车辆冷却系统设计手册-汽车冷却系统计算

tamoadmin 2024年08月08日 07:07 0

发动机冷却系统（水冷说详细点）
汽车风扇坏了可以开吗
发动机冷却系统组成
汽车空调过冷度过热度计算
汽车熄火后风扇还是转？

汽车空调知识

汽车空调系统的正常使用是否会增加耗油量？

这个问题是汽车领域为数不多有标准答案的问题：冷空调会增加油耗，暖风系统不影响耗油量，同时风挡大小对油耗的影响可以忽略不计。

（图片来源网络，侵删）

一、风量&油耗

汽车空调系统中的「风机」本质就是风扇或鼓风机，风量越大理论上电耗自然越高；因为高转速需要的是电机输出高功率，在恒扭矩转台下提升功率只能拉升转速。

能量守恒定律是自然法则，想要得到更高的功率（动能）就必须消耗足够多的能源，然而汽车的电路系统有超大的冗余，在发电量远超电耗的前提下，这些电能似乎是“不用白不用·用了也白用”。

知识点1：汽车启动之后由发动机带动发电机全时运转，此时电瓶不再为车辆供电，且电机会在为设备供电的同时为电瓶充电。

原车发电机的功率标准一般为1000/1500瓦（w），其概念为额定功率运行，每小时可发电1.0~1.5度。而汽车的空调风机功率往往只有50瓦左右，即使有前后独立送风系统，综合功率又能有多少瓦呢？

知识点2：汽车主要电子设备的功率都很小，比如电耗最高的扬声器*（音响系统）共计不过两三百瓦，仪表盘与导航机的功率要低得多；至于电瓶的容量其实也只是0.5~0.7度电左右的容量，所以在正常运行中这些设备都不会对油耗产生明显的波动。

或者说发电机通过皮带与发动机曲轴连接，这种设定已经将电耗对油耗的影响计算过了，正常的电子设备真的不用白不用。

二、冷风-影响油耗

汽车空调制冷的基础是「压缩机＋制冷剂」，制冷剂普遍使用四氟乙烷这种物质；其特点为低至零下﹣26.2℃即可沸腾（气态），压缩机会将气态四氟乙烷推动到冷凝器，经过干燥感和膨胀阀使其成为温度更低的液态。

最终达到零度以上的蒸发器时瞬间就会沸腾，而蒸发沸腾的过程中会吸收热能，蒸发器被动降温后再通过风机将热空气吹过蒸发器；利用低温物体会吸热的原理为空气降温，送入车内即为冷风。

制冷说白了就是利用两次吸热：

1、制冷剂吸收蒸发器温度

2、蒸发器吸收空气的热能

不过本质还得是四氟乙烷能够在管路中循环流动，然而这种高压气态物质需要很大的驱动力才能运转。汽车对其施加的作用力一般为「5PS·马力」左右，约合3kw上下的功率；如果用电驱动就是每小时3度的标准，然而燃油汽车的压缩机是通过皮带与发动机曲轴连接，打开A·C开关后带压缩机与其带轮吸合，结果则会消耗掉3kw左右的动力。

汽车的功率明显降低则加速能力与车速都会降低，想要达到开空调之前的标准，唯一的方式是拉升转速提高输出功率；高转速等于高频率的喷油，所以夏季驾车的油耗总会偏高。

三、暖风-没有影响

燃油汽车装备的发动机类型为「内燃式热机」，运行基础为燃烧燃油产生热能，以热能推动活塞连杆曲轴运动转化为机械能（动力）。这种运行模式会产生非常高的温度，比如汽油燃烧的火焰温度高达1200℃，想要不融化机体就要用水冷系统循环散热。

防冻冷却液的功能正是在循环过程中温度发动机温度，在热机状态下温度会达到100℃左右；于是这种高温溶液也就被拿来做“水冷空调”了，概念如下。

说明：打开空调风机时并不一定会激活暖风，必须将温度调整到高温标准或红色指示标志内，此时水冷系统的阀门才会打开，高温防冻冷却液会流入暖风水箱为其加温。待水箱足够烫之后，鼓风机将低温空气吹过蒸发器则可以升温。

低温空气吸收水箱热能-升温

水箱温度得以合理的控制

汽车冷热系统都离不开吸热的原理，这也符合热力学第二定律做出的解释。然而这些热能本就是“废热”，就像是富余的电能不用白不用是一个道理，但是为什么冬季驾车油耗还是会升高呢？

四、原因-热车效率

发动机·热效率是判断油耗高低的基础，其概念指能将燃烧产生的总热能中的多大比例转化为机械能，40%的热效率就是浪费60%、利用40%，明白了吧。

重点：最佳热效率需要的是最佳的运行温度，也就是100℃左右的标准；然而机体与防冻冷却液在长时间停放后会降温，标准与环境温度相同。

夏季温度40℃-温差60℃左右

冬季温度≤0℃-温差超过100度

温差越大则达到理想温度的速度就会越慢，同时行驶中的低温空气还会吸收热能，所以升温的速度就会更慢。在这一阶段的热效率会低很多，有更大比例的热能没有转化为扭矩，输出功率自然会更低，想要提升功率与车速还得拉升转速，油耗不升高反而不正常。

同低温冷启动时ECU会主动加大喷油量与转速，目的是以燃烧更多燃油为基础（产生更多热能），从而达到快速热机的目的。在怠速状态下喷油量大约会提升一倍，如果有原地热车的习惯则油耗必然会很高。

然而冬季车内的温度太低又会影响驾乘体验，所以很多明知原地热车不正确的用户也不得不这么操作。这就是冬季油耗会升高的主要原因，是正常的物理现象，与空调系统无关。

发动机冷却系统（水冷说详细点）

冷却塔选型计算的方法，你参考吧：

冷却水量的计算：

[1]. Q = m s △t

式中：Q ——冷却能力 Kcal / h (冷冻机/ 空调机的冷冻能力)

m ——水流量(质量) Kg / h

s ——水的比热值 1 Kcal / 1 kg - ℃

△t —— 进入冷凝器的水温与离开冷凝器的水温之差

[2]. Q 的计算

Q = 72 q ( I 入口－ I 出口 )

式中：Q ——冷却能力 Kcal / h

q ——冷却水塔的风量 CMM

I 入口 ——冷却水塔入口空气的焓(enthalpy)

I 出口—— 冷却水塔出口空气的焓(enthalpy)

[3]. q —冷却水塔的风量 CMM 的计算

q = Q / 72 ( I 入口－ I 出口 )

上述计算系依据基本的热力学理论，按空气线图(psychrometrics)的湿空气性能，搭配基本代数式计算。

更深入的数学式，依Merkel Theory的Enthalpy potential 观念导算出类似更精确的计算方程式：

Q = K × S × ( hw －ha )

式中 Q —冷却水塔的总传热量

K —焓的热传导系数

S —冷却水塔的热传面积

hw —空气与冷却水蒸发的混合湿空气之焓

ha —进入冷却水塔的外气空气之焓

此时，导入冷却水流量(质量)，建立 KS / L 的积分(Integration) 遂计算出更为精确的冷却水塔热传方程式。详细的计算你可以从Heat Transfer的热力学内查阅。

冷却水塔的正确选用，是根据外气的湿球温度计算而来，绝非凭经验而来。

汽车风扇坏了可以开吗

概述

随着发动机用更加紧凑的设计和具有更大的比功率，发动机产生的废热密度也随之明显增大。一些关键区域，如排气门周围散热问题需优先考虑，冷却系统即便出现小的故障也可能在这样的区域造成灾难性的后果。发动机冷却系统的散热能力一般应满足发动机满负荷时的散热需求，因为此时发动机产生的热量最大。然而，在部分负荷时，冷却系统会发生功率损失，水泵所提供的冷却液流量超过所需的流量。我们希望发动机冷启动时间尽可能短。因为发动机怠速时排放的污染物较多，油耗也大。冷却系统的结构对发动机的冷启动时间有较大的影响。

2 现代发动机冷却系统的特点

传统冷却系统的作用是可靠地保护发动机，而还应具有改善燃料经济性和降低排放的作用。为此，现代冷却系统要综合考虑下面的因素：发动机内部的摩擦损失；冷却系统水泵的功率；燃烧边界条件，如燃烧室温度、充量密度、充量温度。

先进的冷却系统用系统化、模块化设计方法，统筹考虑每项影响因素，使冷却系统既保证发动机正常工作，又提高发动机效率和减少排放。

2.1 温度设定点

发动机工作温度的极限值取决于排气门周围区域最高温度。最理想的情况是按金属温度而不是冷却液温度控制冷却系统，这样才能更好地保护发动机。由于冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础，因此，发动机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态，如市区行驶和低速行驶时，会产生高油耗和排放。

通过改变冷却液温度设定点可改善发动机和冷却系统在部分负荷时的性能。根据排气门周围区域温度极限值，可升高或降低冷却液或金属温度设定点。升高或降低温度点都各有特点，这取决于希望达到的目的。

2.2 提高温度设定点

提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。提高温度有许多优点，它直接影响发动机损耗和冷却系统的效果以及发动机排放物的形成。提高工作温度将提高发动机机油温度，降低发动机摩擦磨损，降低发动机燃油消耗。

研究表明，发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。将冷却液排出温度提高到150℃，使气缸温度升高到195℃，油耗则下降4%-6%。将冷却液温度保持在90-115℃范围内，使发动机机油的最高温度为140℃，则油耗在部分负荷时下降10%。

提高工作温度也明显影响冷却系统的效能。提高冷却液或金属温度会改善发动机和散热气热传递传递的效果，降低冷却液的流速，减小水泵的额定功率，从而降低发动机的功率消耗。此外，可用不同的方式，进一步减小冷却液的流速。

2.3 降低温度设定点

降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率，降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省发动机运行成本，提高部件使用寿命。

研究表明，若气缸盖温度降低到50℃，点火提前角可提前3℃A而不发生爆震，充气效率提高2%，发动机工作特性改善，有助于优化压缩比和参数选择，取得更好的燃油效率和排放性能。

2.4 精确冷却系统

精确冷却系统主要体现在冷却水套的结构设计与冷却液流速的设计中。在精确冷却系统中，热关键区，如排气门周围，冷却液有较大的流速，热传递效率高，冷却液的温度梯度变化小。这样的效果来自缩小这些地方冷却液通道的横截面，提高流速，减少流量。

精确冷却系统的设计关键在于确定冷却水套的尺寸，选择匹配的冷却水泵，保证系统的散热能力能够满足低速大负荷时关键区域工作温度的需求。

发动机冷却液流速的变化范围相当大，从怠速时的1 m/s到最大功率时的5 m/s。故应将冷却水套和冷却系统整体考虑，相互补充，发挥最大潜力。

研究表明，用精确冷却系统，在发动机整个工作转速范围，冷却液流量可下降40%。对气缸盖上冷却水套的精确设计，可使普通冷却道的流速从1.4m/s提高到4 m/s，大大提高气缸盖传热性，将气缸盖的金属温度降低到60℃。

2.5 分流式冷却系统

分流式冷却系统为另外一种冷却系统。在这种冷却系统中，气缸盖和气缸体由各自的液流回路冷却，气缸盖和气缸体具有不同的温度。分流式的冷却系统具备特有的优势，可使发动机各部分在最优的温度设定点工作。冷却系统的整体效率达到最大。每个冷却回路将在不同冷却温度设定点或流速下工作，创造理想的发动机温度分布。

理想的发动机热工作状态是气缸盖温度较低而气缸体温度相对较高。气缸盖温度较低可提高充气效率，增大进气量。温度低且进气量大可促进完全燃烧，降低CO，HC和NOx的形成，也提高输出功率。较高气缸体温度会减小摩擦损失，直接改善燃油效率，间接地降低缸内峰值压力和温度。分流式冷却系统可使缸盖和缸体温度相差100℃。气缸温度可高达150℃，而缸盖温度可降低50℃，减少缸体摩擦损失，降低油耗。较高的缸体温度使油耗降低4%-6%，在部分负荷时HC降低20%-35%。节气门全开时，缸盖和缸体温度设定值可调到50℃和90℃，从整体上改善燃油消耗、功率输出和排放。

2.6 可控式发动机冷却系统

传统的发动机冷却系统属于被动式的，结构简单或成本低。可控式冷却系统可弥补目前冷却系统的不足。现在冷却系统的设计标准是解决满负荷时的散热问题，因而部分负荷时过大的散热能力将导致发动机功率浪费。这对轻型车辆来说尤为明显，这些车辆大多数时间都在市区内部分负荷下行驶，只利用部分发动机功率，引起冷却系统较高损耗。为解决发动机在特殊情况下过热的问题，现在的冷却系统体积较大，导致冷却效率降低，增大了冷却系统的功率需求，延长了发动机暖机时间。可控式发动机冷却系统一般包括传感器、执行器和电控模块。可控式冷却系统能够根据发动机工作状况调整冷却量，降低发动机功率损耗。在可控式冷却系统中，执行器为冷却水泵和节温器，一般由电动水泵和液流控制阀组成，可根据要求调整冷却量。温度传感器为系统的一部分，可迅速把发动机的热状态传给控制器。

可控式装置，如电动水泵，可将冷却系温度设定点从90℃提高到110℃，节省2%-5%的燃油，CO减少20%，HC减少10%。稳定状态时，金属温度比传统冷却系统的高10℃，可控式冷却系统具有较快的响应能力，可将冷却温度保持在设定点的±2℃范围。从110℃下降到100℃只需2 s。发动机暖机时间减少到200s，冷却系统工作范围更贴近工作极限区域，能够缩小发动机冷却温度和金属温度的波动范围，减少循环热负荷造成的金属疲劳，延长部件寿命。

3 结论

前面介绍的几种先进冷却系统具有改善冷却系统性能的潜力，能够提高燃油经济性和排放性能。冷却系统的能控性是改善冷却系统的关键，能控性表示对发动机结构保护的关键参数，如金属温度、冷却液温度和机油温度等能够控制，确保发动机在安全限度范围内工作。冷却系统能够对不同工况作出快速反应，最大地节省燃料、降低排放，而不影响发动机整体性能。

从设计和使用性能角度看，分流式冷却与精密冷却相结合具有很好的发展前景，既能提供理想的发动机保护，又能提高燃油经济性和排放性。这种结构有利于形成发动机理想的温度分布。直接向气缸盖排气门周围供给冷却液，减少了气缸盖温度变化，使缸盖温度分布更加均匀，也能将机油和缸体温度保持在设计的工作范围，具有较低的摩擦损失和污染排放量。■

冷却系统的功能及维护保养方法如下：

1、冷却系统的功能，就是将发动机零件吸收的一部分热量带走，保证柴油发动机各零件维持在正常的温度范围内。

2、冷却水应是不含溶解盐的软水，如清洁的河水、雨水等。不要用井水、泉水或海水等硬水，以防产生水垢，引起发动机散热不良，气缸过热等问题发生。

3、用漏斗将冷却水加入水箱时，应当防止水飞溅到发动机与散热器上，防止散热片和机体上积尘、弄脏，影响冷却效果。

4、若因发动机缺水而引起温度过高时，不能马上加水，应使发动机慢速运转10—15分钟，等温度稍降低后，在发动机不息火的情况下慢慢加入冷却水。

5、冬季，水箱内应加热水。启动后应慢速运转至水温超过40度时才能工作。工作结束后，必须放尽冷却水。

6、要定期清除水箱内的水垢，对风冷发动机的散热片要经常擦洗污泥、脏垢。散热片不可损坏，若损坏后要及时更换，以免影响散热效果。

发动机冷却系统组成

汽车风扇坏了，车子就不能开了。否则冷却水温会急剧升高，造成水箱开锅，冷却液喷出。严重的话会造成发动机沾缸，发动机报废。

冷却风扇是车辆冷却系统的重要组成部分，风扇的性能直接影响着发动机的散热效果，进而影响发动机的性能。若风扇选取不当，则会导致发动机冷却不足或冷却过度，造成发动机工作环境恶化，进而影响发动机的性能和使用寿命。

扩展资料

风扇与冷却系统的匹配和风扇优选：

冷却风扇与冷却系统匹配的先决条件是风扇要符合系统的安装要求。根据给定的冷却系统参数确定符合安装条件的备选风扇之后，就可以求出每款风扇在发动机扭矩最大时的工作点。

如需进一步保证匹配结果的可靠性，可计算出标定功率下风扇的工作点，并与此时所需的空气流量进行对比以达到校核的目的。

以节约能耗、提升燃油经济性为出发点对符合冷却系统要求的风扇进行优选，其目的便是要综合考虑发动机的运转情况挑选出总体功耗较低的风扇。因此，风扇的优选应该基于发动机常用转速来考虑，而非基于最大扭矩时的转速。

冷却系统阻力的计算：

匹配中需要用到冷却系统的流量—系统阻力曲线。如果主机厂能提供这条曲线，匹配分析就可以很快完成；当无法获得该曲线时，则可以通过计算拟合得到。

计算的主要思路是：设几组不同的流量，根据冷却系统参数求出相应的系统阻力，根据流量和阻力的数值拟合得出流量—系统阻力曲线。

百度百科-冷却风扇

百度百科-汽车冷却系统

汽车空调过冷度过热度计算

编辑本段冷却系统的循环

汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。冷却系主要由水泵、散热器、冷却风扇、补偿水箱、节温器、发动机机体和气缸盖中的水套以及附属装置等组成。　在冷却系统中，其实有两个散热循环：一个是冷却发动机的主循环，另一个是车内取暖循环。这两个循环都以发动机为中心，使用是同一冷却液。

一、冷却发动机的主循环

主循环中包括了两种工作循环，即“冷车循环”和“正常循环”。冷车着车后，发动机在渐渐升温，冷却液的温度还无法打开系统中的节温器，此时的冷却液只是经过水泵在发动机内进行“冷车循环”，目的是使发动机尽快地达到正常工作温度。随着发动机的温度，冷却液温度升到了节温器的开启温度(通常这温度在80℃后)，冷却循环开始了“正常循环”。这时候的冷却液从发动机出来，经过车前端的散热器，散热后，再经水泵进入发动机。

二、车内取暖的循环

这是一个取暖循环，但对于发动机来说，它同样是一个发动机的冷却循环。冷却液经过车内的暖装置，将冷却液的热量送入车内，然后回到发动机。有一点不同的是：取暖循环不受节温器的控制，只要打开暖气，这循环就开始进行，不管冷却液是冷的、还是热的。

编辑本段冷却系统部件分析

在整个冷却系统中，冷却介质是冷却液，主要零部件有节温器、水泵、水泵皮带、散热器、散热风扇、水温感应器、蓄液罐、暖装置(类似散热器)。

1)冷却液

冷却液又称防冻液，是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。它需要具有防冻性，防蚀性，热传导性和不变质的性能。现在经常使用乙二醇为主要成分，加有防腐蚀添加及水的防冻液。

2)节温器

从介绍冷却循环时，可以看出节温器是决定走“冷车循环”，还是“正常循环”的。节温器在80℃后开启，95℃时开度最大。节温器不能关闭，会使循环从开始就进入“正常循环”，这样就造成发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。节温器不能开启或开启不灵活，会使冷却液无法经过散热器循环，造成温度过高，或时高时正常。如果因节温器不能开启而引起过热时，散热器上下两水管的温度和压力会有所不同。

3)水泵

水泵的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系中循环流动。水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液，轴承毛病使转动不正常或出声。在出现发动机过热现象时，最先应该注意的是水泵皮带，检查皮带是否断裂或松动。

4)散热器

发动机工作时，冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过，热的冷却液由于向空气散热而变冷。散热器上还有一个重要的小零件，就是散热器盖，这小零件很容易被忽略。随着温度变化，冷却液会“热胀冷缩”，散热器器因冷却液的膨胀而内压增大，内压到一定时，散热器盖开启，冷却液流到蓄液罐；当温度降低，冷却液回流入散热器。如果蓄液罐中的冷却液不见减少，散热器液面却有降低，那么，散热器盖就没有工作！

5)散热风扇

正常行驶中，高速气流已足以散热，风扇一般不会在这时候工作；但在慢速和原地运行时，风扇就可能转动来助散热器散热。风扇的起动由水温感应器控制。

6)水温感应器

水温感应器其实是一个温度开关，当发动机进水温度超出90℃以上，水温感应器将接通风扇电路。如果循环正常，而温度升高时，风扇不转，水温感应器和风扇本身就需要检查。

7)蓄液罐

蓄液罐的作用是补充冷却液和缓冲“热胀冷缩”的变化，所以不要加液过满。如果蓄液罐完全用空，就不能仅仅在罐中加液，需要开启散热器盖检查液面并添加冷却液，不然蓄液罐就失去功用。

8)暖装置

暖装置在车内，一般不太出问题。从循环介绍可以看出，此循环不受节温器控制，所以冷车时打开暖气，这个循环是会对发动机的升温有稍延后的影响，但影响实在不大，不用为了让发动机升温而使人冻着。也正因为这循环的特点，在发动机出现过热的紧急情况下，打开车窗，暖气开大最大，对发动机的降温会有一定的帮助。

编辑本段冷却系统的设计

冷却系统的作用是在所有工况下，保证发动机在最适宜的温度下工作，冷却系统匹配的是否合适将直接影响到发动机的使用寿命和燃油经济性，所以在冷却系统的设计及计算中，散热器的选型以及风扇的匹配对冷却系统起着至关重要的作用。　为便于组织气流，散热器布置在整车的前面，但由于受到整车布置空间的限制，在其前面还布置了空调冷凝器，这会增加风阻，影响散热器的进风量，从而影响冷却系统的冷却能力。风扇布置在散热器后面，靠风扇电机带动。