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报告编号：13 冷却系统计算评估 及改进设计报告 课题名称：4100QBZL经济型国3 柴油机开发 编 写： 校 对： 审 核： 批 准： 冷却系统计算评估及改进设计报告 一、4100经济型国3柴油机冷却系统设计 与原机相比国3柴油机要采用冷却EGR系统，需对引入废气进行冷却，所以原冷却系统需重新进行设计校核。 1. 总体思路（油泵所方案）： 对于引入EGR系统的4100柴油机来说，冷却水不仅要冷却柴油机还必须冷却引入的废气，而柴油机本身又同时存在大循环和小循环两条水路，所以如何布置EGR冷却水路将成为一个复杂的问题。根据发动机整体布置情况，在原冷却系统（见图1所示）基础上重新从水泵口引水冷却EGR， 也就是说EGR冷却器仍与原冷却系统公用同一个冷却水泵，同时考虑尽量不影响原冷却水路，因此系统改进方案（见图2所示）采用并联冷却方案：在冷却水泵出水口，根据机体换热量和EGR冷却器换热量分配冷却水流量。从EGR冷却器出口出来的冷却水回到节温器端. 图1 原冷却系统示意图 图2 增加EGR系统后冷却系统示意图（油泵所方案） 2. 云内方案 云内考虑到尽可能延续原机布置，因此从机油冷却器处引出EGR冷却器冷却水，经EGR冷却器后重新进入水泵，见图3所示。由于对EGR进行冷却的冷却水是流经机体和机油冷却器的，所以水温较高，因此该方案对EGR系统的冷却效果不佳；而且经过EGR冷却器的冷却水直接经水泵重新进入机体，因此该方案对机体冷却效果也会造成一定程度的影响。具体影响程度由后期试验测试。 图3 增加EGR系统后冷却系统示意图（云内方案） 二、冷却系统能力校核及改进设计 （一）. 冷却水泵能力校核和冷却管路设计及校核 1. 冷却水泵能力校核 （1）. 冷却系统带走的热量 冷却系统散走的热量Qw，受许多复杂因素的影响，很难精确计算，初步估算时可以采用经验公式 （kJ/s） 式中A ——传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，对柴油机A=0.18~0.25，如果发动机装置水冷式机油散热器，则要增加机油的散热量，即将Qw增大5%～10%； ge ——燃油消耗率（kg/kW·h）； Ne——发动机功率(kW)； Hu——燃料低热值 （kJ/kg），柴油低热值取Hu=41870 kJ/kg； 于是被冷却水带走的热量范围为（标定点） 当A=0.23时，同时考虑水冷式机油散热器散热量，将QW’增大8% 后得到 Qw ’= 56.43 kJ/s 根据EGR系统报告，EGR冷却废气所需总传热量QE总=11.5 kJ/s，考虑到EGR冷却器的冷却效率，取QE = 1.07QE总 = 12.31 kJ/s。 所以，冷却系统需带走的热量为 （2）. 冷却水的循环量 根据散入冷却系统中的热量，可以算出冷却水的循环量 式中Δtw——冷却水在发动机内循环时容许的温升，对强制循环冷却系统，可取Δtw=6~12℃，本计算取Δtw=8℃； γw——水的密度，近似取为1000kg/m3； cw——水的比热，近似取为4.187kJ/kg·℃。 将QE代入冷却水循环量计算公式，则EGR系统所需冷却水循环量 未引入EGR系统前（即原机冷却系统）所需冷却水循环量： 引入EGR系统后所需冷却水循环量： （3）. 水泵能力校核 为保证发动机的正常运行，一般把标定工况作为冷却系统的设计工况。所以在以下计算中选取标定点的冷却水循环量作为计算量。 1 ）. 确定水泵泵水量Vp 式中ηv——水泵的容积效率，主要考虑到水泵中冷却水的泄漏，一般取0.6～0.85。 为保证循环水量，取Vp＝2.7×10-3 m3/s。 未引入EGR系统前水泵泵水量为： 5）. 水泵能力分析（判断方法：根据所需流量进行水泵扬程校核） 图4为云内4100QBZL所采用水泵的性能曲线表，点1和点2代表未引入EGR系统前，在满足发动机要求冷却水量前提下，水泵所能提供的扬程范围；点3和点4 代表引入EGR系统后，在满足发动机要求冷却水量前提下，水泵所能提供的扬程范围。 图4 云内4100QBZL水泵的性能曲线表 从表1可知，引入EGR系统后，在满足流量要求的前提下，水泵所提供的最小扬程为12.8m。 表1 原机和引入EGR系统后流量与扬程对应表 流量（×10-3 m3/s） 扬程（m） 原机 1 1.98 14.9 2 2.8 13.9 引入EGR系统后 3 2.41 14.4 4 3.42 12.8 根据经验数据统计，克服缸体缸盖水套阻力的扬程分配为1.25~1.5mH2O，克服散热器或冷却器阻力的扬程分配为2~2.5 mH2O，克服水管阻力的扬程分配为0.75~1.25 mH2O，因此整个冷却系统的流通阻力为4~5.25 mH2O；此外加