客车冷却系统的设计与研究

客车冷却系统的设计与研究

夏云涛

（上海申龙客车有限公司，上海市201108）

摘要：冷却系统是客车底盘的重要组成部分,也是影响整车性能的关键组成。本文从客车冷却系统的组成部分入手,通过分析各组成部件的特点，结合发动机及整车对冷却系统的要求,简要概述了我公司针对大中型客车冷却系统设计选型的技巧。

关键词：设计选型；组成部件；优化设计；冷却系统

前沿

随着汽车节能减排及整车乘坐舒适性等要求的不断深入以及国家环保对油耗和排放等性能的强制要求,使得客车制造企业需要不断创新研究更安全环保的客车产品。对此,各企业需要针对发动机及附件进行研究,进而设计出更加符合发动机运行曲线的附件，以保证发动机运行转速及发动机运行温度长期处于最佳转速及温度区间。最终实现整车油耗及排放符合国家最新标准要求的目的。

1、发动机对冷却系统的要求

为了保证发动机长期处于最佳工作温度区间,笔者结合发动机匹配规范，特提出设计人员在设计客车冷却系统时,应要求冷却系统满足以下要求。

第一、整车正常运行需要冷却系统具有足够的冷却能力，因此设计人员在选择匹配设计散热器时，必须保证散热器自身散热能力满足发动机提出的设计需求。即散热器需要满足发动机热评审实验要求。通常实验会选择发动机处于恶劣工况和环境条件下进行整车冷却系统，要求水温一致稳定在一定范围内。

第二、发动机对冷却系统的除气有特殊的要求规定，因此设计人员在设计散热器及布置冷却系统管路时，要考虑冷却液的流畅问题，保证冷却系统加水过程中可顺利除气，排除管道内压力，以满足发动机标准要求。

第三、设计的冷却系统应具有一定比例的膨胀空间,目前客车冷却系统对应的膨胀空间一般是总容积的4-6%。

第四、冷却系统本身应具有较高的加水速率。一次性加注容积要满足发动机设定要求,整车硬卡下,初次加注量为系统总容积的90%。

第五、设计的冷却系统还需要冷却液流失的问题，因此需要在膨胀水箱上设计一个检测报警装置。目前我司在膨胀水箱上设置的是水温报警装置，并在仪表设计液位显示器,提醒司机加注冷却液。

2、冷却系统的组成及总体布置要求

汽车冷却系统的组成基本是一致，但是由于客车批量性小，很多部件都是采购而来，因此在设计冷却系统时，我们主要考虑的是水管、散热器、风扇、膨胀水箱以及水温传感器等，像水泵、节温器等部件均是由发动机自己匹配。

根据我公司冷却系统设计经验，我们在设计冷却系统时,我们主要从两个方面去考虑。首先考虑空气流通性;其次考虑冷却液循环能力。因为提高进风效率和冷却液循环能力,可以极大的提高整体散热性能。

对此，我们针对进风效率问题，我们主要注意散热器的厚度要控制在一定尺寸内，同时要求芯体内的结构有利于风的流速；另一方面我们要加强散热器周围的密封，确保无涡流产生，风可直接吹过散热器芯体。针对冷却液循环能力方面，我们一般要求发动机自身的水泵流量要足够大，同时要求管路走向要合理，无弯折等情况发生。

3、各组成部分设计要求

根据客车冷却系统设计组成以及客车自身设计特点，并结合我司冷却系统设计指南，现就我司单独设计采购的冷却系统组成部件做如下选型设计介绍。

3.1、散热器设计

客车散热器主要分为铜质散热器和铝质散热器，铜质散热器具有较强的可修复性，修补效率更快捷，但是成本较高。铝质散热器虽具有较强的散热性能，但是铝质散热器的修补性较差，一旦损坏，就需要较高技能的专业人士进行修补啦。针对散热器内部结构而言，客车现在基本采用的是上下水室布置。就整车冷却系统散热形式而言，客车目前基本全部采用的水水冷形式。

客车的散热器悬置布置通常为四点悬置。我司基本采用上部两个辅助定位支撑，下部采用两点主悬置点支撑。由于四点固定，因此要求设计人员在设计悬置点时,应将悬置点设计在一个平面内,避免散热器受到额外的应力影响,进而尽量减少散热器的振动强度。在设计连接形式时,常在主悬置点与其连接的部件之间增加悬置软垫,以达到减震的目的。

针对大型客车，国内外选用的散热器都是大体积的，散热器本身不仅质量大,而且由于运行里程较长，使用环境相对也较为复杂,为保护散热器,我们常要求散热器制造厂家在散热器的四周采用U型的框架固定，并在散热器中间增加拉杆。确保散热器芯体不发生任何扭曲变型。

3.2、护风罩设计

我司大中型客车均为发动机后置布置，因此冷却系统均采用风扇后置吸风布置。为确保吸风效果，要求在风扇周边设计一个护风罩，其主要作用是确保风扇所吸收的风均是通过散热器芯体的。只有这样才更具有散热意义。目前研究表明护风罩对客车这种低速大功率发动机效果更加显著。

风扇是一个高速运动件，加上水箱及护风罩会随着整车振动而抖动，因此在设计安装护风罩时,我们针对两者之间的间隙配合提出了一定的要求。应要求风扇与护风罩的径向间隙较小,以便提高吸风效率。但间隙过小时,给风扇与护风罩的相对安装带来一定的困难,主要难以避免两者之间的干涉。根据笔者及公司设计安装统计可见：风扇与护风罩之间的径向间隙处于5mm-25mm之间为最佳。

目前客车风扇均为吸风式,根据发动机匹配设计指南以及我司实验安装经验，吸风风扇径向投影宽度的2/3在护风罩内,1/3在护风罩外为最佳安装位置。如此有利于增加导流减小背压。目前,客车护风罩多为铁质护风罩。

3.3、风扇布置

为了保证有足够的空气通过散热器,必须在冷却散热系统中设置一个风扇。针对水冷发动机,风扇直径大小的选择与散热器本身芯体结构要相互协调,条件允许的前提下,我们设计的风扇直径要与散热器芯体尺寸大小相一致，这样更有利于风扇吸风全覆盖散热器，同时有利于降低风扇运行转速，减小功率消耗和降低噪音等。

在某些特殊车型采用长宽相差较大的散热器时,我们常采用多个小直径的电子风扇,该风扇全部采用塑料风扇。电子风扇转速较高,受电机直接控制。在整体冷却中,设有一个传感器,该传感器可直接控制电机的启动与停止。该风扇开始或者停止的温度可以根据客车使用情况设定,不受发动机转速的影响。该冷却风扇在客车怠速运行时,可停止工作,降低功率消耗。当整车使用环境稳定较低时,该风扇也可停止运转,以保证发动机水温可以快速上来,最终保证发动机长期处于最佳工作温度,实现节能减排。

3.4、膨胀箱布置

膨胀水箱是冷却系统中副水箱,笔者在设计布置膨胀水箱时,通常会考虑散热器的布置，并将膨胀水箱布置在散热器的上部，缩短膨胀水箱补水时间。本公司在设计膨胀水箱布置时，还特别强调膨胀水箱的布置高度要高于冷却系统所有部件,以便可以正常补水。

冷却液在发动机冷却回路流动,随着发动机工作产生热量,冷却液的温度也随之升高而膨胀,为吸收这部分膨胀体积,需在冷却系统中设计布置膨胀水箱。

4、结束语

客车冷却系统是整车整车运行的组成部分,在设计冷却系统时还需要注意其他设计注意事项,本文在此就不做一一介绍。另,请注意在设计计算散热器选型时,应给整车散热预留一定的余量,以保证发动机在长期爬坡或者高温天气时的正常运行。

参考文献

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[2]余志生.汽车理论.机械工业出版社，1989.

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