大中型客车冷却系统设计规范.doc

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大中型客车冷却系统设计规范

Q/SJGF130006

共16第10页

大中型客车冷却系统设计规范

编号

Q/SJGF130006

编制

审核

标准

批准

日期

2011.xx.xx

欧V新能源客车事业部

前言

为实现大中型客车冷却系统设计的规范化、通用化，根据国家有关客车方面的法规、政策、技术要求，结合我公司产品开发流程，参考高等院校汽车专业教材中有关章节的规定，编制本设计规范。

本设计规范对生产、检验具有参考作用。

本规范由欧辉客车事业部技术中心提出；

本规范由欧辉客车事业部技术中心归口；

本规范起草单位：

欧辉客车事业部技术中心底盘研发部；

本规范主要起草人：

覃军伦、蔡斌

本规范为首次发布版本。

1范围

本设计规范规定了发动机冷却系统的设计准则、布置要求、结构设计要求、材料选用要求、性能设计要求、设计计算、评审要求、输出图样明细及制图要求等。

本设计规范适用于大中型客车产品发动机冷却系统设计。

2范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

Q/FTE003汽车散热器总成技术条件

QC/T773汽车散热器电子风扇技术条件

3术语及定义

3.1环境温度

汽车行驶时，周围环境阴影下的空气温度。

3.2发动机热平衡

发动机各部分的温度（如冷却液温度、润滑机油温度等）与环境温度的差值达到稳定。

3.4机油冷却常数

发动机热平衡时，发动机润滑机油温度与环境温度的差值。

3.5许用冷却液最高温度

发动机正常工作所允许的冷却液出口处最高温度（由发动机生产厂家给定）。

3.6许用环境最高温度

汽车受发动机冷却液温度和润滑机油温度的限值而允许使用的最高环境温度。

3.7冷却风扇效率

是指风扇工作时发生的拒不损失，包括液力损失、溶剂损失和机械损伤。

各种损失以相应的效率标示。

冷却风扇的效率直接影响风扇的功率消耗。

同样条件下，风扇效率愈高，风扇的功率消耗就愈小。

4设计准则

4.1发动机冷却系统设计应满足安全、环保和其它法规要求及国际惯例。

4.2应满足的功能要求

4.2.1把发动机工作产生的热量与外界气体做热交换，保证所有许用工况下发动机出水温度要低于所要求的许用值。

4.2.2在规定时间内排除发动机及冷却系统内的空气。

4.2.3具有水温报警装置。

4.2.4具备一定的缺水工作能力。

4.3应达到的性能要求

4.3.1系统本身的膨胀空间容积应不小于系统总容积的6%；

4.3.2初次加入防冻液的量应能达系统总容积的90%；

4.3.3密封性好，不漏气、不漏水。

4.4设计输入、输出要求

总布置图样评审完毕、设计任务分解后开始进行冷却系统总成的设计，在设计过程中，需要不断根据其它总成的要求进行逐步完善。

在底盘总布置、发动机安装位置及车架型式确定的基础上开始设计，设计服务于性能设计、整车及底盘布置要求。

5部件及总成结构、性能及布置要求

5.1散热器

5.1.1选择散热器的原则；

5.1.1.1散热器芯部正面积（A×B）；

空间允许情况下尽可能大，推荐简易匹配：

（30-37.5）cm2/kW，实际应以满足公司冷却测试为准；尽量成正方形；其中心应与风扇中心重合或稍低于风扇中心。

5.1.1.2散热器总散热面积；

散热器总散热面积应能满足极限工况要求，但不能使散热器的风阻过大。

推荐按照（0.16-0.20）m2/kW或按发动机厂家要求确定。

5.1.1.3散热器应尽可能在公司已有产品中选择，同时，同一车型装配不同发动机时，应选择散热能力要求最高的发动机来进行散热器匹配设计，以使物料最大程度的通用化。

5.1.1.4散热器前端进风面积应尽可能大，进风口截面≥70%散热器芯部正面积。

5.1.1.5散热器迎风正面积应尽可能大。

5.1.1.6散热器芯子厚度应尽可能薄。

5.1.1.7散热器与车身及发动机舱结合处，密封性要好。

5.1.1.8散热器与护风罩装配结合面，密封性要保证。

5.1.1.9散热器相对于发动机位置应尽可能低，但上水室不应低于发动机出水口。

5.1.1.10风扇中心与散热器中心应重合或稍高，风扇直径尽可能大。

5.1.1.11风扇前端面与散热器距离

理论上要求风扇与散热器之间保持一定距离，从而保证气流均匀地通过散热器的整个面积，使散热器发挥最大的散热效能。

对于吸风式风扇，此距离≥50mm（推荐80mm～100mm）；对于吹风式风扇，此距离≥100mm；若风扇未扫过面积较大，此距离应相应增加。

5.1.1.12风扇轮毂直径应尽可能小。

5.1.1.13发动机机舱中的排风通道和排风口面积应尽可能大，排风口总面积≥风扇叶片扫过面积。

5.1.1.14散热器散热管、散热材料

铜质或铝制；铝质散热器有质量轻，价格低的优势，铜质散热器具有良好的散热能力，结构刚度好等特点。

推荐：

散热器散热面积小于等于35m2时使用铝质散热器，大于35m2时使用铜质散热器。

5.1.1.15设计的散热器应尺寸小、重量轻、制造工艺简单、结构可靠耐久、风阻小、通用性强。

5.1.1.16在相同的发动机功率段，发动机水套散热量应根据整车的使用工况优先选用已有的散热器。

5.1.1.17对散热器总成其余未明确的技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输、储存及质量保证等应符合Q/FTE003相关规定。

5.1.1.18散热器安装时，必须牢靠，为隔离和吸收来自车架的部分震动和冲击，使散热器在车辆运行中，不致发生震裂、扭曲等损坏，与车架的连接时必须采用减震垫。

5.2风扇的选择

风扇应满足冷却系的风量和风压的需要，同时要求消耗功率最小、风扇效率高且有较宽的效率区、风扇噪声小、重量轻、成本低等，可按照如下方式设计。

5.2.1风量和风压

风量和风压的值可从风扇的风压曲线与系统阻力曲线相交的匹配点上得到。

风量必须满足散热器散热的需要（可根据风量的值和散热器散热效率曲线求出）。

风压在额定功率转速下，一般为（20～60）毫米水柱，若要克服较大阻力则应达80　毫米水柱。

5.2.2风扇的外径和转速

风扇的外径一般应略小于散热器芯部宽度和高度，在保持同等风量的前提下，应采用直径大而转速低的风扇。

风扇叶尖线速度应≤95m/s，推荐（71.1～91.4）m/s，（80～85）m/s为佳。

5.2.3风扇最大消耗功率应不超过发动机额定功率的6%。

5.2.4风扇效率应为（45～70）%。

5.2.5风扇最大动不平衡量应符合表1的规定。

表1风扇总成不平衡量

风扇外径Dmm

不平衡量g.cm

500＜D≤600

≤40

600＜D≤700

≤50

D＞700

≤60

5.2.6叶片安装角一般为30°。

5.2.7叶片端部前弯风扇：

该结构风扇在风扇与发动机前端距离较近时采用，且在高速大风量时效果更明显。

在小流量范围内，选择直叶片结构风扇为好。

5.2.8风扇：

一般采用尼龙风扇。

5.2.9风扇离合器：

在气温较低的地区和季节采用，有节能效果。

但要注意风扇离合器与冷却系统的匹配问题。

5.3护风罩的设计

5.3.1护风罩的功用

护风罩的功能就是合理引导气流均匀流过散热器芯部，避免气流的回流或者涡流损失，特别是在总体布置不太理想的条件下，护风罩所起作用更重要。

5.3.2合理确定风扇叶端与护风罩（圈）之间的径向间隙

理论上此间隙越小越好。

一般此间隙为2.5%的风扇直径，后置发动机推荐此间隙为（10～15）mm，前置发动机车推荐此间隙为（15～20）mm。

5.3.3合理确定风扇伸入护风罩的位置

对于直叶吸风式风扇，风扇叶片投影宽度伸入护风罩内以2/3为宜；对于吹风式，以1/3为宜；对于弯叶风扇（叶片投影宽度应为叶片最窄部分），以2/3为宜。

5.3.4根据整车的使用工况优先选用已有的风扇、护风罩及中间传动机构；

5.4膨胀水箱的设计

5.4.1膨胀水箱通常又称为副水箱，它是冷却系统的一个组成部分。

冷却系统必须安装具有强制除气循环功能的膨胀水箱。

5.4.2膨胀水箱的功能：

储备冷却液、提供膨胀空间、除气、便于加注冷却液。

5.4.3膨胀水箱容量的确定

5.4.3.1膨胀容积

不小于整个系统内冷却液总容量的6%。

5.4.3.2储备容积

约占整个系统总容积的10%；整车装备暖风系统时应达20%。

5.4.3.3必留容积

容积为35mm×A（A为膨胀水箱底平面面积）

5.4.3.4膨胀水箱的总容积=膨胀容积+储备容积+必留容积；

5.4.4液面检查

膨胀水箱外侧应有透明管，方便观察液面。

5.4.5冷却液的加注

膨胀水箱可实现加注冷却液的功能；

5.4.6除气管进入膨胀水箱后应当有阻挡板，以防止除气管中带气体的冷却液直接到达加注管，造成加注管中有气体直接进入发动机；

5.4.7膨胀水箱应具有水位传感器，规格为M22×1.5。

5.4.8膨胀水箱的位置

由于客车产品一般安装有暖风系统，而暖风系统在车厢内部的循环管路位置一般较高，因此膨胀水箱应尽可能安装的较高的位置，同时需兼顾到冷却液加注的方便性。

5.4.9压力盖的使用

5.4.9.1压力盖的功能

保证密闭式冷却系内的冷却液能保持一定的压力。

5.4.9.2压力盖的安装位置

压力盖可装在膨胀水箱加注口上，也可与膨胀水箱口分开，且散热器上盖子应封死。

5.4.9.3压力盖压力

一般为50kPa，其压力值由压力阀决定，如果压力盖与加水口分开，加水口压力值不小于70kPa；不同压力盖和不同海拔高度与冷却水沸点的关系如表2。

表2压力盖压力、海拔高度与冷却水沸点

海平面

海拔1500米

海拔2500米

海拔3500米

无压力盖

100℃

95℃

91℃

87℃

压力盖压力30kpa

107℃

103℃

100℃

97℃

压力盖压力50kpa

111℃

108℃

105℃

102℃

5.4.9.4压力盖中除了有压力阀外，还应有一个真空阀，真空阀压力推荐为10kPa。

5.4.10膨胀水箱安装要求

5.4.10.1管路的弯角处或直径变化处必须圆滑过渡，管路尽量短而直，这样有利于空气的排出。

5.4.10.2为了保证冷却液循环时能将所产生的气体全部排出，膨胀水箱的安装位置要尽可能的高，膨胀水箱的下水口位置不能低于发动机出水口，同时保证发动机水泵进水口处的压力满足发动机性能要求。

5.4.11冷却管路设计

5.4.11.1冷却系的主循环回路

冷却系的主循环回路是指冷却液被水泵强制压入发动机缸体及缸盖水套内，流速较强的冷却液沿结构设计的路线冲刷发动机内部高温受热壁面，把热带走，然后流经节温器进入散热器，经散热后液温下降，重新由水泵输入发动机水套内这一循环回路。

此回路设计时需注意：

a）若发动机上有水冷式中冷器和车上有暖风装置，且它们的位置均比发动机及散热器高，则在它们的水套或水路的最高点上应设置放气阀门，以便在加注冷却液时打开阀门让空气排出；它们所容纳的冷却液容量应计算在冷却系总容量之内；

b）尽量避免发动机前低后高布置，否则，缸盖后端的水套处应设置放气阀；

c）冷却液的加注速度应≥15升/分钟。

5.4.11.2冷却系除气循环回路

该回路以膨胀水箱为中心，一般有三根管路与膨胀水箱相连接，其中