第七章 内燃机的冷却系统

1、第七章 发动机的冷却系统第一节 发动机冷却系统的分类冷却系统的功用冷却系统的功用 与高温燃气接触的零件在强热作用下，材料的机械性能下降，变形加剧，热应力增大，零件将出现热疲劳裂纹、剧烈磨损等失效后果。过高的温度也将催促机油老化变质，密封失效。另外，高温也使充气系数下降，影响发动机的性能。 冷却系统就是要使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，防止发动机过热或过冷，并且在发动机冷起动后使发动机迅速升温，尽可能缩短暖机时间。发动机为什么不能在过热或过冷条件下正常工作？发动机为什么不能在过热或过冷条件下正常工作？ 发动机若过热，则其中运动机件将因高温膨胀而破坏正常配合间隙，或因润滑油在高温下失

2、效而卡死；各机件因高温导致机械强度降低甚至损坏；发动机工作过程因高温导致吸气量减少甚至燃烧不正常而使发动机动力性、经济性指标下降等，因此发动机不可以在过热条件下工作。 发动机若过冷，则散热损失增加，对柴油机，机油粘度较大 ，摩擦功率损失较大，导致发动机动力性、经济性指标也降低；对汽油机，已汽化的燃油又凝结并流到曲轴箱，稀释了机油而影响润滑，结果也使发动机动力性、经济性指标下降，磨损加剧，因此，发动机也不可在过冷条件下工作。冷却系分类风冷和水冷两种，水冷却系一般指强制循环水冷系，汽车、机车发动机就采用强制循环水冷却系统。水冷却系的最大优点是冷却强度高、发动机内部和外部冷却较均匀、冷却水路设计自由

3、度大等，最大缺点是容易漏水，需要经常维修等。强制循环水冷却系统的组成强制循环水冷系由水泵11、散热器1、冷却风扇12、节温器10、补偿水桶3、发动机机体和气缸盖中的水道以及其它附属装置组成，如图下所示。冷却水在强制循环水冷却系统中的流动如下图所示 散热器底部经过冷却的冷却水经水泵加压，经过分水管进入发动机机体的冷却水套，吸热后向上流入气缸盖水套，再次吸热后经节温器主阀门通过出水软管进入散热器，对着散热器的冷却风扇加速流经散热器芯的空气，促使热水加速冷却，然后经进水软管被水泵有一定真空度的进水口吸入。第二节 水冷却系主要部件的结构与工作原理水泵 水泵的功用是对冷却水加压，加速冷却水在冷却系中的循

4、环流动。一般采用离心式水泵，与冷却风扇同轴，并由风扇皮带轮带动旋转。 当水泵叶轮旋转时，水泵中的冷却水在离心力作用下被甩向叶轮边缘，同时产生一定的压力，压力升高的冷却水从壳体边缘出水管流出；在叶轮的中心处，由于压力下降形成真空，因此水泵的入水管设在此处。 水泵的典型结构（EQ6100-1型发动机）如右图所示。 1-水泵外壳；2-叶轮；3-夹布胶木密封垫圈；6-水封皮碗；7-弹簧；8-衬垫；9-泵盖；10-水封座圈；11-球轴承；12-水泵轴；13-半圆键；14-凸缘盘；15-轴承卡环；16-隔离套筒；17-滑脂嘴；18-水封环；19-管接头图7-10 EQ6100-1型发动机离心式水泵散热器

5、散热器分纵流式和横流式两种，大多数轿车采用横流式，其主要组成部分分为上储水室和下储水室、散热器芯。上储水室顶部有加水口，用散热器盖盖住。 散热器芯主要分两种：管片式和管带式。如图示。传统的散热器芯由黄铜制造，近年来更多的用铝制造，有些散热器的进出水室由复合塑料制造，大大减轻了重量。 散热器盖在强制循环水冷系中很重要，首先，它要将水冷系密封住，以防冷却水溅出；其次，散热器盖具有空气-蒸汽阀的功用，当水冷系过热而使水蒸气多时，冷却系统压力过高，可能导致散热器芯涨破，此时散热器盖中的蒸汽阀打开，多余的水蒸气经溢流管流入补偿水桶；当水冷系过冷而使水蒸气凝结，冷却系统压力过低，可能导致散热器芯压瘪而破裂

6、，此时散热器盖中的空气阀打开，冷空气补充入冷却系统。因此，散热器盖还使密封加压的水冷系压力稳定。 加压后的冷却系统压力可提高98196kPa，系统中水的沸点可高达120c，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率。（空气蒸汽阀用于闭式冷却系统）节温器 节温器是控制冷却水流动路径的阀门。其作用是根据冷却水温的高低，打开或关闭冷却水通向散热器的通道，调节冷却系统的冷却强度。节温器结构与工作原理节温器结构与工作原理 节温器分蜡式节温器与折叠式节温器两种。 蜡式节温器又分单阀型与双阀型，如右图所示，是东风EQ6100-1型发动机单阀型蜡式节温器结构示意图。推杆3的上端固定于支架1的中心

7、处，下端插入胶管5的中心孔中。胶管与节温器外壳7之间形成的腔体内装满精致石蜡4。常温时，石蜡呈固态，弹簧8将主阀门2推向上方，使之压紧在阀座上，主阀门关闭，副阀门6上移而开启，来自发动机气缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环冷却方式。当发动机水温低于76c时，节温器主阀门关闭，副阀门打开，冷却水不流经散热器，只是在水套与水泵之间循环，称为发动机的小循环冷却方式，可加快冷起动后暖机过程。当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，其体积膨胀，迫使胶管压缩，而对推杆锥状端头产生向上举力，但推杆上端固定，因此其反作用力迫使胶管、节温器外壳向下移动，主阀门逐渐开大，副阀门逐渐关小。当发动

8、机水温高于76c时，主阀门开启，水温超过86 c时，主阀门完全打开，副阀门完全关闭。此时来自气缸盖出水口的冷却水沿出水管全部进入散热器，称为发动机的大循环冷却方式。 折叠式节温器的结构与工作原理示意图如图所示。（支架7固定不动，阀座4、外壳9固定不动，黄铜制成的折叠式波纹筒内装有易挥发的乙醚，主阀门5与侧阀门2可随折叠式波纹筒的伸缩而上下移动） 一般水冷系的冷却水都是由机体流进，从气缸盖流出。大多数节温器布置在气缸盖出水管路中，如前所述。这种布置方式的优点是结构简单，容易排除水冷系中的气泡。其缺点是节温器在工作时会产生振荡现象。例如，在冬季起动发动机时，由于冷却水温度低，节温器关闭。冷却水在进

9、行小循环时，温度很快升高，节温器开启。与此同时，散热器内的低温冷却水流入机体，使冷却水又冷了下来，节温器重新关闭，等到冷却水再度升高，节温器又再次打开，直到全部冷却水的温度稳定之后，节温器才趋于稳定不再反复开闭。这种现象称为节温器的振荡现象。当出现这种现象时，将增加汽车的燃油消耗量。 为避免节温器工作时的振荡现象，可以将节温器布置在散热器的出水管路中。这种布置方式可以减轻或消除节温器振荡想象，并能精确地控制冷却水温度，但其结构复杂，成本较高，多用于高性能的轿车发动机，如下图所示。暖风机暖风机发动机发动机水泵水泵节温器节温器 节温器损坏（如节温器壳体破损）时会导致乙醚或石蜡漏失，发动机会因过热而开锅。此外，发动机过热的原因也可能是驱动水泵叶轮旋转的冷却风扇皮带出现打滑现象，造成水泵