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一种汽车底盘发动机冷却系统的设计方法

摘要：研究了一种用于校核发动机冷却系统散热能力的计算方法。该方法通

过计算发动机工作所需的散热量，进而推算所需散热器的散热面积，然后通过数

据比较选择合适的冷却系统。

关键词：冷却系统；发动机；散热器；中冷器；散热面积；膨胀水箱

1前言

发动机运转时油料充分燃烧产生大量热量，如果不加以适当冷却，会导致机

体过热、机油变质和烧损、零部件磨损加剧，从而影响发动机的工作效率和使用

寿命。因此，必须要通过有冷却液的散热器和风扇对发动机机体进行散热，通过

水循环和空气循环将热量带走。

2冷却系统概述

冷却系统的主要组成部件有散热器、中冷器、膨胀水箱、护风罩以及与发动

机连接的各种胶管，如图1所示。散热器通过冷却液循环带走热量，属于大循环，

通过节温器来进行控制，只有水温达到发动机设定的温度后散热器才会工作，低

于设定值时发动机内部的小循环水路工作［1］。中冷器通过风扇将内部热量带

走，从而实现对压缩后的热空气降温。在实际应用中要充分考虑散热器和中冷器

的散热能力，在有限的空间里，尽量将散热器和中冷器做大，提高散热器的散热

效率［2］。

本文以一款4×4油田勘探车底盘为例，详细介绍发动机冷却系统参数的设

计过程。

该油田勘探车属于特种作业底盘，需要适应野外崎岖山坡路面，要求发动机

功率较大，同时还要满足长时间的行驶要求，这就对发动机的可靠性提出了比较

严苛的要求。针对发动机散热系统要有较为详细的理论数据作为支撑，而不能只

是简单的参照或者对比选型。以往都会将发动机参数发给散热器厂家，由厂家来

匹配，没有具体的设计数据，因此散热系统出现问题往往会比较被动。通过计算

得到的结果能更好地反映发动机工作的实际情况，在选用散热器才更有针对性。

该设计方法也是对散热系统的经验总结，能比较快速准确地计算发动机的实

际散热需求，也可以运用到其它车型。

3发动机主要参数

型号：MCO7H.33-60。

型式：直列六缸、四冲程、水冷、增压。

排量：7360mL。

气缸直径与行程：108mm×134mm。

额定功率：240kW（2200r/min）。

最大扭距：1412N·m（1200～1600r/min）。

4散热器参数计算

4.1散热器散热功率

发动机燃料燃烧产生的热能大部分用来做功，一部分热能会传递给冷却系统，

我们将这部分热能认为是散热器需要散发的能量［3］，可以用以下公式估算：

[Qw=AGeNeHu3600（kW）]（1）

式中，A为散热器需要散发的燃料热量比，一般情况下，A=0.18～0.25，取

0.25；Ge为燃料消耗比，柴油机0.20～0.26kg/（kW·h），取0.25；Ne为发

动机最大功率，取最大功率240kW；Hu为燃料低热值，对柴油机取41870kJ/kg。

将上述数值代入式（1）得：

[Qw=0.25×0.25×240×418703600kW]=174kW=

149642kcal/h

即，发动机需要的散热量为174kW。

4.2冷却水循环量

计算出发动机所需散走的热量后，可计算冷却水循环量：

[Vw=QΔtwγwCw（m3/s）]（2）

式中，[Δtw]为冷却水循环的容许温升（6℃～12℃），取[Δtw=]8℃；[rw]

为水的密度（1000kg/m3）；[Cw]为水比热（4.187kJ/（kg·℃））。

将上述数值代入式（2）得：

Vw=312L/min

即，选取的散热器的水循环流量为312L/min。

4.3冷却空气用量

冷却空气用量Va通常等同于散热器的散热功率QW，冷却空气需要量如下