第九章發(fā)動機冷卻系統(tǒng)

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7第九章發(fā)動機冷卻系統(tǒng)9.1概述一、冷卻系的作用保持發(fā)動機在最適宜的溫度范圍內(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2200K～2800K(1927℃～2527℃)，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。

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.1概述二、發(fā)動機過熱或過冷的危害

發(fā)動機冷卻必須適度，過熱或過冷都會給發(fā)動機帶來危害。

1.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；

2)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；

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)零件的機械性能降低，導致變形或損壞。

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.1概述2.發(fā)動機過冷的危害1)進入氣缸的混合氣(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)成水而與酸性氣體形成酸類，加重了對機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。可見，發(fā)動機正常的工作溫度是保證發(fā)動機良好的工作性能及其使用壽命的一個重要條件。

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.1概述三、發(fā)動機的冷卻方式

根據(jù)所用冷卻介質(zhì)不同，可分為風冷式和水冷式。1.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。散熱后的水再重新流回到受熱機件處。適當調(diào)節(jié)水路和冷卻強度，就能保持發(fā)動機的正常工作溫度。同時，還可用熱水預熱發(fā)動機，便于冬季起動。2.風冷式——高溫零件的熱量直接散入大氣。在氣缸蓋和氣缸體的外表面合理布置一定形狀的散熱片。2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.1概述四、發(fā)動機的正常溫度

水冷式發(fā)動機保持正常工作，其冷卻水的溫度應在353K～363K(80℃～90℃)之間。此時，氣缸壁溫度不超過473K～573K(200℃～300℃)；氣缸蓋、活塞頂部的溫度不超過573K～673K(300℃～400℃)；潤滑油的溫度在343K～363K(70℃～90℃)，保證發(fā)動機具有較好的動力性、經(jīng)濟性和凈化性，使零件的運動和磨損正常。風冷發(fā)動機鋁氣缸壁的溫度允許為423K～453K(150℃～180℃)，鋁氣缸蓋則為433K～473K(160℃～200℃)。

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7五、冷卻系的組成目前汽車發(fā)動機上采用強制循環(huán)式水冷卻系，如圖所示。1.組成：風扇(有的裝風扇離合器)、水泵、水套(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扇節(jié)溫器水溫表水套分水管水泵放水開關下貯水箱百葉窗散熱器9.1概述2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.1概述2.工作情況：強制循環(huán)式水冷卻系是用水泵把該系統(tǒng)的冷卻液體加壓，使之在水套中流動，冷卻水從氣缸壁吸收熱量，溫度升高，熱水向上流入氣缸蓋，繼而從缸蓋流出并進入散熱器。由于風扇的強力抽吸，空氣從前向后高速流過散熱器，不斷地將流經(jīng)散熱器的水的熱量帶走。冷卻了的水由水泵從散熱器底部重新泵入水套。水在冷卻系中不斷循環(huán)。為了控制冷卻水溫度，冷卻系中設有冷卻強度調(diào)節(jié)裝置，如百葉窗、節(jié)溫器和風扇離合器等。冷卻液流動路線：水泵分水管缸蓋、機體水套節(jié)溫器散熱器

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7

冷卻水在冷卻系內(nèi)的循環(huán)流動路線有兩條，一條為大循環(huán)，另一條為小循環(huán)。

所謂大循環(huán)是水溫高時，水經(jīng)過散熱器而進行的循環(huán)流動；而小循環(huán)就是水溫低時，水不經(jīng)過散熱器而進行的循環(huán)流動，從而使水溫升高。小循環(huán)大循環(huán)節(jié)溫器3.水冷卻系的大、小循環(huán)9.1概述2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－74.冷卻液汽車發(fā)動機中使用的冷卻水應是清潔的軟水，如雨水，自來水等；而井水、河水等硬水中含有礦物質(zhì)，在高溫下易生成水垢，不能作為發(fā)動機冷卻水。一般為水與防凍劑的混合物，水最好為軟水，防凍劑常用乙二醇，攙合比例一般為1：1，防凍劑既有防凍又有提高沸點的作用，同時防凍劑中應含有防銹劑和泡沫抑制劑成份。

9.1概述2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－72024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7一、散熱器散熱器又稱為水箱，由上水室、散熱器芯和下水室等組成。安裝在發(fā)動機前的車架橫梁上。其作用是將冷卻水在水套中所吸收的熱量散發(fā)至外界大氣，使水溫下降。上水箱散熱器蓋下水箱散熱器芯出水管口進水管安裝處9.2水冷系統(tǒng)2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7常用散熱器芯的結(jié)構(gòu)型式

（1）管片式由若干扁形或圓形冷卻管組成。

空氣吹過扁形冷卻管和散熱片，使管內(nèi)流動的水得到冷卻。管片式散熱器因結(jié)構(gòu)剛度較好廣為汽車發(fā)動機所使用。

（2）管帶式由若干扁平冷卻管組成

水管與散熱器相間排列，在散熱器帶上常開有形似百葉窗的孔，以破壞氣流在散熱器表面上的附面層，提高散熱能力。管帶式管片式9.2水冷系統(tǒng)2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)

散熱器蓋安裝在加水口上。對于閉式冷卻系來說，系統(tǒng)與外界大氣不直接相通，所以散熱器蓋上帶有蒸汽-空氣閥。使冷卻系的壓力高于大氣壓力，冷卻水的沸點有所提高。

蒸汽閥一般在散熱器內(nèi)壓力達到126kPa～137kPa時，閥門開啟，部分水蒸汽經(jīng)泄氣管排入大氣，避免損壞散熱器?？諝忾y在散熱器內(nèi)氣壓降到99kPa～87kPa時，空氣閥打開，散熱器與大氣相通，防止散熱器芯管被大氣壓壞。散熱器材料多采用耐腐蝕，導熱性好的銅或鋁片制成。（視頻演示）

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)二、水泵

1.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。常見的水泵通過V帶由曲軸或凸輪軸驅(qū)動在機體外安裝與風扇同軸驅(qū)動，也有裝在機體內(nèi)(內(nèi)藏式)單獨驅(qū)動的。2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)2.離心式水泵的工作原理

(1)壓水：當葉輪旋轉(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)進水管3被吸進葉輪中心部分。2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)

三.冷卻強度調(diào)節(jié)裝置

冷卻強度調(diào)節(jié)裝置是根據(jù)發(fā)動機不同工況和不同使用條件，改變冷卻系的散熱能力，從而保證發(fā)動機經(jīng)常在最有利的溫度狀態(tài)下工作。改變冷卻強度通常有兩種調(diào)節(jié)方式，一種是改變通過散熱器的空氣流量；另一種是改變冷卻液的循環(huán)流量和循環(huán)范圍。

1改變通過散熱器的空氣流量通常利用百葉窗和各種自動風扇離合器來實現(xiàn)改變通過散熱器的空氣流量。百葉窗是調(diào)節(jié)空氣流量并防止冬季凍壞水箱，多用人工調(diào)節(jié)，也有采用自動調(diào)節(jié)裝置的。自動風扇離合器是根據(jù)發(fā)動機的溫度自動控制風扇的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)扇風量以達到改變通過散熱器的空氣流量，它不僅能減少發(fā)動機的功率損失，節(jié)省燃油，而且還能提高發(fā)動機的使用壽命，降低發(fā)動機的噪聲。

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)2改變通過散熱器的冷卻水的流量通常利用節(jié)溫器來控制通過散熱器冷卻水的流量。節(jié)溫器裝在冷卻水循環(huán)的通路中（一般裝在氣缸蓋的出水口），根據(jù)發(fā)動機負荷大小和水溫的高低自動改變水的循環(huán)流動路線，以達到調(diào)節(jié)冷卻系的冷卻強度。節(jié)溫器有蠟式和乙醚皺紋筒式兩種，目前多數(shù)發(fā)動機采用蠟式節(jié)溫器。2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7蠟式節(jié)溫器的工作原理(1)當水溫低于349K(76℃)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。

9.2水冷系統(tǒng)(2)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。2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7(3)當冷卻水溫度在349K～359K(76℃～86℃)之間時，大小循環(huán)同時進行(如圖所示)。當發(fā)動機水溫達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。

9.2水冷系統(tǒng)2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)3風扇離合器1.采用風扇離合器的目的風扇是發(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，多采用風扇離合器。2.硅油風扇離合器的工作原理

(1)當發(fā)動機冷起動或小負荷下工作時，冷卻水及通過散熱器的氣流溫度不高，進油孔被閥片關閉，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，僅僅由于密封毛氈圈和軸承的摩擦，使風扇隨同殼體在主動軸上空轉(zhuǎn)打滑，轉(zhuǎn)速極低。

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)(2)當發(fā)動機負荷增加時，冷卻液和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及閥片轉(zhuǎn)動。當流經(jīng)感溫器的氣流溫度超過338K(65℃)時，進油孔被完全打開，于是硅油從貯油腔進入工作腔。硅油十分粘稠，主動板即可利用硅油的粘性帶動殼體和風扇轉(zhuǎn)動。此時風扇離合器處于接合狀態(tài)，風扇轉(zhuǎn)速迅速提高。(3)當發(fā)動機負荷減小，流經(jīng)感溫器的氣體溫度低于308K(35℃)時，感溫器恢復原狀，閥片將進油孔關閉，工作腔中油液繼續(xù)從回油孔流回貯油腔，直至甩空為止。風扇離合器又回到分離狀態(tài)。

2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7硅油風扇離合器9.2水冷系統(tǒng)2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－74、膨脹水箱（蒸氣排出管與膨脹水箱相連）膨脹水箱示意圖1-散熱器；2-水泵進水管；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

A.結(jié)構(gòu)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。如圖所示，膨脹水箱的上部用一個較細的軟管與水箱的加水管相連，底部通過水管與水泵的進水側(cè)相連接，通常位置略高于散熱器。B.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。9.2水冷系統(tǒng)2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.2水冷系統(tǒng)四、風扇

功用：提高通過散熱器芯的空氣流速，增加散熱效果，加速水的冷卻。風扇通常安排在散熱器后面，并與水泵同軸。當風扇旋轉(zhuǎn)時，對空氣產(chǎn)生吸力，使之沿軸向流動?？諝饬饔汕跋蚝笸ㄟ^散熱器芯，使流經(jīng)散熱器芯的冷卻水加速冷卻。2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－7

風扇常和發(fā)電機一起由曲軸帶輪通過V帶驅(qū)動。若皮帶過松，皮帶將在皮帶輪上打滑，風扇和水泵的轉(zhuǎn)速下降，扇風量和泵水量減小，使發(fā)動機過熱；若皮帶過緊，將增加軸承和皮帶的磨損。為調(diào)節(jié)V帶的張緊程度，通常將發(fā)電機的支架做成可調(diào)節(jié)的?？烧{(diào)節(jié)支架風扇的驅(qū)動V帶張緊裝置9.2水冷系統(tǒng)2024/2/19汽車發(fā)動機構(gòu)造－79.3風冷系統(tǒng)

風冷卻系是利用高速空氣流直接吹過氣缸蓋和氣缸體的外表面，把從氣缸內(nèi)部傳出的熱量散發(fā)到大氣中去，以保證發(fā)動機在最有利的溫度范圍內(nèi)工作。發(fā)動機氣缸和氣缸蓋采用傳熱較好的鋁合金鑄成，為了增大散熱面積各缸一般都分開制造，在氣缸和氣缸蓋表面分布許多均勻排列的