第7章-發(fā)動機冷卻系統(tǒng)

1、 第第7 7章章 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)發(fā)動機冷卻系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 水冷系統(tǒng)的主要零部件水冷系統(tǒng)的主要零部件 一、冷卻系統(tǒng)的功用一、冷卻系統(tǒng)的功用 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 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)內(nèi)工作，既要防止發(fā)動機工作，既要防止發(fā)動機過熱過熱，也要防止冬季發(fā)動，也要防止冬季發(fā)動機機過冷過冷，以使發(fā)動機工作可靠，并得到良好的，以使發(fā)動機工作可靠，并得到良好的動動力性力性和和經(jīng)濟性經(jīng)濟性。發(fā)動機工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體發(fā)動機工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達溫度高達 2200K2800K(1927 2

2、527 ) ，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。 一、冷卻系統(tǒng)的功用一、冷卻系統(tǒng)的功用水冷式發(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： 353K363K(80 90 )氣缸壁溫度： 473K573K(200 300 )氣缸蓋、活塞頂部的溫度： 573K673K(300 400 ) ；潤滑油的溫度： 343K363K(70 90 )風冷式發(fā)動機風冷式發(fā)動

3、機 :鋁氣缸壁的溫度 :423K453K(150 180 )鋁氣缸蓋的溫度: 433K473K(160 200 )二、不正常冷卻對發(fā)動機工作的影響二、不正常冷卻對發(fā)動機工作的影響1、過熱、過熱燃氣在燃燒過程中，氣缸內(nèi)氣體溫度高2000，發(fā)動機零部件與高溫氣體接觸，將會造成氣缸和進氣管溫度過高，使進入氣缸的可燃混合氣因受熱而膨脹，充氣量，并造成如下影響：二、不正常冷卻對發(fā)動機工作的影響二、不正常冷卻對發(fā)動機工作的影響1. 發(fā)動機過熱的危害發(fā)動機過熱的危害 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； 早燃和爆燃的傾向加大，使零件因承受額外沖早燃和爆燃的傾向加大，使零件因承受額

4、外沖擊性負荷而造成早期損壞；擊性負荷而造成早期損壞； 運動件的正常間隙被破壞，運動阻滯，磨損加劇，運動件的正常間隙被破壞，運動阻滯，磨損加劇，甚至損壞；甚至損壞； 潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦磨損；潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦磨損； 零件的機械性能降低，導致變形或損壞。零件的機械性能降低，導致變形或損壞。2 2、過冷、過冷熱量散失過多，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃繜崃可⑹н^多，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃?，功率，功率；溫度低，機油粘度大，摩擦阻力溫度低，機油粘度大，摩擦阻力，消耗功率大，消耗功率大，起動困難；起動困難；燃油不易氣化，燃燒不充分，燃油消耗率燃油不易氣化，燃燒不充分，燃油消耗率，功，功率率；燃氣易

5、凝結(jié)（在氣缸壁上），流入曲軸箱，不僅燃氣易凝結(jié)（在氣缸壁上），流入曲軸箱，不僅燃油消耗率燃油消耗率，功率，功率，而且機油粘度，而且機油粘度，潤滑效，潤滑效果變差，機件磨損加劇。果變差，機件磨損加劇。三、冷卻系統(tǒng)的分類三、冷卻系統(tǒng)的分類水冷水冷風冷風冷1 1、汽車發(fā)動機水冷系統(tǒng)汽車發(fā)動機水冷系統(tǒng) 1-散熱器散熱器 2-散熱器蓋散熱器蓋 3-散熱器進水軟管散熱器進水軟管 4-補償水桶補償水桶 5-電動風扇電動風扇 6-散熱器出水軟散熱器出水軟管管 7-暖風機進水軟管暖風機進水軟管 8-水閥水閥 9-節(jié)溫器節(jié)溫器10-旁通閥旁通閥 11-暖風機暖風機 12-暖風機出水軟管暖風機出水軟管13-旁通管旁

6、通管 14-熱氣排氣口熱氣排氣口 15-冷卻水泵冷卻水泵 16-機油冷凝器機油冷凝器 17-連接管連接管2 2、汽車發(fā)動機風冷系統(tǒng)汽車發(fā)動機風冷系統(tǒng)1-1-火花塞火花塞 2-2-氣缸蓋散熱片氣缸蓋散熱片 3-3-缸體散熱片缸體散熱片 4-4-活塞活塞 5-5-氣缸導流罩氣缸導流罩 6-6-風扇及皮帶輪風扇及皮帶輪水冷系與風冷系的優(yōu)缺點及適用范圍水冷系與風冷系的優(yōu)缺點及適用范圍結(jié)構(gòu)復雜，成結(jié)構(gòu)復雜，成本高本高冷卻效果差，冷卻效果差，不易控制，噪不易控制，噪音大音大系系 統(tǒng)統(tǒng)水冷系水冷系風冷系風冷系 缺點缺點優(yōu)點優(yōu)點冷卻均勻，冷卻效冷卻均勻，冷卻效果好，易控制果好，易控制結(jié)構(gòu)簡單，成本低，結(jié)構(gòu)簡單

7、，成本低，不存在不存在“凍水箱凍水箱”，“開鍋開鍋”問題問題四、水冷系統(tǒng)的組成四、水冷系統(tǒng)的組成 水冷卻系統(tǒng)是以水作為冷卻介質(zhì)，把發(fā)水冷卻系統(tǒng)是以水作為冷卻介質(zhì)，把發(fā)動機受熱零件吸收的熱量散發(fā)到大氣中去。動機受熱零件吸收的熱量散發(fā)到大氣中去。目前汽車發(fā)動機上采用的水冷系大都是目前汽車發(fā)動機上采用的水冷系大都是強強制循環(huán)式水冷系統(tǒng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)，即利用，即利用水泵水泵提高冷卻提高冷卻液的壓力，強制水在冷卻系中進行循環(huán)流液的壓力，強制水在冷卻系中進行循環(huán)流動。動。 水冷系統(tǒng)由散熱器、水泵、風扇、冷卻水冷系統(tǒng)由散熱器、水泵、風扇、冷卻水套、節(jié)溫器和補償水桶等組成。水套、節(jié)溫器和補償水桶等組成。 汽

8、車發(fā)動機水冷系統(tǒng)組成汽車發(fā)動機水冷系統(tǒng)組成 1-散熱器散熱器 2-散熱器蓋散熱器蓋 3-散熱器進水軟管散熱器進水軟管 4-補償水桶補償水桶 5-電動風扇電動風扇 6-散熱器出水軟散熱器出水軟管管 7-暖風機進水軟管暖風機進水軟管 8-水閥水閥 9-節(jié)溫器節(jié)溫器10-旁通閥旁通閥 11-暖風機暖風機 12-暖風機出水軟管暖風機出水軟管13-旁通管旁通管 14-熱氣排氣口熱氣排氣口 15-冷卻水泵冷卻水泵 16-機油冷凝器機油冷凝器 17-連接管連接管制作：霍志毅 Email： 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 冷卻水在冷卻系內(nèi)的冷卻水在冷卻系內(nèi)的循環(huán)流動路線循環(huán)流動路線有兩條，有

9、兩條，一條為一條為大循環(huán)大循環(huán)，另一條為，另一條為小循環(huán)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。 冷卻水在冷卻系內(nèi)的冷卻水在冷卻系內(nèi)的循環(huán)流動路線循環(huán)流動路線有兩條，有兩條，一條為一條為大循環(huán)大循環(huán)，另一條為，另一條為小循環(huán)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。冷卻系統(tǒng)的大、小循環(huán)實質(zhì)冷卻系統(tǒng)的大、小循環(huán)實質(zhì) 通常利用節(jié)溫器來控制通過散熱器冷卻水的流量。通常利用節(jié)溫器來控制通過散熱器冷卻水的流量。節(jié)溫器裝節(jié)溫器裝在

10、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)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。到調(diào)節(jié)冷卻系的冷卻強度。 當發(fā)動機在正常熱狀態(tài)下工作時，即當發(fā)動機在正常熱狀態(tài)下工作時，即水溫高于水溫高于90，節(jié)溫節(jié)溫器閥門打開了通往散熱器的通道，同時關(guān)閉了通往水泵的旁通器閥門打開了通往散熱器的通道，同時關(guān)閉了通往水泵的旁通管，冷卻水全部流經(jīng)散熱器，形成管，冷卻水全部流經(jīng)散熱器，形成大循環(huán)大循環(huán)；當冷卻；當冷卻水溫低于水溫低于80時，節(jié)溫器閥門關(guān)閉了通往散

11、熱器的通道，同時打開了通時，節(jié)溫器閥門關(guān)閉了通往散熱器的通道，同時打開了通往水泵的旁通管，水套內(nèi)的水只能由旁通孔流出經(jīng)旁通管進入往水泵的旁通管，水套內(nèi)的水只能由旁通孔流出經(jīng)旁通管進入水泵，又被水泵壓入發(fā)動機水套，此時冷卻水并不流經(jīng)散熱器，水泵，又被水泵壓入發(fā)動機水套，此時冷卻水并不流經(jīng)散熱器，只在水套與水泵之間進行只在水套與水泵之間進行小循環(huán)小循環(huán)，從而防止發(fā)動機過冷；當發(fā)從而防止發(fā)動機過冷；當發(fā)動機的冷卻動機的冷卻水溫在水溫在8090范圍內(nèi)，通往散熱器的通道和通范圍內(nèi)，通往散熱器的通道和通往水泵的旁通管均處于半開閉狀態(tài)，此時往水泵的旁通管均處于半開閉狀態(tài)，此時一部分水進行大循環(huán)，一部分水進行

12、大循環(huán)，而另一部分水進行小循環(huán)。而另一部分水進行小循環(huán)。五、冷卻液五、冷卻液冷卻液：水冷卻液：水+ +防凍劑（乙二醇）防凍劑（乙二醇） 汽車發(fā)動機中使用的冷卻水應是清潔的汽車發(fā)動機中使用的冷卻水應是清潔的軟水軟水，如雨水，自來水等；而井水、河水等，如雨水，自來水等；而井水、河水等硬水中礦物質(zhì)含量高，在高溫下易生成水垢，硬水中礦物質(zhì)含量高，在高溫下易生成水垢，不應作為發(fā)動機冷卻水。不應作為發(fā)動機冷卻水。 為防止在冬季寒冷地區(qū)，因冷卻水結(jié)冰而為防止在冬季寒冷地區(qū)，因冷卻水結(jié)冰而發(fā)生散熱器、氣缸體、氣缸蓋變形或脹裂的發(fā)生散熱器、氣缸體、氣缸蓋變形或脹裂的現(xiàn)象，在冷卻水中加入一定量的現(xiàn)象，在冷卻水中加

13、入一定量的防凍液防凍液以達以達到降低冰點、提高沸點的目的。到降低冰點、提高沸點的目的。第二節(jié)第二節(jié) 水冷系統(tǒng)的主要零部件水冷系統(tǒng)的主要零部件一、散熱器一、散熱器功用：增大散熱面積，加速冷卻液的冷卻。功用：增大散熱面積，加速冷卻液的冷卻。 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。1、散熱器芯、散熱器芯 （1）管片式）管片式管片式散熱器芯由散熱管和散熱片組成。散熱管是焊在進、出水室之間的直管，作為冷卻液的通道。散熱管有扁管也有圓管。扁管與圓管相比，在容積相同的情況下有較大的散熱表面。鋁散熱器芯多

14、為圓管。在散熱管的外表面焊有散熱片以增加散熱面積，增強散熱能力，同時還增大了散熱器的剛度和強度。管片式散熱器的優(yōu)點是散熱面積大、氣流阻力小、結(jié)構(gòu)剛度好及承壓能力強等1、散熱器芯、散熱器芯 （2）管帶式）管帶式管帶式散熱器芯由散熱管及波形散熱帶組成。散熱管為扁管并與波形散熱帶相間地焊在一起。為增強散熱能力，在波形散熱帶上加工有鰭片。與管片式散熱器芯相比，管帶式的散熱能力強，制造簡單，質(zhì)量輕，成本低，但結(jié)構(gòu)剛度差。1、散熱器芯、散熱器芯 （2）板板式式 板式散熱器芯的冷卻液通道由成對的金屬薄板焊合而成。這種散熱器芯散熱效果好，制造簡單，但焊縫多不堅固，容易沉積水垢且不易維修。2、散熱器的布置、散熱

15、器的布置 3、散熱器蓋、散熱器蓋 汽車上廣泛采用汽車上廣泛采用閉式水冷系閉式水冷系，該水冷系的，該水冷系的散熱氣蓋具有散熱氣蓋具有空氣空氣蒸汽閥門蒸汽閥門，可自動調(diào)，可自動調(diào)節(jié)冷卻系內(nèi)部壓力，提高冷卻效果。節(jié)冷卻系內(nèi)部壓力，提高冷卻效果。 壓力閥壓力閥真空閥真空閥壓力閥彈簧壓力閥彈簧真空閥彈簧真空閥彈簧蓋蓋 發(fā)動機熱態(tài)正常時，發(fā)動機熱態(tài)正常時，兩閥門關(guān)閉，將冷卻系與兩閥門關(guān)閉，將冷卻系與大氣隔開。因水蒸氣的產(chǎn)大氣隔開。因水蒸氣的產(chǎn)生使冷卻系內(nèi)的壓力稍高生使冷卻系內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力，提高了冷卻于大氣壓力，提高了冷卻水的沸點，改善了冷卻效水的沸點，改善了冷卻效能。當散熱器內(nèi)部能。當散熱器內(nèi)部壓

16、力達壓力達到到126126137Kpa137Kpa時，壓力時，壓力閥開啟閥開啟而使水蒸汽從通氣而使水蒸汽從通氣孔排出；當水溫下降，冷孔排出；當水溫下降，冷卻系內(nèi)部的卻系內(nèi)部的真空度低于真空度低于101020Kpa20Kpa時，真空閥打時，真空閥打開開，空氣從通氣孔進入冷空氣從通氣孔進入冷卻系，以防散熱器及芯管卻系，以防散熱器及芯管被大氣壓癟。被大氣壓癟。4、補償水桶、補償水桶加注防凍液的汽車發(fā)動機，為了減少冷卻液的損失，保證冷卻系統(tǒng)的正常工作，采用散熱器補償水桶(貯水箱)結(jié)構(gòu)。補償水桶內(nèi)部印有兩條液面高度標記線，補償水桶內(nèi)的液面高度應位于這兩種刻線之間。4、補償水桶、補償水桶工作時冷卻液的溫度

17、逐漸升高, 容積膨脹, 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)溢流管流人補償水桶，以防止冷卻液脹裂散熱器。當發(fā)動機停機, 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。4、四、散熱器百葉窗、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。二、冷卻風扇二、冷卻風扇 1 1、功用：功用：風扇通

18、常安排在散熱器后面并與水泵風扇通常安排在散熱器后面并與水泵同軸。用來提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和風量，增同軸。用來提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和風量，增強散熱器的散熱能力，同時對發(fā)動機其他附件也有強散熱器的散熱能力，同時對發(fā)動機其他附件也有一定的冷卻作用。一定的冷卻作用。 特點：特點：車用發(fā)動機的風扇車用發(fā)動機的風扇有有軸流式和離心式軸流式和離心式。軸流式軸流式風扇所產(chǎn)生的風，其流向與風扇所產(chǎn)生的風，其流向與風扇軸平行；離心式風扇所風扇軸平行；離心式風扇所產(chǎn)生的風，其流向為徑向。產(chǎn)生的風，其流向為徑向。軸流式風扇效率高，風量大，軸流式風扇效率高，風量大，結(jié)構(gòu)簡單，布置方便。因而結(jié)構(gòu)簡單，布置方便。因

19、而在車用發(fā)動機上在車用發(fā)動機上得到了廣泛得到了廣泛的應用的應用。車用發(fā)動機采用軸流式風扇的三種型式車用發(fā)動機采用軸流式風扇的三種型式 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：葉片多用薄鋼板壓制而成，為葉片多用薄鋼板壓制而成，為4 46 6片，葉片片，葉片間夾角一般不相等。葉片與其旋轉(zhuǎn)平面成間夾角一般不相等。葉片與其旋轉(zhuǎn)平面成303045 45 的安的安裝斜角。裝斜角。整體風扇整體風扇在轎車和輕型載貨汽車上應用較多。近年在轎車和輕型載貨汽車上應用較多。近年來轎車上還采用了電動風扇。來轎車上還采用了電動風扇。2、風扇離合器、風扇離合器功用：功用：水冷系只有水冷系只有 25% 的時間的時間 需要需要風扇工作，在冬季風扇

20、工作，在冬季需要風扇工作的時需要風扇工作的時間就更短。因此，間就更短。因此，應根據(jù)發(fā)動機的熱應根據(jù)發(fā)動機的熱狀況隨時對其冷卻狀況隨時對其冷卻強度加以調(diào)節(jié)。在強度加以調(diào)節(jié)。在風扇帶輪與冷卻風風扇帶輪與冷卻風扇之間裝置硅油風扇之間裝置硅油風扇離合器，就可實扇離合器，就可實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)?，F(xiàn)這種調(diào)節(jié)。 硅油風扇離合器硅油風扇離合器電動風扇電動風扇 很多轎車發(fā)動機的水冷系采用電動風扇，尤其橫置發(fā)動機前輪驅(qū)動的汽車更是如此。電動風扇由風扇電動機驅(qū)動并由蓄電池供電，所以風扇轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關(guān)。在有些電控系統(tǒng)中，電動風扇由電腦控制。冷卻液溫度傳感器向電腦傳輸與冷卻液溫度相關(guān)的信號。當冷卻液溫度達到規(guī)定值時，電腦使風扇繼電器搭鐵，繼電器觸點閉合并向風扇電動機供電，風扇進入工作。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，布置方便，不消耗發(fā)動機功率使燃油經(jīng)濟性得到改善。此外，采用電動風扇不需要檢查、調(diào)整或更換風扇傳動帶，因而減少了維修的工作量。三、三、 節(jié)溫器節(jié)溫器功用：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，從而控制通過散熱器冷卻水的流量。 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