1、 I西华大学毕业设计说明书摘 要 .1Abstract .21、前言 .32、绪论 .42、 1 汽车历史 .42、 2 中冷器简介 .52、2、1 中冷器背景 .52、2、2 中冷器的作用 .72、2、3 中冷器的分类 .83、设计 分析 .103.1 设计任务分析 .103、 2 理论分析 .124、中冷器设计 .174、 1 预备计算 .174、 2 结构计算 .184.3 热力计算 .204.4 阻力计算 .234、结论 .26致 谢 .27参考文献 .281西华大学毕业设计说明书摘 要随着汽车技术的发展，涡轮增压系统开始应用的越来越广泛。中冷器作为涡轮增压系统的重要部件也得到了很大的
2、发展。中冷器的形式有很多，管带式是在二十世纪八十年代末九十年代初期开始得到重视和研究的一种新型高效的中冷器。但是，由于管带式中冷器的发展时间还不长，自今尚无成熟的设计和计算理论。因为中冷器也属于换热器的一种，其区别在于中冷器的内部压力大，要求换热过程的压力降小，一般情况都是我们都是按照换热器理论来进行设计和计算的。本文主要式对管带式空-空中冷器进行设计和计算。首先对涡轮增压系统和中冷器进行简单介绍，主要介绍了中冷器出现的背景、作用和分类；然后，根据设计要求，进行设计分析和理论准备；最后，对中冷器进行结构、热力、阻力的计算。【关键词】：管带式空-空中冷器，设计分析，结构，阻力，计算2西华大学毕业
3、设计说明书AbstractWith the development of automobile industry, turbocharged system began to use more and more widely. charge air cooler system is the important as parts also got very big development. The form has a lot for charge air cooler, introduces the type is in the late 1980s in the early 1990s beg
4、an to get attention and research of a new efficient charge air cooler. However, due to the development of introduces type charge air cooler is not long time. from today, there is no mature theory on the design and calculating. Because charge air cooler also belongs to a kind of heat exchanger, the d
5、ifference between the internal pressure is charge air cooler heat exchange process, demanding the pressure drop is small, generally are we all is according to heat exchanger design and calculation theory.This paper mainly introduces type of direct charge air cooler on design and calculation. First t
6、o turbocharged system and charge air cooler implement simple introduction, mainly introduced the background, the function and classification of charge air cooler. Then, according to the design requirements, design and analysis and theoretical ready. Finally, the charge air cooler structure, heat, re
7、sistance calculation.【Key words】：direct charge air cooler, design analysis, structure, resistance, calculation3西华大学毕业设计说明书1、前言随着经济的发展，汽车工业也发生着日新月异的变化。现在，人们对汽车的要求越来越高，在高速舒适的同时，也追求经济环保。中冷器的出现正是在这样的背景下应运而生的。中冷器一般只有在安装了涡轮增压的车才能看到。因为中冷器实际上是涡轮增压的配套件，其作用在于提高发动机的换气效率。 对于增压发动机来说，中冷器是增压系统的重要组成部件。无论是机械增压发动机还是涡
8、轮增压发动机，都需要在增压器与发动机进气歧管之间安装中冷器。涡轮增压的发动机为何会比普通发动机拥有更大的动力，其中原因之一就是其换气的效率比一般发动机的自然进气更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度也相应变小，而中冷器正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再进入发动机中。如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入发动机，则会因空气温度过高导致发动机损坏甚至死火的现象。0.9L 长安之星 2 将安装中置涡轮增压发动机，本次设计的主要目的就是设计适用于 0.9L 长安之星 2 的中冷器。4西华大学毕业设计说明书2、绪论2、1 汽车历史车的诞生，车的发展，在历史的长河中给我们留
9、下了点点滴滴。汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时 18 公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100 公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百年，汽车发展的速度是如此惊人！同时，汽车工业也造就了多位巨人，他们一手创建了通用、福特、丰田、本田这样一些在各国经济中举足轻重的著名公司。这篇资写着许多有趣的故事，在中国已经成为世界五大汽车强国之际，让我们一起来回望汽车的发展历史，体会汽车给我们带来的种种欢乐与梦想汽车在改变我们的生活，它在带给我们极大便利的同时，的确也带来了一些烦恼。但是，生活就是这样，对任何生活方式的评价
10、都是相对的，没有绝对的好与坏。这是一种观念，一种态度，更是一种文化。1890-1920 马车过渡到汽车，金属车身出现。1885 年，德国工程师卡尔本茨制成了世界上第一辆三轮车，并于 1886 年 1 月 29 日申请并获得了发明专利，所以，1886 年 1 月 29 日被认为汽车的诞生日。几乎同时，德国工程师戈特利布戴姆勒也成功研制成一辆公认的以内燃机为动力的四轮汽车。1894 年奔驰velo 是最早的量产汽车。材料方面,1900 年，金属车身获得专利，但主体结构仍是木材和连接（以前是这个“他” ）它们的钢材。二十世纪初，JOHN PIERPONT MORGAN 创建了美国钢铁公司，为迅速成长
11、的汽车工业提供充足原料，1914 年Edward G budd 发明了全金属车身。同年道奇公司生产了第一辆全金属汽车。1918 年意大利蓝旗亚公司也开始生产全金属汽车。非承载式车身向承载式车身转变，汽车不再是底盘和车身的简单叠加，而是成为整体。技术方面，1890 年panhard levassor 公司(法国)制造的第一批汽车为后来汽车设定了很多标准并沿用至今。如前置发动机后轮驱动布局和最早的变速器。1904 年 panhard levassor 又对汽车布局做出了注解，包括发动机舱罩的身高和乘客座位的降低等，勾勒出了现代汽车雏形。汽车的发展主要简历了以下几个阶段：1、1920 年-1950
12、年 哈利厄尔时代2、1930 年-1950 年 流线型与船型车身3、1940 年-1960 年 国民车4、1970 年-1990 年 平面直角和多元化5、1990 年-present 分裂的时代5西华大学毕业设计说明书2、2 中冷器简介2、2、1 中冷器背景随着汽车的迅速发展，人们对汽车动力性和节能环保的要求越来越高。涡轮增压系统应运而生。涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加 40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的 1.8T
13、 涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到 2.4L 发动机的水平，但是耗油量却比 1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。增压类型有 4 种，机械增压系统、气波增压系统、废气涡轮增压系统、复合增压系统；其中废气涡轮增压系统最为常见。如图 2.2.1 所示，图 2.2.1 涡 轮 增 压 图 2.2.2 涡 轮 增 压 工 作 原 理增 压 器 与
14、发 动 机 无 任 何 机 械 联 系 ， 实 际 上 是 一 种 空 气 压 缩 机 ， 通 过 压 缩 空气 来 增 加 进 气 量 。 它 是 利 用 发 动 机 排 出 的 废 气 惯 性 冲 力 来 推 动 涡 轮 室 内 的 涡 轮 ，涡 轮 又 带 动 同 轴 的 叶 轮 ， 叶 轮 压 送 由 空 气 滤 清 器 管 道 送 来 的 空 气 ， 使 之 增 压 进入 气 缸 。 当 发 动 机 转 速 增 快 ， 废 气 排 出 速 度 与 涡 轮 转 速 也 同 步 增 快 ， 叶 轮 就 压缩 更 多 的 空 气 进 入 气 缸 ， 空 气 的 压 力 和 密 度 增 大
15、可 以 燃 烧 更 多 的 燃 料 ， 相 应 增加 燃 料 量 就 可 以 增 加 发 动 机 的 输 出 功 率 。 一 般 而 言 ， 加 装 废 气 涡 轮 增 压 器 后 的发 动 机 功 率 及 扭 矩 要 增 大 20%30%。 但 是 废 气 涡 轮 增 压 器 技 术 也 有 其 必 须 注意 的 地 方 ， 那 就 是 泵 轮 和 涡 轮 由 一 根 轴 相 连 ， 也 就 是 转 子 ， 发 动 机 排 出 的 废 气驱 动 泵 轮 ， 泵 轮 带 动 涡 轮 旋 转 ， 涡 轮 转 动 后 给 进 气 系 统 增 压 。 增 压 器 安 装 在 发动 机 的 排 气 一
16、 侧 ， 所 以 增 压 器 的 工 作 温 度 很 高 ， 而 且 增 压 器 在 工 作 时 转 子 的 转速 非 常 高 ， 可 达 到 每 分 钟 十 几 万 转 ， 如 此 高 的 转 速 和 温 度 使 得 常 见 的 机 械 滚 针或 滚 珠 轴 承 无 法 为 转 子 工 作 ， 因 此 涡 轮 增 压 器 普 遍 采 用 全 浮 动 轴 承 ， 由 机 油 来6西华大学毕业设计说明书进 行 润 滑 ， 还 有 冷 却 液 为 增 压 器 进 行 冷 却 。 涡 轮 增 压 工 作 原 理 如 图 2.2.2。红 色 为 高 温 废 气 ， 蓝 色 为 新 鲜 空 气 。图 2
17、.2.3 涡 轮 增 压 工 作 简 图涡 轮 增 压 的 工 作 过 程 如 图 2.2.3 所 示 ， 图 中 红 色 的 为 高 温 废 气 ， 蓝 色 为新 鲜 空 气 。 CAC 指 中 冷 器 ， 1 为 增 压 进 气 口 ， 2 为 增 压 出 气 口 （ 中 冷 器 进 气 口 ）， 3 中 冷 器 出 气 口 。 红 色 的 高 温 高 压 气 体 带 动 涡 轮 高 速 旋 转 ， 这 种 高 速 旋 转 通过 轴 传 递 给 另 一 涡 轮 旋 转 ， 对 空 气 进 行 压 缩 ， 增 压 的 新 鲜 空 气 经 过 中 冷 器 进 行冷 却 ， 最 后 通 入 气
18、缸 做 功 。中 冷 器 是 增 压 系 统 的 一 部 分 。 当 空 气 被 高 比 例 压缩 后 会 产 很 高 的 生 热 量 ， 从 而 使 空 气 膨 胀 密 度 降 低 ，而 同 时 也 会 使 发 动 机 温 度 过 高 造 成 损 坏 。 为 了 得 到更 高 的 容 积 效 率 ， 需 要 在 注 入 汽 缸 之 前 对 高 温 空 气 进行 冷 却 。 这 就 需 要 加 装 一 个 散 热 器 ， 原 理 类 似 于 水 箱散 热 器 ， 将 高 温 高 压 空 气 分 散 到 许 多 细 小 的 管 道 里 ，而 管 道 外 有 常 温 空 气 高 速 流 过 ， 从
19、 而 达 到 降 温 目 的（ 可 以 将 气 体 温 度 从 150 降 到 50 左 右 ） 。 由 于 这个 散 热 器 位 于 发 动 机 和 涡 轮 增 压 器 之 间 ， 所 以 又 称作 中 间 冷 却 器 ， 简 称 中 冷 器 。 因为中冷器实际上是涡轮增压的配套件，其作用在于提高发动机的换气效率。 对于增压发动机来说，中冷器是增压系统的重要组成部件。无论是机械增压发动机还是涡轮增压发动机，都需要在增压器与发动机进气歧管之间安装中冷器。下面以涡轮增压发动机为例，对中冷器进行简绍。如图 2.3 所示， 涡轮增压的发动机为何会比普通发动机拥有更大的动力，其中原因之一就是其换气的效
20、率比一般发动机的自然进气更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度也相应变小，而中冷器正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器图 2.2.4 中冷器7西华大学毕业设计说明书的冷却，再进入发动机中。如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入发动机，则会因空气温度过高导致发动机损坏甚至死火的现象。图 2.2.5 柴油机中冷器2、2、2 中冷器的作用中冷器的作用是降低发动机的进气温度。那么为什么要降低进气温度呢？ （）发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。而且，空气在被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。如果想要进一步提
21、高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降 10，发动机功率就能提高。 （）如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的 NOX的含量，造成空气污染。 为了解决增压后的空气升温造成的不利影响，因此需要加装中冷器来降低进气温度。使 用 设 计 良 好 的 中 冷 器 可 以 额 外 多 获 得 5%-10%的 动 力 。 也 有 一 些 车 子 使 用 顶 置 中 冷 器 ， 通 过 发 动 机 盖 上 的 开 孔 来 获 得 冷 却 空 气 ，所 以 在 车 子
22、 起 步 之 前 ， 中 冷 器 只 会 受 到 一 些 从 发 动 机 舱 吹 来 的 热 风 的 吹 拂 ， 虽然 散 热 效 率 受 到 了 影 响 ， 不 过 因 为 进 气 温 度 在 这 样 的 情 况 下 会 升 高 ， 所 以 发 动机 的 油 耗 会 下 降 不 少 ， 这 样 也 间 接 降 低 了 发 动 机 的 工 作 效 率 ， 但 是 对 于 功 率 强劲 的 增 压 车 来 说 ， 过 大 的 动 力 导 致 的 起 步 不 稳 反 而 会 在 这 种 情 况 下 缓 解 ，Subaru 斯 巴 鲁 的 Impreza 车 系 就 是 顶 置 中 冷 器 的 典
23、型 。 除 此 之 外 ， 顶 置 中 冷8西华大学毕业设计说明书器 布 局 最 大 的 优 势 还 在 于 可 以 有 效 的 缩 短 压 缩 气 体 到 达 发 动 机 的 行 程 。2、2、3 中冷器的分类中 冷 器 的 作 用 是 降 低 发 动 机 的 进 气 温 度 。 一 般 由 铝 合 金 材 料 制 成 。 按 照 冷却 介 质 的 不 同 ， 常 见 的 中 冷 器 可 以 分 为 风 冷 式 和 水 冷 式 2 种 。（ 1） 风 冷 式 利 用 外 界 空 气 对 通 过 中 冷 器 的 空 气 进 行 冷 却 。 优 点 是 整 个 冷却 系 统 的 组 成 部 件
24、少 ， 结 构 比 水 冷 式 中 冷 器 相 对 简 单 。 缺 点 是 冷 却 效 率 比 水 冷式 中 冷 器 低 ， 一 般 需 要 较 长 的 连 接 管 路 ， 空 气 通 过 阻 力 较 大 。 风 冷 式 中 冷 器 因其 结 构 简 单 和 制 造 成 本 低 而 得 到 了 广 泛 应 用 ， 大 部 分 涡 轮 增 压 发 动 机 使 用 的 都是 风 冷 式 中 冷 器 ， 例 如 华 泰 特 拉 卡 TCI 越 野 车 和 一 汽 大 众 宝 来 1 8T 轿 车搭 载 的 发 动 机 都 使 用 了 风 冷 式 中 冷 器 。 图 2.2.5 空 -空 中 冷 器
25、分 类2） 水 冷 式 利 用 循 环 冷 却 水 对 通 过 中 冷 器 的 空 气 进 行 冷 却 。 优 点 是 冷 却 效率 较 高 ， 而 且 安 装 位 置 比 较 灵 活 ， 无 需 使 用 很 长 的 连 接 管 路 ， 使 得 整 个 进 气 管路 更 加 顺 畅 。 缺 点 是 需 要 1 个 与 发 动 机 冷 却 系 统 相 对 独 立 的 循 环 水 系 统 与 之配 合 ， 因 此 整 个 系 统 的 组 成 部 件 较 多 ， 制 造 成 本 较 高 ， 而 且 结 构 复 杂 。 水 冷 式9西华大学毕业设计说明书中 冷 器 的 应 用 比 较 少 ， 一 般 用 在 发 动 机 中 置 或 后 置 的 车 辆 上 ， 以 及 大 排 量 发动 机 上 ， 例 如 奔 驰 S400 CDI 轿 车 和 奥 迪 A8 TDI 轿 车 搭 载 的 发 动 机 都 使 用 了水 冷 式 中 冷 器 。图 2.2.6 水 -空 中 冷 器 工 作 原 理图 2.2.7 汽 车 柴 油 机 水 -空 中 冷 器
