第九章发动机冷却系

1、第九章第九章发动机冷却系发动机冷却系 概述概述水冷系水冷系 水冷系的组成与主要构件水冷系的组成与主要构件9.1概述概述 内燃机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达22002800K，使内燃机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件，如果不及时冷却，则很难保证内燃机正常工作。1、功用：、功用：使工作中的发动机得到适度的冷却，使工作中的发动机得到适度的冷却，防止发动机过防止发动机过冷、过热，冷、过热，从而保持在最适宜的温度范围内工作。从而保持在最适宜的温度范围内工作。2、不正常冷却：、不正常冷却：冷却程度冷却程度后果后果过度（发动机过过度（发动机过冷）冷） 1、影响可燃混合气形成，热量

2、散失过多，功、影响可燃混合气形成，热量散失过多，功率下降及油耗增加；率下降及油耗增加；2、冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释、冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油。润滑油。3、润滑油粘度大，磨损加剧。、润滑油粘度大，磨损加剧。不足（发动机过不足（发动机过热）热） 1、充气量减少，燃烧不正常，早燃和爆燃易、充气量减少，燃烧不正常，早燃和爆燃易发生，发动机功率下降；发生，发动机功率下降；2、润滑不良（润滑油高温变质，不能形成油、润滑不良（润滑油高温变质，不能形成油膜），加剧磨损；膜），加剧磨损；3、受热零件热膨胀过大，破坏正常间隙；、受热零件热膨胀过大，破坏正常间隙；4、金属机械力学性能下

3、降，承载能力下降。、金属机械力学性能下降，承载能力下降。 这些都将导致发动机功率下降，经济性变坏，使用寿命降低。3、正常冷却：、正常冷却：4、分类（根据冷却介质的不同）：风冷系和水、分类（根据冷却介质的不同）：风冷系和水冷系冷系风冷系：以空气为冷却介质，即把高温零件的热风冷系：以空气为冷却介质，即把高温零件的热量直接散到大气中去。少用，摩托车或沙漠使量直接散到大气中去。少用，摩托车或沙漠使用发动机采用，用发动机采用，系统系统温度范围温度范围水冷系水冷系气缸盖内冷却水温度在气缸盖内冷却水温度在8090风冷系风冷系铝气缸壁的温度为铝气缸壁的温度为150180，铝气缸盖为铝气缸盖为160200组成：

4、风扇、导流罩、散热片、气缸导流罩、分流板。 气 特点： 结构简单、质量较小、升温较快、经济性好。 难以调节，风扇消耗功率大、工作噪声大水冷系：汽车，工程机械大多数发动机采用，所以重点水冷系：汽车，工程机械大多数发动机采用，所以重点介绍水冷系。介绍水冷系。冷却系的工作演示冷却系的工作演示9.2水冷系水冷系1、作用：、作用：以以“冷却液冷却液”作为冷却介质，把发动机受热零件吸收作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。的热量散发到大气中去。2、组成：、组成：水泵、散热器、风扇、节温器、补偿水桶、，发动机机体、气缸盖水套以及其他附属装置。通向暖风机3、冷却液在冷却系中的循环过程 冷却液

5、被水泵加压后，经分水管进入发动机的机体各缸水套，冷却液从水套壁吸热而升温，然后向上流入气缸盖水套，再次吸热之后经节温器，如果温度低（70)，进行小循环，冷却液继续被水泵加压流入各缸机体水套；否则通过散热器进水软管流入散热器，进行大循环；在散热器中，由于有风扇的强力抽吸空气从散热器通过，冷却液中的热量被空气带走而降温。最后冷却液经散热器出水软管返回水泵，如此循环而已。使内燃机高温零件不断被冷却。 小循环大循环节温器通向暖风机 另外，分水管向各缸水套开的出水孔，离水泵越远，直径越大，数目和汽缸数相等。作用是使各缸的冷却强度均匀一致。 有的发动机，其冷却液的循环流动方向与上述相反，为逆流式水冷系。温

6、度低的冷却液先引入气缸盖水套，然后才流过机体水套，其改善了燃烧室的冷却，压缩比可提高，最终可以提高发动机的热效率和功率。4 冷却液冷却液是水与防冻剂的混合物。冷却液用水最好用软水（雪水，雨水，蒸馏水等），否则发动机水套中会产生水垢，使传热受阻，造成发动机过热。纯净水在零度时会结冰，如冷却系结冰，将使水循环停止，发动机过热，特别是水结冰时体积膨胀，可能将机体、气缸盖胀裂。为了适应冬季行车的需要，在水中加入防冻剂制成冷却液，防止循环冷却水冻结。常用的防冻剂是乙二醇。他和水的比例不同，其冰点也不同。如书表所示：50%的水和50%的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为-35.5摄氏度。并且在水中加入防冻

7、液同时可提高冷却液的沸点。50%的水和50%的乙二醇混合而成的冷却液的沸点为103摄氏度。另外，防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁即散热器的锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热。泡沫抑制剂能有效的抑制泡沫的产生。在使用过程中，防锈剂和泡沫抑制剂会逐渐消耗殆尽，因此必须定期更换冷却液。一般在防冻剂中加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，便于识别。9.3 水冷系主要部件的构造水冷系主要部件的构造一、冷却装置一、冷却装置 1、散热器散热器作用：将高温冷却液的热量传递给空气，使冷却液作用：将高温冷却液的热量传递给空气，使冷

8、却液温度降低。温度降低。散热器管芯分类：分为管片式和管带式、板式。散热器管芯分类：分为管片式和管带式、板式。 冷却管为何冷却管为何制成扁圆形？制成扁圆形？按冷却液流动方向：分为纵流式和横流式两种。 纵流式：散热器管芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。 横流式：散热器管芯横向布置，左右两端分别是进水室、出水室，冷却液由进水室横向地流过散热器芯进入出水室。轿车采用，可使发动机机罩的外廓较低。改善车身前端的空气动力性。1-上水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖；5-下水室；6-出水管 散热器的材料：散热器的材料：黄铜黄铜铝（耐腐蚀，导热性好）；

9、铝（耐腐蚀，导热性好）；结构：结构：上、下水箱贮存冷却液；散热器芯吸收热量；进上、下水箱贮存冷却液；散热器芯吸收热量；进水口与缸盖上出水口相连；上水箱上设有加水口，并用散水口与缸盖上出水口相连；上水箱上设有加水口，并用散热器盖封闭；下水箱底部开有出水口和放水开关热器盖封闭；下水箱底部开有出水口和放水开关 散热器盖散热器盖散热片散热片上贮水室上贮水室下贮水室下贮水室散热器盖现代发动机水冷系都是闭式水冷系统，有散热器盖严密地盖在散热器家冷却液口上。优点：（1）可使系统压力提高98196kPa，沸点增高到120摄氏度左右，多大了与周围空气的温差，提高了换热效率，可减小散热器尺寸。（2）可减少冷却液外

10、溢及蒸发损失。散热器盖散热器盖空气阀蒸汽阀蒸汽阀弹簧空气阀弹簧散热器盖工作演示散热器盖工作演示结构：由压力（蒸汽）阀和真空（空气）阀组成，一般情况下两阀关闭。压力阀用硬簧控制，真空阀用软簧控制。工作原理：当发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高，使冷却系的压力升高，冷却液容积膨胀，当压力超过预定值126-137KPA时，压力（蒸汽）阀开启，一部分冷却液经溢流管流入补偿水桶，防止冷却液胀裂散热器。当发动机停机后，冷却液温度下降，冷却系内的压力下降，降到大气压力下出现真空88-99KPA时，真空（空气）阀开启，补偿水桶内的冷却液部分流回散热器，避免了散热器被大气压坏。 2、补偿水桶（膨胀水箱 和副水箱

11、）作用：密封冷却系统，减少了冷却液的散失；使冷却系统内水、气分离，保持压力稳定；避免空气不断进入，给冷却系统内部造成氧化、穴蚀。结构：膨胀水箱多用半透明材料(如塑料)制成。透过箱体可直接方便地观察到液面高度，无需打开散热器盖。水桶外表面刻有“低”和“高”两条标记线，补偿水桶内的液面应位于两条标记线之间。与加冷却液口的溢流软管连接。 膨胀水箱的作用原理 一般冷却系冷却液的流动是靠水泵的压力来实现的。水泵吸水的一侧压力低，易产生蒸汽泡，使水泵的出水量显著下降，并引起水泵叶轮和水套的穴蚀，在其表面产生麻点或凹坑，缩短了叶轮和水套的使用寿命。加装膨胀水箱后，由于膨胀水箱和水泵进水口之间存在补充水管，使

12、水泵了汽泡的产生。散热器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通过导管和进入膨胀水箱，从而使气水彻底分离。由于膨胀水箱温度较低，进入的气体得到冷凝，一部分变成液体，重新进入水泵。而积存在膨胀水箱液面上的气体起缓冲作用，使冷却系内压力保持稳定状态1-散热器；2-水泵进水管；3-水泵；4-节温器；5-水套出气管；6-水套出水管；7-进水口处保持较高的水压，减少膨胀水箱；8-散热器出气管；9-补充水管；10-旁通管 一管式膨胀水箱 有的冷却系不用膨胀水箱而使用储液罐。即用一根管子把散热器和储液罐的底部或上部(管口插入液面以下)连通。但这种装置只能解决气水分离及冷却液消耗问题，而对穴蚀没有明显的改善。当冷却液温度

13、升高时，散热器中液体膨胀、汽化，使散热器盖蒸汽阀开启，散热器中的蒸汽或液体沿导管流入储液罐。当冷却水温度降低时，散热器内压力下降，液体沿原路径流向散热器。3、风扇、风扇功用：对空气产生吸力或排力，功用：对空气产生吸力或排力，促进散热器的通风，促进散热器的通风，提高散热器的热交换能力提高散热器的热交换能力影响风量的因素：风扇的直径、转速、叶片形状、影响风量的因素：风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角、叶片数目叶片安装角、叶片数目横断面形状：弧形、翼形横断面形状：弧形、翼形安装位置：风扇多为轴流式，装在发动机与散热器之间，与水泵同轴驱动。 结构型式： 风扇的结构型式如图所示。 a)叶尖前弯的风扇

14、；b)尖窄根宽的风扇；c)尼龙压铸整体风扇 (1)目前汽车水冷发动机上常用螺旋桨式风扇。 (2)风扇叶片材料有钢板、塑料和铝合金。为了减轻振动噪声，叶片间夹角不等。 (3)叶片数：46片。 (4)叶片与叶轮旋转平面之间有一偏扭角，偏扭角可为定值，也可制成变偏扭角。因风扇旋转时叶和叶尖的气流速度外大内小，为了提高风扇的效率，叶片从叶根到叶尖偏扭角逐渐减小。1-叶片；2-连接板风扇的安装与风扇皮带的调整装置 (1)安装风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动(图5-9)。 (2)调整目的：若皮带过松，皮带将在皮带轮上打滑，风扇和水泵等的转速下降，扇风量

15、和泵水量减小，使发动机过热；皮带过紧，将增加轴承和皮带的磨损。 (3)措施：常将发电机支架做成可移动式的，以便调节皮带的紧度。1-风扇及皮带轮；2-曲轴皮带轮；3-发电机；4-移动支架 皮带皮带发电机发电机风扇风扇曲轴曲轴风扇控制曲轴皮带驱动风扇由曲轴带轮通过V带驱动发电机带轮作为张紧轮特点：发动机低速大负荷时温度高，需要提高风扇转速以加强散热，但风扇转速反而随曲轴转速而降低。不能根据发动机的热状况对冷却强度进行调节电动风扇控制 1）温控热敏电阻开关控制 电动风扇由电动机驱动，蓄电池为动力，其转速与发动机的转速无关 电动机由位于散热器的温控热敏电阻开关控制，需要风扇工作时自行启动 风扇无动力损

16、失，结构简单，布置方便 如捷达、桑塔纳等轿车电动风扇均为两挡：温度9297时，热敏开关接通电动风扇1挡，风扇转速为2300r/min；温度99105时，热敏开关接通电动风扇2挡，风扇转速为2800r/min；温度降到8491时，热敏开关切断电源，风扇停转。 2）水温开关和风扇继电器控制（左图） 温度91以上时（或空调压缩机开关闭合），水温开关接通风扇继电器线圈电路，风扇继电器触点闭合，电动风扇工作 电控液压散热风扇 1）液压系统组成 散热风扇由液压马达驱动，由电磁阀控制液压马达流量，控制散热风扇无级变速与液压动力转向液压系统并联 电控系统电路图 微机接收水温传感器、发动机转速、节气门位置、空调

17、开关信号，控制电磁阀的开度凌志ES300 微机控制散热风扇 冷却液温度约达103 时，微机使散热风扇继电器接柱3l接地，风扇电机工作。当发动机冷却液温度低于88时，微机停止向散热继电器提供接地，风扇电机停止工作如果空调压缩机工作，不管冷却液温度如何，微机都将使散热器风扇继电器接地，使冷却风扇电机工作。 切诺基4.0L发动机 3、水泵、水泵作用：作用：对冷却水加压，促使冷却水在冷却系统对冷却水加压，促使冷却水在冷却系统中运动，以加强冷却效果。中运动，以加强冷却效果。离心式水泵离心式水泵水泵壳体水泵壳体叶轮叶轮进水管进水管出水管出水管结构：水泵壳体，水泵轴，叶轮及进、出水管等组成。 离心式水泵特点

18、离心式水泵特点结构简单，尺寸小排量大，当水泵停止工作时并不妨结构简单，尺寸小排量大，当水泵停止工作时并不妨碍水在冷却系中自然循环。碍水在冷却系中自然循环。 离心式水泵工作示意离心式水泵工作示意工作原理：当水泵叶轮按图示方向旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵的壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从与叶轮成切线的出水管压出，同时叶轮中心处由于冷却液被甩出而压力下降。产生真空度，冷却液经进水管流入叶轮中心。 二、冷却强度调节装置二、冷却强度调节装置 （一)概述 1.冷却强度调节目的 强制式水冷却系统的冷却强度，一般受汽车的行驶速度，曲轴、水泵和风扇的转速及外界气温

19、的影响。当使用条件变化时，如外界气温高，发动机在低速大负荷情况下工作，要求冷却强度要强，否则发动机易于过热。而当外界气温低，发动机负荷又不大时，其冷却强度应弱些，不然就会使发动机过冷。因此，要保证发动机在最佳的温度下工作，不出现过热过冷现象，就必须能根据使用条件的变化自动调节发动机冷却强度。 2.冷却强度的调整方法：一是改变流经散热器的空气流量和流速；二是改变冷却液的流量和循环路线。（二）节温器（二）节温器功用：功用：根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。的流量。保

20、证发动机在适宜的温度下工作保证发动机在适宜的温度下工作 蜡式节温器：蜡式节温器：主阀门主阀门弹簧弹簧节温器外壳节温器外壳胶管胶管石蜡石蜡推杆推杆蜡式节温器结构 蜡式节温器如图所示。节温器的上支架和下支架与阀座铆成一体。中心杆上端固定在上支架的中心，其下部插入橡胶管的中心孔内，中心杆下端呈锥形。橡胶管与感应体外壳之间的空腔里装有石蜡。为了提高导热性，石蜡中常掺有铜粉和铝粉。感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀门。主阀门上有通气孔，它的作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出，保证能加满水。为了防止通气孔阻塞，有的加装一个摆锤。 1-主阀门；2-盖和密封垫；3-上支架；4-胶管；5-阀座；6-通气

21、孔；7-下支架；8-石蜡，9-感应体；10-旁通阀；11-中心杆；12-弹簧 工作原理当冷却液温度低于规定值349K(76)时，节温器感温体内的石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭冷却液流向散热器的通道-主阀门，冷却液经旁通孔，流向水泵，进行小循环。当冷却水温度在349K359K(7686)之间时，大小循环同时进行。冷却液温度达到349K(76)时，石蜡开始融化而逐渐变成液体，体积随之增大并压迫胶管使其收缩。同时对推杆作用以向上的推力。由于推杆的上端固定，因此，推杆对胶管和感温体产生向下的反推力使主阀门逐渐开启。旁通阀逐渐关闭。当冷却液温度达到规定值359K(86)后，主阀门完全开启，旁通阀

22、完全关闭，冷却水全部流经散热器，进行大循环。来自发动机来自发动机来自发动机来自发动机至小循环管至小循环管至散热器至散热器低温时低温时高温时高温时国产轿车捷达、桑塔纳及奥迪等采用，温度为85度时节温器阀开始打开。温度达105度时全开。节温器实物图节温器实物图节温器工作演示节温器工作演示 (三)百叶窗 1.作用：改变吹过散热器的空气流量来调节发动机的冷却强度。保证发动机在最适宜的温度范围内工作。 在严寒的冬季，水温过低时，由于节温器的作用使水只进行小循环，散热器中的水有冻结的危险。此时关闭百叶窗可使冷却水温度回升。 2.安装位置 百叶窗安装在散热器前面，它是由许多片活动挡板组成的。挡板垂直或水平安装，由驾驶员通过装在驾