发动机冷却系统

第七章 发动机冷却系统 冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证 发动机在最适宜的温度状态下工作。冷却系按照冷却介质不同可以分为 风 冷和水冷 ，如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装 置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却 的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音 小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。 内容提要 冷却系统的功用 使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，既要防止发动 机过热，又要防止冬季发动机过冷。在发动机冷起动之后，还要保证发 动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。 冷却不足： 发动机过热，工作过程恶化，零件强度降低，机油变质，零 件磨损加剧，最终导致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下 降。 冷却过度： 散热损失及摩擦损失增加，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴 箱中稀释润滑油，零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，发动机 功率下降及燃油消耗率增加。 冷却系的基本类型及特点 冷却系不同冷却方式的类型 按冷却介质分为水冷式和风冷式 以冷却液作为冷却介质的冷却系统称为水冷系；以空气作为冷却介质的冷却 系统称为风冷系。 按冷却介质的循环状态分为自然冷却式和强制冷却式 在冷却过程中，由冷却介质自然流动进行散热的冷却方式，称为自然冷却式； 由机械设备强制冷却介质循环流动进行散热的冷却方式，称为强制冷却式。 不同冷却方式的特点 强制冷却式发动机工作更加可靠，其受周围环境温度的影响较小。其中，强 制风冷式发动机靠发动机周围的大气实现冷却，适用于干旱地区及军事方面，更 具有机动灵活性；而强制水冷式发动机，工作起来则更加可靠，广泛应用于各种 类型汽车。 自然冷却式发动机主要用于小型动力，如摩托车、手扶拖拉机等。 水冷却系的基本组成 汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力， 强制冷却液在发动机中循环流动，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 等组成。 水冷却系的工作原理 （ 1）水冷却系的基本工作原理 发动机气缸周围设有水套，可燃混合气燃烧后产生的余热由水套周围的冷却 水吸收，并在水泵的作用下，强制循环水将热量传入水箱，并通过散热器实现与 大气的热交换以达到冷却发动机的目的。 百叶窗可由驾驶人员根据水温的高、低调节通过散热器的空气量，以改变散 热强度，满足发动机不同工况的作业需要；节温器可根据水温的高低自动地改变 水循环路线，使发动机在冬季不致于因水温过低而造成工作不良的后果。 （ 2） 冷却水的循环路线 大循环： 当水温高于 80 时，冷却水由水泵打入分水管，并经分水管流到各 气缸的水套进行冷却，随后，经上水管进入水箱并经散热器冷却后，经下水管被 重新吸如水泵。 小循环： 当水温低于 70 时，冷却水由水泵进入分水管，经水套周围冷却后 直接又回到水泵。 当水温在 70 80 之间时， 大、小循环 均有。 冷却液 全部冷却水均由水泵 分水管 水套 节温器主阀门 上水管 散热器 下水管 水泵实现循环 散热。 冷却液是水与防冻剂的混合物。冷却液用水最好是软水。 纯净水在 0 时结冰。如果冷却系统中的水结冰，将使冷却水终止循环引 起发动机过热；尤其严重的是水结冰时体积膨胀，可能将机体、气缸盖和 散热器胀裂。 在水中加入防冻剂制成冷却液以防止循环冷却水的冻结。最常用的防冻剂 是乙二醇。 50的水与 50的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为 35.5 。在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。例如，含 50 乙二醇的冷却液在大气压力下的沸点是 130 。因此，防冻剂有防止冷却 液过早沸腾的附加作用。 防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套 壁及散热器的锈蚀或腐蚀。在使用过程中，防锈剂和泡沫剂会逐渐消耗殆 尽，因此，定期更换冷却液是十分必要的。在防冻剂中一般还要加入着色 剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别。 冷却液 散热器： 由进水室、出水室及散热芯等 组成。 冷却液在散热器芯内流动，空气在 散热器芯外通过，散热器芯由导热系数 高、而且耐腐蚀的金属材料制成的薄壁 散热管及散热片组成。 第二节 水冷系统主要部件的构造 按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两种。 纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自 上而下地流过散热器芯进入出水室。 横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室 经散热器芯到出水室横向流过散热器。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。 散热器芯有多种结结构形式：管片式、管带式和板式。 补偿水桶 散热器百叶窗 冷却风扇 自学内容 节温器 水泵 散热器盖 作用：密封水冷系并调节系统的工作压力。 基本工作原理： 发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液容积膨胀，使冷却系内 的压力增高。当压力超过预定值时，压力阀开启，一部分冷却液经溢流管流入 补偿水桶，以防止冷却液胀裂散热管。 发动机停机后，冷却液的温度下降，冷却系内的压力也随之降低。当压力降 到大气压力以下出现真空时，真空阀开启，补偿水桶内的冷却液部分地流回散 热器，可以避免散热器被大气压力压坏。 第三节 风冷系统 风冷发动机的特点 1)对地理环境和气候环境的适应性强 风冷发动机特别适于在沙漠或高原等缺水的地 区工作。另外，在酷热的气候条件下工作不会过热，在严寒季节也不易过冷。即 风冷发动机对气温的变化不敏感。 2)热负荷高 风冷发动机的气缸盖、气缸体等受热零件的温度高。这是因为空气的传 热系数只有水的传热系数的 1/20 1/30，空气的比热容只有水的 1/4。 3)冷起动后暖机时间短 由于风冷发动机在冷起动后气缸温度上升快，在短时间内即 可进入大负荷工作状态。 4)维护简便 由于省去了散热器和许多管道而减少了维护点，而且由于通用化、系列 化程度高，主要零件均可互换，因此拆装容易，维修简便。 冷却系统的布置及冷却风扇 某风冷柴油机冷却系统。冷却风扇位于两排气缸中间，由气缸盖、气缸体、机油冷却器、前后挡板和顶 盖板等构成风压室。在气缸盖和气缸体的背风面设有挡风板，用来调节风量的分配。冷空气经冷却风扇增压 后进入风压室，再由风压室流过各个需要冷却的零部件表面。由于各零部件的通道阻力不同，因此流过的风 量有多有少，以保证其适度而又可靠的冷却 冷却风扇有轴流式和径流式两种。多缸风冷发动机采用轴流式。冷却风扇主要由静叶轮和动叶轮两部分 组成。静叶轮为铝合金精密压铸件，静叶轮毂内装液力耦合器。动叶轮与风扇外壳之间的间隙很小，以提高 风扇效率。动叶片与静叶片的断面均为翼形 三、冷却强度的调节 当负荷增加时，排气温度升高，温控阀开度增大，进入液力耦合器的 油量增多，风扇转速增高，风量增加，冷却强度增强；反之，当负荷减小 时，冷却强度随之减弱。自动调节系统能够根据发动机负荷的变化，自动 调节冷却风量，使柴油机始终保持在最佳的热状态。 思考题 1. 冷却系统的功用是什么 ?发动机的冷却强度为什么要调节 ?如何调节 ? 2. 若发动机正常工作一段时间后停机，冷却系统中的冷却液会发生什么 现象 ? 3. 风冷发动机的冷却系统有何特点 ?其冷却强度如何调节