重卡冷却系统匹配性探讨研究

重卡冷却系统匹配性探讨研究

第５期２０１０年１０月

内燃机

ＩｎｔｅｒｎａｌＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｓ

Ｎｏ．５０ｃｔ．２０１０

却系统匹配性探讨研究ｊ；

＾

’

＾

★

★

ｔ’★＋

■

＾

ｔ

’

Ｒ－

★

★

＾

■

＾■，Ｆ＾－ｐ＾ｔ

＇★★＋

★

★

★ｔ★★★十★

’

＾

’

，

★’★★

Ｊ－★＋，’＇

★

｝ｌｉ＂★★ｔ

★★★★★★★★＾★★★★★

一冷照撼～一卡ｊ！｜｛ｉ懋一喜瓣镢一

中图分类号：ＴＫ４０１

＞： ×ｔ×ｔ：－：ｔ：变坤坤：－：，：ｔ×ｔ：ｔ：ｔ： ：＋：－：＋：－…

★

●

＾十●ｔ●’’

ｔ★★

原长安重型、汽车有限公曰，山西太原’０３０ｎｙ２’，。。

★

，

，

ｔ★

，

★★

Ｆ★★

＾

●★★

，，

★

，

★

＾＾

★’★★

，

★

＊

’ｔ

★★★，★★ｔ★★★＇★ｔ七★

摘要：汽车冷却系保证了发动机在最适宜的温度范围内工作，因此汽车发动机冷却系的设计工作在汽车的研发中具有重要地位，冷却系的各个重要部件的准确设计计算对保证冷却系的工作性能非常重要。笔者通过对某重型卡车冷却系统的计算与特性分析，匹配出合理的散热器，保证发动机在最适宜的温度范围内工作。关键词：重型卡车；冷却系统；设计计算；散热器；匹配

文献标识码：Ｂ

文章编号：１０００－６４９４（２０１０＂）０５－－００２１—０２

ＡＳｔｕｄｙ

ｏｎ

ＣｏｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍＭａｔｃｈｉｎｇｉｎＨｅａｖｙＴｒｕｃｋ

ＷＥＮＫａｎ—ｋｕｎ

（Ｔａｉｙｕａｎ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅ

Ｃｈａｎｇ’ａｎＨｅａｖｙ－ｄｕｔｙＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ

ｅｎｓｕｒｅｓ

０３００３２，Ｃｈｉｎａ）

ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｎｇｉｎｅｔｈｅｅｎｇｉｎｅｗｏｒｋｓ

ａｔ

ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅ．∞ｔｈｅｔｈｅｒｅｓｅａＩ℃ｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅ

ｔｏｅｎｓｕｒｅ

ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｎｇｉｎｅｈａｓ

ａｎ

ｉｍｐｏｒｔａｎｔ

ｐｏｓｉｔｉｏｎ

ｉｎ

ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ．Ｅｘａｃｔｌｙｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｎｇ

ａｌｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ

ｔｈｅｗｏｒｋ

ｔＯ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｎｇｉｎｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ

ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆ

ｔｕｒｅ

ｔｈｅ

ｔｈｅｈｅａｖｙｔｒｕｃｋ，ａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｒａｄｉａｔｏｒｉｓｍａｔｃｈｅｄ

ｔｏｅｎｓｕｒｅ

ｔｈａｔｔｈｅｅｎｇｉｎｅｉｓ

ａｔ

ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａ－

ｒａｎｇｅ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｒｖｙｔｒｕｃｋ；ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｒａｄｉａｔｏｒ；ｍａｔｃｈ

１设计思想

根据国内重卡行业的特殊环境即发动机产品的

３．１计算用基本参数

计算用基本参数见表ｌ。

表１基本参数

集中化。散热器产品的多样化，在开发一款新车型时最好采用现有散热器资源，或在现有的资源上做较

小的改进，这样可以尽量减少试制周期和开发费用，

鬻ｍ５功率，ｋＷ‘

燃烧低繁甲（ｋＪ ｋｇ。）

项目参数

一…

项目参数

能（ｋ ．槲，Ｉ）ｋＷ…一０．２１１

水的密度／（ｋｇ Ｉｎ－，）

１０００

同时能保证产品较高的可靠性。根据发动机对冷却系统的要求，通过计算和特性分析，优选出合理的散热器，保证发动机在最适宜的温度范围内工作。２发动机对冷却系统的要求

发动机对冷却系统的要求如下：迎风面积≥

０．２５

４１一８７０

热容，（ｋＪ 。 。）埘…～

３．２散热器应带走的散热量

５×－～

黏度（ｍ２ Ｓ一）

散热器应带走的散热量计算公式为：

ｄｍＶｋＷ，散热器容积≥Ｏ．０４Ｌ／ｋＷ，推荐额定转

速下散热器等柴油机以外的冷却系统阻力小于０．０５

ＭＰａ。

Ｑ庐笨等＝１３３．６ｋｗ

式中，Ａ为传给冷却系统的热量占燃料热能的

３冷却系统匹配计算

作者简介：文坤坤（１９８２一），男，山西垣曲人，负责发动机外围匹配设计。

收稿日期：２０１０－０３—２９

百分比，对柴油似＝０．１８—０．２５，在此眦＝０．２２（根据

文献资料，对于柴油机而言，燃烧室不同，Ａ值不同，直喷式燃烧室比分隔式燃烧室Ａ值小，发动机为直喷式燃烧室，取Ａ＝０．２２）；＆为内燃机燃料消耗率，取

０．２１１

ｋｇ ｋＷ。１ ｈｑ；化为内燃机功率，取２４７．５ｋＷ；ｈ。

万方数据

重卡冷却系统匹配性探讨研究

２２

内燃机２０１０年１０月

为燃烧低热值，取４１８７０ｋＪ／ｋｇ。风面积）＝３．０６８ｍｆｆｓ。从图２可知，产生的风阻为：散热器０．２５ｋＰａ，中冷器０．１５ｋＰａ，合计０．４

ｋＰａ。

发动机厂提供试验数据为ＱⅣ＝１３０ｋＷ，表明经验公式计算结果比较准确。考虑到发动机极限工况，应增加１０％保险系数，所以要求冷却系统的散热功率为１４７ｋＷ。

在发动机功率最大时的散热量最大，发动机最大功率转速为１上，转速为１

９００

ｄｒａｉｎ，风扇安装于水泵驱动轴

ｄｍｉｎ，查看图３曲线，当

９００ｘ１．１＝２０９０

４冷却风扇匹配

风阻为０．４ｋＰａ时，风扇风量为５．３ｍ３／ｓ，大于要求风量，所以风扇匹配合理。

冷却风扇由发动机厂提供，直径为＋６７０环形风扇，由水泵驱动，升速比为１：１．１。４．１散热器及风扇数据

散热器散热量曲线图见图１。散热器风阻曲线图见图２，车用＋６７０环形风扇性能曲线见图３。

２∞＿．—铝制

黼２－２２

／

●

２∞

良

∈

ｌ

如

姻１

．／一

．／‘

１０Ｕｍｉｎ

蕞ｌ∞ｆ

／

衽

如

０２

４６８１０１２

风速／（ｍ．ｓ＿１）

图１散热器散热量曲线图

…ＬⅧ．．▲

锚散热前。棚‘／

∞，基

区

／

／

／

／

／

‘／２

４

６

．

８１０１２

风速／（ｍ ８。）图２散热器风阻曲线图

图３车用咖６７０环形风扇性能曲线

（曲线１为转速１６００ｒ时风馈；曲线２为１

８００耐风量；曲

线３为２０００耐风董；曲线４为２２００ｒ时风量）

４．２散热器散热量校核

选用的散热器芯高０．８１ｍ，芯宽０．７２８ｍ，散热器迎风面积０．５９ｍ２。根据散热器应带走１４７ｋＷ的热量要求，通过图１可知，当散热器带走热量１５０ｋＷ时，需要的风速为５．２ｍ／ｓ，所需风量为５．２ｘＯ．５９（散热器迎

万方数据

在发动机扭矩最大时散热量应小于最大功率时的散热量，为了校核最大爬坡度时的散热量要求是否得到满足，把发动机扭矩最大时散热量也取为１４７ｋＷ，发动机最大扭矩点转速为１５００

ｄｍｉｎ，风扇安装

于水泵驱动轴上，转速为１６５０

ｒ／ｒａｉｎ，查看图３曲线，

当风阻为０．４ｋＰａ时，风扇风量为３．５ｍｆｆｓ，大于要求

风量，所以风扇匹配合理。

５冷却系统阻力校核

发动机推荐额定转速下散热器等柴油机以外的冷却系统阻力小于０．０５ＭＰａ。发动机额定转速下水泵流量为３００

Ｌ／ｍｉｎ。

冷却系统阻力主要由管路阻力及散热器阻力组成，散热器阻力由散热器厂试验获得，在水流量为

３００

Ｌ／ｍｉｎ时的阻力小于０．０３ＭＰａ。管路阻力采用

Ｄｅｕｔｚ公司计算管路阻力方法，冷却液体积流量为１８ｍ３／ｈ，发动机出水管的管径为６４５ｍｍ，发动机进水管管径为＋５５

ｍｍ。

５．１发动机出水管阻力

在｜冬１３中，首先在横坐标上找到Ｖ＝１８ｒｎ３／ｈ，过这

点画垂直线，与＋４５的斜线相交，过交点画水平线，与纵坐标相交。在纵坐标轴上读出△ｐ＝３

ｋＰａＪｍ。

．ｆｆ

／．｝

｝

７

ｆ

７ｆ

｝

ｆ

ｊ

／

｝｝ｌ

｝

｝？

ｆ

矿！≥ｆ、．／ｆ／７｝

／

．㈠ｌ／Ｆ？ｆ

ｆ

，

℃

拿

｝？‘≤魂洛．ｆ．１７ｆ／，／／／

击

ｆ

ｆ

ｆ

、

？ｙ§｝，３／ｃ、ｏ／ｉ｝７７

兰

／．ｆ

ｆ

｝

ｆ／ｌ儿毒ｆ急厶／／／／ｆ

，

＿

寻

ｆｆ

｝｝

？

／１

ｉ

嵫鸨。．§ｆ

，

／ｆ

｝

｝

｝，

／

。

．？■７７｛◇

？

？

／

ｆ｝

ｆ

｝㈠‘／２－ｆ

｝

．｝

／

？／／？

ｆ／ｆｆ？／，

／

１

２３

５

１０

２０３０

５０

１００２００

５００

ｙ／（ｍ３ ｈ。１）

图４管径一流量一压力曲线图

（下转第３０页）

重卡冷却系统匹配性探讨研究

－３０

内燃机

２０１０年ｌＯ月

驱动电路能够满足实际产品需要，系统性能良好。

４结论

在能源越来越紧张的今天，柴油机由于燃烧效率高，因而应用范围越来越广泛。针对压电执行器驱动设计中的回路电感、充电及放电信号关键参数进行优化分析，最后进行了相关试验，为压电式共轨系统的进一步实用化奠定了基础。

图１３压电执行器驱动电压及电流波形

—｝４０

ＭＰａ

【参考文献１

【ｌ】林红，周鑫霞．模拟电路基础【Ｍ】．北京：清华大学出版社，

２００８。（１０）．

加∞舳∞柏眦

Ⅲ，唧舞

加ｏ

彤一，，彭笏孳，／／

∥形

彳

—★一６０Ｍ｝）ａ

—｝９０ＭＰａ

——ｅ－

１２０ＭＰａ

ＭＰａ

—◆一１３０ＭＰａ

—＿｛卜１４０

［２】庄福如，潘铁政，芙小勇，等．柴油机共轨压电晶体喷油器

及驱动电路，研究【Ｊ】．现代车用动力，２００８，（３）：１１一１６．【３】宋国民，高崴，张建刚，等．共轨压电执行器驱动开发及试

验分析【Ｊ１．内燃机工程，２００９，３０（２）：５３—５６．【４】ＳｔｅｐｈａｎＣｏｒｄｅｓ，Ｊｔｌｒｇｅｎ

ＨｏｉｋａａｎｄｆｏｒＰｉｅｚｏ

篚爹彰多／

亭；一

０．５

０．８

１．，５

２．５

ＰａｔｒｉｃｋＬｅｔｅｉｎｔｕｒｉｅｒ

ｅｔｃ．

ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＳｏｌｕｔｉｏｎｓｐａｐｅｒ２００３－０１—０７１０．

Ｉｎｊｅｃｔｏｒ

Ｓｙｓｔｅｍｓ．ＳＡＥ

时间／ｍｓ

图１４压电喷油器特性曲线

【５】宋国民。王宁，张爱云，等．ＰＳＩＣＥ仿真平台在共轨ＥＣＵ设计

中的应用【Ｊ】．现代车用动力，２００９，（３）：１３－１７．

１４为试验用压电喷油器的喷油特性曲线。

从以上试验数据可见，设计开发的压电执行器

（上接第２２页）

发动机出水管直线长度为０．３３６ｍ，图４中没有６４５ｍｍ直径等效弯头，可以用４，５０ｍｍ代替，对于名义管径为４，５０ｍｉｌｌ的ｒ＝３ｄ的９０。弯头，从表４可以找到

２．８

ｍｍ。管路总等效长度为２．８＋０．５６８＝３．３６８ｎｌ，管路

ｋＰａ。

阻力为△ｐＦ－３．３６８ｘ１＝３．３６８５．３冷却系统总阻力

其当量管路长度为１．１ｎｌ，在管路中这种接头有两个，等效长度为１．１ｘ２＝２．２ｍｍ。管路总等效长度为

２．２＋０．３３６＝２．５３６

ｎｌｏ

发动机管路总阻力为△ｐ＝ａｐｎ＋△：ｐｔ＝７．６０８＋３．３６８＝

１０．９７６

ｋＰａ，散热器阻力为３０ｋＰａ，管路总阻力为

１０．９７６＋３０＝４０．９７６ｋＰａ＜５０

ｋＰａ，符合设计要求。

管路等效长度见表２。

．

表２管路等效长度表

５０

６５

８０

１００

１２５

１５０２００２５０３００

６结论

综合实例，笔者所用计算方法的结果与实际情

管径／ｍｍ

２５

况相符，并且已经在实际的车型设计工程中进行了

ｊｏｉ薹磊０．５

ｌ １１．４１．７２．２２．８３．５５６．７８．５

应用，所以可直接用于冷却系统设计。由于详细考虑

管路阻力为△ｐｕ－２．５３６ｘ３＝７．６０８５．２发动机回水管阻力

ｋＰａ

了热燃比、风速、风阻和管路阻力等因素的影响，所

以该结果较之传统的经验计算具有更高的精确性和可靠性。

ｆ参考文献１

…王望予．汽车设计【Ｍ埘Ｅ京：机械工业出版社，２００４．【２】姚仲鹏、王新国．车辆冷却传热【Ｍ】．北京：北京理工大学出

版社，２００１．

【３】孔珑．工程流体力学【Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００７．

首先在横坐标上找到ｖ＝１８ｍ３几，过这点画垂直线，与４，５５的斜线相交，过交点画水平线，与纵坐标相

交。在纵坐标轴上读出却＝１ｋＰａ／ｍ。发动机出水管直

线长度为０．５６８Ｉｎ，图５中没有４，５５ｍｍ直径等效弯头，可以用４，６５ｍｍ代替，对于名义管径为４，６５ｍｍ的ｒ＝３ｄ的９０。弯头，从图５可以找到其当量管路长度为

１．４

ｉｎ，在管路中这种接头有２个，等效长度为１．４×２＝

万方数据

重卡冷却系统匹配性探讨研究

重卡冷却系统匹配性探讨研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

文坤坤， WEN Kun-kun

太原长安重型汽车有限公司,山西,太原,030032内燃机

INTERNAL COMBUSTION ENGINES2010(5)

参考文献(3条)

1.孔珑 工程流体力学 2007

2.姚仲鹏;王新国 车辆冷却传热 20013.王望予 汽车设计 2004

本文链接：/Periodical_nrj201005007.aspx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/umcm.html