4100型柴油机冷却水系统设计【字数：9754】
摘 要冷却系统的功用就是使发动机不管在什么环境下都能维持在最适当的工作温度的范围之间。本次的设计通过选择一组4100型号的柴油发动机的参数来对这个发动机的冷却系统参数进行计算和对这个发动机的结构布置进行设计和选择。本次的设计在4100型的柴油机冷却系统总体设计的基础上，也对这个发动机冷却系统的其中一些组成，例如水泵，节温器，风扇，散热器进行计算和选择型号，设计以及位置布置。本次设计结果显示设计选择的每个零部件均符合4100型柴油机对冷却系统的要求，发动机能够在各种环境中保持在最合适的工作温度范围内。
Key words：Model 4100 diesel engine Radiator FAN Water pump Thermostat 目 录
1． 绪论 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.2 本课题的国内外研究现状 1
1.3 本次设计主要的研究内容 3
1.4 冷却系统的作用 3
2．4100型柴油机冷却系统的总体设计方案 4
2.1 冷却系统的设计要求 4
2.2 参数条件与发动机型号选择 4
2.3 冷却系统总体设计方案 4
3. 4100型柴油机冷却系统的关键零部件结构设计与选型 6
3.1 散热器的设计 6
3.2 风扇的设计 12
3.3 水泵的选型 17
3.4 节温器的选型 23
结语 25
参考文献 26
致谢 27
绪 论
1.1选题背景与研究意义
发动机是汽车的核心动力部件，所以它的冷却是相当重要的。冷却系统需要避免发动机太热，也要避免在冬天的时候太冷。冷却系统也需确保发动机在冷启动后迅速升高温度，以达到发动机的工作温度。
随着汽车发动机的设计更加紧凑，功率更强，冷却系统的热力负荷也是逐渐升高，在发动机的高转速产生的大功率下，它如何快速冷却和热的平衡的问题急待解决。冷却性能的好坏直接影响着动力系统的整体性能，要是出现微小的故障也会对整体散热产生重大影响。
在发动机工作期间，发动机温度可达到1000℃以上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，这时与高温燃气接触的零件会被很快加热，假如不能及时将热量散去，则会出现各种不良现象，例如：润滑油受热变质，导致零件之间不能形成正常的油膜而过度磨损；如果受热的零件膨胀的太大，会损坏正常的间隙。但是也不能过度冷却，否则不仅会损耗有用的能量，而且还会引起下述的各种问题：汽缸壁温度过低致使燃油蒸发不良，燃烧效果变差；润滑油粘度如果增加，同样会使得润滑效果变差，零件磨损过快。这些不良后果会导致汽车的动力性、燃油经济性、耐久性等性能变差。
另外，渐趋严格的排放法也对冷却系统的提出更高的要求。汽车在冷起动时应尽可能的快，因为发动机怠速工况下会产生大量污染物，燃油消耗量也较高，而发动机的冷起动时间在很大程度上是由冷却系统的结构确定的。目前的冷却系统只能有限的调节发动机的热分布，所以开发可靠高效的冷却系统是进一步提高发动机功率、改善燃油经济性的关键问题。
1.2 本课题的国内外研究现状
传统冷却系统大量使用的是冷却风扇，风扇由皮带带动发动机的曲轴转动来运行的，它的功率损耗较大，冷却时的灵敏度也不精确，为了解决这些问题发明了自控的电动型风扇。
早期的汽车电动冷却风扇出现在美国，改变风扇的转速是通过改变发动机的温度和负荷来实现的。后来法国法里奥公司提出在发动机上运用智能热调节系统来调节发动机的冷却性能。在1970年左右，美英两国以及日本提出了“隔热发动机”的构想，主要的构想是在发动机燃烧室表面喷涂耐高温的陶瓷以减少热损失。
目前国内主要是通过计算机的仿真和大量实验来研究发动机冷却系统，朱义伦等人采用多普勒测速仪对发动机的气缸盖冷却剂流动做了测量，发现冷却剂在汽缸盖和缸体接触面之间具有二维流场。
总而言之，汽车发动机的冷却系统从之前的机械化在向电子控制和智能化方向不断发展，不断有新的技术出现在冷却系统中，冷却系统各机构之间的工作协调性不断提高，新旧概念在系统中综合运用、高度配合，使冷却效果不断提升。
很早时候的发动机由于功率较低，而且构造简单，只能依靠空气的自然对流来进行冷却，随着发动机功率的不断发展提高，跟着带来的是发动机的散热量增加，因为冷却气体的比热容较低，却要保证较好的冷却性，所以产生了通过发动机进行直接驱动的方式。
冷却风扇能够提供强制的风量，发动机内部经过水泵来驱动冷却液循环进行冷却，进一步提高了冷却水系统的效率。可是发动机是由皮带的传动进行驱动的，这会导致灵敏度低和一定的功率损耗。自控电动冷却风扇的出现引发了很多研究，国外的有关汽车电动冷却风扇的研究最早出现在1981年三月的美国专利文件上，使风扇的运转受制于发动机的温度影响。1989年。美国首次在载重货车这种大型车辆中安装电动风扇。直到上世纪美国、日本、英国等国家提出了“绝热发动机”使其的热效率接近40%，而复合式绝热发动机则达到了40%以上。除此之外，活塞、喷油嘴中使用“内冷油”技术也纷纷出现。目前，我国对发动机冷却系统的研究还比较滞后，王书义等人通过一系列的研究改进了冷却流场中的水腔设计。除此之外，我国长城汽车公司也在相关领域取得了一定得成就。一些技术载体的支持如CFD分析技术等，是经过计算机模拟仿真复杂的水腔流动来做研究的。因为发动机部件得在合适的温度内来工作，对冷却强度的调节是十分重要的，所以产生了节温器、挡风玻璃等温度调节器。
随着排放和能源法的日趋严格，发动机上使用的新技术和设备中越来越多的部件得进行冷却和温度的调节，例如增压气体的冷却、EGR系统、动力电池、尿素喷射装置等等。冷却系统包含的部件慢慢变多，对温度调节的准确度和速度的要求也会越来越高，这对发动机冷却系统的需求变得更高了，于是出现了像电子硅油风扇的离合器、电控水泵、电控节温器等电控零件，由于电控技术的渐渐完善，冷却系统也往智能化的控制时代渐渐发展。
Key words：Model 4100 diesel engine Radiator FAN Water pump Thermostat 目 录
1． 绪论 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.2 本课题的国内外研究现状 1
1.3 本次设计主要的研究内容 3
1.4 冷却系统的作用 3
2．4100型柴油机冷却系统的总体设计方案 4
2.1 冷却系统的设计要求 4
2.2 参数条件与发动机型号选择 4
2.3 冷却系统总体设计方案 4
3. 4100型柴油机冷却系统的关键零部件结构设计与选型 6
3.1 散热器的设计 6
3.2 风扇的设计 12
3.3 水泵的选型 17
3.4 节温器的选型 23
结语 25
参考文献 26
致谢 27
绪 论
1.1选题背景与研究意义
发动机是汽车的核心动力部件，所以它的冷却是相当重要的。冷却系统需要避免发动机太热，也要避免在冬天的时候太冷。冷却系统也需确保发动机在冷启动后迅速升高温度，以达到发动机的工作温度。
随着汽车发动机的设计更加紧凑，功率更强，冷却系统的热力负荷也是逐渐升高，在发动机的高转速产生的大功率下，它如何快速冷却和热的平衡的问题急待解决。冷却性能的好坏直接影响着动力系统的整体性能，要是出现微小的故障也会对整体散热产生重大影响。
在发动机工作期间，发动机温度可达到1000℃以上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，这时与高温燃气接触的零件会被很快加热，假如不能及时将热量散去，则会出现各种不良现象，例如：润滑油受热变质，导致零件之间不能形成正常的油膜而过度磨损；如果受热的零件膨胀的太大，会损坏正常的间隙。但是也不能过度冷却，否则不仅会损耗有用的能量，而且还会引起下述的各种问题：汽缸壁温度过低致使燃油蒸发不良，燃烧效果变差；润滑油粘度如果增加，同样会使得润滑效果变差，零件磨损过快。这些不良后果会导致汽车的动力性、燃油经济性、耐久性等性能变差。
另外，渐趋严格的排放法也对冷却系统的提出更高的要求。汽车在冷起动时应尽可能的快，因为发动机怠速工况下会产生大量污染物，燃油消耗量也较高，而发动机的冷起动时间在很大程度上是由冷却系统的结构确定的。目前的冷却系统只能有限的调节发动机的热分布，所以开发可靠高效的冷却系统是进一步提高发动机功率、改善燃油经济性的关键问题。
1.2 本课题的国内外研究现状
传统冷却系统大量使用的是冷却风扇，风扇由皮带带动发动机的曲轴转动来运行的，它的功率损耗较大，冷却时的灵敏度也不精确，为了解决这些问题发明了自控的电动型风扇。
早期的汽车电动冷却风扇出现在美国，改变风扇的转速是通过改变发动机的温度和负荷来实现的。后来法国法里奥公司提出在发动机上运用智能热调节系统来调节发动机的冷却性能。在1970年左右，美英两国以及日本提出了“隔热发动机”的构想，主要的构想是在发动机燃烧室表面喷涂耐高温的陶瓷以减少热损失。
目前国内主要是通过计算机的仿真和大量实验来研究发动机冷却系统，朱义伦等人采用多普勒测速仪对发动机的气缸盖冷却剂流动做了测量，发现冷却剂在汽缸盖和缸体接触面之间具有二维流场。
总而言之，汽车发动机的冷却系统从之前的机械化在向电子控制和智能化方向不断发展，不断有新的技术出现在冷却系统中，冷却系统各机构之间的工作协调性不断提高，新旧概念在系统中综合运用、高度配合，使冷却效果不断提升。
很早时候的发动机由于功率较低，而且构造简单，只能依靠空气的自然对流来进行冷却，随着发动机功率的不断发展提高，跟着带来的是发动机的散热量增加，因为冷却气体的比热容较低，却要保证较好的冷却性，所以产生了通过发动机进行直接驱动的方式。
冷却风扇能够提供强制的风量，发动机内部经过水泵来驱动冷却液循环进行冷却，进一步提高了冷却水系统的效率。可是发动机是由皮带的传动进行驱动的，这会导致灵敏度低和一定的功率损耗。自控电动冷却风扇的出现引发了很多研究，国外的有关汽车电动冷却风扇的研究最早出现在1981年三月的美国专利文件上，使风扇的运转受制于发动机的温度影响。1989年。美国首次在载重货车这种大型车辆中安装电动风扇。直到上世纪美国、日本、英国等国家提出了“绝热发动机”使其的热效率接近40%，而复合式绝热发动机则达到了40%以上。除此之外，活塞、喷油嘴中使用“内冷油”技术也纷纷出现。目前，我国对发动机冷却系统的研究还比较滞后，王书义等人通过一系列的研究改进了冷却流场中的水腔设计。除此之外，我国长城汽车公司也在相关领域取得了一定得成就。一些技术载体的支持如CFD分析技术等，是经过计算机模拟仿真复杂的水腔流动来做研究的。因为发动机部件得在合适的温度内来工作，对冷却强度的调节是十分重要的，所以产生了节温器、挡风玻璃等温度调节器。
随着排放和能源法的日趋严格，发动机上使用的新技术和设备中越来越多的部件得进行冷却和温度的调节，例如增压气体的冷却、EGR系统、动力电池、尿素喷射装置等等。冷却系统包含的部件慢慢变多，对温度调节的准确度和速度的要求也会越来越高，这对发动机冷却系统的需求变得更高了，于是出现了像电子硅油风扇的离合器、电控水泵、电控节温器等电控零件，由于电控技术的渐渐完善，冷却系统也往智能化的控制时代渐渐发展。
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