第八章發(fā)動機冷卻系

1、第八章第八章 發(fā)動機冷卻系發(fā)動機冷卻系8.1 概述概述一、功用一、功用 維持發(fā)動機在各種工況下均在維持發(fā)動機在各種工況下均在最適宜的溫度最適宜的溫度內(nèi)工作，既要防止發(fā)動機過熱，也要防止冬季發(fā)內(nèi)工作，既要防止發(fā)動機過熱，也要防止冬季發(fā)動機過冷，以使發(fā)動機工作可靠，并得到良好的動機過冷，以使發(fā)動機工作可靠，并得到良好的動力性和經(jīng)濟性。動力性和經(jīng)濟性。 發(fā)動機工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣發(fā)動機工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達體溫度高達2200K2800K(19272527)，大，大約約1/3做功轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，其余大部分隨做功轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，其余大部分隨 廢氣排廢氣排出，剩余則被發(fā)動機零件

2、吸收，使發(fā)動機零部件出，剩余則被發(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。溫度升高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件。 水冷式發(fā)動機保持正常工作：水冷式發(fā)動機保持正常工作：冷卻水的溫度：冷卻水的溫度：353K363K(8090)氣缸壁溫度：氣缸壁溫度：473K573K(200300)；氣缸蓋、活塞頂部的溫度：氣缸蓋、活塞頂部的溫度：573K673K(300400)；潤滑油的溫度：潤滑油的溫度：343K363K(7090)，風冷式發(fā)動機風冷式發(fā)動機:鋁氣缸壁的溫度鋁氣缸壁的溫度:423K453K(150180)鋁氣缸蓋的溫度鋁氣缸蓋的溫度: 433K473K(1602

3、00)1. 發(fā)動機過熱的危害發(fā)動機過熱的危害 （1）降低充氣效率，使發(fā)動機功率下降；）降低充氣效率，使發(fā)動機功率下降； （2）早燃和爆燃的傾向加大，使零件因）早燃和爆燃的傾向加大，使零件因承受額外沖擊性負荷而造成早期損壞；承受額外沖擊性負荷而造成早期損壞； （3）運動件的正常間隙被破壞，運動阻）運動件的正常間隙被破壞，運動阻滯，磨損加劇，甚至損壞；滯，磨損加劇，甚至損壞； （4）潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦）潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦磨損；磨損； （5）零件的機械性能降低，導致變形或）零件的機械性能降低，導致變形或損壞。損壞。 發(fā)動機過冷的危害發(fā)動機過冷的危害 （1）進入氣缸的混合氣）進

4、入氣缸的混合氣(或空氣或空氣)溫度太低，溫度太低，可燃混合氣品質(zhì)差，使點火困難或燃燒遲緩，可燃混合氣品質(zhì)差，使點火困難或燃燒遲緩，導致發(fā)動機功率下降，燃料消耗量增加。導致發(fā)動機功率下降，燃料消耗量增加。 （2）燃燒生成物中的水蒸汽易凝結(jié)成水）燃燒生成物中的水蒸汽易凝結(jié)成水而與酸性氣體形成酸類，加重了對機體和零而與酸性氣體形成酸類，加重了對機體和零件的侵蝕作用；件的侵蝕作用； （3）未汽化的燃料沖刷和稀釋零件表面）未汽化的燃料沖刷和稀釋零件表面(氣缸壁、活塞、活塞環(huán)等氣缸壁、活塞、活塞環(huán)等)上的油膜，使零件上的油膜，使零件磨損加劇。磨損加劇。 （4）潤滑油黏度增大，流動性差，造成）潤滑油黏度增大

5、，流動性差，造成潤滑不良，加劇機件磨損，增大功率消耗。潤滑不良，加劇機件磨損，增大功率消耗。 二、分類二、分類三、組成三、組成 汽車發(fā)動機的冷卻系汽車發(fā)動機的冷卻系為強制循環(huán)水冷系，即利為強制循環(huán)水冷系，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發(fā)動機中用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發(fā)動機中循環(huán)流動。循環(huán)流動。水泵水泵：對冷卻液體加壓：對冷卻液體加壓散熱器散熱器：熱量交換場所：熱量交換場所冷卻風扇冷卻風扇：強力抽吸，使空氣從前向后高速流：強力抽吸，使空氣從前向后高速流過散熱器過散熱器冷卻強度調(diào)節(jié)裝置冷卻強度調(diào)節(jié)裝置：如百葉窗、節(jié)溫器和風扇：如百葉窗、節(jié)溫器和風扇離合器離合器補償水桶、發(fā)動機

6、機體和氣缸蓋中的水套補償水桶、發(fā)動機機體和氣缸蓋中的水套暖風機暖風機：第二個散熱器，充分利用能源。：第二個散熱器，充分利用能源。桑塔納發(fā)動機冷卻系示意圖桑塔納發(fā)動機冷卻系示意圖四、冷卻水路四、冷卻水路節(jié)溫器節(jié)溫器水套水套8.2 水冷系統(tǒng)主要零部件的水冷系統(tǒng)主要零部件的 構造和工作原理構造和工作原理一、散熱器一、散熱器1. 分類：分類：縱流式縱流式橫流式1-上水室；2-進水管； 3-散熱器芯；4-散熱器蓋；5-下水室；6-出水管 2. 組成：組成：進水室、進水室、出水室、出水室、散熱器芯等散熱器芯等冷卻液在散熱冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動，器芯內(nèi)流動，空氣在散熱器空氣在散熱器芯外流動芯外流動3.散熱器

7、芯散熱器芯 由許多冷卻管和散熱片組成，對于散熱器芯應該由許多冷卻管和散熱片組成，對于散熱器芯應該有盡可能大的散熱面積。有盡可能大的散熱面積。（1 1）管片式）管片式冷卻管的斷面大多為扁圓形，冷卻管的斷面大多為扁圓形，它連通上、下水室，是冷卻水它連通上、下水室，是冷卻水的通道。和圓形斷面的冷卻管的通道。和圓形斷面的冷卻管相比，不但散熱面積大，而且相比，不但散熱面積大，而且萬一管內(nèi)的冷卻水結(jié)冰膨脹，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免破裂。采用散熱片不但可以增加散熱面積，還可增大散熱增加散熱面積，還可增大散熱器的剛度和強度。這種

8、散熱器器的剛度和強度。這種散熱器芯強度和剛度都好，耐高壓，芯強度和剛度都好，耐高壓，但制造工藝較復雜，成本高。但制造工藝較復雜，成本高。 （2）管帶式）管帶式采用冷卻管和散熱帶沿縱向間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，使散熱能力上形成的附面層，使散熱能力提高。這種散熱器芯散熱能力提高。這種散熱器芯散熱能力強，制造工藝簡單，成本低，強，制造工藝簡單，成本低，但結(jié)構剛度不如管片式大，一但結(jié)構剛度不如管片式大，一般多為轎車發(fā)動機采用，近年般多為轎車發(fā)動機采用，近年來在一些中型車輛上也開始采

9、來在一些中型車輛上也開始采用。用。 （3）板式）板式組成：由金屬薄板焊合組成：由金屬薄板焊合優(yōu)點：散熱效果好，制造簡單，質(zhì)量輕，成本低。優(yōu)點：散熱效果好，制造簡單，質(zhì)量輕，成本低。缺點：剛度差。缺點：剛度差。二、散熱器蓋二、散熱器蓋 汽車發(fā)動機強制循環(huán)水冷系，用散熱器蓋汽車發(fā)動機強制循環(huán)水冷系，用散熱器蓋嚴密地蓋在散熱器加冷卻液口上，使水冷系成為嚴密地蓋在散熱器加冷卻液口上，使水冷系成為封閉系統(tǒng)，通常稱這種水冷系為閉式水冷系。封閉系統(tǒng)，通常稱這種水冷系為閉式水冷系。作用作用：密封水冷系并調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力。：密封水冷系并調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力。工作原理工作原理：冷卻液：冷卻液 散熱器散熱器 壓力閥

10、壓力閥補償水桶補償水桶 冷卻液冷卻液補償水桶補償水桶真空閥散熱器真空閥散熱器 有壓力閥和真空閥的散熱器蓋，緊蓋在加水有壓力閥和真空閥的散熱器蓋，緊蓋在加水口上。由于在一般情況下，兩閥均在彈簧力作用口上。由于在一般情況下，兩閥均在彈簧力作用下處于關閉狀態(tài)，故上貯水室與通大氣的蒸汽排下處于關閉狀態(tài)，故上貯水室與通大氣的蒸汽排出管隔開。出管隔開。 當散器中壓力升高到一定數(shù)值（一般當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，在此壓力下冷卻系內(nèi)水的沸點可達點可達108）壓力閥便開啟而使水蒸汽順管排）壓力閥便開啟而使水蒸汽順管排出。（目前轎車的散熱器蓋的壓力閥開啟

11、壓力設出。（目前轎車的散熱器蓋的壓力閥開啟壓力設計得更高，比如桑塔納，可達到計得更高，比如桑塔納，可達到0.2MPa，水沸，水沸點為點為120 。）。） 當水的溫度下降，冷卻系中產(chǎn)生的真空度當水的溫度下降，冷卻系中產(chǎn)生的真空度達一定數(shù)值（一般為達一定數(shù)值（一般為0.0990.087MPa），真空），真空閥即行開啟，空氣即從管進入冷卻系，以防止水閥即行開啟，空氣即從管進入冷卻系，以防止水管及貯水室被大氣壓癟。管及貯水室被大氣壓癟。壓力閥開啟壓力閥開啟壓力閥壓力閥真空閥開啟真空閥開啟真空閥真空閥三、補償水桶三、補償水桶 工作時冷卻液的溫度逐漸升高工作時冷卻液的溫度逐漸升高,容積膨容積膨脹脹, 壓力

12、增高。當壓力超過預定值時，壓力壓力增高。當壓力超過預定值時，壓力閥開啟，一部分冷卻液經(jīng)溢流管流入補償閥開啟，一部分冷卻液經(jīng)溢流管流入補償水桶，以防止冷卻液脹裂散熱器。當發(fā)動水桶，以防止冷卻液脹裂散熱器。當發(fā)動機停機機停機,冷卻液的溫度下降，壓力降低。當冷卻液的溫度下降，壓力降低。當壓力降到大氣壓力以下出現(xiàn)真空時，真空壓力降到大氣壓力以下出現(xiàn)真空時，真空閥開啟，補償水桶內(nèi)的冷卻液部分地流回閥開啟，補償水桶內(nèi)的冷卻液部分地流回散熱器，可以避免散熱器被大氣壓力壓壞。散熱器，可以避免散熱器被大氣壓力壓壞。四、散熱器百葉窗四、散熱器百葉窗 1. 作用作用：在冷卻水溫度較低時改變吹過：在冷卻水溫度較低時改

13、變吹過散熱器的空氣流量，從而控制冷卻強度。散熱器的空氣流量，從而控制冷卻強度。 2. 操作操作：百葉窗安裝在散熱器前面，它：百葉窗安裝在散熱器前面，它是由許多片活動擋板組成的。擋板垂直或水是由許多片活動擋板組成的。擋板垂直或水平安裝，由駕駛員通過裝在駕駛室內(nèi)的手柄平安裝，由駕駛員通過裝在駕駛室內(nèi)的手柄操縱調(diào)節(jié)擋板的開度，也可用感溫器自動控操縱調(diào)節(jié)擋板的開度，也可用感溫器自動控制。制。五、五、 冷卻風扇冷卻風扇1. 風扇的功用及結(jié)構風扇的功用及結(jié)構位置位置：風扇裝在發(fā)動機與散熱器之間，與水泵同軸驅(qū)風扇裝在發(fā)動機與散熱器之間，與水泵同軸驅(qū)動。風扇用螺釘安裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤動。風扇用螺釘

14、安裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤上。上。 功用功用：提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以增強散提高流經(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。熱器的散熱能力并冷卻發(fā)動機附件。 當風扇旋轉(zhuǎn)時吸進空氣，使其通過散熱器，以增當風扇旋轉(zhuǎn)時吸進空氣，使其通過散熱器，以增強散熱器的散熱能力，加速冷卻液的冷卻。強散熱器的散熱能力，加速冷卻液的冷卻。結(jié)構型式：結(jié)構型式： 多采用低壓頭、大風量、高效率的軸流式風扇，多采用低壓頭、大風量、高效率的軸流式風扇，即風扇旋轉(zhuǎn)時，空氣沿著風扇旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向流動。即風扇旋轉(zhuǎn)時，空氣沿著風扇旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向流動。在風扇外圍裝設導風罩在風扇外圍裝設導風罩

15、3，使風扇，使風扇4吸進的空氣全部通吸進的空氣全部通過散熱器過散熱器1，以提高風扇效率。，以提高風扇效率。 風扇的扇風量主要與風扇直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、風扇的扇風量主要與風扇直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)有關。葉片的斷面形狀有圓弧形葉片安裝角及葉片數(shù)有關。葉片的斷面形狀有圓弧形和翼形兩種。和翼形兩種。 具體結(jié)構：具體結(jié)構：(1)目前汽車水冷發(fā)動機上常用螺旋槳式風扇。目前汽車水冷發(fā)動機上常用螺旋槳式風扇。(2)風扇葉片材料有鋼板、塑料和鋁合金。為了風扇葉片材料有鋼板、塑料和鋁合金。為了減輕振動噪聲，葉片間夾角不等。減輕振動噪聲，葉片間夾角不等。(3)葉片數(shù)：葉片數(shù)：46片。片。(4)葉

16、片與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間有一偏扭角，偏扭葉片與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間有一偏扭角，偏扭角可為定值（角可為定值（30 50），也可制成變偏扭），也可制成變偏扭角。因風扇旋轉(zhuǎn)時葉和葉尖的氣流速度外大內(nèi)角。因風扇旋轉(zhuǎn)時葉和葉尖的氣流速度外大內(nèi)小，為了提高風扇的效率，葉片從葉根到葉尖小，為了提高風扇的效率，葉片從葉根到葉尖偏扭角逐漸減小。偏扭角逐漸減小。a)葉尖前彎的風扇；葉尖前彎的風扇；b)尖窄根寬的風扇；尖窄根寬的風扇；c)尼龍壓鑄整體風扇尼龍壓鑄整體風扇 1-葉片；葉片；2-連接板連接板 (2)措施：將發(fā)電機支架措施：將發(fā)電機支架做成可移動式的，以便做成可移動式的，以便調(diào)節(jié)皮帶的松緊度。調(diào)節(jié)皮帶的松緊度。

17、(1)(1)調(diào)整目的：調(diào)整目的：若皮帶過松，皮帶將在皮帶若皮帶過松，皮帶將在皮帶輪上打滑，風扇和水泵的轉(zhuǎn)輪上打滑，風扇和水泵的轉(zhuǎn)速下降，扇風量和泵水量減速下降，扇風量和泵水量減小，使發(fā)動機過熱；若皮帶小，使發(fā)動機過熱；若皮帶過緊，將增加軸承和皮帶的過緊，將增加軸承和皮帶的磨損。磨損。 風扇皮帶的調(diào)整裝置風扇皮帶的調(diào)整裝置風扇常和發(fā)電機一起由曲軸風扇常和發(fā)電機一起由曲軸通過三角皮帶帶動。通過三角皮帶帶動。皮帶皮帶發(fā)電機發(fā)電機風扇風扇2. 硅油風扇離合器硅油風扇離合器作用作用：水冷系只有：水冷系只有25%的時間的時間 需要風扇工作，需要風扇工作，在冬季需要風扇工作的時間就更短。因此應根在冬季需要風

18、扇工作的時間就更短。因此應根據(jù)發(fā)動機的熱狀況隨時對其冷卻強度加以調(diào)節(jié)。據(jù)發(fā)動機的熱狀況隨時對其冷卻強度加以調(diào)節(jié)。在風扇帶輪與冷卻風扇之間裝置硅油風扇離合在風扇帶輪與冷卻風扇之間裝置硅油風扇離合器，就可實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)。器，就可實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)。結(jié)構結(jié)構：閥片傳動銷感溫器前蓋：閥片傳動銷感溫器前蓋 貯油腔貯油腔 從從動板動板工作腔工作腔 殼體殼體圖5-14 硅油風扇離合器 1-螺釘；2-前蓋；3-密封毛氈圈；4-雙金屬感溫器；5-閥片軸；6-閥片；7-主動板；8-從動板；9-殼體；10-軸承；11-主動軸；12-銷止板；13-螺栓；14-內(nèi)六角螺釘；15-風扇；A-進油孔；B-回油孔；C-漏油孔 3.

19、電動風扇電動風扇很多轎車發(fā)動很多轎車發(fā)動機的水冷系采機的水冷系采用電動風扇，用電動風扇，尤其橫置發(fā)動尤其橫置發(fā)動機前輪驅(qū)動的機前輪驅(qū)動的汽車更如此。汽車更如此。電動風扇由風電動風扇由風扇電動機驅(qū)動扇電動機驅(qū)動并由蓄電池供并由蓄電池供電，所以風扇電，所以風扇轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關。轉(zhuǎn)速無關。原理：電動機的開關由散原理：電動機的開關由散熱器的水溫開關控制，熱器的水溫開關控制，并且有高低速兩個檔位，并且有高低速兩個檔位，低速檔在沸點內(nèi)使用，低速檔在沸點內(nèi)使用，高速檔在沸點外使用，高速檔在沸點外使用，需要冷卻時自動起作用。需要冷卻時自動起作用。這樣，在一般行駛條件這樣，在一般行駛條件下，電動

20、風扇幾乎不轉(zhuǎn)，下，電動風扇幾乎不轉(zhuǎn)，功率消耗減少，油耗率功率消耗減少，油耗率降低。而在低速大負荷降低。而在低速大負荷時又能得到充分的冷時又能得到充分的冷卻。卻。 六、六、 節(jié)溫器節(jié)溫器1. 功用功用 隨發(fā)動機負荷和水溫的大小而自動改變隨發(fā)動機負荷和水溫的大小而自動改變冷卻液的流量和循環(huán)路線，保證發(fā)動機在適宜冷卻液的流量和循環(huán)路線，保證發(fā)動機在適宜的溫度下工作，減少燃料消耗和機件的磨損。的溫度下工作，減少燃料消耗和機件的磨損。 2. 蠟式節(jié)溫器的結(jié)構蠟式節(jié)溫器的結(jié)構蠟式節(jié)溫器由上支架、下支架、主閥門、旁通蠟式節(jié)溫器由上支架、下支架、主閥門、旁通閥、感應體、中心桿、橡膠管和彈簧等組成。閥、感應體、

21、中心桿、橡膠管和彈簧等組成。圖圖5-12 蠟式節(jié)溫器蠟式節(jié)溫器 1-主閥門；主閥門；2-蓋和密封墊；蓋和密封墊；3-上支架；上支架；4-膠管；膠管；5-閥座；閥座；6-通氣孔；通氣孔；7-下支架；下支架；8-石蠟，石蠟，9-感應體；感應體；10-旁通閥；旁通閥；11-中心桿；中心桿；12-彈簧彈簧 3.蠟式節(jié)溫器的工作原理蠟式節(jié)溫器的工作原理(1)當水溫低于當水溫低于349K(76)時，主閥門完全關閉，旁通閥完全開啟，由時，主閥門完全關閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來的水經(jīng)旁通管直接進入水泵，故稱小循環(huán)。由于水只是在水氣缸蓋出來的水經(jīng)旁通管直接進入水泵，故稱小循環(huán)。由于水只是在水泵和水套之間流

22、動，不經(jīng)過散熱器，且流量小，所以冷卻強度弱。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。 小循環(huán)路線小循環(huán)路線(2)當冷卻水溫度在當冷卻水溫度在349K359K(7686)之間時，大小循環(huán)同時進行之間時，大小循環(huán)同時進行(如圖所示如圖所示)。當發(fā)動機水溫達。當發(fā)動機水溫達349K(76)左右時，石蠟逐漸變成液態(tài)，體左右時，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。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體產(chǎn)生向下的反推力，克由于桿的上端固定，故中心桿對橡膠管及感應體產(chǎn)生向下的

23、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。服彈簧張力使主閥門逐漸打開，旁通閥開度逐漸減小。 (3)當發(fā)動機內(nèi)水溫升高到當發(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，主閥門完全開啟，旁通閥完全關閉，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，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。流量大，冷卻強度強。 大循環(huán)路線大循環(huán)路線七、七、 水水 泵泵一、功用一、功用 對冷卻液加壓，保證其在冷卻系中循環(huán)流動。對冷卻液加壓，保證其在冷卻系中循環(huán)流動。 由于離心式水泵具有尺寸小，出水量大，結(jié)構簡單，由于離心式水泵具有尺寸小，出水量大，結(jié)構簡單，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扇同環(huán)式冷卻系普遍采用。常見的水泵在機體外安裝與風扇同軸驅(qū)動，也有裝在機體內(nèi)軸驅(qū)動，也有裝在機體內(nèi)(內(nèi)藏式內(nèi)藏式)單獨驅(qū)動的。單獨驅(qū)動的。 2.離心式水泵的工作原理離心式水泵的工作原理 (1)壓水：如圖所示