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发动机冷却系统设计作业指导书编制:日期:审核:日期:批准:日期:发布日期:年月日实施日期:年月日I前言为使本中心冷却系统设计规范化,参考国内外汽车设计的技术规范,结合公司标准和已开发车型的经验,编制本作业指导书。意在对本公司设计人员在设计过程中起到指导操作的作用,提高设计的效率和成效。本作业指导书将在本中心所有车型开发设计中贯彻,并在实践中进一步提高完善。本标准于201X年XX月XX日起实施。本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院提出。本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院负责归口管理。本标准主要起草人:刘莉娅 II目 录 1、冷却系概述 ..................................................................................... 1 1.1冷却系功能概述.................................................11.2冷却系的构成...................................................11.3主要零部件功能及结构介绍........................................32、冷却系的设计过程 ............................................................................ 6 2.1冷却系设计流程..................................................62.2冷却系的设计要求................................................82.3冷却系与周边件的间隙控制.......................................212.4相关标准.......................................................213、冷却系统的匹配过程 ........................................................................ 21 3.1设计输入和标杆车对比分析.......................................223.2设计构想.......................................................223.3系统匹配计算...................................................273.4拆装性DMU校核.................................................273.5技术文件的编制.................................................273.6输出内容检查项目...............................................284、设计注意事项 ................................................................................. 28 4.1如何改善散热性能...............................................284.2散热器设计基本参数的确定......................................295、规避设计失误的典型案例 .................................................................. 30 5.1冷却液加注困难:...............................................30III5.2.系统配合问题:.................................................316、参考文献: .................................................................................... 32 11、冷却系概述1.1冷却系功能概述发动机工作时气缸内产生较强的高温高压气体,与高温高压燃气接触的零部件都受到强烈的加热,如果不及时冷却发动机,会造成发动机零部件损坏,使发动机无法正常工作。¾冷却系统的功用:使发动机在所有工况下都能保持在适当的温度范围。冷却系统既要防止发动机过热,也要防止冬季发动机过冷。在冷发动机起动之后,冷却系统还要保证发动机迅速升温,尽快达到正常的工作温度。¾冷却系统的原理:冷空气从车头面罩流入,经散热器芯体后,这部分冷空气将散热器芯体的热量带走,从而变成热空气被风扇吸入机舱,并从发动机两侧及底部排出舱外,形成了空气流通系统而达到散热目的。1.2冷却系的构成冷却系由发动机水道(发动机内部)、水泵(发动机内部)、节温器(发动机内部)、散热器、散热器盖、风扇、膨胀水箱(视具体情况定)、连接管路、冷却液、悬置及一些紧固件等组成,如图1、图2所示。2图1,冷却系统的构成(JY08)图2,冷却系的构成及固定方式(JZ08)散热器进水管散热器上悬置散热器出水管风扇膨胀水箱散热器支架散热器下悬置水泵和节温器发动机散热器散热器进水管膨胀水箱水箱上横梁水箱下横梁散热器总成风扇水箱支架水箱悬置31.3主要零部件功能及结构介绍1.3.1散热器1)散热器功用:冷却液在散热器芯体内流动,空气在散热器芯体外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷,冷空气则是因为吸收冷却液散出的热量而升温,所以散热器是个热交换器。2)散热器结构形式:散热器由进水室、出水室及散热芯体三部分构成。根据散热器冷却液的流动方向可分为纵流式散热器和横流式散热器。针对两种形式的散热器,目前市场采用纵流的散热器较多,因为纵流式散热器强度及悬置的可靠性较好。在基于布置空间、市场资源等方面考虑,也可选取横流式散热器,如RAV4车的散热器。图3,纵流式散热器(JY08)3)油冷却器的安装:装有自动变器的汽车必须装备变速器机油冷却器,因为自动变速器中的机油过热,会降低变速器性能甚至造成变速器损坏。变速器机油冷却器通常置于散热器出水室内,通过冷却液的对流对变速器机油管进行冷却,如图4。此种结构的优点可节约布置空间,缺点就是对散热器的散热量影响较大。散热器进水室散热器芯体散热器出水室4油冷器实际散热量可以通过试验方法获得,具体见SAEJ2414油水冷却器热交换性能试验。图4,横流式散热器4)散热器芯体结构形式:通常采用管带式,管带式的芯体结构制造工艺性好,散热带为波浪形,与空气接触面积大。5)散热器芯体材料:轻型或轿车散热器芯体的材料一般为铝制的,铝制散热器芯体具有质量小,成本低的优点。1.3.2散热器盖1)散热器盖的作用:密封水冷却系并调节系统的工作压力,散热器盖的压力与系统设定的最高压力相等,汽车设计手册推荐的系统压力为70kPa~110kPa,轿车常用的系统压力为90kPa。2)散热器盖的工作原理:当发动机工作时,冷却液的温度逐渐升高,冷却液容积膨胀使冷却系统内的压力增高。当压力超过预定值时,压力阀开启,一部分冷却液经溢流管流入膨胀箱,以防止冷却液胀裂散热器。当发动机停机后冷却液的温度下降,冷却液内的压力降低,当压力降到大气压以下出现真空时,真空阀开启,膨胀水箱内的冷却液部分得流回散热器,可以避免散热器出水室散热器进水室油冷却器散热器芯体5散热器被大气压压坏。1.3.3膨胀水箱1)膨胀水箱的作用:储存并保证系统内冷却液的充足,在冷却液温度高时方便加注,同时释放冷却系统的气体。2)膨胀水箱布置形式:膨胀水箱可独立布置也可和电子扇集成到一起,如图5所示。图5,冷却系统(G08)1.3.4风扇1)风扇的作用:当风扇旋转时吸进空气使其通过散热器,以增强散热器的散热能力,加速冷却液的冷却。2)风扇选择:一般轿车风扇采用电驱动,目前两级电子调速风扇得到了主机厂的广泛应用,两级电子调速风扇顾名思义有两个级别的转速,即高速档转速和低速档转速。两级电子调速风扇通过控制电流的大小来实现两级转速的变化。3)风扇的风量:膨胀水箱电子扇6风扇的风量与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数有关。翼形风扇效率较高、消耗功率少,在轿车和轻型货车上得到了广泛的应用。一般叶片与风扇旋转平面成30°~45°角(叶片安装角),叶片数为4、5、6或7片。4)风扇噪声风扇的噪声与风扇直径、转速、叶片的间隔角、减振垫、电机噪音等有关。a)在保证风量不变的前提下,可适当的增大风扇的直径,降低风扇转速降低噪声。b)风扇与水箱之间增加减振垫,降低风扇的振动从而降低噪声。c)叶片之间的间隔角或相等,或不相等。间隔角不等的叶片可以减小叶片旋转时的振动和噪声。d)电机噪音及风扇叶片数量也是影响噪音的因素。e)若是两个风扇,两个风扇旋转方向相反,可降低风扇的噪声。1.3.5冷却系的管路1)水管的作用:水管是连接发动机和散热器的水流通道,同时具有吸收发动机振动和散热器相对运动的作用。2)水管的构造:散热器连接水管多用编制加强型胶管。2、冷却系的设计过程2.1冷却系设计流程收集市场相同排量动力散热参数分析和拍摄样车冷却系统的结构拆车、扫描点云标杆车冷却系统参数采集及对比拆车记录表项目启动7冷却系统逆向建模逆向数模及明细表的发布与厂家沟通内审冷却系统设计、匹配设计车冷却系统计算报告调整冷却系统数模确定设计车安装点断面设计构想编制冷却系统主要零部件性能描确定开发方式:选型开发或是逆向开发动力总成定义骡车验证82.2冷却系的设计要求1)发动机在任何工况下工作都能在适宜的温度范围内:正常工作下仪表板水温表的指针在刻度盘中间附近位置为宜,一般在85℃-90℃内;大负荷或是有负载(如开空调)一般最大达到105℃-106℃;冷却系统的报警温度一般在110℃左右。2)保证散热器散热效率高,材料消耗少;图纸制作试制问题整改PTSOP工艺阶段:工艺数模、明细表、计算报告、断面、差异化对比报告外审NC阶段:NC数模、明细表、计算报告、断面、差异化对比报告道路试验与厂家沟通:结构及参数细化93)应考虑除气,并在规定的时间内排除系统内的空气,如在膨胀箱上增加出气孔;4)初次加注量达到系统容积的90%;5)设置水温报警装置;6)水泵、风扇消耗功率小,噪声低;7)密封良好,不得漏气、缺水;8)冷却系统中的零部件拆装、维修方便;9)冷却系统迎风面积达到设计要求,推荐格栅的投影面积大于散热器芯体正面积的30%。2.2.1散热器总成及设计要点1)散热器芯体冷却水管断面尺寸选用及布置:为了降低生产成本和利用现有工艺装备,可参考同类车型,如下表1冷却水管断面尺寸的选取:表1车型G08KZ16V22水管断面尺寸(mm)1.8×171.5×162.0×16布置形式单排单排单排在整车空间允许的条件下,尽量减少芯子厚度,增加芯体正面积,这样可以充分利用风扇的风量和车的迎风面积,提高散热器的散热效率,降低风阻,一般轿车芯厚不超过二排水管,散热器的芯厚T一般在16~30mm之间。2)散热器芯体正面积、散热面积满足设计要求:具体散热器芯体正面积、散热面积的计算请参照QTJIDP.12.03—2010冷却系统设计计算书进行。下面表2列举了一些散热器参数,为设计者提供参考:表2103)散热器的布置要求a)为保证冷却系统内的气体能顺利排出、加水充分、排水彻底。膨胀水箱布置在冷却系最高点,散热器的最高点可低于发动机,下水室(出水室)出水口为冷却系的最低点。b)迎风面积的要求:在整车总布置允许的条件下,尽量的加大散热器的的迎风面积,一般要求格栅的投影面积大于散热器芯体正面积的30%。表3项目代号参数CHB011CHB021CH01
本文标题:发动机冷却系统设计作业指导书
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