07發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)

第7章

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)2024/10/8第7章

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)7.1概述7.2水冷系統(tǒng)主要零部件的構(gòu)造和工作原理7.3雙回路冷卻系統(tǒng)2024/10/827.1概述發(fā)動(dòng)機(jī)過熱過冷的危害發(fā)動(dòng)機(jī)若過熱，則其中運(yùn)動(dòng)機(jī)件將因高溫膨脹而破壞正常配合間隙，或因潤(rùn)滑油在高溫下失效而卡死；各機(jī)件因高溫導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低甚至損壞；發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程因高溫導(dǎo)致吸氣量減少甚至燃燒不正常而使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下降等，因此發(fā)動(dòng)機(jī)不可以在過熱條件下工作。發(fā)動(dòng)機(jī)若過冷，則散熱損失增加，對(duì)柴油機(jī)，機(jī)油粘度較大，摩擦功率損失較大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也降低；對(duì)汽油機(jī)，已汽化的燃油又凝結(jié)并流到曲軸箱，稀釋了機(jī)油而影響潤(rùn)滑，結(jié)果也使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下降，磨損加劇，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)也不可在過冷條件下工作。7.1概述1.冷卻系統(tǒng)的功用功用：使發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱或過冷，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)后使發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫，盡可能縮短暖機(jī)時(shí)間。2.冷卻系統(tǒng)的分類根據(jù)所采用的冷卻介質(zhì)分為：風(fēng)冷和水冷兩種。水冷卻系的最大優(yōu)點(diǎn)是冷卻強(qiáng)度高、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部和外部冷卻較均勻、冷卻水路設(shè)計(jì)自由度大等，最大缺點(diǎn)是容易漏水，需要經(jīng)常維修等。根據(jù)冷卻液循環(huán)方式分為：強(qiáng)制循環(huán)式和自然循環(huán)式兩種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)。7.1概述3.強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)是利用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)。組成：由散熱器、冷卻風(fēng)扇、節(jié)溫器、水泵、冷卻液膨脹箱、氣缸蓋水套、機(jī)體水套及其他附屬裝置等1-電動(dòng)風(fēng)扇

2-散熱器3-節(jié)溫器

4-水泵

5-氣缸蓋水套

6-出水軟管7-氣缸體水套

8-補(bǔ)償水桶9-進(jìn)水軟管10-電動(dòng)風(fēng)扇雙速熱敏開關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)組成7.1概述3.強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)中的循環(huán)路徑冷卻液循環(huán)路徑：水泵中增壓→分水管→機(jī)體水套→氣缸蓋水套→節(jié)溫器→散熱器進(jìn)水軟管→散熱器→散熱器出水軟管→水泵1-補(bǔ)償水箱

2-通氣管

3-散熱器蓋

4-風(fēng)扇5-水泵6-節(jié)溫器

7-氣缸蓋水套8-水溫表

9-氣缸體水套10-分水管

11-放水閥12-百葉窗13-散熱器逆流式水冷系統(tǒng)：氣缸蓋水套→機(jī)體水套。逆流式水冷系統(tǒng)改善了燃燒室的冷卻而允許發(fā)動(dòng)機(jī)有較高的壓縮比，從而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和功率。7.1概述3.強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)暖風(fēng)系統(tǒng)：暖風(fēng)機(jī)是一個(gè)熱交換器，也可稱作第二散熱器。在裝有暖風(fēng)機(jī)的水冷系中，熱的冷卻液從氣缸蓋或機(jī)體水套經(jīng)暖風(fēng)機(jī)進(jìn)水軟管流入暖風(fēng)機(jī)芯，然后經(jīng)暖風(fēng)機(jī)出水軟管流回水泵。吹過暖風(fēng)機(jī)芯的空氣被冷卻液加熱之后，一部分送到擋風(fēng)玻璃除霜器，一部分送入駕駛室或車廂。

7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理一、冷卻液是水與防凍劑的混合物。冷卻液用水最好是軟水，否則將在發(fā)動(dòng)機(jī)水套中產(chǎn)生水垢，使傳熱受阻，易造成發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。同時(shí)為了適應(yīng)冬季行車的需要，在水中加入防凍劑制成冷卻液以防止循環(huán)冷卻水的凍結(jié)。最常用的防凍劑是乙二醇。冷卻液中水與乙二醇的比例不同，其冰點(diǎn)也不同。50％的水與50％的乙二醇混合而成的冷卻液，其冰點(diǎn)約為－35.5℃，沸點(diǎn)為103℃。防凍劑中含有防銹劑、泡沫抑制劑、著色劑。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理二、散熱器1.散熱器的結(jié)構(gòu)功用：將冷卻液所攜帶的熱量散入大氣以降低冷卻液溫度。構(gòu)成：進(jìn)水室、出水室及散熱器芯。形式：縱流式、橫流式7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理二、散熱器1.散熱器的結(jié)構(gòu)散熱芯結(jié)構(gòu)形式：1）管片式：散熱管有扁管和圓管之分。2）管帶式：3）板式：a)管片式b)管帶式c)板式1-散熱片2-散熱管3-散熱帶4-鰭片7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理二、散熱器2.散熱器蓋1）作用：嚴(yán)密地蓋在散熱器冷卻液加注口上，使水冷系統(tǒng)成為封閉系統(tǒng)，減少冷卻液外溢及蒸發(fā)損失，并通過加裝閥門調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力。通常稱這種水冷系為閉式水冷系。閉式水冷系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：①閉式水冷系可使系統(tǒng)內(nèi)的壓力提高98～196kPa，冷卻液的沸點(diǎn)相應(yīng)地提高到120℃左右，從而擴(kuò)大了散熱器與周圍空氣的溫差，提高了散熱器的換熱效率。由于散熱器散熱能力的增強(qiáng)，可以相應(yīng)地減小散熱器尺寸。②閉式水冷系可減少冷卻液外溢及蒸發(fā)損失。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理二、散熱器2.散熱器蓋2）結(jié)構(gòu)及工作原理補(bǔ)償水桶1-散熱器蓋2-上密封襯墊3壓力閥彈簧4-下密封襯墊5-真空閥6-壓力閥7-加冷卻液口上密封面8-加冷卻液口9-加冷卻液口下密封面10-溢流管7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理二、散熱器3.補(bǔ)償水桶（膨脹水箱）膨脹水箱是一白色的小水壺，一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙靠近防火墻的角上。用一軟管與散熱器蓋上的溢流管連接。其作用是當(dāng)冷卻液受熱膨脹時(shí)，部分冷卻液流入補(bǔ)償水桶；而當(dāng)冷卻液降溫時(shí)，部分冷卻液又被吸回散熱器，所以冷卻液不會(huì)溢失。補(bǔ)償水桶內(nèi)的液面有時(shí)升高，有時(shí)降低，而散熱器卻總是為冷卻液所充滿。在膨脹水箱的外表面上刻有兩條標(biāo)記線："低"線和"高"線，膨脹水箱內(nèi)的液面應(yīng)位于兩條標(biāo)記線之間。補(bǔ)償水桶還可消除水冷系中的所有氣泡。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理二、散熱器4.散熱器百葉窗作用：通過改變吹過散熱器的空氣流量來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻強(qiáng)度，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)工作。發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)或暖車時(shí)，將百葉窗部分或完全關(guān)閉，可使冷卻液的溫度迅速升高。百葉窗可由駕駛?cè)送ㄟ^駕駛室內(nèi)的手柄來操縱其開閉，也可用感溫器自動(dòng)控制。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理三、冷卻風(fēng)扇1.風(fēng)扇的功用及結(jié)構(gòu)冷卻風(fēng)扇置于散熱器后面。功用：當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)吸進(jìn)空氣使其通過散熱器，以增強(qiáng)散熱器的散熱能力，加快冷卻液的冷卻速度。結(jié)構(gòu)：風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)罩發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系多采用低壓頭、大風(fēng)量、高效率的軸流式風(fēng)扇，即風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣沿著風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向流動(dòng)。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理三、冷卻風(fēng)扇1.風(fēng)扇的功用及結(jié)構(gòu)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，前者由薄鋼板沖壓而成，后者用塑料或鋁合金鑄制。翼形風(fēng)扇效率高、消耗功率少，在轎車和輕型汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。葉片數(shù)為4、5、6或7片。葉片之間的間隔角或相等，或不相等。間隔角不等的葉片可以減小葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪聲。翼形圓弧形7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理三、冷卻風(fēng)扇2.硅油風(fēng)扇離合器汽車在行駛過程中，由于環(huán)境條件和運(yùn)行工況的變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀況也在改變。因此，必須隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻強(qiáng)度。在炎熱的夏季，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速大負(fù)荷下工作水溫很高時(shí)，風(fēng)扇應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)以增加風(fēng)量，增強(qiáng)散熱器的散熱能力。在寒冷的冬天冷卻液的溫度較低時(shí)，或在汽車高速行駛有強(qiáng)勁的迎面風(fēng)吹過散熱器時(shí)，風(fēng)扇繼續(xù)工作不僅白白消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率而且還產(chǎn)生很大的噪聲。試驗(yàn)證明，水冷系只有25％的時(shí)間需要風(fēng)扇工作，而在冬季需要風(fēng)扇工作的時(shí)間就更短了。所以應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀況隨時(shí)對(duì)其冷卻強(qiáng)度加以調(diào)節(jié)。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理三、冷卻風(fēng)扇2.硅油風(fēng)扇離合器主動(dòng)：驅(qū)動(dòng)軸（發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)）、主動(dòng)板；從動(dòng)：從動(dòng)板、離合器殼體（裝有風(fēng)扇葉片）；介質(zhì)：硅油，利用硅油高粘度特性傳遞扭矩。感溫元件：雙金屬螺旋彈簧感溫器7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理三、冷卻風(fēng)扇2.硅油風(fēng)扇離合器工作過程：1）當(dāng)流經(jīng)散熱器的空氣溫度超過65℃時(shí)，雙金屬感溫器受熱變形，迫使閥片軸轉(zhuǎn)動(dòng)，打開從動(dòng)板上進(jìn)油孔。從動(dòng)板與前蓋之間貯存的硅油便流入主動(dòng)板與從動(dòng)板之間的工作腔，離合器接合，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速升高?？諝鉁囟仍礁?，進(jìn)油孔開度越大，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速就越快。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理三、冷卻風(fēng)扇2.硅油風(fēng)扇離合器工作過程：2）當(dāng)流經(jīng)散熱器的空氣溫度低于35℃時(shí)，雙金屬感溫器恢復(fù)原狀，閥片關(guān)閉進(jìn)油孔，在離心力的作用下，硅油經(jīng)回油孔從工作腔返回儲(chǔ)油腔，離合器分離，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變得很低。單向閥可防止硅油在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)從儲(chǔ)油腔流入工作腔。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理三、冷卻風(fēng)扇3.電動(dòng)風(fēng)扇由風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并由蓄電池供電。在有些電控系統(tǒng)中，電動(dòng)風(fēng)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(hào)。當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，電腦使風(fēng)扇繼電器搭鐵，繼電器觸點(diǎn)閉合并向風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)供電，風(fēng)扇進(jìn)入工作。電動(dòng)風(fēng)扇的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率使燃油經(jīng)濟(jì)性得到改善。此外，采用電動(dòng)風(fēng)扇不需要檢查、調(diào)整或更換風(fēng)扇傳動(dòng)帶，因而減少了維修的工作量。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理四、節(jié)溫器1.節(jié)溫器的功用節(jié)溫器是控制冷卻液流動(dòng)路徑的閥門。他根據(jù)冷卻液溫度的高低，打開或關(guān)閉冷卻液通向散熱器的通道。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，冷卻液的溫度較低，這時(shí)節(jié)溫器將冷卻液流向散熱器的通道關(guān)閉，使冷卻液經(jīng)水泵入口直接流入機(jī)體或氣缸蓋水套，以便使冷卻液能夠迅速升溫。如果不裝節(jié)溫器，讓溫度較低的冷卻液經(jīng)過散熱器冷卻后返回發(fā)動(dòng)機(jī)，則冷卻液的溫度將長(zhǎng)時(shí)間不能升高，發(fā)動(dòng)機(jī)也將長(zhǎng)時(shí)間在低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理四、節(jié)溫器2.節(jié)溫器結(jié)構(gòu)及工作原理當(dāng)冷卻液溫度低于規(guī)定值時(shí)，節(jié)溫器感溫體內(nèi)的石蠟呈固態(tài)，節(jié)溫器閥在彈簧的作用下關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)與散熱器間的通道，冷卻液經(jīng)水泵返回發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行小循環(huán)。當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到規(guī)定值后，石蠟開始熔化逐漸變成液體，體積隨之增大并壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠管收縮的同時(shí)對(duì)推桿作用以向上的推力。由于推桿上端固定，因此推桿對(duì)膠管和感溫體產(chǎn)生向下的反推力使閥門開啟。這時(shí)冷卻液經(jīng)節(jié)溫器閥進(jìn)入散熱器，再經(jīng)水泵流回發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行大循環(huán)。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理四、節(jié)溫器2.節(jié)溫器結(jié)構(gòu)及工作原理小循環(huán)大循環(huán)混合循環(huán)

7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理四、節(jié)溫器2.節(jié)溫器結(jié)構(gòu)及工作原理小循環(huán)大循環(huán)混合循環(huán)

7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理四、節(jié)溫器2.節(jié)溫器結(jié)構(gòu)及工作原理小循環(huán)大循環(huán)混合循環(huán)

7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理四、節(jié)溫器2.節(jié)溫器結(jié)構(gòu)及工作原理2）電控蠟式節(jié)溫器熱敏電阻絲1直接接觸石蠟3，一端固接于推桿2，熱敏電阻絲的引出線連接到插接頭上。電控單元（ECU）根據(jù)冷卻液溫度傳感器信號(hào)和控制策略，向熱敏電阻絲提供12V可控占空比電壓，控制加熱石蠟的時(shí)間和強(qiáng)度，開啟相應(yīng)節(jié)溫器閥的位移，實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度。1-熱敏電阻絲2-推桿3-石蠟4-殼體7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理四、節(jié)溫器3.節(jié)溫器的布置一般水冷系統(tǒng)的冷卻液都是由發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體流進(jìn)，從氣缸蓋流出。因此大多數(shù)節(jié)溫器布置在氣缸蓋出水管路中。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易排除冷卻系統(tǒng)中的氣泡。其缺點(diǎn)是節(jié)溫器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。節(jié)溫器在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)開閉的現(xiàn)象稱作節(jié)溫器振蕩。當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，將增加汽車的燃油消耗量。例如，在冬季起動(dòng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)節(jié)溫器振蕩。為防止振蕩，節(jié)溫器可以布置在散熱器的出水管路中。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理五、水泵水泵的功用是對(duì)冷卻液加壓，使其在冷卻系統(tǒng)中加速循環(huán)流動(dòng)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用離心式水泵。1.水泵的與工作原理離心式水泵主要由水泵殼體、葉輪和水泵軸等組成原理：當(dāng)水泵葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水泵中的冷卻液被葉輪帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下被甩向水泵殼體的邊緣，同時(shí)產(chǎn)生一定的壓力，然后從出水管流出。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理五、水泵2.水泵的典型結(jié)構(gòu)1-水泵外殼2-葉輪3-夾布膠木密封墊圈4-墊5-螺釘6-水封皮碗7-彈簧8-襯墊9-泵蓋10-水封座圈11-球軸承12-水泵軸13-半圓鍵14-凸緣盤（供安裝皮帶輪和風(fēng)扇用）15-軸承卡環(huán)16-隔離套管17-滑脂嘴18-水封環(huán)19-管接頭A-進(jìn)水口B-內(nèi)腔C-泄水孔7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理五、水泵3.水泵的驅(qū)動(dòng)水泵一般由曲軸通過V帶驅(qū)動(dòng)。傳動(dòng)帶環(huán)繞在曲軸帶輪和水泵帶輪之間，因此水泵轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例。奧迪100型轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵即由曲軸通過V帶驅(qū)動(dòng)，水泵轉(zhuǎn)速為曲軸轉(zhuǎn)速的1.6倍。有些發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵由凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)。7.2水冷系統(tǒng)零部件的構(gòu)造和工作原理六、變速器機(jī)油冷卻器裝有自動(dòng)變速器的汽車必須裝備變速器機(jī)油冷卻器，因?yàn)樽詣?dòng)變速器中的機(jī)油可能過熱。機(jī)油過熱會(huì)降低變速器性能甚至造成變速器損壞。變速器機(jī)油冷卻器通常就是一根冷卻管，置于散熱器的出水室內(nèi)，由冷卻液對(duì)流過冷卻管的變速器機(jī)油進(jìn)行冷卻。在變速器和冷卻器之間用金屬管或橡膠軟管連接。7.3雙回路冷卻