陈家瑞《汽车构造》发动机冷却系统

1、 发动机冷却系发动机冷却系统统 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 水冷系统的主要零部件水冷系统的主要零部件 一、冷却系统的功用一、冷却系统的功用 使工作中的发使工作中的发动机得到适度的冷却，并保持在最适宜动机得到适度的冷却，并保持在最适宜的温度状态下工作。的温度状态下工作。 （8090度）度） 第一节第一节 概概 述述 二、不正常冷却对发动机工作的影响二、不正常冷却对发动机工作的影响1、过热、过热燃气在燃烧过程中，气缸内气体燃气在燃烧过程中，气缸内气体温度高温度高20002000，发动机零部件与，发动机零部件与高温气体接触，将会造成气缸和高温气体接触，将会造成气缸和进气管温度过高，使进入气

2、缸的进气管温度过高，使进入气缸的可燃混合气因受热而膨胀，充气可燃混合气因受热而膨胀，充气量量，使得：，使得：充气系数充气系数，发动机功率，发动机功率；机油因温度过高，粘度机油因温度过高，粘度，严，严重时，机油变质，影响润滑效果，重时，机油变质，影响润滑效果，机件磨损加剧；机件磨损加剧；各机件因高温而膨胀，破坏了各机件因高温而膨胀，破坏了正常的啮合间隙，产生卡死现象。正常的啮合间隙，产生卡死现象。因此发动机应及时冷却。因此发动机应及时冷却。2 2、过冷、过冷热量散失过多，转变为有用功的热量热量散失过多，转变为有用功的热量，功率功率；温度低，机油粘度大，摩擦阻力温度低，机油粘度大，摩擦阻力，消，消

3、耗功率大，起动困难；耗功率大，起动困难；燃油不易气化，燃烧不充分，燃油消燃油不易气化，燃烧不充分，燃油消耗率耗率，功率，功率；燃气易凝结（在气缸壁上），流入曲燃气易凝结（在气缸壁上），流入曲轴箱，不仅燃油消耗率轴箱，不仅燃油消耗率，功率，功率，而且，而且机油粘度机油粘度，润滑效果变差，机件磨损加，润滑效果变差，机件磨损加剧。剧。三、冷却系统的分类三、冷却系统的分类水冷水冷风冷风冷水冷系与风冷系的优缺点及适用范围水冷系与风冷系的优缺点及适用范围结构复杂，成结构复杂，成本高本高冷却效果差，冷却效果差，不易控制，噪不易控制，噪音大音大系系 统统水冷系水冷系风冷系风冷系 缺点缺点优点优点冷却均匀，冷却

4、效冷却均匀，冷却效果好，易控制果好，易控制结构简单，成本低，结构简单，成本低，不存在不存在“冻水箱冻水箱”，“开锅开锅”问题问题四、水冷系统的组成四、水冷系统的组成 水冷却系统是以水作为冷却介质，把发水冷却系统是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系统，利用水泵强制水在冷制循环式水冷系统，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。却系中进行循环流动。 水冷系统由散热器、水泵、风扇、冷水冷系统由散热器、水泵、风扇、冷却水套、节温器和补偿水桶等组成。却水套、

5、节温器和补偿水桶等组成。 冷却水在冷却系内的冷却水在冷却系内的循环流动路线循环流动路线有两有两条，一条为条，一条为大循环大循环，另一条为，另一条为小循环小循环。 所谓所谓大循环大循环是是水温高时，水经水温高时，水经过散热器而进行过散热器而进行的循环流动；而的循环流动；而小循环小循环就是水温就是水温低时，水不经过低时，水不经过散热器而进行的散热器而进行的循环流动，从而循环流动，从而使水温升高。使水温升高。小循环小循环大循环大循环节温器节温器乙醚折叠筒式节温器乙醚折叠筒式节温器主阀门开，侧阀门关主阀门开，侧阀门关主阀门关，侧阀门开主阀门关，侧阀门开冷却系统的大、小循环实质冷却系统的大、小循环实质

6、通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器节温器装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），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，以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，以达到调节冷却系的冷却强度。达到调节冷却系的冷却强度。 当发动机在正常热状态下工作时，即当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于水温高于90，节温节温器阀门打开了通往散热器的通道，同时关闭了通往水泵的旁通器阀门打开了通往散热器的通道，同时关闭了通往水泵的旁通管，冷却水全部流经散热器，形

7、成管，冷却水全部流经散热器，形成大循环大循环；当冷却；当冷却水温低于水温低于80时，节温器阀门关闭了通往散热器的通道，同时打开了通时，节温器阀门关闭了通往散热器的通道，同时打开了通往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行只在水套与水泵之间进行小循环小循环，从而防止发动机过冷；当发从而防止发动机过冷；当发动机的冷却动机的冷却水温在水温在8090范围内，通往散热器的通道和通往范围内，通往散热器的通道

8、和通往水泵的旁通管均处于半开闭状态，此时水泵的旁通管均处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。而另一部分水进行小循环。五、冷却液五、冷却液冷却液：水冷却液：水+ +防冻剂（乙二醇）防冻剂（乙二醇） 汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水软水，如雨水，自来水等；而井水、河水等，如雨水，自来水等；而井水、河水等硬水中矿物质含量高，在高温下易生成水垢，硬水中矿物质含量高，在高温下易生成水垢，不应作为发动机冷却水。不应作为发动机冷却水。 为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而发生散热器、气缸

9、体、气缸盖变形或胀裂的发生散热器、气缸体、气缸盖变形或胀裂的现象，在冷却水中加入一定量的现象，在冷却水中加入一定量的防冻液防冻液以达以达到降低冰点、提高沸点的目的。到降低冰点、提高沸点的目的。第二节第二节 水冷系统的主要零部件水冷系统的主要零部件一、散热器一、散热器功用：增大散热面积，加速冷却液的冷却。功用：增大散热面积，加速冷却液的冷却。 散热器又称为水箱，散热器又称为水箱，由上水室、散热器由上水室、散热器芯和下水室等组成。芯和下水室等组成。安装在发动机前的安装在发动机前的车架横梁上。其作车架横梁上。其作用是将冷却水在水用是将冷却水在水套中所吸收的热量套中所吸收的热量散发至外界大气，散发至外

10、界大气，使水温下降。使水温下降。上水室上水室散热器盖散热器盖下水室下水室散热器芯散热器芯出水管口出水管口进水管进水管安装处安装处1、散热器芯、散热器芯 （1）管片式）管片式 空气吹过扁形冷却管和散热片，使管空气吹过扁形冷却管和散热片，使管内流动的水得到冷却。管片式散热器因结构刚度较内流动的水得到冷却。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。好广为汽车发动机所使用。 （2）管带式）管带式 冷水管与散热带相间排列，在散热带水管与散热带相间排列，在散热带上常开有小孔，以破坏气流在散热带表面上的边界层，上常开有小孔，以破坏气流在散热带表面上的边界层，提高散热能力。提高散热能力。2、散热器的布置

11、、散热器的布置 3、散热器盖、散热器盖 汽车上广泛采用汽车上广泛采用闭式水冷系闭式水冷系，该水冷系的，该水冷系的散热气盖具有散热气盖具有空气空气蒸汽阀门蒸汽阀门，可自动调，可自动调节冷却系内部压力，提高冷却效果。节冷却系内部压力，提高冷却效果。 压力阀压力阀真空阀真空阀压力阀弹簧压力阀弹簧真空阀弹簧真空阀弹簧盖盖 发动机热态正常时，发动机热态正常时，两阀门关闭，将冷却系与两阀门关闭，将冷却系与大气隔开。因水蒸气的产大气隔开。因水蒸气的产生使冷却系内的压力稍高生使冷却系内的压力稍高于大气压力，提高了冷却于大气压力，提高了冷却水的沸点，改善了冷却效水的沸点，改善了冷却效能。当散热器内部能。当散热器

12、内部压力达压力达到到126126137Kpa137Kpa时，压力时，压力阀开启阀开启而使水蒸汽从通气而使水蒸汽从通气孔排出；当水温下降，冷孔排出；当水温下降，冷却系内部的却系内部的真空度低于真空度低于101020Kpa20Kpa时，真空阀打时，真空阀打开开，空气从通气孔进入冷空气从通气孔进入冷却系，以防散热器及芯管却系，以防散热器及芯管被大气压瘪。被大气压瘪。4、补偿水桶、补偿水桶加注防冻液的汽车发动机，加注防冻液的汽车发动机，为了减少冷却液的损为了减少冷却液的损失失，保证冷却系统的正常工作，采用散热器补，保证冷却系统的正常工作，采用散热器补偿水桶偿水桶( (贮水箱贮水箱) )结构。补偿水桶内

13、部印有两条液结构。补偿水桶内部印有两条液面高度标记线，补偿水桶内的液面高度应位于这面高度标记线，补偿水桶内的液面高度应位于这两种刻线之间。两种刻线之间。补偿水桶补偿水桶散热器散热器 二、水泵二、水泵 水泵的作用水泵的作用 对冷对冷却水加压，使之在冷却水加压，使之在冷却系中循环流动却系中循环流动。 汽车上广泛使用汽车上广泛使用离离心式水泵心式水泵。结构紧凑，。结构紧凑，泵水量大，因故障而泵水量大，因故障而停止工作时，不妨碍停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然水在冷却系内部自然循环。循环。 离心式水泵工作原理离心式水泵工作原理 当叶轮旋转时，水泵当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋中的水被叶轮

14、带动一起旋转，转，在离心力作用下在离心力作用下，水，水被甩向叶轮边缘，然后经被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮外壳上与叶轮成切线方向成切线方向的出水管压送到发动机水的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。叶轮中心部分。1水泵壳体水泵壳体 2叶轮叶轮 3进水管进水管 4出水管出水管三、风扇三、风扇 功用：功用：风扇通常安排在散热器后面并与水泵同风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强散热器

15、的散热能力，同时对发动机其他附件也有一散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。定的冷却作用。 特点：特点：车用发动机的风扇车用发动机的风扇有有轴流式和离心式轴流式和离心式。轴流式轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所风扇轴平行；离心式风扇所产生的风，其流向为径向。产生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布置方便。因而结构简单，布置方便。因而在车用发动机上在车用发动机上得到了广泛得到了广泛的应用的应用。车用发动机采用轴流式风扇的三种型式车用发动机采用轴流式风扇的三种型式 结构特点：结构特点：叶

16、片多用薄钢板压制而成，为叶片多用薄钢板压制而成，为4 46 6片，叶片片，叶片间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成303045 45 的安的安装斜角。装斜角。整体风扇整体风扇在轿车和轻型载货汽车上应用较多。近年在轿车和轻型载货汽车上应用较多。近年来轿车上还采用了电动风扇。来轿车上还采用了电动风扇。电动风扇电动风扇 很多轿车发动机的水冷系采用电动风扇，尤其横置发很多轿车发动机的水冷系采用电动风扇，尤其横置发动机前轮驱动的汽车更是如此。电动风扇由风扇电动机驱动机前轮驱动的汽车更是如此。电动风扇由风扇电动机驱动并由蓄电池供电，所以风扇转速与发动机转速无关。在动并由

17、蓄电池供电，所以风扇转速与发动机转速无关。在有些电控系统中，电动风扇由电脑控制。冷却液温度传感有些电控系统中，电动风扇由电脑控制。冷却液温度传感器向电脑传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达器向电脑传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达到规定值时，电脑使风扇继电器搭铁，继电器触点闭合并到规定值时，电脑使风扇继电器搭铁，继电器触点闭合并向风扇电动机供电，风扇进入工作。向风扇电动机供电，风扇进入工作。优点：优点：结构简单，布置结构简单，布置方便，不消耗发动机功方便，不消耗发动机功率使燃油经济性得到改率使燃油经济性得到改善。此外，采用电动风善。此外，采用电动风扇不需要检查、调整或扇不需要检查

18、、调整或更换风扇传动带，因而更换风扇传动带，因而减少了维修的工作量减少了维修的工作量。 1 1、节温器、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的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流量。循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。 节温器装在冷却水节温器装在冷却水循环的通路中，根据循环的通路中，根据发动机负荷大小和水发动机负荷大小和水温的高低自动改变水温的高低自动改变水的循环流动路线，以的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷达到调节冷却系的冷却强度。节温器有却强度。节温器有蜡蜡式式和和乙醚折叠筒式乙醚折叠筒式两两种，目前多数发动

19、机种，目前多数发动机采用采用蜡式节温器。蜡式节温器。推杆推杆弹簧弹簧主阀门主阀门石蜡石蜡胶管胶管外壳外壳四、冷却强度调节装置四、冷却强度调节装置石蜡石蜡通散热器通散热器通暖风通暖风来自发动机来自发动机通向发动机通向发动机橡胶管橡胶管副阀门副阀门主阀门主阀门小循环小循环大循环大循环感温体感温体蜡式节温器工作情况蜡式节温器工作情况当水温低于当水温低于358K358K时，主阀关，副阀开时，主阀关，副阀开 小循环。小循环。当水温高于当水温高于358K358K时低于时低于378K378K时，主阀渐开，副阀渐关时，主阀渐开，副阀渐关 大小循环同时进行。大小循环同时进行。当水温高于当水温高于378K378K时，主阀全开，副阀关时，主阀全开，副阀关 大循环。大循环。2、风扇离合器、风扇离合器功用：功用：减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料和降减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料和降低排放，自动调节发动机的冷却强度。低排放，自动调节发动机的冷却强度。 主要有主要有硅油式硅油式和和电磁式电磁式等。等。冷却水温度不高时，风扇随冷却水温度不高时，风扇随离合器壳体一起空转打滑；离合器壳体一起空转打滑；当发动机气流温度当发动机气流温度超过超过338K时，离合器处于接合状态时，离合器处于接合状态，风扇转速提高。当发动机气风扇转速提高。当发动机气流温度流温度低于低于308K时，风扇离时，风扇离合器又