冷却系培训教材

冷却系培训教材1第一页，共二十二页，2022年，8月28日发动机工作时，可燃混合气在气缸内燃烧，其工作温度高达2000°C，瞬时温度可达3000°C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，零件磨损加剧，有时甚至造成机件卡死或烧毁等事故性损伤。但如果冷却过度，又会由于气缸温度过低使机油粘度增大，摩擦损失增加，燃油雾化不良动力下降，散热损失增加及润滑性能变差。因此，必须对发动机加以适当冷却，保证发动机始终处在最适宜的温度状态下工作。

一、概述2第二页，共二十二页，2022年，8月28日冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。二、冷却系的功用3第三页，共二十二页，2022年，8月28日冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷（图7-1），如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。三、冷却系的分类4第四页，共二十二页，2022年，8月28日四、水冷却系的组成

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。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系中进行循环流动。它由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成，。1-散热器盖

2-节温器

3-水温表

4-水套

5-分水管

6-水泵

7-放水开关8-百叶窗

9-散热器

5第五页，共二十二页，2022年，8月28日五、水冷却系的工作过程散热器内的冷却水加压后通过气缸体进水孔压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却（图7-3）。通常，冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。所谓大循环是水温高时，水经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，水不经过散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。

6第六页，共二十二页，2022年，8月28日六、水冷系主要部件的构造及布置要求1.散热器2.风扇3.水泵4.节温器5.副水箱6.散热管路7第七页，共二十二页，2022年，8月28日1.散热器

(1).散热器功用：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10～15℃，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。

(2).散热器的组成：部分散热器又称为水箱，由上水室、散热器芯和下水室等组成。8第八页，共二十二页，2022年，8月28日1.散热器

(3).散热器的分类：按芯体材料分：可分为铜散热器与铝散热器9第九页，共二十二页，2022年，8月28日1.散热器

(3.1)管片式散热器：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。

(3.2)管带式散热器：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。(3).散热器的分类：按芯体结构分：管片式散热器、管带式散热器、板式散热器芯

10第十页，共二十二页，2022年，8月28日（4）布置要求散热器进风口的实际面积不得小于散热器芯子迎风面积的80%，以防止散热能力下降。后置客车散热器的进风通道要与发动机舱密封隔离，散热器周围要安装密封橡胶，以防止发动机舱的热风回流到进风通道，影响散热性能；进风通道的面积应不小于散热器芯子的迎风面积。散热器安装时，紧固必须牢固，与车架的连接必须采用减振垫，采用减振垫的目的是为了隔离和吸收来自车架的部份振动和冲击11第十一页，共二十二页，2022年，8月28日1.散热器

(4)、散热器盖

当散热器内温度升高产生蒸汽，使压力升高到一定数值时，压力阀打开(散热器盖压力阀开启压力为50kPa)，水蒸汽从蒸汽排出管排出（冷却水沸点的提高）。就是因为冷却系内的压力升高所致。当散热器内因冷却液冷却温度下降而产生一定的真空度时(进气阀开启压力为(1.96~4.9)kPa)，真空阀被吸开，空气从蒸汽排出管进入散热器内。12第十二页，共二十二页，2022年，8月28日1.散热器

装有压力阀6和真空阀5的散热器盖，锁紧盖在加水口上。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1隔开。当散器中压力升高到一定数值，压力阀6便开启而使水蒸汽顺管10排出。当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达一定数值，真空阀5即行开启，空气即从管10进入冷却系，以防止水管及贮水室被大气压瘪。(4)、散热器盖工作原理13第十三页，共二十二页，2022年，8月28日2.风扇(1).功用：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生吸力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。(2).风类:直连式、硅油离合器、电磁风扇、电动风扇14第十四页，共二十二页，2022年，8月28日（3）布置确定风扇直径与转速：风扇直径尽可能与散热器芯子迎风尺寸基本相同，以便风扇扫过的面积尽可能大地覆盖散热器芯子的迎风面积，使气流全面地通过散热器。注意：风扇叶尖的圆周速度不大于91m/s，后置客车不大于100m/s，否则对风扇噪声和强度都不利。风扇前端面至散热器芯子的距离应大于50mm，有利于气流均匀通过散热器芯部整个面积，尤其是散热器的四角；冷却风扇后端面至发动机前端面的距离应大于100mm，至其它零部件的距离应大于20mm，以最大限度地降低风扇噪声及叶片振动；风扇叶尖的径向与护风罩间隙应尽可能小，以保证风扇冷却效率。当采用分开式护风罩时，风扇与护风罩无相对运行，其径向间隙应不超过风扇直径的1.5%，或者5mm~10mm；当采用整体式护风罩时，风扇与护风罩有相对运动，其径向间隙也不应超过风扇直径的2.5%，或者15mm~20mm。风扇伸入护风罩的轴向位置，与进气效率有很大关系，对于吸风式风扇，风扇叶片的投影宽度应伸入护风罩内2/3为宜。护风罩与散热器之间不得有缝隙，应采用橡胶或泡沫塑料垫加以密封，以保证冷却效率不降低。15第十五页，共二十二页，2022年，8月28日3.水泵功用：对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机上多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，叶轮一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6－9片。当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不致于很快产生过热。

16第十六页，共二十二页，2022年，8月28日4.节温器（1).功用：根据冷却系水温的变化，自动调节冷却水的循环路线和流量

(2).分类：蜡式节温器、折叠式节温器（3）蜡式节温器结构：推杆的一端固定于支架1的中心处，另一端插入胶管的中心孔中。胶管与节温器外壳之间形成的腔体内装有精制石蜡。17第十七页，共二十二页，2022年，8月28日5.副水箱副水箱设置于散热器一侧，通过橡胶水管与散热器加水口处的出气口相连。当冷却液受热膨胀至散热器盖的蒸气阀打开时，部分冷却液随着高压蒸气通过水管进入补偿水桶；而当温度降低、散热器内产生真空时，补偿水桶内的冷却液及时回流散热器。副水箱底平面至少应高出发动机水道顶部或散热器上水室顶部。

18第十八页，共二十二页，2022年，8月28日6.散热管路6.1所有管路要有一定的柔性，以适应发动机和散热器之间的相对运动，防止散热器的管口振裂。水泵进水管应有一定的刚性，以免发动机工作时被吸扁。6.2散热器的管路可用成形胶管或金属接管加胶管接头；金属接管要进行防锈处理，外径和发动机进出水口部位的管径相同或稍大；成形胶管或胶管接头的内径应和发动机进出水口的外径相同或稍大；胶管壁厚应在5mm以上，且加有一层纤维，具有耐热、耐油性，能在-40℃~120℃温度下长期正常使用，耐压能力应超过300kPa；如管路较长时，应对冷却管路固定，固定间隔约500mm；金属接管插入连接胶管的长度应大于50mm，并采用平板带式卡箍紧固，卡箍到胶管边缘的距离为5mm~10mm。19第十九页，共二十二页，2022年，8月28日七.水冷却系匹配与计算

设计匹配散热器的总散热面积、芯子的迎风面积、结构形状和结构尺寸要通过发动机冷却系统所需最大散热量来计算确定，并应通过试验评价来最终确定。一般可按散热器芯子的迎风面积来估算0.31~0.38m2/100kW发动机水套散热量Q水=Q比•Nemax

Nemax------发动机最大功率

散热器的最大散热能力Qmax＝（1.1-1.25）Q水

芯体正面积Ff0≥0.1+0.032VFf0=（0.0027-0.0034）Nemax散热器散热面积S0=S比·NemaxS比为0.07m2/kW（经验值）S0=Qmax/(k·△t)Qma