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QE；
2．废气带走的热量QR：
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+QL
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 =
=
=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——汽车冷却系统燃料热值（Kj/kg） 汽油hn=43100
2、散热器的散热面积：
F= (m2)
其中 Δt=tw-ta
=（tw1-）-（ta1+ ）
=（98-）-（40+）
=43.5℃
式中：KR——取0.069～0.117
tw——冷却水平均温度 tw= tw1-
ta——冷却空气平均温度 ta= ta1+
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℃
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