—— 葉海見
一、概述 2
二、要求 2
三、結構 2
四、設計要點 2
（一）散熱器 2
（二）散熱器懸置 2
（三）風扇 2
（四）副水箱 4
（五）連線水管 4
（六）發動機水套 4
五、設計程式 4
六、匹配 4
七、設計驗證 4
八、設計優化 4
（一）汽車對冷卻系統有如下幾點要求
1、保證發動機在任何工況下工作在最佳溫度範圍；
2、保證啟動後發動機能在短時間內達到最佳溫度範圍；
3、保證散熱器散熱效率高，可靠性好，壽命長；
4、體積小，重量輕，成本低；
5、水幫浦，風扇消耗功率小，雜訊低；
6、拆裝、維修方便。
（二）冷卻系統問題對汽車的影響
1、冷卻不足時，會導致內燃機過熱，充氣係數下降，燃燒不正常（爆燃、早燃等），機油變質和燒損，零部件摩擦和磨損加劇（如活塞、活塞環和缸套咬傷，缸蓋發生熱疲勞裂紋等），引起內燃機的動力性、經濟性、可靠性全面惡化。
2、冷卻過剩時（40～50℃），汽油機混合氣形成不良，機油被燃油稀釋；柴油機工作粗暴，散熱損失增加，零部件磨損加劇（比正常工作溫度工作時大好幾倍），也會使內燃機工作變壞。
1、分類：
2、常用結構：
（1）基本結構。
組成：發動機水路、水幫浦、節溫器、散熱器、風扇以及連線管路。
原理：散熱器上水室兼起膨脹水箱或者補償水箱的作用。
注意事項：為保證冷卻系統排氣順暢，加水充分，排水徹底，散熱器的上水室加水口處為冷卻系統的最高點，下水室出水口為冷卻系的最低點。同時，為滿足發動機排氣、冷卻液膨脹蒸發和冷卻系統補水的需要，上水室要有足夠的空間。
其結構如（圖1）。
（圖1）
（2）帶補償水桶結構。（圖2）
組成：發動機水路、水幫浦、節溫器、散熱器、風扇、補償水桶以及連線管路。
原理：發動機溫度公升高後，冷卻液受熱膨脹，冷卻系統內部壓力公升高，散熱器壓力蓋出氣閥開啟排氣。隨著壓力的持續公升高，冷卻系統內部氣體排盡，冷卻液開始外溢並流入補償水桶內。
當冷卻液溫降低後，系統內冷卻液體積減小，壓力下降，散熱器壓力蓋進氣閥開啟，補償水桶內的冷卻液會被重新被吸回冷卻系。
注意事項：為保證冷卻系統內的氣體能夠全部排除，散熱器的加水口及下水室應處在冷卻系統（補償水桶出外）的最高點及最低點。補償水桶到散熱器的連線管路要密封緊密。
另外，補償水桶還要有足夠的容量和膨脹空間。
（3）帶膨脹水箱結構。（圖3）
組成：發動機水路、水幫浦、節溫器、散熱器、風扇、膨脹水箱以及連線管路。
原理：膨脹水箱布置在冷卻系統的最高點，系統壓力蓋安裝在膨脹水箱上，系統直接通過膨脹水箱排氣和補水。
注意事項：因包括膨脹水箱在內的整個系統壓力一樣，所以各連線管路一定要密封緊密。膨脹水箱要有足夠的抗壓能力和空間。散熱器的最高點可以低於發動機。
（圖2圖3）
1、在整車空間布置允許的條件下，盡量增大散熱器的迎風面積，減薄芯子厚度。這樣可以充分利用風扇的風量和車的迎面風，提高散熱器的散熱效率。
2、貨車散熱器一般採用縱流結構，因為貨車的布置空間較寬裕。而且縱流式結構的散熱器強度及懸置的可靠性好。轎車由於空間限制，也可採用橫流結構。
懸置點應設計在乙個部件總成上，改善散熱器受力狀況，儘量減少散熱器的振動強度。主懸置點應與輔助懸置點保持一定的距離，以提高散熱器的穩定性。主懸置點，輔助懸置點處散熱器與其連線的部件總成之間以膠墊或膠套等柔性非金屬材料過度達到減振的目的。
對風扇的要求：提供足夠的風量；有一定的風扇壓力值以便克服系統阻力；直徑對散熱器芯部覆蓋面積足夠大，是通過散熱器的風速均勻；風扇要結構緊湊、質量輕、雜訊小、適合大量生產、成本低。
1、機械風扇
1.1護風罩
1、確保風扇產生的風量全部流經散熱器，提高風扇效率。護風罩對低速大功率風扇效率提高特別顯著。
2、風扇與護風罩的徑向間隙越小，風扇的效率越高。一般控制在5-25mm。
3、從成本角度考慮，在大批量生產的車型中，多採用塑料護風罩。
1.2 風扇
發動機曲軸帶動風扇
發動機曲軸通過皮帶輪帶動冷卻風扇旋轉，發動機轉速越快，風扇轉動越快。只要發動機啟動，它就要運轉，不能視發動機溫度變化而變化，採用這種方案，如果要調節散熱器的冷卻強度，要在散熱器上裝上活動百頁窗以控制進入的風量。
風扇離合器控制風扇
為了確保冷卻風扇的送風能力，設計時都按低速考慮，保證在低速時風扇有足夠的送風量，這樣考慮的結果，使高速時的風扇送風能力過大。因此，在車輛通常行駛情況下，應該把風扇的轉速控制在適當範圍內，這樣才能降低雜訊，提高發動機經濟性。使用風扇離合器可以控制轉速（以下簡稱afc）。
在afc內部粘有粘性流體（矽油），靠其剪下力傳遞扭矩。在風扇前面裝有雙金屬片，用來感知流過散熱器的空氣溫度，因此，控制風扇離合器工作腔內的矽油量，使其只是在必要時，才傳遞扭矩使風扇旋轉，當水溫比較低時離合器與轉軸分離，風扇不動，當水溫比較高時由溫度感測器接通電源，使離合器與轉軸接合，風扇轉動。由於風扇離合器容易實現遠距離控制、使發動機工作溫度得到了控制，在汽車行業得到了一定程度的推廣。
但是經過實驗，風扇離合器的溫度控制效能、可靠性、維修性相對較差，因此越來越多的汽車上開始採用電動風扇。
2、電動風扇
電動風扇是由電動機來驅動風扇，電動機的起停是受水溫直接感應的溫度開關來控制。汽車在低速怠速時冷卻效果好，冷車啟動時水溫上公升較快。電動機功率一般比較低，因此風扇的風量受到限制。
電控式冷卻風扇是一種更先進的控制方式，該系統能使風扇產生最佳風量，並大幅度降低風扇的雜訊。為了控制合理的送風量，使用專用計算機收集下列感測器訊號，如水溫感測器、空調器開關、發動機轉速感測器等，計算機利用這些資訊，計算出最佳風扇轉速。該系統僅僅在需要時由電動馬達帶動風扇工作，供給所需的風量。
這種系統的位置布置自由度大，故在發動機橫置的車中的應用逐漸增加。用這種方式控制的風扇，在冷卻液溫度低時風扇停止轉動，而在冷卻液溫度高時風扇增加轉速。由於電動風扇容易實現上述控制，故其有提高發動機暖機效能、提高經濟性、降低雜訊的優點。
電動風扇不使用發動機做動力源，所以其轉速與發動機轉速無關。電動風扇使用蓄電池電能，蓄電池只在需要風扇供風時才給風扇供電。這種風扇無動力損失，構造簡單，總布置方便。
電動風扇按其轉速分為二種形式，一種為單速式，一種為雙速式。
自控電動冷卻風扇可以充分利用汽車行駛迎面風的冷卻作用而大量減少發動機驅動冷卻風扇的功率損失，縮短了預熱時間，實現最佳溫度控制，大量減少了發動機的傳熱損失，是當前降低汽車耗油最有效、最簡捷的途徑之一。因此在節能和排放法規日趨嚴格的發達國家的轎車上得到廣泛的應用。
3、進風量估算
一、標準狀態時溫度20℃、大氣壓760mmhg 、濕度65%的潮濕空氣為標準空氣。
其中：h = cp×w×△tc
w = (q/60) ×t×d=2qt×10-2kg
h = p×t/4.2
所以：q = 0.05p/△tc(cmm，每分鐘所排出空氣體積,m3/min)
= 1.76p/△tc(cfm,in3/min)
= 0.09p/△tf(cmm,m3/min)
= 3.16p/△tf(cfm,in3/min)
式中：h —— 風扇總排出熱量，j
cp —— 空氣比熱，標態下為0.24(kcal/kg℃)
w —— 空氣質素，kg
△tc—— 容器允許溫公升，℃
q —— 空氣流量，m3/min
t —— 工作時間，s
d —— 空氣比重，標態下為1.2kg/m3
p —— 系統消耗功率，w
△tf—— 容器允許溫公升,℉
1、開放式
2、壓力式
3、注意事項
1、水的膨脹係數f與溫度t（℃）的關係為：f＝0.9992＋0.
0002t。按水的溫度校正加水量，v校正＝v×f。如配製總量為100萬ml的葡萄糖注射液，稀配桶水的溫度為95℃，則f=1.
0182，加水量應為101.82萬ml，否則含量將偏高1.82%。
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