冷卻系培訓教材

冷卻系培訓教材1第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日發(fā)動機工作時，可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒，其工作溫度高達2000°C，瞬時溫度可達3000°C左右。如果不加以適當冷卻，不僅會使發(fā)動機過熱導致充氣效率下降，燃燒不正常，機油變質(zhì)，零件磨損加劇，有時甚至造成機件卡死或燒毀等事故性損傷。但如果冷卻過度，又會由于氣缸溫度過低使機油粘度增大，摩擦損失增加，燃油霧化不良動力下降，散熱損失增加及潤滑性能變差。因此，必須對發(fā)動機加以適當冷卻，保證發(fā)動機始終處在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。

一、概述2第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日冷卻系的主要功用是把受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。二、冷卻系的功用3第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日冷卻系按照冷卻介質(zhì)不同可以分為風冷和水冷（圖7-1），如果把發(fā)動機中高溫零件的熱量直接散入大氣而進行冷卻的裝置稱為風冷系。而把這些熱量先傳給冷卻水，然后再散入大氣而進行冷卻的裝置稱為水冷系。由于水冷系冷卻均勻，效果好，而且發(fā)動機運轉(zhuǎn)噪音小，目前汽車發(fā)動機上廣泛采用的是水冷系。三、冷卻系的分類4第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日四、水冷卻系的組成

水冷卻系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。目前汽車發(fā)動機上采用的水冷系大都是強制循環(huán)式水冷系，利用水泵強制水在冷卻系中進行循環(huán)流動。它由散熱器、水泵、風扇、冷卻水套和溫度調(diào)節(jié)裝置等組成，。1-散熱器蓋

2-節(jié)溫器

3-水溫表

4-水套

5-分水管

6-水泵

7-放水開關(guān)8-百葉窗

9-散熱器

5第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日五、水冷卻系的工作過程散熱器內(nèi)的冷卻水加壓后通過氣缸體進水孔壓送到氣缸體水套和氣缸蓋水套內(nèi)，冷卻水在吸收了機體的大量熱量后經(jīng)氣缸蓋出水孔流回散熱器。由于有風扇的強力抽吸，空氣流由前向后高速通過散熱器。因此，受熱后的冷卻水在流過散熱器芯的過程中，熱量不斷地散發(fā)到大氣中去，冷卻后的水流到散熱器的底部，又被水泵抽出，再次壓送到發(fā)動機的水套中，如此不斷循環(huán)，把熱量不斷地送到大氣中去，使發(fā)動機不斷地得到冷卻（圖7-3）。通常，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。

6第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日六、水冷系主要部件的構(gòu)造及布置要求1.散熱器2.風扇3.水泵4.節(jié)溫器5.副水箱6.散熱管路7第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.散熱器

(1).散熱器功用：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10～15℃，為了將散熱器傳出的熱量盡快帶走，在散熱器后面裝有風扇與散熱器配合工作。

(2).散熱器的組成：部分散熱器又稱為水箱，由上水室、散熱器芯和下水室等組成。8第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.散熱器

(3).散熱器的分類：按芯體材料分：可分為銅散熱器與鋁散熱器9第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.散熱器

(3.1)管片式散熱器：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，但制造工藝較復雜，成本高。

(3.2)管帶式散熱器：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。(3).散熱器的分類：按芯體結(jié)構(gòu)分：管片式散熱器、管帶式散熱器、板式散熱器芯

10第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日（4）布置要求散熱器進風口的實際面積不得小于散熱器芯子迎風面積的80%，以防止散熱能力下降。后置客車散熱器的進風通道要與發(fā)動機艙密封隔離，散熱器周圍要安裝密封橡膠，以防止發(fā)動機艙的熱風回流到進風通道，影響散熱性能；進風通道的面積應不小于散熱器芯子的迎風面積。散熱器安裝時，緊固必須牢固，與車架的連接必須采用減振墊，采用減振墊的目的是為了隔離和吸收來自車架的部份振動和沖擊11第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.散熱器

(4)、散熱器蓋

當散熱器內(nèi)溫度升高產(chǎn)生蒸汽，使壓力升高到一定數(shù)值時，壓力閥打開(散熱器蓋壓力閥開啟壓力為50kPa)，水蒸汽從蒸汽排出管排出（冷卻水沸點的提高）。就是因為冷卻系內(nèi)的壓力升高所致。當散熱器內(nèi)因冷卻液冷卻溫度下降而產(chǎn)生一定的真空度時(進氣閥開啟壓力為(1.96~4.9)kPa)，真空閥被吸開，空氣從蒸汽排出管進入散熱器內(nèi)。12第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.散熱器

裝有壓力閥6和真空閥5的散熱器蓋，鎖緊蓋在加水口上。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1隔開。當散器中壓力升高到一定數(shù)值，壓力閥6便開啟而使水蒸汽順管10排出。當水的溫度下降，冷卻系中產(chǎn)生的真空度達一定數(shù)值，真空閥5即行開啟，空氣即從管10進入冷卻系，以防止水管及貯水室被大氣壓癟。(4)、散熱器蓋工作原理13第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.風扇(1).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。空氣流由前向后通過散熱器芯，使流經(jīng)散熱器芯的冷卻水加速冷卻。(2).風類:直連式、硅油離合器、電磁風扇、電動風扇14第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日（3）布置確定風扇直徑與轉(zhuǎn)速：風扇直徑盡可能與散熱器芯子迎風尺寸基本相同，以便風扇掃過的面積盡可能大地覆蓋散熱器芯子的迎風面積，使氣流全面地通過散熱器。注意：風扇葉尖的圓周速度不大于91m/s，后置客車不大于100m/s，否則對風扇噪聲和強度都不利。風扇前端面至散熱器芯子的距離應大于50mm，有利于氣流均勻通過散熱器芯部整個面積，尤其是散熱器的四角；冷卻風扇后端面至發(fā)動機前端面的距離應大于100mm，至其它零部件的距離應大于20mm，以最大限度地降低風扇噪聲及葉片振動；風扇葉尖的徑向與護風罩間隙應盡可能小，以保證風扇冷卻效率。當采用分開式護風罩時，風扇與護風罩無相對運行，其徑向間隙應不超過風扇直徑的1.5%，或者5mm~10mm；當采用整體式護風罩時，風扇與護風罩有相對運動，其徑向間隙也不應超過風扇直徑的2.5%，或者15mm~20mm。風扇伸入護風罩的軸向位置，與進氣效率有很大關(guān)系，對于吸風式風扇，風扇葉片的投影寬度應伸入護風罩內(nèi)2/3為宜。護風罩與散熱器之間不得有縫隙，應采用橡膠或泡沫塑料墊加以密封，以保證冷卻效率不降低。15第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日3.水泵功用：對冷卻水加壓，加速冷卻水的循環(huán)流動，保證冷卻可靠。車用發(fā)動機上多采用離心式水泵，離心式水泵具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、排水量大、維修方便等優(yōu)點。離心式水泵主要由泵體、葉輪和水泵軸組成，葉輪一般是徑向或向后彎曲的，其數(shù)目一般為6－9片。當葉輪旋轉(zhuǎn)時，水泵中的水被葉輪帶動一起旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，水被甩向葉輪邊緣，然后經(jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管壓送到發(fā)動機水套內(nèi)。與此同時，葉輪中心處的壓力降低，散熱器中的水便經(jīng)進水管被吸進葉輪中心部分。如此連續(xù)的作用，使冷卻水在水路中不斷地循環(huán)。如果水泵因故停止工作時，冷卻水仍然能從葉輪葉片之間流過，進行熱流循環(huán)，不致于很快產(chǎn)生過熱。

16第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日4.節(jié)溫器（1).功用：根據(jù)冷卻系水溫的變化，自動調(diào)節(jié)冷卻水的循環(huán)路線和流量

(2).分類：蠟式節(jié)溫器、折疊式節(jié)溫器（3）蠟式節(jié)溫器結(jié)構(gòu)：推桿的一端固定于支架1的中心處，另一端插入膠管的中心孔中。膠管與節(jié)溫器外殼之間形成的腔體內(nèi)裝有精制石蠟。17第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日5.副水箱副水箱設(shè)置于散熱器一側(cè)，通過橡膠水管與散熱器加水口處的出氣口相連。當冷卻液受熱膨脹至散熱器蓋的蒸氣閥打開時，部分冷卻液隨著高壓蒸氣通過水管進入補償水桶；而當溫度降低、散熱器內(nèi)產(chǎn)生真空時，補償水桶內(nèi)的冷卻液及時回流散熱器。副水箱底平面至少應高出發(fā)動機水道頂部或散熱器上水室頂部。

18第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日6.散熱管路6.1所有管路要有一定的柔性，以適應發(fā)動機和散熱器之間的相對運動，防止散熱器的管口振裂。水泵進水管應有一定的剛性，以免發(fā)動機工作時被吸扁。6.2散熱器的管路可用成形膠管或金屬接管加膠管接頭；金屬接管要進行防銹處理，外徑和發(fā)動機進出水口部位的管徑相同或稍大；成形膠管或膠管接頭的內(nèi)徑應和發(fā)動機進出水口的外徑相同或稍大；膠管壁厚應在5mm以上，且加有一層纖維，具有耐熱、耐油性，能在-40℃~120℃溫度下長期正常使用，耐壓能力應超過300kPa；如管路較長時，應對冷卻管路固定，固定間隔約500mm；金屬接管插入連接膠管的長度應大于50mm，并采用平板帶式卡箍緊固，卡箍到膠管邊緣的距離為5mm~10mm。19第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日七.水冷卻系匹配與計算

設(shè)計匹配散熱器的總散熱面積、芯子的迎風面積、結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)尺寸要通過發(fā)動機冷卻系統(tǒng)所需最大散熱量來計算確定，并應通過試驗評價來最終確定。一般可按散熱器芯子的迎風面積來估算0.31~0.38m2/100kW發(fā)動機水套散熱量Q水=Q比?Nemax

Nemax------發(fā)動機最大功率

散熱器的最大散熱能力Qmax＝（1.1-1.25）Q水

芯體正面積Ff0≥0.1+0.032VFf0=（0.0027-0.0034）Nemax散熱器散熱面積S0=S比·NemaxS比為0.07m2/kW（經(jīng)驗值）S0=Qmax/(k·△t)Qma