第八章發(fā)動機(jī)冷卻系

第八章發(fā)動機(jī)冷卻系§8.1概述一、功用

維持發(fā)動機(jī)在各種工況下均在最適宜的溫度內(nèi)工作，既要防止發(fā)動機(jī)過熱，也要防止冬季發(fā)動機(jī)過冷，以使發(fā)動機(jī)工作可靠，并得到良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動機(jī)工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達(dá)2200K~2800K(1927℃~2527℃)，大約1/3做功轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，其余大部分隨廢氣排出，剩余則被發(fā)動機(jī)零件吸收，使發(fā)動機(jī)零部件溫度升高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件。

水冷式發(fā)動機(jī)保持正常工作：冷卻水的溫度：353K~363K(80℃~90℃)氣缸壁溫度：473K~573K(200℃~300℃)；氣缸蓋、活塞頂部的溫度：573K~673K(300℃~400℃)；潤滑油的溫度：343K~363K(70℃~90℃)，風(fēng)冷式發(fā)動機(jī):鋁氣缸壁的溫度:423K~453K(150℃~180℃)鋁氣缸蓋的溫度:

433K~473K(160℃~200℃)1.發(fā)動機(jī)過熱的危害

（1）降低充氣效率，使發(fā)動機(jī)功率下降；（2）早燃和爆燃的傾向加大，使零件因承受額外沖擊性負(fù)荷而造成早期損壞；（3）運動件的正常間隙被破壞，運動阻滯，磨損加劇，甚至損壞；（4）潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦磨損；（5）零件的機(jī)械性能降低，導(dǎo)致變形或損壞。發(fā)動機(jī)過冷的危害

（1）進(jìn)入氣缸的混合氣(或空氣)溫度太低，可燃混合氣品質(zhì)差，使點火困難或燃燒遲緩，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)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)成水而與酸性氣體形成酸類，加重了對機(jī)體和零件的侵蝕作用；（3）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)上的油膜，使零件磨損加劇。

（4）潤滑油黏度增大，流動性差，造成潤滑不良，加劇機(jī)件磨損，增大功率消耗。

二、分類三、組成汽車發(fā)動機(jī)的冷卻系為強(qiáng)制循環(huán)水冷系，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在發(fā)動機(jī)中循環(huán)流動。水泵：對冷卻液體加壓散熱器：熱量交換場所冷卻風(fēng)扇：強(qiáng)力抽吸，使空氣從前向后高速流過散熱器冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置：如百葉窗、節(jié)溫器和風(fēng)扇離合器補(bǔ)償水桶、發(fā)動機(jī)機(jī)體和氣缸蓋中的水套暖風(fēng)機(jī)：第二個散熱器，充分利用能源。桑塔納發(fā)動機(jī)冷卻系示意圖四、冷卻水路節(jié)溫器水套§8.2水冷系統(tǒng)主要零部件的

構(gòu)造和工作原理一、散熱器1.分類：縱流式橫流式1-上水室；2-進(jìn)水管；3-散熱器芯；4-散熱器蓋；5-下水室；6-出水管

2.組成：進(jìn)水室、出水室、散熱器芯等冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動，空氣在散熱器芯外流動3.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。（1）管片式冷卻管的斷面大多為扁圓形，它連通上、下水室，是冷卻水的通道。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(qiáng)度。這種散熱器芯強(qiáng)度和剛度都好，耐高壓，但制造工藝較復(fù)雜，成本高。（2）管帶式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(qiáng)，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(jī)采用，近年來在一些中型車輛上也開始采用。（3）板式組成：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。缺點：剛度差。二、散熱器蓋

汽車發(fā)動機(jī)強(qiáng)制循環(huán)水冷系，用散熱器蓋嚴(yán)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。作用：密封水冷系并調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力。工作原理：冷卻液散熱器壓力閥－補(bǔ)償水桶冷卻液－補(bǔ)償水桶－真空閥－散熱器

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下處于關(guān)閉狀態(tài)，故上貯水室與通大氣的蒸汽排出管隔開。當(dāng)散器中壓力升高到一定數(shù)值（一般0.126~0.137MPa，在此壓力下冷卻系內(nèi)水的沸點可達(dá)108℃）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0.099~0.087MPa），真空閥即行開啟，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。壓力閥開啟壓力閥真空閥開啟真空閥三、補(bǔ)償水桶

工作時冷卻液的溫度逐漸升高,容積膨脹,壓力增高。當(dāng)壓力超過預(yù)定值時，壓力閥開啟，一部分冷卻液經(jīng)溢流管流入補(bǔ)償水桶，以防止冷卻液脹裂散熱器。當(dāng)發(fā)動機(jī)停機(jī),冷卻液的溫度下降，壓力降低。當(dāng)壓力降到大氣壓力以下出現(xiàn)真空時，真空閥開啟，補(bǔ)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。四、散熱器百葉窗

1.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(qiáng)度。2.操作：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制。五、冷卻風(fēng)扇1.風(fēng)扇的功用及結(jié)構(gòu)位置：風(fēng)扇裝在發(fā)動機(jī)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。功用：提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以增強(qiáng)散熱器的散熱能力并冷卻發(fā)動機(jī)附件。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時吸進(jìn)空氣，使其通過散熱器，以增強(qiáng)散熱器的散熱能力，加速冷卻液的冷卻。結(jié)構(gòu)型式：

多采用低壓頭、大風(fēng)量、高效率的軸流式風(fēng)扇，即風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時，空氣沿著風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向流動。在風(fēng)扇外圍裝設(shè)導(dǎo)風(fēng)罩3，使風(fēng)扇4吸進(jìn)的空氣全部通過散熱器1，以提高風(fēng)扇效率。風(fēng)扇的扇風(fēng)量主要與風(fēng)扇直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)有關(guān)。葉片的斷面形狀有圓弧形和翼形兩種。

具體結(jié)構(gòu)：(1)目前汽車水冷發(fā)動機(jī)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)：4～6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

(2)措施：將發(fā)電機(jī)支架做成可移動式的，以便調(diào)節(jié)皮帶的松緊度。

(1)調(diào)整目的：若皮帶過松，皮帶將在皮帶輪上打滑，風(fēng)扇和水泵的轉(zhuǎn)速下降，扇風(fēng)量和泵水量減小，使發(fā)動機(jī)過熱；若皮帶過緊，將增加軸承和皮帶的磨損。

風(fēng)扇皮帶的調(diào)整裝置風(fēng)扇常和發(fā)電機(jī)一起由曲軸通過三角皮帶帶動。皮帶發(fā)電機(jī)風(fēng)扇2.硅油風(fēng)扇離合器作用：水冷系只有25%的時間需要風(fēng)扇工作，在冬季需要風(fēng)扇工作的時間就更短。因此應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的熱狀況隨時對其冷卻強(qiáng)度加以調(diào)節(jié)。在風(fēng)扇帶輪與冷卻風(fēng)扇之間裝置硅油風(fēng)扇離合器，就可實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)：閥片傳動銷－感溫器－前蓋貯油腔從動板工作腔殼體圖5-14

硅油風(fēng)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(fēng)扇；A-進(jìn)油孔；B-回油孔；C-漏油孔3.電動風(fēng)扇很多轎車發(fā)動機(jī)的水冷系采用電動風(fēng)扇，尤其橫置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的汽車更如此。電動風(fēng)扇由風(fēng)扇電動機(jī)驅(qū)動并由蓄電池供電，所以風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。原理：電動機(jī)的開關(guān)由散熱器的水溫開關(guān)控制，并且有高低速兩個檔位，低速檔在沸點內(nèi)使用，高速檔在沸點外使用，需要冷卻時自動起作用。這樣，在一般行駛條件下，電動風(fēng)扇幾乎不轉(zhuǎn)，功率消耗減少，油耗率降低。而在低速大負(fù)荷時又能得到充分的冷卻。

六、節(jié)溫器1.功用隨發(fā)動機(jī)負(fù)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(jī)在適宜的溫度下工作，減少燃料消耗和機(jī)件的磨損。2.蠟式節(jié)溫器的結(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。圖5-12

蠟式節(jié)溫器1-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

3.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(qiáng)度弱。小循環(huán)路線(2)當(dāng)冷卻水溫度在349K~359K(76℃~86℃)之間時，大小循環(huán)同時進(jìn)行(如圖所示)。當(dāng)發(fā)動機(jī)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(jī)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(qiáng)度強(qiáng)。

大循環(huán)路線七、水泵一、功用對冷卻液加壓，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(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(qiáng)制循環(huán)式冷卻系普遍采用。常見的水泵在機(jī)體外安裝與風(fēng)扇同軸驅(qū)動，也有裝在機(jī)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(jī)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。

圖5-5

離心式水泵示意圖1-水泵殼體；2-葉輪；3-進(jìn)水管；4-出水管