发动机冷却系统.ppt

发动机冷却系统,发动机冷却系统,发动机冷却系统的任务,发动机冷却系统的任务是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，使发动机得到适度的冷却，从而保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。,发动机冷却系统,带走多余热量； 尽可能快地达到工作温度； 保持发动机在最适宜的温度范围内工作，防止过热、过冷。,冷却系统的作用,过热配合间隙破坏；零件强度、刚度； 润滑油性能润滑不良磨损； 充气不良；汽油机不正常燃烧。 即：降低充气效率，使发动机功率下降；早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；零件的机械性能降低，导致变形或损坏。,过热,过 冷,过冷混合气不良，燃烧恶化，柴油机粗暴； 散热损失；润滑油粘度，油泥； 燃油稀释润滑油；摩擦磨损；积炭 动力性经济性，寿命。 即：进入气缸的混合气（或空气）温度太低，可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增加；燃烧生成物中的水蒸汽易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用；未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面（气缸壁、活塞、活塞环等）上的油膜，使零件磨损加剧。,Pe :输出功率 Be :燃油经济性 T :发动机温度,正确的发动机工作温度不仅对发动机的动力输出、燃油经济性影响较大；同时，也有利于降低有害物质排放。,重点冷却部位,组成燃烧室的零件的热负荷最大，其中包括气缸盖、活塞顶、气缸体上部、火花塞、气门等，二行程发动机还包括气体的排气口。,冷却方式（冷却系统的类型）,课堂提问,目前现有的发动机冷却方式有哪几种？这几种冷却方式分别用在哪些类型的车用发动机上？ 答：有水冷式和风冷式两种。水冷式主要用在汽车用发动机上，风冷式在摩托车上面应该非常广泛。,冷却方式,有两种冷却方式：风冷/空冷、水冷/液冷。,/插入一段视频（介绍风冷式和水冷式）,一、风冷/空冷,风冷/空冷：冷却介质是空气，通过气流利用散热片直接向周围空气散热。,风冷/空冷,由于汽车发动机功率较大，需要冷却的热量较多，多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强发动机的冷却。 为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀，在发动机上装有导流罩和分流板和气缸导流罩。,风冷却系统的组成及工作原理,组成： 风扇 导流罩 散热片 汽缸导流罩 分流板等,风冷系统工作情况,缸体、缸盖均布置了散热片，气缸、缸盖都是单独铸造，然后组装到一起，缸盖最热，采用铝合金铸造，且散热片比较长，为了加强冷却，保证冷却均匀，装有导流罩、分流板。,风冷系统分类及特点,分类：采用一个风扇时，装在发动机前方中间位置；采用两个风扇时，分别装在左右两列汽缸前端。 特点： 结构简单、质量较小、升温较快、经济性好。 难以调节，消耗功率大、工作燥声大。,风冷系统结构示意图,二、水冷/液冷,水冷/液冷：通过冷却液的不断循环，从发动机水套中吸收多余的热量，并散发到大气中，即利用循环液将热量带走。 水冷：冷却液温度在(8090)，105； 油冷：120140。,水冷系统,强制循环水冷却系统,水冷却系一般指强制循环水冷系，汽车发动机就采用强制循环水冷却系统。,组成：水泵、水套、散热器、百叶窗、风扇、冷却水管、冷却软管、节温器、水温表（水温传感器）等。,冷却水管,水温传感器,强制循环水冷却系统的组成,强制循环水冷系由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其它附属装置组成。,本田轿车发动机水冷系统组成及布置形式,水冷却系统的最大优缺点,水冷却系的最大优点是冷却强度高、发动机内部和外部冷却较均匀、冷却水路设计自由度大等。 水冷却系的最大缺点是容易漏水，需要经常维修等。,水冷发动机,水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的。 水冷系统还分为大循环和小循环两种循环方式。 水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛应用于现代汽车的发动机，并且大多数汽车都采用强制循环式水冷系统。,水冷发动机保持正常工作的温度,水冷式发动机保持正常工作的温度： 1. 冷却水的温度应在 353363K（8090）之间，这样才能使零件处于正常工作范围。 2. 气缸壁温度不超过473573K（200300） 3. 气缸盖、活塞顶部的温度不超过 573673K（300400 ）； 4. 润滑油的温度在343363K（7090），保证发动机具有较好的动力性、经济性和净化性，使零件的运动和磨损正常。,冷却液,冷却液是发动机冷却系统中最重要的工作介质，汽车常用的冷却液有水及加入防冻剂的防冻液。,冷却液,一、水冷却液,水冷却液是指直接用水作冷却液，它具有简单方便的优点。 汽车发动机中使用的冷却水应该清洁的软水。 井水、河水、海水等含有大量的矿物质的水称之为硬水。 因为在高温作用下，这些矿物质会从水中沉淀析出而产生水垢，产生的水垢附在水套的内壁和软管的接口处，影响了水流的循环，造成高温零件散热困难而使发动机过热。,水冷却液使用注意事项,在冬季寒冷地区，往往会因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形、胀裂的现象，所以使用水冷却液，需要放水过夜。 正是因为水冷却液的这个缺点，为了适应冬季行车的需要，在冷却水中加入一定量的防冻液以达到降低冰点、提高沸点的目的。发明了：加入防冻剂的防冻液。,二、防冻液,防冻液功用： 为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形或胀裂的现象，在冷却水中加入一定量的防冻液以达到降低冰点、提高沸点的目的。,防冻液是水与防冻剂的混合物。最常用的防冻剂是乙二醇，水与乙二醇的混合比例不同其冰点也不同，各一半的比例大约冰点是35.5。 现代汽车使用的防冻液通常是由一定比例的乙二醇和蒸馏水混合而成，其冰点可达238K，沸点则高达400K左右 此外，防冻液中通常还含有防锈剂和泡沫抑制剂，同时还填入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，以便识别。,防冻液,专用冷却液一般呈深绿色或深红色，有一定的毒性，使用时应注意。 发现冷却液泄漏时，应及时检查添加。,专用冷却液使用注意事项,冷却系统的基本组成,水冷系组成示意图,强制循环水冷系,强制循环水冷系：缸体和缸盖内设有水套，利用水泵将冷却液加压，强制其流过水套带走热量,1-散热器盖 2-散热器 3-百叶窗 4-水泵 5-风扇 6-放水阀 7-分水管 8-水温传感器 9-水温表 10-节温器 水套 补偿水箱 冷却液,冷却水流动过程,强制循环水冷系统中：散热器底部经过冷却的冷却水经水泵加压，经过分水管进入发动机机体的冷却水套，吸热后向上流入气缸盖水套，再次吸热后经节温器主阀门通过出水软管进入散热器，对着散热器的冷却风扇加速流经散热器芯的空气，促使热水加速冷却，然后经进水软管被水泵有一定真空度的进水口吸入。,冷却水流动过程,由散热器、冷却风扇、冷却水泵、膨胀水箱、节温器、冷却液温度传感器、冷却强度调节装置等组成。,强制循环水冷系基本组成,散热器,散热器又称为水箱，其功用是将来自水套的热水进行冷却。 将水套出来的热水自上而下或横向的分成许多小股并将其热量散给周围的空气。为了集中风向，提高冷却效果，散热器后面还装有导风圈。 在散热器前面装有百叶窗，当冷却水温度过低时，可将百叶窗部分或完全关闭，以减少流过散热器的空气流量。,散热器,散热器的原理,当开动一辆汽车的时候，发动机产生的热量足以摧毁汽车本身。因此汽车上安装了一套冷却系统保护它免受损害，并使发动机处于适当的温度范围内。 散热器是冷却系统的主要部分，目的是保护发动机避免因过热造成的破坏。 散热器的原理是利用冷空气降低散热器内来自发动机的冷却液温度。,散热器的作用,作用：将冷却液在水套内吸收的热量传给大气。散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。,1-散热器盖 2-上水室 3-进水管4-散热器芯 5-冷却管6-散热片 7-出水管8-下水室 9-放水开关,散热器的分类,按照散热器中冷却液流动的方向，可分为纵流式（也称竖流式）、横流式。 散热器的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。 大多数新型轿车均采用横流式散热器，这可以使发动机罩的外廓较低，有利于改善车身前端的空气动力性。,纵流式散热器,纵流式散热器芯竖直布置，冷却液自上而下地流过散热器芯。,横流式散热器,横流式散热器芯横向布置，冷却液经散热器芯横向流过散热器。,散热器的构造,构造：上水室+下水室+散热器芯 散热器主要由上、下储水室、散热器盖、散热器芯、框架及管路等组成。上储水室顶部有加水口，用散热器盖盖住。,散热器盖的组成,散热器盖由蒸汽阀、空气阀、蒸汽排出管等组成。,散热器盖,散热器盖的作用,作用：封闭+控制压力 1.要将水冷系密封住，以防冷却水溅出； 2.散热器盖具有空气-蒸汽阀的功用，使密封加压的水冷系压力稳定。 当水冷系过热而使水蒸气多时，冷却系统压力过高，可能导致散热器芯涨破，此时散热器盖中的蒸汽阀打开，多余的水蒸气经溢流管流入补偿水桶；当水冷系过冷而使水蒸气凝结，冷却系统压力过低，可能导致散热器芯压瘪而破裂，此时散热器盖中的空气阀打开，冷空气补充入冷却系统。,散热器盖结构和使用注意事项,注意 热状态下开启散热器盖时，应缓慢旋开, 以免被热水烫伤； 储水箱内的液面高度应位于其两刻线之间,1-散热器盖 2-上密封衬垫 3-压力阀弹簧 4-下密封衬垫 5-空气阀 6-蒸气阀 7-散热器口上密封面 8-散热器口 9-散热器口下密封面 10-溢流管,a)结构,b)蒸气阀开,c) 空气阀开,通储水箱,冷却水直接与大气相通，冷却系内蒸汽压力为大气压力，沸点低，水的耗量大。,开式冷却系统,冷却水不直接与大气相通，而是通过阀门与与大气相通，能根据水箱蒸汽压力的大小控制与大气的关闭。 冷却系统加压后蒸汽压力可提高98196kPa，略高于大气压力；水的沸点大于100，可高达120c，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率，有利于冷却。 汽车发动都采用闭式冷却系统。,闭式冷却系统,闭式冷却系统,a)空气阀开启 b)蒸汽阀开启 1-蒸汽排出管 2-蒸汽阀 3-空气阀 4-散热器盖,闭式冷却系统,闭式冷却系统,一般情况下，两阀借弹簧关闭。当散热器中压力升高到一定值（约为0.0260.037Mpa）时，蒸汽阀开启；水温下降，当冷却系中生的真空度达一定值（约为0.01时0.02Mpa）时，空气阀开启。,散热器盖,散热器芯,散热器芯部是散热器的主要散热部分。 一般要求经散热器后水温应降1015，对散热器而言，必须有足够的散热面积，材料导热性要好。由于散热器的外部使用条件较差，所以为了保证良好的传热性能和耐用性，散热器材料多采用耐腐蚀、导热性好的铜或铝片制成。 芯部的构造形式大多数采用管片式与管带式两种型式。传统的散热器芯由黄铜制造，近年来更多的用铝制造，有些散热器的进出水室由复合塑料制造，大大减轻了重量。,散热器芯构造,管片式散热器芯,由若干扁形或圆形冷却管组成。 空气吹过扁形冷却管和散热片，使管内流动的水得到冷却。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。,管片式散热器芯的特点,管片式散热器芯冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下贮水室，是冷却水的通道。 和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管可以借其横断面变形而避免破裂。 采用散热片不但可以增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。 这种散热器芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。,管带式散热器芯,由若干扁平冷却管组成 水管与散热器相间排列，在散热器带上常开有形似百叶窗的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。,管带式散热器芯的特点,管带式散热器芯采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式，散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提高。 这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一般多为轿车发动机采用，近年来在一些中型车辆上也开始采用。,散热器+副水箱 结构,对于加注防锈，防冻液的汽车发动机，为了减少冷却液的损失，保证冷却系的正常工作，采用散热器副水箱结构 。,散热器+副水箱,副水箱的上方用一根软管通大气，另一根软管与散热器的溢流管相连。 当散热器内蒸汽压力升高到某一值时，其盖上的压力阀打开，冷却液通过压力阀通过溢流管进入副水箱；当温度下降时，冷却液又从副水箱通过真空阀流回到散热器内部。这样可以防止冷却水损失。 副水箱内部印有两条液面高度标记线，副水箱内的液面高度应位于这两种刻线之间。,冷却风扇,风扇通常安排在散热器后面，与水泵同轴。 用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。,风扇,风扇的功用,提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。 当风扇旋转时，对空气产生抽吸作用，使之沿轴向流动。 空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。（如图所示）,风扇的构造,流经散热器的空气流速冷却液冷却,多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即在风扇旋转时空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。 在风扇外围装设导风罩3，使冷却风扇4吸入的空气全部通过散热器1，以提高风扇效率。 图中：2散热器盖,风扇的扇风量,风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数目有关。 叶片的断面形状有圆弧形和翼形两种。 翼形风扇效率高,消耗功率少，应用广泛。 叶片安装角一般为3045，叶片数为4、5、6或7片。叶片之间的间隔角或相等，或不相等。,风扇的工作状况,工作状况： 冷却能力满足低速大负荷时的冷却要求 高速/低负荷/低温, 冷却能力过剩。 爬坡和等红灯时过热 消耗功率n310%Pe 噪音大 依据工况控制风扇转速,风扇的工作状况,风扇的结构型式,车用发动机的风扇有轴流式和离心式两种。 轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行； 离心式风扇所产生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布置方便。因而在车用发动机上得到了广泛的应用。 目前汽车水冷发动机常用螺旋桨式轴流风扇。轿车用电动风扇。,冷却风扇的控制电动风扇，采用双速直流电动机驱动。,电动风扇,电动风扇由风扇电动机驱动并由蓄电池供电，所以风扇转速与发动机转速无关。 优点是结构简单，布置方便。 风扇转速由温控热敏电阻开关控制。 当冷却液温度为9297时，风扇转速为2300r/min。 当冷却液温度升高到99105时，风扇转速为2800r/min 。 当冷却液温度降到8491时，风扇停转。 电控系统中，电动风扇由电脑控制。,电动风扇,风扇是发动机功率的消耗者之一，试验表明，在汽车行驶中需要风扇工作的时间不到10，而风扇消耗的能量却占发动机功率的510。 为了降低风扇功率消耗，减少噪声和磨损，防止发动机过冷，降低污染，节约燃料，现多采用风扇离合器。 风扇离合器用来控制风扇的转速，改变通过散热器的空气流量的大小来改变冷却强度的目的。 常用的有硅油式和电磁式风扇离合器。,风扇离合器,硅油风扇离合器,硅油风扇离合器出现于20世纪60年代，最初主要应用于轿车，因其具有明显的节油特点，并广泛应用于中等功率发动机上。 目前，硅油式风扇离合器应用最为普遍。,硅油风扇离合器的结构,硅油风扇离合器由主动板、从动板、双金属感温器及壳体等构成。 风扇装于壳体上。 从动板与壳体之间的空间为工作腔，从动板与前盖之间为贮油腔，硅油存于其中。 从动板上有进油孔，由感温阀片和双金属感温器控制。 从动板外缘有一个由球阀控制的回油孔。,硅油风扇离合器的工作过程,冷却水温较低时，通过散热器的空气温度不高，进油孔关闭，贮油腔的硅油不能进入工作腔，离合器分离。 冷却水温较高时，双金属感温器受热变形，从而带动阀片轴和阀片转过一定角度，将进油孔打开，硅油进入工作腔，由于硅油粘度大，主动板通过硅油带动壳体和风扇一起转动，使风扇转速迅速升高。,硅油风扇离合器工作过程,电磁式风扇离合器,电动风扇由风扇电动机驱动并由蓄电池供电，风扇转速与发动机转速无关。,电磁式风扇离合器工作过程,冷却水泵,与风扇同轴，曲轴通过带轮-皮带驱动，水泵叶轮推动冷却液在整个系统内循环。,对冷却液加压，强制其在气缸套和气缸盖的水套、散热器内加速循环流动，保证发动机冷却可靠。,水泵的功用,常采用离心式水泵,水泵的构造,离心式水泵安装在发动机前端，水泵在机体外与冷却风扇同轴，并由风扇皮带轮带动旋转；也有装在机体内（内藏式）单独驱动的。,离心式水泵安装位置,发动机的离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，轮叶一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为69片。 壳体与转子之间用橡胶密封圈进行密封。曲轴上的皮带轮通过V形皮带带动水泵叶轮旋转。,离心式水泵的结构,东风EQ1090E型汽车6100Q-型发动机用离心式水泵,尺寸小； 质量轻； 结构简单； 排水量大； 当水泵因故障而停止工作时，不妨碍冷却液在冷却系统内热对流而自然循环。,离心式水泵的特点,当叶轮旋转时，水泵中的冷却液被叶片带动一起旋转，在本身离心力的作用下向叶轮边沿甩出，在涡形壳体内将动能转变为压能，经与叶轮成切线方向的出水口压送入发动机的水套。 与此同时，叶轮中心处形成一定的负压而将冷却液从进水口吸入。 如此连续不断地工作，就强制冷却液在冷却系统内循环流动。 如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不致于很快产生过热。,离心式水泵的工作原理,离心式水泵的工作原理,离心式水泵的工作原理,膨胀水箱,闭式膨胀水箱一般叫做定压罐，而膨胀水箱一般都指开式的水箱，都有膨胀和定压的作用。,加注防锈、防冻液的汽车发动机常采用膨胀水箱，其功用主要有：把冷却系变成永久性封闭系统，减少冷却液的溢失；避免空气不断进入引起的机件氧化腐蚀，减少穴蚀；使冷却液、汽分离，保持系统内压力稳定，提高了水泵的泵水量。,膨胀水箱的功用,膨胀水箱多用半透明（如塑料）制成，透过箱体可直接观察到液面高度，无需打开散热器盖。 膨胀水箱的上部用一个较细的软管与水箱的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水侧相连接，通常位置略高于散热器。,膨胀水箱的材料,膨胀水箱连接图,闭式膨胀水箱的控制可以有两种方式：一般常用的是压力控制，当然也可用水位控制，但不如用压力简单。 说到系统的定压作用：因为无论是采暖还是空调，水循环系统都是闭式的，系统需要一个恒压点，也就是定压系统的定压点。 定压点压力的高低要考虑两个因素，一个是系统运行时任一点都不超压，二是系统停运时系统不倒空。,闭式膨胀水箱的控制方式,膨胀水箱控制方式,如果定压点的压力过高，那么系统中的每一点的压力也就相应的高，如果超过了管道、阀门或设备的承压能力，就要出事故。 太低的话，一旦停泵（指循环泵），系统顶部就成了负压，系统就会倒空，下一次运行时就要进行放气，不然就会出现气堵。 闭式膨胀水箱的内部一般是有一个气囊的，系统亏水时在气囊内气体的压力下就将罐内的水挤到系统里了，气囊中气体的体积膨胀压力就会降低。系统内的水如果膨胀压力就会升高，水就会被挤到罐内，罐内的水多了就会压迫气囊，使气体的体积压缩，压力升高。因此可以根据气体的压力（或罐内水的压力）来决定是否补水（或者是排水）。一般允许有一个压力波动的范围。这个范围对应于气体体积的变化范围。控制可以用一个电节点压力表实现。,闭式膨胀水箱的控制用电节点压力表实现,课后思考题,目前现有的发动机冷却系统有何作用？ 发动机工作时过热有哪些危害？ 发动机工作时过冷有哪些危害？ 正确的发动机工作温度有哪些益处？,课后思考题,散热器的作用是什么？ 简述散热器的分类。 散热器使用过程中要注意哪些事项？ 散热器芯分为几类？采用的是什么材质？ 简述具有空气-蒸汽阀的散热器盖的工作原理。,课后思考题,目前现有的发动机冷却系统有哪几种冷却方式？各自的定义是什么？ 风冷系统的工作介质是什么？它是如何分类的？有哪些特点？ 水冷系统的最大优缺点是什么？ 给出水冷发动机保持正常工作的温度范围。,