发动机冷却系统基础讲座20100601

1、1发动机冷却系统基础讲座发动机冷却系统基础讲座（水冷）（水冷） 2010年6月1日2一、冷却系的作用一、冷却系的作用 保持发动机在最适宜的温度（80100？ ）范围内工作。 发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达2200K2800K(19272527)？，大约1/3做功转变为机械能，其余大部分随 废气排出，其余则被发动机零件吸收，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。水冷式发动机正常工作温度？冷却水：8090气缸壁：200300气缸盖、活塞顶部： 300400润滑油：70903冷却程度冷却程度后后 果果过冷过冷 热量散失过多，

2、增加燃油消耗，冷热量散失过多，增加燃油消耗，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，磨损加剧。释润滑油，磨损加剧。不足不足 发动机过热，充气量减少燃烧不正发动机过热，充气量减少燃烧不正常，发动功率下降润滑不良，加剧磨常，发动功率下降润滑不良，加剧磨损损。 不正常冷却对发动机的影响不正常冷却对发动机的影响4二、冷却系的分类二、冷却系的分类水冷水冷风冷风冷水冷式以水为冷却介质，热量先由机件传给水，靠水的流动把热量带走而后散入大气中。风冷式高温零件的热量直接散入大气。5目前汽车发动机上采用强制循环式水冷却系，如图所示。 1.组成：风扇(有的装风扇离合器)、水泵、水

3、套(在气缸盖或气缸体上制出的夹层空间)、散热器、百叶窗、节温器、水管、水温表和传感器等。 上贮水箱散热器盖风扇节温器水温表水套水套分水管水泵放水开关下贮水箱百叶窗散热器三、冷却系组成三、冷却系组成6水冷系的工作演示水冷系的工作演示73.水冷却系的大、小循环 (1)水冷却系的大循环：冷却水经水泵水套节温器散热器，又经水泵压入水套的循环，其水流路线长，散热强度大，称水冷却系的大循环。(2)水冷却系的小循环：冷却水经水泵水套节温器后不经散热器，而直接由水泵压入水套的循环，其水流路线短，散热强度小，称水冷却系的小循环。 四、大小循环四、大小循环8910大循环路线大循环路线11小循环路线小循环路线121

4、. 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。 五、冷却强度调节五、冷却强度调节2. 冷却强度的调整部件：一冷却风扇、百叶窗；二节温器、节流阀、电子水泵。 13（1）散热器上注水箱注水口的盖子（2）作用：封闭加水口，防止冷却夜溅出；排出冷却系内水蒸气（蒸气排出管）降压；平衡冷却系内压力，增压（3）类型：开式水冷系： 蒸气排出管大气相通（易冷却液溢失和蒸气逸出）闭式水冷系：水箱盖上有自动阀门发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开。防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点。当冷却系内压力低或高时，阀门开启，冷却

5、系与大气相通空气阀蒸气阀六、水箱盖（散热器盖）六、水箱盖（散热器盖）14当散器中压力升高到一定数值（一般0.1260.137MPA，在此压力下冷却系内水的沸点可达108）蒸汽阀便开启而使水蒸汽顺管排出。（目前轿车的散热器盖的蒸汽阀开启压力设计得更高，比如桑塔纳，可达到0.2MPa，水沸点为120。）当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达一定数值（一般为0.0990.087MPA），空气阀即行开启，空气即从管进入冷却系，以防止水管及贮水室被大气压瘪。（4）水箱盖的工作 ：15 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。膨胀水箱的上部用一个较细的软

6、管与水箱的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水侧相连接，通常位置略高于散热器。 作用(1)把冷却系变成永久性封闭系统，减少了冷却液的损失；(2)避免空气不断进入，避免了机件的氧化腐蚀；(3)减少了穴蚀；(4)使冷却系中水、汽分离，保持系统内压力稳定，提高了水泵的泵水量。七、膨胀水箱（补偿水桶）七、膨胀水箱（补偿水桶）16膨胀水箱膨胀水箱示意图 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-膨胀水箱；8-散热器出气管；9-补充水管；10-旁通管 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，

7、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。由于膨胀水箱和水泵进水口之间存在补充水管，使水泵减少了汽泡的产生。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。172）贮液罐（蒸气排出管与贮液罐相连，又称为一管式膨胀水箱）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

8、液温度升高时，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。 18（1）结构： 散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成。散热器上水室顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。在上水室和下水室分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器下面一般装有减震垫，防止散热器受振动损坏。在散热器下水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。 横流式散热器 1-上

9、水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖；5-下水室；6-出水管 纵流式散热器 八、散热器（水箱）八、散热器（水箱）19（2）作用： 将水套出来的热水自上而下或横向的分成许多小股并将其热量散给周围的空气。增大散热面积，加速水的冷却。冷却水经过散热器后，其温度可降低1015，为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。 （3）散热器芯：散热器芯由许多冷却管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式和管带式两种 A管片式散热器芯冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下水室，是冷却水

10、的通道。和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管可以借其横断面变形而避免破裂。采用散热片不但可以增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。 20B管带式散热器芯采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式，散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提高。这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一般多为轿车发动机采用，近年来在一些中型车辆上也开始采用。 散热器的材料：黄铜，铝211.作用：对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。 由于离心式水泵具有尺寸小，出

11、水量大，结构简单，损坏后不妨碍水在冷却系中自然循环的特点，故为强制循环式冷却系普遍采用。常见的水泵在机体外安装与风扇同轴驱动，也有装在机体内(内藏式)单独驱动的。 2.离心式水泵的工作原理 (1)压水：如图所示。当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，由于离心力的作用，水被甩向叶轮边缘，在蜗形壳体内将动能转变为压能，经外壳上与叶轮成切线方向的出水管被压送到发动机水套内。 (2)吸水：与压水同时，叶轮中心处压力降低，散热器中的水便经进水管3被吸进叶轮中心部分。 九、水泵九、水泵22233.结构 24水泵251).作用：提高流经散热器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力并冷却发动机附件。

12、2).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。风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。 3).风扇扇风量的相关因素：风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数目有关。 十、冷却风扇十、冷却风扇264).结构型式： 风扇的结构型式如图所示。(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（30-50），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

13、角逐渐减小。a)叶尖前弯的风扇；b)尖窄根宽的风扇；c)尼龙压铸整体风扇 1-叶片；2-连接板 27电动风扇 轿车发动机电动风扇 由风扇电动机驱动并由蓄电池供电，与发动机转速无关。转速由温控热敏电阻开关控制 冷却液温度92-97度，风扇电动机1档，风扇转速2300r/min 冷却液温度99-105度， 风扇电动机2档，风扇转速2800r/min 冷却液温度84-91度， 切断电源，风扇停转。 优点：结构简单，布置方便，不消耗发动机功率，燃油经济性得到改善。无风扇传动带，减少维修保养工作量。28电动风扇：电机独立驱动 由散热器上的温度控制热敏开关控制风扇转速与发动机工作温度以及空调是否工作对应发

14、动机负荷减小，温度下降或空调关闭时，风扇电机会自动关闭停止工作当发动机工作温度达到378k（105C）以上时，风扇电机会自动变为高转速档29风扇温控开关 如图所示为上海桑塔纳轿车的双温蜡质热敏温控开关。它由蜡质感温驱动元件即两档触点动作机构组成，利用石蜡受热由固态变为液态时体积突然变大来移动推杆，控制触点的关闭，它装在散热器的水箱上。双温蜡质热敏温控开关 1-接线杆座 2-触点1拉簧 3-触点2拉簧 4-触点1 5-触点2 6-拉簧架 7-推杆 8-橡胶密封膜 9-石蜡 10-外壳 11-调整坑 30水温开关和电动风扇31硅油风扇离合器 汽车在行驶过程中，由于环境条件和运行工况的变化，发动机的

15、热状况也在改变，因此必须随时调整发动机的冷却强度 风扇是发动机功率的消耗者，最大时约为发动机功率的10%。为了降低风扇功率消耗，减少噪声和磨损，防止发动机过冷，降低污染，节约燃料，多采用风扇离合器。323334硅油风扇离合器35 前盖、壳体和从动板用螺钉组成一体，通过轴承装在主动轴上。风扇装在壳体上。从动板与前盖之间的空腔为贮油腔，其内装有硅油(油面低于轴中心线加入的总硅油量为17ml )， 从动板与壳体之间的空腔为工作腔。36 工作原理工作原理 当发动机冷起动或小负荷下工作时，冷却水及通过散热器的气流温度不高，进油孔被阀片关闭，工作腔内无硅油，离合器处于分离状态。主动轴转动时，仅仅由于密封毛

16、毡圈和轴承的摩擦，使风扇随同壳体在主动轴上空转打滑，转速极低。 37 (1)当发动机负荷增加时，冷却水及通过散热器的气流温度随之升高，感温器受热变形而带动阀片轴转动。当流经感温器的气流温度超过338K(65)时，38进油孔被完全打开，于是硅油从贮油腔进入工作腔。主动板即利用硅油的粘性带动壳体和风扇转动。风扇离合器处于接合状态，风扇转速迅速提高。39 为了不使工作腔中硅油温度过高而粘度下降，需使硅油在壳体内不断循环循环。由于主动板转速高于从动板，因此受离心力作用从主动板甩向工作腔外缘的油压力高，油液从工作腔经回油孔流向贮油腔，40而贮油腔又经进油孔及时向工作腔补充油液。为使硅油从工作腔流回贮油腔

17、的速度加快，缩短风扇脱开时间，在从动板的回油孔旁，有一个刮油突起部伸入工作腔缝隙内，使回油一侧压力升高，回油加快。41 (3) 当发动机负荷减小，流经感温器的气流温度低于308K(35)时，感温器恢复原状阀片将进油孔关闭，工作腔中的硅油继续从回油孔流回贮油腔，直至甩空为止。风扇离合器又回到分离状态。421.作用 控制冷却液流动路径的阀门。它根据冷却液温度的高低，打开或关闭冷却液通向散热器的通道。 十一、节温器十一、节温器4344451-主阀门；2-盖和密封垫；3-上支架；4-胶管；5-阀座；6-通气孔；7-下支架；8-石蜡，9-感应体；10-旁通阀；11-中心杆；12-弹簧 2. 蜡式节温器的

18、结构蜡式节温器由上支架、下支架、主阀门、旁通阀、感应体、中心杆、橡胶管和弹簧等组成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。 46473.蜡式节温器的工作原理(1)当水温低于349K(76)时，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵，故称小循

19、环。由于水只是在水泵和水套之间流动，不经过散热器，且流量小，所以冷却强度弱。 48(2)当冷却水温度在349K359K(7686)之间时，大小循环同时进行(如图所示)。当发动机水温达349K(76)左右时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对中心杆下部锥面产生向上的推力。由于杆的上端固定，故中心杆对橡胶管及感应体产生向下的反推力，克服弹簧张力使主阀门逐渐打开，旁通阀开度逐渐减小。 (3)当发动机内水温升高到359K(86)，主阀门完全开启，旁通阀完全关闭，冷却水全部流经散热器，称为大循环。由于此时冷却水流动路线长，流量大，冷却强度强。 49节温器的布置 气缸盖出水管路中：气缸

20、盖出水管路中：结构简单，易于排除水冷系中的气泡，缺点是节温器会产生振荡现象,增加燃油消耗。 散热器出水管路中：散热器出水管路中：减轻或消除节温器振荡现象，并能精确的控制冷却液温度，但结构复杂，成本较高，多用于高性能的汽车及在冬天经常高速行驶的汽车上。50电子节温器目前电子节温器主体结构仍然沿用了传统的蜡式节温器设计，只是增加了电加热作为附加的控制手段。相比传统节温器，电子节温器使用的石蜡熔点更高，可达105（此时发动机水温为110左右），如果需要在发动机水温较低时实现大循环或者水温超出某一限值（如115），电加热元件开始通电工作熔化石蜡，从而打开节温器或者使节温器达到最大开度 511.作用：在冷却水温度较低时改变吹过散热器的空气流量，从而控制冷却强度。 在严寒的冬季，水温过低时，由