冷却系统计算评估及改进设计报告

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1、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

2、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.水泵节温器中冷器散热器气缸体气缸盖出水管风扇机油冷却器图1原冷却系统示意图水泵节温器风扇中冷器散热器气缸体气缸盖出水管机油冷却器EGR冷却器图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

3、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。水泵节温器中冷器散热器气缸体气缸盖出水管风扇机油冷却器EGR冷却器图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

4、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=41870kJ/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’=56.43kJ/s根据EGR系统报告，EGR冷却废气所需总传热量QE总=11.5kJ/s，考虑到EGR冷却器的冷却效率，取QE=1.07QE总=12.31kJ/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

5、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0.6～0.8

6、5。为保证循环水量，取Vp＝2.7×10-3m3/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（×10-3m3/s）扬程（m）原机11.98

7、14.922.813.9引入EGR系统后32.4114.443.4212.8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2~2.5mH2O，克服水管阻力的扬程分配为0.75~1.25mH2O，因此整个冷却系统的流通阻力为4~5.25mH2O；此外加上水冷机油冷却器流通阻力1.25mH2O和EGR冷却器流通阻力2mH2O，得到冷却系统最大总阻力为8.5mH2O。现有水泵