第七章 內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)

1、第七章 發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng) 第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的分類 冷卻系統(tǒng)的功用冷卻系統(tǒng)的功用 與高溫燃?xì)饨佑|的零件在強(qiáng)熱作用下，材料的機(jī)械性能下降， 變形加劇，熱應(yīng)力增大，零件將出現(xiàn)熱疲勞裂紋、劇烈磨損等失 效后果。過(guò)高的溫度也將催促機(jī)油老化變質(zhì)，密封失效。另外， 高溫也使充氣系數(shù)下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 冷卻系統(tǒng)就是要使發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟?范圍內(nèi)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱或過(guò)冷，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)后使發(fā)動(dòng) 機(jī)迅速升溫，盡可能縮短暖機(jī)時(shí)間。 發(fā)動(dòng)機(jī)為什么不能在過(guò)熱或過(guò)冷條件下正常工作？發(fā)動(dòng)機(jī)為什么不能在過(guò)熱或過(guò)冷條件下正常工作？ 發(fā)動(dòng)機(jī)若過(guò)熱，則其中運(yùn)動(dòng)機(jī)件將因高溫膨脹而破壞正常配 合間隙，或

2、因潤(rùn)滑油在高溫下失效而卡死；各機(jī)件因高溫導(dǎo)致機(jī) 械強(qiáng)度降低甚至損壞；發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程因高溫導(dǎo)致吸氣量減少甚 至燃燒不正常而使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下降等，因此發(fā)動(dòng) 機(jī)不可以在過(guò)熱條件下工作。 發(fā)動(dòng)機(jī)若過(guò)冷，則散熱損失增加，對(duì)柴油機(jī)，機(jī)油粘度較 大 ，摩擦功率損失較大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也降低； 對(duì)汽油機(jī)，已汽化的燃油又凝結(jié)并流到曲軸箱，稀釋了機(jī)油而影 響潤(rùn)滑，結(jié)果也使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下降，磨損加劇， 因此，發(fā)動(dòng)機(jī)也不可在過(guò)冷條件下工作。 冷卻系分類 風(fēng)冷和水冷兩種，水冷卻系一般指強(qiáng)制循環(huán)水冷系，汽車、機(jī)車 發(fā)動(dòng)機(jī)就采用強(qiáng)制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。水冷卻系的最大優(yōu)點(diǎn)是冷卻 強(qiáng)度高、發(fā)動(dòng)

3、機(jī)內(nèi)部和外部冷卻較均勻、冷卻水路設(shè)計(jì)自由度大 等，最大缺點(diǎn)是容易漏水，需要經(jīng)常維修等。 強(qiáng)制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的組成 強(qiáng)制循環(huán)水冷系由水泵11、散熱器1、冷卻風(fēng)扇12、節(jié)溫器10、補(bǔ) 償水桶3、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和氣缸蓋中的水道以及其它附屬裝置組成， 如圖下所示。 冷卻水在強(qiáng)制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中的流動(dòng)如下圖所示 散熱器底部經(jīng)過(guò)冷卻的冷卻水經(jīng)水泵加壓，經(jīng)過(guò)分 水管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的冷卻水套，吸熱后向上流入氣缸 蓋水套，再次吸熱后經(jīng)節(jié)溫器主閥門通過(guò)出水軟管進(jìn)入 散熱器，對(duì)著散熱器的冷卻風(fēng)扇加速流經(jīng)散熱器芯的空 氣，促使熱水加速冷卻，然后經(jīng)進(jìn)水軟管被水泵有一定 真空度的進(jìn)水口吸入。 第二節(jié) 水冷卻系主要部件的結(jié)構(gòu)與

4、工作原理 水泵 水泵的功用是對(duì)冷卻水加壓，加速冷卻水在冷卻系中的循環(huán)流 動(dòng)。一般采用離心式水泵，與冷卻風(fēng)扇同軸，并由風(fēng)扇皮帶輪帶 動(dòng)旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)水泵葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水泵中的冷 卻水在離心力作用下被甩向葉輪邊 緣，同時(shí)產(chǎn)生一定的壓力，壓力升 高的冷卻水從殼體邊緣出水管流出； 在葉輪的中心處，由于壓力下降形 成真空，因此水泵的入水管設(shè)在此 處。 水泵的典型結(jié)構(gòu)（EQ6100-1型發(fā) 動(dòng)機(jī)）如右圖所示。 1-水泵外殼；2-葉輪； 3-夾布膠木密封墊圈； 6-水封皮碗；7-彈簧； 8-襯墊；9-泵蓋； 10-水封座圈；11-球軸承； 12-水泵軸；13-半圓鍵； 14-凸緣盤；15-軸承卡環(huán)； 16-隔離套

5、筒；17-滑脂嘴； 18-水封環(huán)；19-管接頭 圖7-10 EQ6100-1型發(fā)動(dòng) 機(jī)離心式水泵 散熱器 散熱器分縱流式和橫流式兩種，大多數(shù)轎車采用橫流式，其 主要組成部分分為上儲(chǔ)水室和下儲(chǔ)水室、散熱器芯。上儲(chǔ)水室頂 部有加水口，用散熱器蓋蓋住。 散熱器芯主要分兩種：管片式和管帶式。如圖示。 傳統(tǒng)的散熱器芯由黃銅制造，近年來(lái)更多的用鋁制造，有些散熱 器的進(jìn)出水室由復(fù)合塑料制造，大大減輕了重量。 散熱器蓋在強(qiáng)制循環(huán)水冷系中很重要，首先，它要將水冷系密 封住，以防冷卻水濺出；其次，散熱器蓋具有空氣-蒸汽閥的功用， 當(dāng)水冷系過(guò)熱而使水蒸氣多時(shí)，冷卻系統(tǒng)壓力過(guò)高，可能導(dǎo)致散 熱器芯漲破，此時(shí)散熱器蓋中

6、的蒸汽閥打開，多余的水蒸氣經(jīng)溢 流管流入補(bǔ)償水桶；當(dāng)水冷系過(guò)冷而使水蒸氣凝結(jié)，冷卻系統(tǒng)壓 力過(guò)低，可能導(dǎo)致散熱器芯壓癟而破裂，此時(shí)散熱器蓋中的空氣 閥打開，冷空氣補(bǔ)充入冷卻系統(tǒng)。因此，散熱器蓋還使密封加壓 的水冷系壓力穩(wěn)定。 加壓后的冷卻系統(tǒng)壓力可提高98196kPa，系統(tǒng)中水的沸點(diǎn)可 高達(dá)120c，從而擴(kuò)大了散熱器與周圍空氣的溫差，提高了散熱器 的換熱效率。（空氣蒸汽閥用于閉式冷卻系統(tǒng)） 節(jié)溫器 節(jié)溫器是控制冷卻水流動(dòng)路徑的閥門。其作用是根據(jù)冷卻水溫 的高低，打開或關(guān)閉冷卻水通向散熱器的通道，調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的 冷卻強(qiáng)度。 節(jié)溫器結(jié)構(gòu)與工作原理節(jié)溫器結(jié)構(gòu)與工作原理 節(jié)溫器分蠟式節(jié)溫器與折疊式節(jié)溫

7、 器兩種。 蠟式節(jié)溫器又分單閥型與雙閥型， 如右圖所示，是東風(fēng)EQ6100-1型發(fā)動(dòng) 機(jī)單閥型蠟式節(jié)溫器結(jié)構(gòu)示意圖。推桿 3的上端固定于支架1的中心處，下端插 入膠管5的中心孔中。膠管與節(jié)溫器外 殼7之間形成的腔體內(nèi)裝滿精致石蠟4。 常溫時(shí)，石蠟呈固態(tài)，彈簧8將主閥門2 推向上方，使之壓緊在閥座上，主閥門 關(guān)閉，副閥門6上移而開啟，來(lái)自發(fā)動(dòng) 機(jī)氣缸 蓋出水口的冷卻水，經(jīng)水泵又流回氣缸體水套中，進(jìn)行小循環(huán)冷 卻方式。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫低于76c時(shí)，節(jié)溫器主閥門 關(guān)閉，副閥門打開，冷卻水不流經(jīng)散熱 器，只是在水套與水泵之間循環(huán)，稱為 發(fā)動(dòng)機(jī)的小循環(huán)冷卻方式，可加快冷起 動(dòng)后暖機(jī)過(guò)程。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升高

8、時(shí)，石蠟逐漸變成液 態(tài)，其體積膨脹，迫使膠管壓縮，而對(duì) 推桿錐狀端頭產(chǎn)生向上舉力，但推桿上 端固定，因此其反作用力迫使膠管、節(jié) 溫器外殼向下移動(dòng)，主閥門逐漸開大， 副閥門逐漸關(guān)小。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高于76c 時(shí)，主閥門開啟，水溫超過(guò)86 c時(shí)，主 閥門完全打開，副閥門完全關(guān)閉。此時(shí) 來(lái)自氣缸蓋出水口的冷卻水沿出水管全 部進(jìn)入散熱器，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的大循環(huán)冷 卻方式。 折疊式節(jié)溫器的結(jié) 構(gòu)與工作原理示意圖 如圖所示。 （支架7固定不動(dòng)， 閥座4、外殼9固定不 動(dòng)，黃銅制成的折疊 式波紋筒內(nèi)裝有易揮 發(fā)的乙醚，主閥門5 與側(cè)閥門2可隨折疊 式波紋筒的伸縮而上 下移動(dòng)） 一般水冷系的冷卻水都是由機(jī)體流進(jìn)，從

9、氣缸 蓋流出。大多數(shù)節(jié)溫器布置在氣缸蓋出水管路中， 如前所述。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容 易排除水冷系中的氣泡。其缺點(diǎn)是節(jié)溫器在工作 時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。例如，在冬季起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)， 由于冷卻水溫度低，節(jié)溫器關(guān)閉。冷卻水在進(jìn)行 小循環(huán)時(shí)，溫度很快升高，節(jié)溫器開啟。與此同 時(shí)，散熱器內(nèi)的低溫冷卻水流入機(jī)體，使冷卻水 又冷了下來(lái)，節(jié)溫器重新關(guān)閉，等到冷卻水再度 升高，節(jié)溫器又再次打開，直到全部冷卻水的溫 度穩(wěn)定之后，節(jié)溫器才趨于穩(wěn)定不再反復(fù)開閉。 這種現(xiàn)象稱為節(jié)溫器的振蕩現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn) 象時(shí)，將增加汽車的燃油消耗量。 為避免節(jié)溫器工 作時(shí)的振蕩現(xiàn)象，可 以將節(jié)溫器布置在散 熱器的出水管路中。 這種布置方式可以減 輕或消除節(jié)溫器振蕩 想象，并能精確地控 制冷卻水溫度，但其 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高， 多用于高性能的轎車 發(fā)動(dòng)機(jī)，如下圖所示。 暖風(fēng)機(jī)暖風(fēng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 水泵水泵 節(jié)溫器節(jié)溫器 節(jié)溫器損壞（如節(jié)溫器殼體破損）時(shí)會(huì)導(dǎo)致乙醚 或石蠟漏失，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)因過(guò)熱而開鍋。此外，發(fā) 動(dòng)機(jī)過(guò)熱的原因也可能是驅(qū)動(dòng)水泵葉輪旋轉(zhuǎn)的冷 卻風(fēng)扇皮帶出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，造成水泵