发动机及各主要附件系统匹配设计5.docx

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发动机及各主要附件系统匹配设计5

发动机及各主要附件系统匹配设计

  D.x"H0?

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]4{9i5~一、发动机:

1、发动机分类及工作原理：

发动机是汽车的动力源。

它是将某一形式的能量转变为机械能的机器。

按燃烧种类分类可分为汽油机、柴油机、燃气机及代用燃料机等。

按工作冲程分为四冲程发动机和二冲程发动机。

按工作原理和构造可分为点燃式内燃机、压燃式内燃机、混合式内燃机、转子发动机、燃气轮机、外燃机及电动机等。

也可按缸数、燃烧室型式等分类。

柴油机是内燃机的一种，是把柴油和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机械能。

它具有热效率高、体积小、便于移动、起动性能好等优点而得到广泛应用。

车用内燃机，根据其将热能转变为机械能的主要构件的形式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。

活塞式内燃机按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种，往复活塞式应用最广泛。

在发动机内每一次将热能转化为机械能，都必须经过空气吸入、压缩和输入燃料，使之着火燃烧而膨胀做功，然后将生成的废气排出这样一系列连续过程，称为发动机的一个工作循环。

对于活塞往复式发动机，可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。

凡活塞往复四个单程完成一个工作循环的称为四冲程发动机，活塞往复两个单程即完成一个工作循环的称为二冲程发动机。

目前我厂产品所用发动机多为四冲程多缸柴油机。

2、柴油机的优缺点

与汽油机比较，柴油机因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低30%左右，且柴油价格相对较低，所以燃油经济性好。

柴油机的主要优点是热效率高、油耗低、可靠性高、耐久性好。

一般载质量7t以上的货车大都用柴油机。

柴油机的缺点是转速较汽油机低，工作粗暴，噪声大，质量大，制造和维修费用高。

3、发动机选用：

目前发动机以选用为主。

各发动机主管在会同整车总布置人员满足整车性能和布置要求的前提下与发动机厂确定技术状态。

不同的车型对匹配发动机的特性要求有一定差异，应在理论计算的基础上通过试验验证发动机是否满足要求，对不能满足使用要求的应通过发动机性能的优化和整车传动系速比的匹配使发动机与整车得到最优化匹配，在满足动力性要求的前提下取得较好的燃油经济性。

需明确的发动机接口如下：

（1）、技术参数、技术要求：

[1]、发动机型式：

[2]、燃烧室型式：

[3]、缸数-缸径×行程：

[4]、排量（L）：

[5]、额定功率/转速：

[6]、最大扭矩/转速：

[7]、1000rpm扭矩：

[8]、外特性最低燃油耗率：

[9]、机油燃油消耗百分比：

[10]、怠速：

[12]、曲轴旋向：

[13]、起动性（起动温度/次数）：

[14]、排放、噪声：

[15]、净质量[不带燃油、润滑油、冷却液]：

[16]、外形尺寸（长×宽×高）：

（2）、供货状态:

的结构特征和尺寸：

[1]、风扇直径、是否直联式、风扇与发动机的距离是否可以调节、是否带风扇离合器、温控开关工作温度，风扇材料、叶片数量、投影厚度等；

[2]、进水管外径，管口的位置和方向；

[3]、出水管外径，管口的位置和方向；

[4]、暖风管路，暖风进回水接管外径、是否带暖风开关及进回水接管；

[5]、增压器的进气管外径、管口的位置及角度（连接空滤器的气管参数）；

[6]、增压器的出气管外径、管口的位置及角度（连接发动机的进气管或中冷器的进气口参数）；

[7]、发动机进气管外径、管口的位置及角度（连接空滤器或增压器的出气管参数）；

[8]、增压器排气管的位置、方向和尺寸；连接盘的尺寸、连接螺孔的数量、尺寸和分布、是否带排气管垫片、连接螺孔中是否带双头螺栓和螺母垫圈、双头螺栓露出部分的长度、双头螺栓露出部分的螺纹长度；

[9]、油底壳前端是否带避碰弧，油底壳大头朝前还是朝后，油底壳最低点距曲轴中心高度的尺寸是否有要求；

[10]、是否带配套的离合器壳；

[11]、是否带离合器、带螺旋弹簧离合器还是膜片弹簧离合器、离合器的从动盘的直径、从动盘带减振簧，分离指高度尺寸、从动盘的花键齿形、花键参数[齿数、大径尺寸、小径尺寸、槽宽]、离合器盘的压紧力、传递扭矩、分离行程；

[12]、匹配的变速箱型号、发动机是否带变速器；

[13]、发动机的一轴轴承型号、内径；

[14]、配套的分离轴承型号、是否带分离轴承；

[15]、是否带分离拨叉、离合摇臂；

[16]、飞轮壳的厚度、带飞轮壳和与离合器壳连接的螺柱、螺母、垫圈；

[17]、喷油泵型号及生产厂家、是否带排气制动开关；

[18]、喷油器型号及生产厂家；

[19]、增压器型号及生产厂家、增压器是否带废气旁通阀；

[20]、带油门手柄及油门拉线支架、油门手柄厚度、手柄装拉线销处孔径、是否带U型加速拉线支架、槽宽度、带手柄回位弹簧、是否带拉线销；

[21]、是否带熄火汽缸或熄火拉线及支架、熄火汽缸的接气口尺寸或熄火拉线支架的宽度；

[22]、起动机型号及生产厂家、起动机的电压、功率；

[23]、发电机型号及生产厂家、功率、电压，是否带电压调节器，励磁绕组阻值、

片式插头型号、插接器护套型号；

[24]、选择预热装置的形式、预热盘还是预热塞、总功率、电压、是否带接线柱尺寸；

[25]、回油管接头的螺纹尺寸；

[26]、进油管接头的螺纹尺寸；

[27]、是否带水温塞、水温塞的接口；

[28]、是否带机油压力传感装置、接口；

[29]、是否带安装于发动机上的发动机前后支架、是否带与前后支架配套的橡胶缓冲垫；

[30]、是否带发动机转速传感器、其型号和生产厂家、电压、插片式接口尺寸、所配飞轮齿数；

[31]、是否带液压转向泵、液压转向泵的型号和生产厂家、最高工作压力、流量[L/,进油口尺寸、螺纹深，出油口尺寸、螺纹深度、转向泵的位置、进油口和出油口的方向

[32]、是否带空气压缩机、空气压缩机的型号和生产厂家、带皮带传动装置、空压机采用水冷还是风冷、空压机排气量、工作压力、是否带排气弯头、其尺寸、进气接管外径、是否带卸荷阀、空压机的位置和方向；

[33]、发动机缸体上是否预留空调压缩机的安装螺孔、安装支架、压缩机的传动皮带轮和皮带；

[34]、是否带与空调配套的加大功率的发电机和发电机调节支架。

[35]、电控发动机还应明确电控元件（如ECU）功能和接插件、诊断接口要求。

（3）、尺寸和位置要求:

[1]、风扇轴线高度方向距曲轴中心线的距离，风扇最前端距飞轮壳后端面尺寸[m。

、机体长度。

[2]、增压器进气口高度方向、左右方向、前后方向位置。

[3]、增压器出气口高度方向、左右方向、前后方向位置。

[4]、发动机进气口高度方向、左右方向、前后方向位置。

[5]、排气口高度方向、左右方向、前后方向位置。

[6]、进水口高度方向、左右方向、前后方向位置。

[7]、出水口高度方向、左右方向、前后方向位置。

[8]、油门加速手柄加速方向，加速行程，熄火方向，熄火行程。

[9]、在飞轮上，离合器安装端面位置，一轴轴承前端面位置。

[10]、发动机缸体左右两侧安装孔的规格及位置。

[11]、飞轮壳两侧后悬置支架安孔的规格及位置。

[12]、飞轮壳后端面与离合器壳连接螺孔的大小、数量和分布。

螺纹的有效深度，飞轮壳止口直径。

[13]、节温器初开温度、全开温度。

[14]、风扇轴与曲轴转速比。

水泵额定流量,扬程。

[15]、为避免发动机与整车其他部件发生动态干涉，其他外围件尺寸要求。

[16]、暖风进水接管接口尺寸、位置、方向的要求。

[17]、机滤器最外端左右方向距曲轴中心线的要求。

（4）、其他：

[1]、曲轴+飞轮+离合器的动不平衡量要求。

[2]、对整车散热器、空滤器、中冷器、柴滤器等附件的匹配要求。

二、进气系统：

把空气或混合气导入发动机气缸的零部件集合体称为发动机进气系统。

主要包括进气管道、空滤器等。

主要功用是起过滤作用，确保发动机吸入足量清洁的空气作为燃烧混合气。

+]%h.M）R3W$R1G6u1、空气滤清器：

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1.1根据发动机排量、额定转速、增压度等严格按计算结果，确定空滤器额定空气流量（计算公式及方法见附件1）。

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1.2参照国际标准规定并结合Q/FTA002《干式空气滤清器总成技术条件》的标准要求，确定空滤器的原始进气阻力、最大进气阻力、原始滤清效率、粗滤效率等技术参数。

#s7Z%f*l,k（[*c"c6E1.3对平板车用空滤器粗滤效率应不低于80%，自卸车等经常在工地上，或在灰尘较多环境下运行的车辆，应配装粗滤效率不低于90%的双级带旋流管的沙漠空滤器或复合空滤器。

1.4根据国内道路状况，空滤器必须加装安全滤芯。

并且应配装空滤器阻塞报警装置。

8K/A1k2R  w/X$]）U#L1.5确保空滤内部清洁，各焊接或连接部位密封可靠。

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1.6空滤器出气口为了保证密封，应用圆形管，并要求接口处有一凸缘，以保证密封和不会松动。

1.7为了保养和清洁方便，在空滤器最底端部位要加装排尘袋。

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o'w1.8空滤器进出管走向避免拐弯过急现象以降低阻力。

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2、中冷器：

（[/Z2y&G'A（d,w2.1根据发动机的有关技术参数先用理论计算公式初步确定中冷器的总散热面积，并在此基础上增加10%-15%的余量（计算公式及方法见附件1）。

7p/n2j0@#N1o（c）G8E2.2根据匹配发动机及整车空间尺寸，确定最合理的中冷器芯体尺寸，并尽可能加大迎风面积。

'D6I"t#g+u*R/D4t2.3为了提高进气效率，减少增压后的空气压降，应尽量使中冷器进、出气口内表面光滑，并保证各连接和圆角处无死角、急弯。

还应考虑气室大小、形状对效率的影响。

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2.4根据发动机增压后最大空气压力，确定中冷器密封试验的气压，时间不低于2分钟。

并保证中冷器进、出气管直径不能小于发动机的进、出气口直径。

4t6H2j"K+r  I%q2.5中冷器技术条件中应明确在生产、运输及使用过程中，确保内部清洁，无残留物。

（O$_'_0L+W;G3、管路：

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3.1由于中冷器通常与散热器一起通过软垫安装在车架上，而发动机也是通过悬置软垫固定在车架，考虑到两部分振动频率不一致，为了提高进气系统各接口不会由于振动产生松动及泄漏，因此各接口必须安装有一定伸缩量的弹性软管。

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3.2考虑到增压后空气温度能高达200°C，压力可达到250kPa，为此所用弹性软管、钢管均必须确保满足能耐高温、高压工作要求。

4{7^#N"_*^*['G'o2s*^8H7k3.3所用软管必须确保内、外清洁，无残余物质，另外在运输及储藏过程中要进行密封和包装，以避免污染。

$D-e-P）W,L;E,x3.4另外用来夹紧软管的卡箍必须有足够的强度和良好的防松性能，确保能在250kPa压力下正常工作，推荐采用T形卡箍。

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C）@;N5n+A/B9G.z3.5为了确保发动机不出现早期磨损，除了控制各接口及整个进气系统的密封外，还应控制系统内部本身的清洁度如各连接管在运输和保存时都应包装或密封好。

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3.6要整个进气系统长期使用后，内部不会因腐蚀而生锈，也就是进气系统应尽量使用铸铝或不锈钢等抗腐蚀材料。

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u&c$j）t5Q-\8Y9c;r3.7中冷器进、出气钢管零件的焊接处必须清除焊渣，并进行高压或超声波清洗，保证每件零件的清洁度，另外在运输和安装过程中应采用密封好的包装，以避免污染。

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3.8为了确保管件不漏气，每件产品都必须进行不少于2分钟300kPa的气压试验。

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3.9进气系统各管路走向应尽量缩短长度和避免出现小于90°的急弯，避免出现急转弯现象，圆弧半径应不小于管子直径。

内表面保证圆滑，以减小进气阻力，整个进气系统管路，内截面尺寸应均匀，如要使用变径，则必须采用渐进式圆滑方式。

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三、排气系统：

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$@4r-f/R,b把气缸内燃烧废气导出的零部件集合体称为发动机排气系统。

主要包括排气管、排气消声器，有的还包含催化反应器等。

主要功用为排气、降噪及环保要求。

1、排气消声器：

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1.1根据国内外经验，以及所配发动机的排量等参数，一般按发动机排量来确定消声器的容积。

由于消声器越大其消声效果将越好，而且排气背压也能有效降低，应尽量取上限。

（消声器容积计算公式见附件2）o0h  E6

1.2根据消声器资源及整车空间位置确定消声器的形状和主要外形尺寸。

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1.3根据Q/FTE002和QC/T630标准，明确消声器的插入损失和功率损失。

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q;C/W#r1.4为了能确保发动机在额定功率点工作时，不带后处理时整个排气系统的背压最高不能大于10kPa。

匹配带后处理的不应大于15kPa。

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O4C-q1.5消声器生产用材料，根据不同要求可采用钢板加涂耐高温银粉漆，或使用内外表面镀铝的钢板。

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;O2、排气管路

;@%K&N"}'f'@9^-J4_7{2.1由于发动机排气温度可达到600°C甚至更高，因此在整个排气系统中，在与周围怕热零件，如进气管路、橡胶件、塑料件和油箱等相距较近时，必须在中间增加隔热板，并尽可能将距离加大。

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2.2为了能尽量减少排气阻力，所选用排气管内径应不小于发动机排气口内径，另外管子的弯曲半径应尽可能加大，以使转弯处减小变形。

8~"p0D,p+Z7`;P2.3因消声器通常安装在车架上，而发动机则是通过悬置软垫固定在车架，两者之间在行驶中存在相对运动，为此要保证排气系统能长期有效的工作，避免增压器承受附加弯矩，应在消声器与发动机之间安装弹性波纹管，并保证各固定支架等件的可靠性。

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2.4为了提高排气系统抗腐蚀能力，对采用钢管制成的排气管，外表面应使用涂耐高温的银粉漆，或者使用成本较高的内外表面镀铝的钢管生产。

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2.5为了达到国家整车自由加速车外噪声的相关要求，除了要保证消声器本身的性能外，还应保证排气系统各接口的加工精度，以确保整个系统密封完好，不能漏气。

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2.6排气尾管的出口方向应避开怕高温的零件，如轮胎、容器等。

排气尾管的出口方向应避开不耐高温的零件和行人，且不能直接朝向车辆右侧。

自卸车排气尾管朝向不能竖直向下以免吹起尘土。

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n2.7根据不同车型，整个排气系统的零件离地间隙应满足使用要求。

四、供油系统：

6U.Q5_+G（\%I"H燃油供给系主要包括燃油箱、输油泵、喷油泵、喷油器、柴滤器及相应供给管路等，它的作用是给发动机正常地工作连续地提供燃油。

1、油箱：

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1.1根据不同车型，并参照国内外同类产品，根据一次性续航里程要求，确定油箱的最小容积，尽量减少车辆进加油站的次数。

对于有特殊用途的车辆可增加副油箱。

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1.24`-@1P+~.C-y6G 为了减小油路中阻力，油箱安装应尽量离发动机近一些，最好使油箱出油口至发动机进油口的距离控制在3米以内。

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1.3燃油的清洁度对发动机非常重要，油箱在运输、保存及使用时必须按国家有关标准执行。

为了保证油箱在使用过程中清洁度，加油口和吸油管口应加装过滤网。

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1.4油箱中进、回油管口都应低于最低油面，并保证进油管口离油箱最低面位置为3-5cm。

进、回油管口位置不能离得太近。

Q/[/k.I6P.S5N  W.^.x4|1.5油箱底部必须安装放油螺孔，以保证对油箱的清洁需要。

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4p1s）v*f（R4f/T$~1.6燃油箱的防腐性能、密封性能、内部清洁度等必须满足以下标准要求：

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9e%d*\（m2`3}3c#K QC/T644 汽车金属燃油箱技术条件

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n GB18296 汽车燃油箱安全性能要求和试验方法

  j"{*p,O4d QC/T572 汽车清洁度工作导则 测定方法

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  X  A0l;S  O;I,I QC/T644 汽车金属燃油箱技术条件8r2Z5F%~3b"i0A"l

 Q/FTB039车辆产品油漆涂层技术条件

为保证清洁度以及金属离子、杂质等对发动机造成损害，电控发动机应匹配铝合金油箱或塑料油箱。

7z2i'^5_.s9n&S5a2、管路：

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^2.1油管应使用内表面光滑，阻力小，并能耐油的材料，如使用尼龙类软管类，为了避免急弯处增加供油阻力，应采用成形管。

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`+k（s2.2油管内径根据不同发动机供油量的大小，其内径应不小于发动机进油口内径，对于进油管长度超过4米，还应在此基础上应把内径加大2毫米。

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2.3对于使用软管类油管，在与其它零件相接触时应加护套，以避免产生动态干涉后会出现磨擦并漏油。

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[$H2.4如果油路中进入空气或其它脏物，将严重影响发动机的作用效果，为此应确保各接口连接可靠，并保证密封。

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j五五、冷却系统：

冷却系统主要包括水泵、风扇、节温器、散热器、水管等。

它的作用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。

使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保证发动机在最适宜的温度范围内工作。

$r#K8P2j9R  K.a  C&Q1、散热器：

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1.1根据有关计算公式及所配发动机的相关参数，如功率，油耗等，确定散热器的总散热面积（具体计算公式见附件3）。

%|*t  _;@5N.X;{1.2根据发动机及风扇大小及整车空间尺寸确定散热器迎风面积，再根据散热器面积计算公式选取散热器芯厚尺寸。

风扇外径扫过的环形面积不应小于散热器芯子迎风面积的55%。

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2b'l1.3散热器芯体所用材料，目前在国际上有铜质和铝质两种，铝塑结构散热器是将来的发展趋势。

目前应用已越来越多。

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1.4为了提高散热的散热效果，其进、出水管口内径尺寸应与发动机出、进水管口尺寸一致，另外还应保证进出、水口在上下位置尽量错开，二者处于对角线上最好，不要在同一侧。

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1.5散热器安装时，必须牢靠，与车架的连接必须采用减振垫，这样是为了隔离和吸收来自车架的部分振动和冲击，使散热器在车辆运行中，不致发生振裂、扭曲等正常损坏。

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1.6根据国内外设计经验，水冷散热器芯体与风扇前端尺寸应控制在风扇直径的20%较为合适。

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2、护风罩：

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f&e护风罩是为了提高风扇的冷却效率，使通过散热器芯部的气流均匀分布，并减少发动机舱内热空气回流而设计的。

$l/y+n.A+J8i&G2.1如有可能，应尽量采用布圈与发动机带风扇护风罩柔性连接结构，因这种结构能使风扇与护风罩间的单边间隙控制得最小，这样可更有效提高散热效果。

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m&d（F2.2采用护风罩独立结构，护风罩与风扇单边径向间隙一般控制在20-25mm,对自卸车应取大一些；风扇叶片的投影宽度应伸入护风罩内1/2-2/3左右。

护风罩的结构不应有阻挡风扇气流的尖角或死角。

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.J3、副水箱：

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3.1当冷却系采用低位密封式散热器时，必须增设高位副水箱，它的主要功能是给冷却液提供一个膨胀空间，及时去除冷却液中积滞的空气以及发动机高温下产生的水蒸气，以便更有效的利用散热器的散热功能，提高冷却效率。

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X3.2副水箱的总容积应包含占冷却系统总容积6%的膨胀容积、占冷却系统总容积10%的储备容积以及必备的残留容积。

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3.3布置副水箱位置时，它的底平面至少应高出发动机水道顶部或散热器上水室顶部100。

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4管路：

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4.1所有的管路都要有一定的柔性，以适应发动机和散热器之间的相对运动，防止散热器的管口振裂。

管路尽量短而直，减少弯曲，总布置需要拐弯时，管子的曲率半径应尽可能大，以减少管道阻力，且管路的弯角处或截面变化处必须圆滑过渡。

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\6b*E7F$F9}+n;\-T9K4.2散热器的管路可用成型胶管，如果两接口相隔较远，可采用金属接管加胶管接头的方式。

但金属接管应加固定点。

胶管性能应符合HG/T2491标准，具有耐热、耐油性，能在-40。

C-120。

C温度下长期正常使用，耐压能力超过150kPa。

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4.3为了避免冷系统内产生气泡，从而对冷却系统造成破坏和降低冷却效果，必须使发动机和散热器与副水箱相连的的排气管不形成U字形结构，应采用平顺或逐渐上行方式。

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六、发动机悬置系统：

正确设计发动机悬置系统，可以减轻发动机和汽车的振动，降低经由悬置件传给车架的力和噪声，从而提高汽车的舒适性和耐久性。

1、发动机悬置设计必须满足下列要求：

1）发动机悬置软垫的自振频率应小于规定值；

2）限制发动机由于惯性、撞击或其它外力作用下产生的运动和位移，以避免发动机与底盘上的部件发生碰撞。

2、发动机悬置的布置

一般采用四点式布置，前悬置一般对称布置在气缸体两侧；后悬置对称布置在飞轮壳两侧。

悬置软垫必须进行匹配选择，以避免发动机或悬置由于振动的激化而损坏，这一点在四缸机上特别重要。

对于匹配变速器较重或较长的一般在变速器后部增加一个辅助支撑。

3、发动机悬置设计的注意事项

3.1对悬置软垫自振频率的要求

3.2发动机悬置的主要作用是隔离振动，为保证怠速区有足够的隔振效果，悬置软垫的自振频率应小于一定数值，当悬置软垫的自振频率小于发动机外激振动频率的

≈70%时，刚刚产生隔振作用。

因此，一般要求悬置软垫的自振频率应小