模块七冷却系

1、2016“” 第七章第七章冷却系冷却系 杜印莹杜印莹“” 引言 发动机工作时，可燃混合气在气缸内燃烧，其工作温度高达2000OC，瞬时温度可达3000OC左右。如果不加以适当冷却，不仅会使发动机过热导致充气效率下降，燃烧不正常，机油变质，零件摩擦和磨损加剧，有时甚至造成机件卡死或烧毁等事故性损伤。“”3 一、冷却系功用一、冷却系功用 使发动机得到适度的冷却，使发动机得到适度的冷却，并保持其在最适宜地温度范围内工作。并保持其在最适宜地温度范围内工作。 7.1 7.1 概概 述述 “”4二、不正常冷却对发动机的影响二、不正常冷却对发动机的影响“”5三、冷却系的分类三、冷却系的分类水冷水冷风冷风冷“

2、”“”“”8四、正常冷却时的发动机温度四、正常冷却时的发动机温度“”95 5、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系系 统统水冷系水冷系风冷系风冷系适用范围适用范围优缺点比较优缺点比较冷却强度大，易调冷却强度大，易调节，便于冬季启动节，便于冬季启动广泛用于汽车广泛用于汽车发动机发动机冷却效果差，噪音冷却效果差，噪音大，功耗大大，功耗大仅用于小排量仅用于小排量及军车发动机及军车发动机“”107.2 7.2 水水 冷冷 系系 一、水冷系的组成一、水冷系的组成 水冷却系是以水作为冷却介质，把发动水冷却系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。机受热

3、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，利用水泵强制水在冷却制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。系中进行循环流动。“”冷却液乙二醇型冷却液是用乙二醇作防冻剂，并添加少量抗泡沫、防腐蚀等综合添加剂配制而成。由于乙二醇易溶于水，可以任意配成各种冰点的冷却液，其最低冰点可达-68，这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、粘温性能好、防腐和防垢等特点，是一种较为理想的冷却液，大多防冻液的颜色为红色或绿色，以观察是否泄露，或与发动机其他液体相区别，避免混淆。“”12 水冷系由散热器、水冷系由散热器、散热器盖、冷却液

4、补偿装散热器盖、冷却液补偿装置、水泵、发动机水套、分水管置、水泵、发动机水套、分水管、冷却强度调冷却强度调节装置节装置等组成。等组成。“”3.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。 “”“”15二、水冷系的主要部件二、水冷系的主要部件1、散热器、散热器 散热器又称为水箱，散热器又称为水箱，由上水室、散热器芯由上水室、散热器芯和下水室等组成。安和下水室等组成

5、。安装在发动机前的车架装在发动机前的车架横梁上。其作用是将横梁上。其作用是将冷却水在水套中所吸冷却水在水套中所吸收的热量散发至外界收的热量散发至外界大气，使水温下降。大气，使水温下降。上水箱上水箱散热器盖散热器盖下水箱下水箱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“”16常用散热器芯的结构型式常用散热器芯的结构型式 （1）管片式）管片式 由若干扁形或圆形冷却管组成。由若干扁形或圆形冷却管组成。 空气吹过扁形冷却管和散热片，使管内流动的水得到冷却。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好广为汽车发动机所使用。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车

6、发动机所使用。 （2）管带式）管带式 由若干扁平冷却管组成由若干扁平冷却管组成 水管与散热器相间排列，在散热器带上常开有形似百叶窗水管与散热器相间排列，在散热器带上常开有形似百叶窗的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。管带式管带式管片式管片式“”17 2.散热器盖散热器盖 汽车上广泛采用闭式水冷系，该水冷系的汽车上广泛采用闭式水冷系，该水冷系的散散热气热气盖具有空盖具有空气阀和气阀和蒸汽阀，可自动调节冷却系内部压蒸汽阀，可自动调节冷却系内部压力，提高冷却效果。力，提高冷却效果。 蒸汽阀蒸汽阀空气空气阀阀压力阀弹簧压力阀弹簧真

7、空阀弹簧真空阀弹簧盖盖“”有蒸汽阀和空气阀的散热器盖，紧盖在加水口上。由于在一般情况下，两阀均在弹簧力作用下处于关闭状态，故上贮水室与通大气的蒸汽排出管隔开。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，空气进入，以防止水管及贮水室被大气压瘪。水箱盖的工作 ：“”3.3.冷却液补偿装置冷却液补偿装置 ：1）膨胀水箱（

8、蒸气排出管与膨胀水箱相连）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 A.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。B.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。“”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

9、热器出气管；9-补充水管；10-旁通管 C.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。 “”2）补偿水箱（储水罐）有的冷却系不用膨胀水箱而使

10、用补偿水箱。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。 “”4、水泵、水泵1.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

11、(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。 “”“”5、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

12、。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。 “”（一）（一）风扇风扇1).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。 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。“”4).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。(

13、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 “”5)、 风扇皮带的调整装置风扇皮带的调整装置风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动。(1)调整目的：调整目的：若皮带过松，皮带将在皮带轮上打滑，风扇和水泵的转速下降，扇风量和泵水量减小，使发动机过热；若皮带过紧，将增加轴承和皮带的磨损。(2)措施：措施：将发电机支架做成可移动式的，以便调节皮带的松紧度。 “”

14、皮带皮带发电机发电机风扇风扇曲轴曲轴“”电动风扇（风扇不与水泵同轴）原理：原理：电动机的开关由散热器的水温开关控制，并且有高低速两个档位，低速档在沸点内使用，高速档在沸点外使用，需要冷却时自动起作用。这样，在一般行驶条件下，电动风扇几乎不转，功率消耗减少，油耗率降低。而在低速大负荷时又能得到充分的冷却。 “”“”31 （二）（二）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。的循环流动路线，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，

15、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。节温器有蜡却强度。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机种，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“”1-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

16、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。 “”“”“”3.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。 “”(2)

17、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。 “”(三)百叶窗 1.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，由于节温器

18、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驶室内的手柄操纵调节挡板的开度。 “”(四)风扇离合器1 1、 目的目的 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。“”“”“”2 2、 结构：结构：由前盖、壳体、主动板、从动板、阀片、主动轴、双金属感温器、阀片轴、轴承、风扇等组成。“” 硅油风扇离合器 1-螺钉；2-前盖；3-密封毛毡圈；4-双金属感温器；5-阀片轴；6-阀片；7-主动板；8-从动板；9-壳体；10-轴承；11-主动轴；12-销止板；13-螺栓；14-内六角螺钉；15-风扇；A-进油孔；B-回油孔；C-漏油孔 “”主动板与主动轴固定连接，主动轴与水泵轴连接。从动板上有进油孔A，平时由阀片关闭，若偏转阀片，则进油孔即可打开。阀片的偏转螺旋双金属感温器控制，“”从动板上有凸台限制阀片最大偏转角。双金属感温器的外端固定在前盖上，内端卡在阀片轴的槽内。从动板外缘有回油孔B，中心有漏油孔C，以防静态时从阀片轴周围