21w w pw w w t t G G Q -••= 空气的吸热量)(12a a pa a a t t C G Q -••= 散热量和吸热量根据能量守恒定律,则有 Q w =Q a 故)()(2121w w pw w a a pa a t t C G t t C G -••=-••从式(2.5)求得未知数t w2，也可以求得散热器的散热量。

t a1: 入口空气温度 ℃ t a2: 出口空气温度 ℃ ε：ε-NTU 的系数 t w1：入口水温度 ℃ t w2：出口水温度 ℃ Q w ：水的散热量 kJ/h G w ：水的重量流量N/hG pw:: 水比热 kJ/kg ℃｛J/kgK ｝Q a : 空气的吸热量 kJ/h G a ：空气的重量流量N/h C pa : 空气的比热 kJ/kg ℃ 2.3.2 ε-NTU 法ε-NTU 是Effective Number of Heat Transfer Unit 的缩写。

发动机冷却风扇与冷却系统的匹配

２１风扇工作点的确定．
图２风扇定理简图
由风扇定理亦可知，同一款风扇而言，对当转速
由增加到时，应同一静压Ｐ。的流量满足：对
ｑｍ一２ｑｍ１ｍ１ Байду номын сангаас
一
即随着转速的增大，散热量的增幅要小于冷却风扇
２）转速不变，换不同的节流加载板并获得相更
本研究在对冷却系统阻力进行研究的基础上，论述了一套完善的阻力计算方法，利用冷却系统阻
力和风扇性能数据来校核风扇冷却力，在此基础上，
也是最大的，但这种工况甚少遇到，而且随着转速的增加，量增加的幅度要大于发热量上升的幅度，风故
本研究选择发动机扭矩最大时的状态进行匹配分析。
工况下会出现Ｐ。很小的情况，可认为当Ｐ。故与
一
流量（转速ｎ）
一功率（转速ｎ）
图１风扇性能试验台］
２冷却风扇的匹配与优选
根据已确定的冷却系统来选择相匹配的风扇，
即对每款风扇分别进行匹配分析，过比较得到符通
合冷却要求且功耗最低的风扇。风扇在冷却系统中稳定运转时，静压与冷却系
风量的增幅。如果一款风扇能够满足最大扭矩下的
冷却风扇在某一系统的一定转速下所能发挥的性能（Ｐ称为风扇的工作点。匹配分析中无法ｑ，）

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。

汽车冷却系统的设计及匹配试验

了的，散热量比最初设计的增加了２％，３散热面积比６０×２０％＝１２ｋＷ。最初设计的增加了７．，迎风面积比最初设计的２８％这样看来，整车在６／行驶时，０ｍｈｋ就达到了热平增加了５０％，居然还会出现水温高的问题。衡；当车速达到７ｍｈ时，一定会出现水温高的问０ｋ／２２对问题的分析．题。因为满载时，发动机散发到冷却系统的散热量为针对以上问题，我们从冷却风道上思考，细观１大于冷却系统的吸热量１热平衡不好，仔７Ｗ，ｋ２ｗ，ｋ难察整车发动机仓的内部结构布置，发现如下问题：怪会出现高速７ｒ０ｒｈ以上车速水温高的问题。ｋｄ（）１导风罩与散热器不匹配。最初选择的电子扇为了证实导风罩及重叠影响散热效果，我们将的最大外径太小，水箱大部分散热面积被导风罩盖不合理的导风罩拆下，只装了适合于３５风扇直径０住，在整车高速行驶时，由于导风罩挡住了出风口，的小导风罩，箱及其他部位无阻挡物，外，整水另调对自然空气流动有严重的影响，这严重影响了高速了散热器与冷凝器的重叠部位及水箱上部的０距离的空气流动，形中减少了水箱的散热面积，以导的横梁，了如下试验，无所做如表ｌ所列。致了高速行驶时出现水温高的现象；表１导风罩与散热器改进试验数据表（）２水箱布置中与冷凝器重叠过多，两者之间且各车速工况散热器配原电子扇及不合理去掉导风罩多余的（ｍｋｍ）的导风罩和多重叠（） ℃ 部分．无重叠（ｃｏ）的间隙小，小处仅为２—４ｍ这也严重地影响了最ｍ，城市工况正常正常水箱的散热面积的正常发挥，影响了冷却效果；７０９７正常（）３水箱上安装梁与水箱距离小，仅为０５ｍｍ，８０９８正常这也减少了水箱的散热面积；９０９９正常ｌｏｏｌ０ｏ正常（）４发动机仓的排风口小，排风口面积小于水箱ｌ０ｌｌ５以上ｏ１３０的进风口面积，排气背压大，热风难以排出去；ｌＯ２不敢开ｌＯｌ（）５水箱的进风面积小，前保险杠上的进风口离．水箱的正面距离太近，有的地方几乎与散热器的进３２对发动机仓排风口小的改进针对２２中问题（）经计算，设计发动机仓水．４，原风口处为０距离，严重地影响了冷却效果；这（）６发动机仓内的冷却通风无导流，发动机后的箱侧的通风口的面积约为

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