發(fā)動機冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)講座20100601課件

1、1發(fā)動機冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)講座發(fā)動機冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)講座（水冷）（水冷） 2010年6月1日2一、冷卻系的作用一、冷卻系的作用 保持發(fā)動機在最適宜的溫度（80100？ ）范圍內(nèi)工作。 發(fā)動機工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達(dá)2200K2800K(19272527)？，大約1/3做功轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，其余大部分隨 廢氣排出，其余則被發(fā)動機零件吸收，使發(fā)動機零部件溫度升高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件，若不及時冷卻，則難以保證發(fā)動機正常工作。水冷式發(fā)動機正常工作溫度？冷卻水：8090氣缸壁：200300氣缸蓋、活塞頂部： 300400潤滑油：70903冷卻程度冷卻程度后后 果果過冷過冷 熱量散失過多，

2、增加燃油消耗，冷熱量散失過多，增加燃油消耗，冷凝在氣缸壁上的燃油流到曲軸箱中稀凝在氣缸壁上的燃油流到曲軸箱中稀釋潤滑油，磨損加劇。釋潤滑油，磨損加劇。不足不足 發(fā)動機過熱，充氣量減少燃燒不正發(fā)動機過熱，充氣量減少燃燒不正常，發(fā)動功率下降潤滑不良，加劇磨常，發(fā)動功率下降潤滑不良，加劇磨損損。 不正常冷卻對發(fā)動機的影響不正常冷卻對發(fā)動機的影響4二、冷卻系的分類二、冷卻系的分類水冷水冷風(fēng)冷風(fēng)冷水冷式以水為冷卻介質(zhì)，熱量先由機件傳給水，靠水的流動把熱量帶走而后散入大氣中。風(fēng)冷式高溫零件的熱量直接散入大氣。5目前汽車發(fā)動機上采用強制循環(huán)式水冷卻系，如圖所示。 1.組成：風(fēng)扇(有的裝風(fēng)扇離合器)、水泵、水

3、套(在氣缸蓋或氣缸體上制出的夾層空間)、散熱器、百葉窗、節(jié)溫器、水管、水溫表和傳感器等。 上貯水箱散熱器蓋風(fēng)扇節(jié)溫器水溫表水套水套分水管水泵放水開關(guān)下貯水箱百葉窗散熱器三、冷卻系組成三、冷卻系組成6水冷系的工作演示水冷系的工作演示73.水冷卻系的大、小循環(huán) (1)水冷卻系的大循環(huán)：冷卻水經(jīng)水泵水套節(jié)溫器散熱器，又經(jīng)水泵壓入水套的循環(huán)，其水流路線長，散熱強度大，稱水冷卻系的大循環(huán)。(2)水冷卻系的小循環(huán)：冷卻水經(jīng)水泵水套節(jié)溫器后不經(jīng)散熱器，而直接由水泵壓入水套的循環(huán)，其水流路線短，散熱強度小，稱水冷卻系的小循環(huán)。 四、大小循環(huán)四、大小循環(huán)8910大循環(huán)路線大循環(huán)路線11小循環(huán)路線小循環(huán)路線121

4、. 冷卻強度的調(diào)整方法：一是改變流經(jīng)散熱器的空氣流量和流速；二是改變冷卻液的流量和循環(huán)路線。 五、冷卻強度調(diào)節(jié)五、冷卻強度調(diào)節(jié)2. 冷卻強度的調(diào)整部件：一冷卻風(fēng)扇、百葉窗；二節(jié)溫器、節(jié)流閥、電子水泵。 13（1）散熱器上注水箱注水口的蓋子（2）作用：封閉加水口，防止冷卻夜濺出；排出冷卻系內(nèi)水蒸氣（蒸氣排出管）降壓；平衡冷卻系內(nèi)壓力，增壓（3）類型：開式水冷系： 蒸氣排出管大氣相通（易冷卻液溢失和蒸氣逸出）閉式水冷系：水箱蓋上有自動閥門發(fā)動機熱態(tài)工作正常時，閥門關(guān)閉，將冷卻系與大氣隔開。防止水蒸汽逸出，使冷卻系內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力，從而可增高冷卻水的沸點。當(dāng)冷卻系內(nèi)壓力低或高時，閥門開啟，冷卻

5、系與大氣相通空氣閥蒸氣閥六、水箱蓋（散熱器蓋）六、水箱蓋（散熱器蓋）14當(dāng)散器中壓力升高到一定數(shù)值（一般0.1260.137MPA，在此壓力下冷卻系內(nèi)水的沸點可達(dá)108）蒸汽閥便開啟而使水蒸汽順管排出。（目前轎車的散熱器蓋的蒸汽閥開啟壓力設(shè)計得更高，比如桑塔納，可達(dá)到0.2MPa，水沸點為120。）當(dāng)水的溫度下降，冷卻系中產(chǎn)生的真空度達(dá)一定數(shù)值（一般為0.0990.087MPA），空氣閥即行開啟，空氣即從管進(jìn)入冷卻系，以防止水管及貯水室被大氣壓癟。（4）水箱蓋的工作 ：15 膨脹水箱多用半透明材料(如塑料)制成。透過箱體可直接方便地觀察到液面高度，無需打開散熱器蓋。膨脹水箱的上部用一個較細(xì)的軟

6、管與水箱的加水管相連，底部通過水管與水泵的進(jìn)水側(cè)相連接，通常位置略高于散熱器。 作用(1)把冷卻系變成永久性封閉系統(tǒng)，減少了冷卻液的損失；(2)避免空氣不斷進(jìn)入，避免了機件的氧化腐蝕；(3)減少了穴蝕；(4)使冷卻系中水、汽分離，保持系統(tǒng)內(nèi)壓力穩(wěn)定，提高了水泵的泵水量。七、膨脹水箱（補償水桶）七、膨脹水箱（補償水桶）16膨脹水箱膨脹水箱示意圖 1-散熱器；2-水泵進(jìn)水管；3-水泵；4-節(jié)溫器；5-水套出氣管；6-水套出水管；7-膨脹水箱；8-散熱器出氣管；9-補充水管；10-旁通管 原理：一般冷卻系冷卻液的流動是靠水泵的壓力來實現(xiàn)的。水泵吸水的一側(cè)壓力低，易產(chǎn)生蒸汽泡，使水泵的出水量顯著下降，

7、并引起水泵葉輪和水套的穴蝕，在其表面產(chǎn)生麻點或凹坑，縮短了葉輪和水套的使用壽命。由于膨脹水箱和水泵進(jìn)水口之間存在補充水管，使水泵減少了汽泡的產(chǎn)生。散熱器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通過導(dǎo)管和進(jìn)入膨脹水箱，從而使氣水徹底分離。由于膨脹水箱溫度較低，進(jìn)入的氣體得到冷凝，一部分變成液體，重新進(jìn)入水泵。而積存在膨脹水箱液面上的氣體起緩沖作用，使冷卻系內(nèi)壓力保持穩(wěn)定狀態(tài)。172）貯液罐（蒸氣排出管與貯液罐相連，又稱為一管式膨脹水箱）有的冷卻系不用膨脹水箱而使用儲液罐。即用一根管子把散熱器和儲液罐的底部或上部(管口插入液面以下)連通。但這種裝置只能解決氣水分離及冷卻液消耗問題，而對穴蝕沒有明顯的改善。當(dāng)冷卻

8、液溫度升高時，散熱器中液體膨脹、汽化，使散熱器蓋蒸汽閥開啟，散熱器中的蒸汽或液體沿導(dǎo)管流入儲液罐。當(dāng)冷卻水溫度降低時，散熱器內(nèi)壓力下降，液體沿原路徑流向散熱器。 18（1）結(jié)構(gòu)： 散熱器由上水室、下水室、散熱器芯等組成。散熱器上水室頂部有加水口，冷卻水由此注入整個冷卻系并用散熱器蓋蓋住。在上水室和下水室分別裝有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管分別用橡膠軟管和氣缸蓋的出水管和水泵的進(jìn)水管相連，這樣，既便于安裝，而且當(dāng)發(fā)動機和散熱器之間產(chǎn)生少量位移時不會漏水。在散熱器下面一般裝有減震墊，防止散熱器受振動損壞。在散熱器下水室的出水管上還有放水開關(guān)，必要時可將散熱器內(nèi)的冷卻水放掉。 橫流式散熱器 1-上

9、水室；2-進(jìn)水管；3-散熱器芯；4-散熱器蓋；5-下水室；6-出水管 縱流式散熱器 八、散熱器（水箱）八、散熱器（水箱）19（2）作用： 將水套出來的熱水自上而下或橫向的分成許多小股并將其熱量散給周圍的空氣。增大散熱面積，加速水的冷卻。冷卻水經(jīng)過散熱器后，其溫度可降低1015，為了將散熱器傳出的熱量盡快帶走，在散熱器后面裝有風(fēng)扇與散熱器配合工作。 （3）散熱器芯：散熱器芯由許多冷卻管和散熱片組成，對于散熱器芯應(yīng)該有盡可能大的散熱面積，采用散熱片是為了增加散熱器芯的散熱面積。散熱器芯的構(gòu)造形式有多樣，常用的有管片式和管帶式兩種 A管片式散熱器芯冷卻管的斷面大多為扁圓形，它連通上、下水室，是冷卻水

10、的通道。和圓形斷面的冷卻管相比，不但散熱面積大，而且萬一管內(nèi)的冷卻水結(jié)冰膨脹，扁管可以借其橫斷面變形而避免破裂。采用散熱片不但可以增加散熱面積，還可增大散熱器的剛度和強度。這種散熱器芯強度和剛度都好，耐高壓，但制造工藝較復(fù)雜，成本高。 20B管帶式散熱器芯采用冷卻管和散熱帶沿縱向間隔排列的方式，散熱帶上的小孔是為了破壞空氣流在散熱帶上形成的附面層，使散熱能力提高。這種散熱器芯散熱能力強，制造工藝簡單，成本低，但結(jié)構(gòu)剛度不如管片式大，一般多為轎車發(fā)動機采用，近年來在一些中型車輛上也開始采用。 散熱器的材料：黃銅，鋁211.作用：對冷卻水加壓，使之在冷卻系中循環(huán)流動。 由于離心式水泵具有尺寸小，出

11、水量大，結(jié)構(gòu)簡單，損壞后不妨礙水在冷卻系中自然循環(huán)的特點，故為強制循環(huán)式冷卻系普遍采用。常見的水泵在機體外安裝與風(fēng)扇同軸驅(qū)動，也有裝在機體內(nèi)(內(nèi)藏式)單獨驅(qū)動的。 2.離心式水泵的工作原理 (1)壓水：如圖所示。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，水泵中的水被葉輪帶動一起旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，水被甩向葉輪邊緣，在蝸形殼體內(nèi)將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?，?jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管被壓送到發(fā)動機水套內(nèi)。 (2)吸水：與壓水同時，葉輪中心處壓力降低，散熱器中的水便經(jīng)進(jìn)水管3被吸進(jìn)葉輪中心部分。 九、水泵九、水泵22233.結(jié)構(gòu) 24水泵251).作用：提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以增強散熱器的散熱能力并冷卻發(fā)動機附件。

12、2).安裝位置：風(fēng)扇多為軸流式，裝在發(fā)動機與散熱器之間，與水泵同軸驅(qū)動。風(fēng)扇用螺釘安裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤上。 3).風(fēng)扇扇風(fēng)量的相關(guān)因素：風(fēng)扇的扇風(fēng)量主要與風(fēng)扇的直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)目有關(guān)。 十、冷卻風(fēng)扇十、冷卻風(fēng)扇264).結(jié)構(gòu)型式： 風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)型式如圖所示。(1)目前汽車水冷發(fā)動機上常用螺旋槳式風(fēng)扇。(2)風(fēng)扇葉片材料有鋼板、塑料和鋁合金。為了減輕振動噪聲，葉片間夾角不等。(3)葉片數(shù)：46片。(4)葉片與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間有一偏扭角，偏扭角可為定值（30-50），也可制成變偏扭角。因風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時葉和葉尖的氣流速度外大內(nèi)小，為了提高風(fēng)扇的效率，葉片從葉根到葉尖偏扭

13、角逐漸減小。a)葉尖前彎的風(fēng)扇；b)尖窄根寬的風(fēng)扇；c)尼龍壓鑄整體風(fēng)扇 1-葉片；2-連接板 27電動風(fēng)扇 轎車發(fā)動機電動風(fēng)扇 由風(fēng)扇電動機驅(qū)動并由蓄電池供電，與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關(guān)。轉(zhuǎn)速由溫控?zé)崦綦娮栝_關(guān)控制 冷卻液溫度92-97度，風(fēng)扇電動機1檔，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速2300r/min 冷卻液溫度99-105度， 風(fēng)扇電動機2檔，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速2800r/min 冷卻液溫度84-91度， 切斷電源，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，布置方便，不消耗發(fā)動機功率，燃油經(jīng)濟(jì)性得到改善。無風(fēng)扇傳動帶，減少維修保養(yǎng)工作量。28電動風(fēng)扇：電機獨立驅(qū)動 由散熱器上的溫度控制熱敏開關(guān)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與發(fā)動機工作溫度以及空調(diào)是否工作對應(yīng)發(fā)

14、動機負(fù)荷減小，溫度下降或空調(diào)關(guān)閉時，風(fēng)扇電機會自動關(guān)閉停止工作當(dāng)發(fā)動機工作溫度達(dá)到378k（105C）以上時，風(fēng)扇電機會自動變?yōu)楦咿D(zhuǎn)速檔29風(fēng)扇溫控開關(guān) 如圖所示為上海桑塔納轎車的雙溫蠟質(zhì)熱敏溫控開關(guān)。它由蠟質(zhì)感溫驅(qū)動元件即兩檔觸點動作機構(gòu)組成，利用石蠟受熱由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時體積突然變大來移動推桿，控制觸點的關(guān)閉，它裝在散熱器的水箱上。雙溫蠟質(zhì)熱敏溫控開關(guān) 1-接線桿座 2-觸點1拉簧 3-觸點2拉簧 4-觸點1 5-觸點2 6-拉簧架 7-推桿 8-橡膠密封膜 9-石蠟 10-外殼 11-調(diào)整坑 30水溫開關(guān)和電動風(fēng)扇31硅油風(fēng)扇離合器 汽車在行駛過程中，由于環(huán)境條件和運行工況的變化，發(fā)動機的

15、熱狀況也在改變，因此必須隨時調(diào)整發(fā)動機的冷卻強度 風(fēng)扇是發(fā)動機功率的消耗者，最大時約為發(fā)動機功率的10%。為了降低風(fēng)扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發(fā)動機過冷，降低污染，節(jié)約燃料，多采用風(fēng)扇離合器。323334硅油風(fēng)扇離合器35 前蓋、殼體和從動板用螺釘組成一體，通過軸承裝在主動軸上。風(fēng)扇裝在殼體上。從動板與前蓋之間的空腔為貯油腔，其內(nèi)裝有硅油(油面低于軸中心線加入的總硅油量為17ml )， 從動板與殼體之間的空腔為工作腔。36 工作原理工作原理 當(dāng)發(fā)動機冷起動或小負(fù)荷下工作時，冷卻水及通過散熱器的氣流溫度不高，進(jìn)油孔被閥片關(guān)閉，工作腔內(nèi)無硅油，離合器處于分離狀態(tài)。主動軸轉(zhuǎn)動時，僅僅由于密封毛

16、氈圈和軸承的摩擦，使風(fēng)扇隨同殼體在主動軸上空轉(zhuǎn)打滑，轉(zhuǎn)速極低。 37 (1)當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷增加時，冷卻水及通過散熱器的氣流溫度隨之升高，感溫器受熱變形而帶動閥片軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)流經(jīng)感溫器的氣流溫度超過338K(65)時，38進(jìn)油孔被完全打開，于是硅油從貯油腔進(jìn)入工作腔。主動板即利用硅油的粘性帶動殼體和風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。風(fēng)扇離合器處于接合狀態(tài)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速迅速提高。39 為了不使工作腔中硅油溫度過高而粘度下降，需使硅油在殼體內(nèi)不斷循環(huán)循環(huán)。由于主動板轉(zhuǎn)速高于從動板，因此受離心力作用從主動板甩向工作腔外緣的油壓力高，油液從工作腔經(jīng)回油孔流向貯油腔，40而貯油腔又經(jīng)進(jìn)油孔及時向工作腔補充油液。為使硅油從工作腔流回貯油腔

17、的速度加快，縮短風(fēng)扇脫開時間，在從動板的回油孔旁，有一個刮油突起部伸入工作腔縫隙內(nèi)，使回油一側(cè)壓力升高，回油加快。41 (3) 當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷減小，流經(jīng)感溫器的氣流溫度低于308K(35)時，感溫器恢復(fù)原狀閥片將進(jìn)油孔關(guān)閉，工作腔中的硅油繼續(xù)從回油孔流回貯油腔，直至甩空為止。風(fēng)扇離合器又回到分離狀態(tài)。421.作用 控制冷卻液流動路徑的閥門。它根據(jù)冷卻液溫度的高低，打開或關(guān)閉冷卻液通向散熱器的通道。 十一、節(jié)溫器十一、節(jié)溫器4344451-主閥門；2-蓋和密封墊；3-上支架；4-膠管；5-閥座；6-通氣孔；7-下支架；8-石蠟，9-感應(yīng)體；10-旁通閥；11-中心桿；12-彈簧 2. 蠟式節(jié)溫器的

18、結(jié)構(gòu)蠟式節(jié)溫器由上支架、下支架、主閥門、旁通閥、感應(yīng)體、中心桿、橡膠管和彈簧等組成蠟式節(jié)溫器如圖所示。節(jié)溫器的上支架和下支架與閥座鉚成一體。中心桿上端固定在上支架的中心，其下部插入橡膠管的中心孔內(nèi)，中心桿下端呈錐形。橡膠管與感應(yīng)體外殼之間的空腔里裝有石蠟。為了提高導(dǎo)熱性，石蠟中常摻有銅粉和鋁粉。感應(yīng)體外殼上下部有聯(lián)動的主閥門和旁通閥門。主閥門上有通氣孔，它的作用是在加水時使水套內(nèi)的空氣經(jīng)小孔排出，保證能加滿水。為了防止通氣孔阻塞，有的加裝一個擺錘。 46473.蠟式節(jié)溫器的工作原理(1)當(dāng)水溫低于349K(76)時，主閥門完全關(guān)閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來的水經(jīng)旁通管直接進(jìn)入水泵，故稱小循

19、環(huán)。由于水只是在水泵和水套之間流動，不經(jīng)過散熱器，且流量小，所以冷卻強度弱。 48(2)當(dāng)冷卻水溫度在349K359K(7686)之間時，大小循環(huán)同時進(jìn)行(如圖所示)。當(dāng)發(fā)動機水溫達(dá)349K(76)左右時，石蠟逐漸變成液態(tài)，體積隨之增大，迫使橡膠管收縮，從而對中心桿下部錐面產(chǎn)生向上的推力。由于桿的上端固定，故中心桿對橡膠管及感應(yīng)體產(chǎn)生向下的反推力，克服彈簧張力使主閥門逐漸打開，旁通閥開度逐漸減小。 (3)當(dāng)發(fā)動機內(nèi)水溫升高到359K(86)，主閥門完全開啟，旁通閥完全關(guān)閉，冷卻水全部流經(jīng)散熱器，稱為大循環(huán)。由于此時冷卻水流動路線長，流量大，冷卻強度強。 49節(jié)溫器的布置 氣缸蓋出水管路中：氣缸

20、蓋出水管路中：結(jié)構(gòu)簡單，易于排除水冷系中的氣泡，缺點是節(jié)溫器會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象,增加燃油消耗。 散熱器出水管路中：散熱器出水管路中：減輕或消除節(jié)溫器振蕩現(xiàn)象，并能精確的控制冷卻液溫度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，多用于高性能的汽車及在冬天經(jīng)常高速行駛的汽車上。50電子節(jié)溫器目前電子節(jié)溫器主體結(jié)構(gòu)仍然沿用了傳統(tǒng)的蠟式節(jié)溫器設(shè)計，只是增加了電加熱作為附加的控制手段。相比傳統(tǒng)節(jié)溫器，電子節(jié)溫器使用的石蠟熔點更高，可達(dá)105（此時發(fā)動機水溫為110左右），如果需要在發(fā)動機水溫較低時實現(xiàn)大循環(huán)或者水溫超出某一限值（如115），電加熱元件開始通電工作熔化石蠟，從而打開節(jié)溫器或者使節(jié)溫器達(dá)到最大開度 511.作用：在冷卻水溫度較低時改變吹過散熱器的空氣流量，從而控制冷卻強度。 在嚴(yán)寒的冬季，水溫過低時，由