重型汽車冷卻系統和中冷系統設計規範

●適用範圍

本設計規範適用於重型汽車冷卻、中冷系統設計。

本設計規範規定了冷卻、中冷系統設計中應遵循的通用原則，和一般的設計方法。

●設計原則

設計良好的冷卻、中冷系統因該充分考慮以下幾方面原則：

1、首先應優先考慮冷卻、中冷系統的冷卻能力問題。其中所要求的冷卻常數、中冷系統冷卻效率及發動機進氣溫度等皆應一一滿足。

2、冷卻、中冷系統的安裝方式及在整車中的合理位置也應充分考慮，不應有因為安裝點位置及結構引起系統損壞或造成潛在易損壞因素。系統在整車中的位置將影響其效能，應謹慎考慮。

3、冷卻、中冷系統的管路應合理並力求簡潔清晰。防止因管路走向不合理而引起的系統內阻的增加和效能的下降。

4、冷卻、中冷系統應有良好的保護裝置，防止系統異常損壞和效能下降。

5、冷卻、中冷系統的設計應考慮到裝車工藝性要求和維修的接近性要求。

●設計方法

1、中冷器和散熱器的設計、選擇及安裝：

如果有足夠的空間，冷卻系統可以選用迎風面積大、芯子薄、散熱效率高的熱交換器。在有風扇離合器控制風扇運作的情況下，應充分利用空間加大熱交換器的尺寸，這樣可以降低風扇的功耗和降低風扇工作雜訊。

在無中冷器的情況下且無風扇離合器情況下，按經驗推薦，發動機功率每100千瓦的散熱器迎風面積應為0.3～0.375m2之間。

由於排放法規要求，現代重型車上一般具有空空中冷系統。所以在推薦迎風面積上稍作增加。散熱器散熱面積（冷側）的推薦值大概為：

0.1～0.16m2/kw(發動機功率)。

在中冷系統布置空間足夠時，一般推薦採用一字流向的中冷器，反之則為u型流向的中冷器。因為u型的中冷器的內阻大於一字流的中冷器。另外中冷器氣室應盡量避免遮蔽散熱器芯子太多面積。

中冷器和散熱器的芯子可參考以往系統配置，因為主片模具**較貴，如無必要，盡量採用同樣的管型和散熱帶波高。由於中冷器處於冷卻空氣上游，必須將它設計成能適應多塵的環境，推薦每英吋的散熱片為8～10片，散熱帶可不開窗以便清洗。一般中冷器迎風正面積比散熱器迎風正面積略小。

由於中冷器的熱脹冷縮量較大，在安裝時應給予考慮，防止由於熱脹冷縮帶來的不必要系統元件損壞。另外，應盡量保證風扇中心與散熱器中心重合，盡量使風扇未掃過的四角死區最小。風扇前端面與散熱器芯子的距離大於50～100mm，特別是風扇未掃過的四角死區很大時，應盡量擴大兩者之間的距離。

中冷器、散熱器與車架之間應為柔性連線。可根據系統重量及車架震動頻率來確定系統懸置軟墊的剛度和結構。

2、風扇及風扇離合器的選擇和安裝：

重型車上所用風扇大多為塑料的吸風式風扇。它可分為兩種：直葉風扇和葉端前彎風扇（馬刀形風扇）。

馬刀形風扇在高速大風量時優勢較為明顯，並且空氣下游一部分空氣向四周排出，這對發動機前端與風扇葉片後端較近的布置比較適應。特別對使用離合器的風扇較為適合。

但在同一轉速和相同的靜壓下，在小流量範圍內，直葉風扇提供的風量比彎葉的大。另外，由於雜訊的要求，根據推薦，風扇葉尖線速度不應超過87m/s。現代重型車功率越來越大，其選用的風扇的功耗就比較大，所以，應該採用風扇離合器。

在選擇時應考慮離合器能承受的扭矩和轉速。

理論上來講，希望風扇後端離發動機前端越遠越好。但可能風扇安裝懸臂過長會引起風扇異常振動而引起損壞。實際設計中應綜合考慮風扇、發動機前端面、散熱器芯子的位置關係確定風扇安裝懸臂的長度。

風扇葉尖與護風圈的距離關係著風扇容積效率，一般要求兩者之間的距離不得大於風扇直徑的2.5％。為冷卻系統能力方面考慮，希望兩者間距離越小越好，在此考慮下可採用柔性風罩方案。

另外對吸風式風扇來講，風扇伸入護風圈的深度為風扇投影寬度的1/3(環式或箱式護風圈)和1/2（文杜裡式護風圈）兩種情況。

3、膨脹箱、除氣管路：

膨脹箱的容積應為16％的系統總容積+35*a(a為膨脹箱底平面面積)。其安裝位置應保障在水幫浦入口處的壓力大於大氣壓。由於不易確認高度是否合適，那麼必須保證膨脹箱下底面高於冷卻系統其它最高點。

壓力蓋必須保證冷卻系統壓力達到發動機要求壓力。真空閥開啟壓力約為10kpa。

除氣管路的走向應向上到膨脹箱，中途應避免有彎曲或向下的趨勢。除氣管最好採用雙管（發動機及散熱器除氣管）的內徑大約應在7～9mm左右，並且盡量短且直。根據康明斯要求推薦除氣迴路迴圈量不應大於2公升/分。

4、系統其它管路：

對於冷卻系統而言，管路應沿水流方向適當上翹，盡量避免水平布置和呈凸形的管路，管路的彎角處或直徑變化處必須圓滑過渡。管路布置中應考慮系統各元件之間的相互運動。長度在150mm以下的膠管在沒有柔性並且難以安裝，而長度超過450mm的膠管應考慮支撐問題。

關於管路內徑，如果發動機離散熱器較遠的話，理論上講從發動機端到散熱器端內徑應逐漸加大，但實際設計時考慮到製造工藝及大總成的通用性這點一般不予考慮，應按實際出發。

對於中冷系統而言，管路越直越好，儘量減少彎頭的處數。其內徑也有要求，根據康明斯推薦，對於小於9公升排量的發動機內徑應在2.5～4英吋，15公升以上為4～5英吋。

軟管部分盡量不要安裝於氣流拐彎處以免脫落，彎折處應用硬管。在高溫側不應該用成型的矽膠管來替代硬彎管的功能。

5、其它：

如果系統熱回風量較大就應考慮加裝擋風板。在工作狀況比較惡劣的情況下，應考慮在冷卻系統單元前方加一阻擋空氣中雜質的濾網以減輕對中冷器、散熱器汙染。對於需要在不好路面上工作的車輛應加冷卻系統的下防護板。