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发动机⽔冷却系统⽔冷发动机冷却系统为了保证发动机的⼯作可靠性，降低其热负荷，必须加强它的冷却散热。
发动机主要依靠其冷却系统来保证⾃⾝在⼯作过程中得到适度的冷却。
发动机冷却系统的功⽤就是把发动机传出来的热，及时散发到周围环境中去，使发动机具有可靠⽽有效的热状态。
现代完善的冷却系统，可以使发动机在各种不同环境温度和运转⼯况下具有最佳的热状态，既不过热，也不过冷。
发动机的冷却系统按照传热介质来分类可以分为以⽔为传热介质的⽔冷型冷却系，以空⽓为传热介质的风冷型冷却系，以油(如机油等)为传热介质的油冷型冷却系[z][23][32]。
现代汽车发动机，尤其是轿车发动机普遍采⽤的是⽔冷型的冷却系。
在⽔冷型冷却系中，如果按照传热⽅式来分类，有单相传热和两相传热两种⽅式，前者为⼈们通常所说的⽔冷型冷却系，后者称为蒸发式冷却系。
汽车发动机的⽔冷系统均为强制⽔冷系统，即利⽤⽔泵提⾼冷却液的压⼒，强制冷却液在发动机中循环流动。
这种系统的组成主要包括:⽔泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿⽔箱、发动机冷却⽔套以及附加装置等。
发动机冷却系统冷却液在冷却系统中的循环路径:冷却液经⽔泵增压后，进⼊发动机缸体⽔套，冷却液从⽔套壁周围流过并吸热⽽升温。
然后向上流⼊缸盖⽔套，从缸盖⽔套壁吸热后经节温器(对于该型号发动机，当出⽔温度低于82℃时，进⾏⼩循环，这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经⽔泵⼊⼝直接流⼊缸体或⽓缸盖⽔套，以便使冷却液能够迅速升温。
当⾼于82’C时，⽔经过散热器⽽进⾏的循环流动，从⽽使⽔温降低。
)然后回到⽔泵，如此循环不⽌(如图2.1.1所⽰)。
冷却液随发动机的不同⽽不⼀样。
冷却液⽤⽔最好是软⽔，否则将在发动机⽔套中产⽣⽔垢，使传热受阻，易造成发动机过热。
纯净⽔在O℃时结冰。
如果发动机冷却系统中的⽔结冰，将使冷却⽔终⽌循环引起发动机过热。
尤其严重的是⽔结冰时体积膨胀，可能将缸体、⽓缸盖和散热器胀裂。
为了适应冬季⾏车的需要，在⽔中加⼊防冻剂制成冷却液以防⽌循环冷却⽔的冻结。
10 冷却系统设计发动机运转时，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热，如果不加以适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃），机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起发动机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。
经发动机冷却系带走的热量大约占燃料总热量的25%～30%左右。
发动机的冷却系根据所用冷却介质不同，分为风冷发动机和水冷发动机。
摩托车发动机采用风冷式的的居多，这使得发动机结构简单、质量轻，使用和维修方便，避免了水冷式常见的故障，工作较为可靠，同时有起动快、暖机快、气缸磨损量小的优点。
综上所述，本设计采用自然风冷式。
10.1 风冷发动机的散热与散热片在风冷发动机中，由气缸内燃气向外界冷却空气的传热过程是一个很复杂的过程，为计算方便，可将这一过程分为三个阶段：1）从燃气向气缸内壁的传热； 2）从气缸内壁向外壁的导热；3）从气缸外壁向冷却空气的传热。
10.1.1从燃气向气缸内壁的传热发动机气缸内的传热是一个复杂的过程。
在进气过程中进入气缸内的可燃混合气，温度低于缸壁的温度，这时气缸壁面将热量传给可燃混合气。
随着缸内混合气被压缩，其温度不断上升，开始由混合气向壁面放热，由于混合气在气缸中的运动，这一过程是一个复杂的对流换热过程。
在燃烧过程中产生的高温燃气，这时除了对流放热外，还有气体辐射和火焰辐射，形成了更为复杂的燃气向气缸内壁的放热过程。
膨胀过程和排气过程中，由于燃气温度较高，都是由燃气向气缸壁放热。
发动机气缸内的传热是对流换热和辐射换热的周期变化的过程。
在每一个工作循环内，工质向气缸壁的传热量可用下式表示：()()t g t g r d t t F Q 1001-+=⎰αα式中 r α——辐射放热系数；g α——接触放热系数；g t ——工质瞬时温度；1t ——缸壁表面温度；F 0——与工质接触的缸壁面积。
放热系数g α与工质的速度、压力、温度以及壁面形状和温度等因素有关。
汽车发动机设计规范近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车发动机逐渐成为众多车主选择汽车的重要因素之一。
汽车发动机的设计规范对于汽车的性能、可靠性和环境友好性具有重要影响。
本文将从发动机的结构设计、燃烧过程、冷却系统以及排放控制等方面，详细阐述汽车发动机设计的规范。
一、发动机结构设计规范1.缸体设计在缸体设计中，应遵循以下规范：- 缸体材料的选择应考虑到承受高温、高压和振动的能力，同时具备良好的热膨胀性能和强度。
- 缸体的几何形状应考虑到减小惯性质量和提高散热能力。
- 缸体应具有足够的刚性和密封性能，以避免汽缸之间的漏气问题。
2.曲轴设计在曲轴设计中，应遵循以下规范：- 曲轴材料的选择应具备高强度、高疲劳寿命和低重量的特点。
- 曲轴的几何形状应尽可能减小轴向和径向力矩，并提高刚度，以实现更高的转速和扭矩输出。
- 曲轴上的各个连接部件应具备良好的连接可靠性和强度。
3.活塞设计在活塞设计中，应遵循以下规范：- 活塞的材料应具备高温强度、低热膨胀和低重量的特点。
- 活塞的几何形状应考虑到降低振动和噪音，并提高密封性能和热传导性能。
- 活塞上的油膜应具备良好的润滑性能和热控制功能。
二、燃烧过程设计规范1.点火系统设计在点火系统设计中，应遵循以下规范：- 点火系统的可靠性和稳定性应得到保证，以确保正常的燃烧过程。
- 点火系统应具备适应不同工况要求的能力，包括低温启动、高速点火和高压点火等。
- 点火系统的设计应考虑到节能环保要求，避免过度富油和过度排放的问题。
2.燃油系统设计在燃油系统设计中，应遵循以下规范：- 燃油系统的设计应考虑燃油的喷射、混合和燃烧等过程，以实现高效能的燃烧。
- 燃油系统应具备稳定的燃油供给能力，以适应不同工况的要求。
- 燃油系统应具备良好的节能环保性能，包括燃油的供应效率和排放控制等。
三、冷却系统设计规范1.冷却剂选择在冷却剂选择中，应遵循以下规范：- 冷却剂应具备良好的热传导性能和抗腐蚀性能。
散热系统的设计与匹配
一、发动机的热平衡概述：
在发动机的气缸中，燃料燃烧后所放出的总热量，只有25-
40%转化为有效功，其它部分均以不同方式散失于外界。
燃料的总热量在有效功和各种损失之间的分配利用情况称
为发动机的热平衡。它通常由实验测定。
若发动机每小时耗油量为GT，则燃料完全燃烧每小时所放
出的热量为QT=GT×HU 式中HU为燃料的热值。热量QT大体分
配如下：
1．转化为有效功的热量Q
E；
2．废气带走的热量QR：
3．传递给冷却介质的热量QS：
冷却介质指冷却水或冷却空气以及润滑油等。在这部分损失
的热量中，包括工作循环中的工质向气缸壁及燃烧室壁的传热损
失，废气通过排气道时传给冷却介质的热量，由机械摩擦产生而
传给冷却介质的热量等 。
4．其它热损失QL：
热平衡用各项组成部分的每小时热量表示，其热平衡方程
为：QT=QE+QS+QR+Q
L
其中传给冷却介质的热量柴油机为25-30%，汽油机为
20-25%。
二、发动机的冷却系：
1．冷却系的作用：
在可燃混合气的燃烧过程中，气缸内气体温度可达1800-
2000度，直接与高温气体接触的机件（如气缸体、气缸盖、活
塞、气门等）若不及时加以冷却，则其中运动机件将可能因受热
膨胀而破坏正常间隙，或因润滑油在高温下失效卡死，各机件也
可能因高温而导致其机械强度降低甚至损坏。因此，为保证发动
机正常工作，必须对这些在高温条件下工作的机件加以冷却。发
动机冷却必须适度。若发动机冷却不足，由于气缸充气量减少和
燃烧不正常，发动机功率将下降，且发动机零件也会因润滑不良
而加速磨损。但若冷却过度，一方面由于热量散失过多，使转变
成有用功的热量减少，另一方面由于混合气与冷却缸壁接触，使
其中原已汽化的燃油又流到曲轴箱内，不仅增加了燃油消耗，且
使机油变稀而影响润滑，结果也将使发动机功率下降，磨损加剧。
因此，冷却系的任务就是使工作中的发动机得到适度的冷却，从
而保持在最适宜的温度范围内工作。
2．冷却系的分类：
汽车上常用的冷却系有水冷与风冷二种。目前水冷系应用较
广泛，部分小排量发动机采用风冷系。采用水冷系时，使气缸盖
内的冷却水温度在80-90度之间，采用风冷系时，铝气缸壁的温
度允许为150-180度，铝气缸盖则为160-200度。
风冷系：发动机中使高温零件的热量直接散入大气而进行冷
却的一系列装置。
水冷系：使高温零件的热量先传导给水，然后再散入大气而
进行冷却的一系列装置。
三、水冷系工作原理简介：
目前单缸柴油机大多采用蒸发式水冷方式。多缸机多采用
强制循环水冷方式。对后者工作原理介绍如下。
汽车上的水冷系大都是用水泵强制地使水（或冷却液）在
冷却系内进行循环流动的，故称为强制循环水冷系。水冷发动机
的气缸盖和气缸体内都铸造出贮水的连通的夹层空间（称为水
套），使水得以接近受热零件，并可在其中循环流动。散热器中
的冷却水，由水泵压送到机体内各水道中，直接切向进入气缸套
周围，然后绕气缸套流至气缸盖。工作过的冷却水由气缸盖前端
经节温器出水管流回散热器。当水温低于散热器初开温度（一般
为70度左右）时，节温器关闭，冷却水经气缸盖前盖板上的小
循环水接管流到水泵进水管，再次进入水泵，实现小循环；当水
温在散热器初开温度与全开温度（一般为80度左右）之间时，
节温器打开，此时冷却水经节温器流入散热器上水室，沿扁铜管
向下流至下水室，在此过程中冷却水被风扇吸入或排出的空气所
冷却（通常为吸风式），实现大循环。冷却了的水又在水泵的作
用下经水管再流入水套。如此不断地循环，因而使发动机中高温
条件下工作的零件不断地得到冷却。
为保证发动机在不同负荷和转速条件下经常在最适宜的温
度下工作，冷却系中常常还有节温器、导流罩、百叶窗等部件。
四、水冷系主要部件的构造：
散热器的分类及构造：
汽车上常用的散热器按材质分可分为铝质（铸铝）散热器
和铜质（黄铜）散热器，按结构分可分为管片式散热器和管带式
散热器。目前管带式黄铜散热器应用较为广泛。
散热器主要构造分上水室、下水室、和散热器芯（包括冷却
管和散热带）。冷却时水依次流经上水室、散热器芯、下水室，
经水泵的抽吸作用实现循环流动。
五、散热系的匹配计算及结构设计：
1、 冷却面积的计算及散热器的选用：
根据所选发动机有关技术参数计算所需冷却面积并选定合适的散
热器及合适的配套厂家。
2、 进行冷却系结构设计需考虑的内容：
根据整车布置图考虑所选散热器是否有足够的安装空间，具体考
虑散热器的结构形式，散热器上表面是否与驾驶室地板不发生干涉，
散热器加水口位置是否合适，散热器与车架上支架孔安装尺寸是否合
适，散热器护风罩与发动机风扇径向及轴向间隙是否合适，散热器中
心与发动机风扇中心是否符合设计要求，进出水管连接是否合适，以
及整个系统安装的密封性及蒸汽阀开启压力、保压时间等内容。并明
确交货验收所依据的标准及供货状态等内容。
明确供货时对散热器总成及包装运输要求等内容。
六．冷却系散热面积计算实例：
现以我厂FT600ZH三轮车（采用LJ276MT汽油机）及BJ1056PE
汽车（采用CY4102BQ柴油机）为例，对散热面积的计算加以介绍。
（一）、FT600ZH冷却系散热面积计算：
1、 冷却系散去的热量Qw：
Qw = A*ge*Ne*hn3600
= 0.265×0.33×17×431003600
=17.8(kJ/s)
式中：A—— 传给冷却系热量占总热量百分比
汽油机A=0.23～0.30
ge——燃油耗 （kg/kw.h）
Ne——功率（kw）
Hn——燃料热值（Kj/kg） 汽油hn=43100
2、散热器的散热面积：
F= QwKR*Δt (m2)
其中 Δt=tw-ta
=（tw1-Δtw2 ）-（ta1+Δta2 ）
=（98-92 ）-（40+202 ）
=43.5℃
式中：KR——取0.069～0.117
tw——冷却水平均温度 tw= tw1-Δtw2
ta——冷却空气平均温度 ta= ta1+Δta2
tw1——散热器进水温度 取95～100℃
Δtw——散热器冷却水进出口温差 Δtw=6～12℃
ta1——散热器进口空气温度 ta1=40℃
Δta——散热器冷却空气进出口温差 Δta=10～30℃
F= 17.80.093×43.5 =4.4(m2)
实际散热面积(理论)
FΔ=β*F
=4.4×1.15
=5.05(m2)
式中：β=1.1～1.25
现用散热器实际散热面积图纸要求不小于5 m2，正常工作时应能满足
发动机对散热量的需求。
注：目前散热器为两排管结构，如增加为三排管就会使机仓距离更
小（目前为60mm）。据用户反映，高温主要是发生在怠速停车时发
动机仓内涡流热风循环所致。建议能在车身上做改动，阻断热风涡流
循环，可从根本上解决此问题。
（二）、1056PE冷却系散热面积计算：
1、冷却系散去的热量Qw：
Qw = A*ge*Ne*hn3600
= 0.215×0.247×70.6×418703600
=43.6(kJ/s)
式中：A—— 传给冷却系热量占总热量百分比
柴油机A=0.18～0.25
ge——燃油耗 （kg/kw.h）
Ne——功率（kw）
Hn——燃料热值（Kj/kg） 柴油hn=41870
2、散热器的散热面积：
F= QwKR*Δt (m2)
其中 Δt=tw-ta
=（tw1-Δtw2 ）-（ta1+Δta2 ）
=（98-92 ）-（40+202 ）
=43.5℃
式中：KR——取0.069～0.117
tw——冷却水平均温度 tw= tw1-Δtw2
ta——冷却空气平均温度 ta= ta1+Δta2
tw1——散热器进水温度 取95～100℃
Δtw——散热器冷却水进出口温差 Δtw=6～12℃
ta1——散热器进口空气温度 ta1=40℃
Δta——散热器冷却空气进出口温差 Δta=10～30℃
F= 43.60.093×43.5 =11 (m2)
实际散热面积(理论)
FΔ=β*F
=11×1.18
=13(m2)
式中：β=1.1～1.25
现用散热器实际散热面积为11m2，计算相对保守，考虑到同二汽同
类车型类比，目前选用11m2散热器。
底盘室
2001.4.26
