汽车冷却系统匹配分析计算方法
目录
一，概述 (1)
二，汽车对冷却系统的要求 (2)
三，冷却系统选型布置 (2)
四，设计计算匹配 (6)
五，设计验证 (12)
一、概述
冷却系的主要功用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。匹配良好的冷却系统对整车的动力性，经济性都有着至关重要的作用。
冷却不足会导致发动机过热，产生许多不良反映：发动机过热，进气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零部件摩擦和磨损加剧（如活塞、活塞环和缸套咬伤，缸盖发生热疲劳裂纹等），引起发动机的动力性、经济性、可靠性全面恶化，最明显的症状则是我们平常所见的发动机开锅。
冷却过度会导致发动机过冷，不良反映有：汽油机混合气形成不良，机油被燃油稀释；柴油机工作粗暴，散热损失增加，零部件磨损加剧（比正常工作温度工作时大好几倍），也会使发动机工作变坏。在冬天发动机启动后需要长时间热机。最终也导致整车的燃油经济性大打折扣。
冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷（图1-1），如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。
图1-1
二、汽车对冷却系统的要求
1、保证发动机在任何工况下工作在最佳温度范围；随着发动机技术水平的提高，现在发动机的最佳工作温度也有所提高，约85~110
2、保证启动后发动机能在短时间内达到最佳温度范围；
3、散热器散热效率高，可靠性好，寿命长；风扇（主要是电子扇）运转可靠，噪声小，消耗功率低；水泵尽量小的消耗发动机功率。
4、体积小，重量轻，成本低，可靠性好；
6、拆装、维修方便。
三、冷却系统布置选型
（一）冷却系统结构
1、分类：
2、常用结构：冷却水强制循环冷却方式
主要零部件：发动机水套、水泵、节温器、散热器、风扇以及连接管路。
工作原理：散热器上水室兼起膨胀水箱或者补偿水箱的作用。
注意事项：为保证冷却系统排气顺畅，加水充分，排水彻底，散热器的上水室加水口处为冷却系统的最高点，下水室出水口为冷却系的最低点。同时，为满足发动机排气、冷却液膨胀蒸发和冷却系统补水的需要，上水室要有足够的空间。其结构如（图1）。
（图1）
（1）带补偿水桶结构。（图2）
组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇、补偿水桶以及连接管路。
原理：发动机温度升高后，冷却液受热膨胀，冷却系统内部压力升高，散热器压力盖出气阀开启排气。随着压力的持续升高，冷却系统内部气体排尽，冷却液开始外溢并流入补偿水桶内。当冷却液温降低后，系统内冷却液体积减小，压力下降，散热器压力盖进气阀开启，补偿水桶内的冷却液会被重新被吸回冷却系。
注意事项：为保证冷却系统内的气体能够全部排除，散热器的加水口及下水室应处在冷却系统（补偿水桶出外）的最高点及最低点。补偿水桶到散热器的连接管路要密封紧密。另外，补偿水桶还要有足够的容量和膨胀空间。
（2）带膨胀水箱结构。（图3）
组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇、膨胀水箱以及连接管路。
原理：膨胀水箱布置在冷却系统的最高点，系统压力盖安装在膨胀水箱上，系统直接通过膨胀水箱排气和补水。
注意事项：因包括膨胀水箱在内的整个系统压力一样，所以各连接管路一定要密封紧密。膨胀水箱要有足够的抗压能力和空间。散热器的最高点可以低于发动机。
（图2） （图3）
注：以上结构中，发动机排气都必不可少，否则：
1，如排气不好，残存空气会对发动机内壁造成气蚀，影响发动机性能。
2，因发动机水套空气的存在导致散热不均匀，散热效果不良，最终影响发动机的正常工作。
3，有可能导致整车暖风不热，因暖风系统和散热系统大都是联通的，及传热，储存热量的介质都是冷却液，发动机内残存的空气很容易进入暖风系统，影响气正常工作。
4，影响冷却液的加注速度和加注效果，无发动机排气，防冻液加注时需多次加注才可以 加满。随着发动机技术的发展，发动机对冷却系统中的空气排除要求也日渐增高，
四、设计计算匹配 （一）散热器
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。进一步保证发动机的动力性，经济性及可靠性。 一、 散热器组成及分类
散热器主要由两个水室及芯体组成，主要有管片式和管带式两种。
（二），散热器技术参数
1，散热系数：因使用材料，风速，水流量不同而不同，现在主要使用铝制散热器，其传热系数在同样条件下较高，制作简单，质量小，成本低。
2，空气阻力：主要和芯体结构有关，主要是散热器管距及散热带波峰距，风阻越小散热器散热效率越高。3，风扇功率：风扇功率越大风量越大，散热效果越好，但同时也消耗了发动机更多功率，并产生了更大的噪声。乘用车风扇现在多采用电子扇。
4，散热带波峰距：小的波峰距可以提供更大的散热面积，但同时也增加了散热器的风阻，反之亦然，
5，散热面积：散热器管，带的表面积之和。散热面积越大，散热效率越好。
6，迎风面积：散热器芯体正面迎风部分的面积。
7，压降：指在一定条件下冷却液从散热器入口流至散热器出口过程中压力的下降部分，压降与散热器结构及制作材料有关，在水泵扬程一定的条件下压降越小，散热器中冷却液流速越快，冷却效率越高。（三），风扇技术参数及介绍
1，静不平衡量(g/m)：是扇叶以中心轴为基准，因制造工艺而产生的不平衡力矩，静不平衡量越小，风扇运转过程中产生的晃动越小，噪声越小，风扇可靠性越好。电子扇一般控制在40g/m以内，本参数的控制可反映出供应商的制造水平高低。
2，噪声：噪声要求应达到整车噪声要求
（四）风扇介绍
4.1护风罩
风扇护风罩是为了提高风扇的冷却效率，使通过散热器芯部的气流均匀分布，并减少发动机舱内热空气回流而设计的。因此，设计风扇护风罩时应注意技术的合理性，主要有以下几点：
1、对于前置发动机，风扇护风罩的设计分整体式和分开式两种；对于后置式发动机，一般都采用整体式。分开式护风罩两部分之间有相对运动，必须用帆布圈柔性密封连接。
2、护风罩与风扇叶尖的径向间隙应尽可能小，以保证风扇冷却效率。当采用分开式护风罩时，风扇与护风罩无相对运行，其径向间隙应不超过风扇直径的1.5 %，或者5 mm ~10 mm；当采用整体式护风罩时，风扇与护风罩有相对运动，其径向间隙也不应超过风扇直径的2.5 %，或者15 mm ~20 mm。
3、应注意护风罩结构设计的合理性，不应有阻挡风扇气流的死角。
4、风扇伸入护风罩的轴向位置，与进气效率有很大关系，对于吸风式风扇，风扇叶片的投影宽度应伸入护风罩内2/3为宜。
5、在安装护风罩时必须注意，护风罩与散热器之间不得有缝隙，应采用橡胶或泡沫塑料垫加以密封，以保证冷却效率不降低。
6、驾驶员应经常检查风扇与护风罩之间的径向间隙，以确保发动机风扇与散热器发生相对位移时，风扇与护风罩之间不产生碰触。
7、从成本角度考虑，在大批量生产的车型中，多采用塑料护风罩。
4.2 风扇
