第六章 发动机冷却系

第七章第七章 发动机冷却系构造与维修发动机冷却系构造与维修第一节第一节 概述概述一、冷却系作用：一、冷却系作用：发动机在燃烧过程中，汽缸内气体的温度可高达20732273K。直接与燃烧的气体接触的零件强烈受热，如不采取适当的措施使之降低温度，则其中运动机件将可能因受热膨胀而破坏正常间隙，或因润滑油在高温下失效而使机件卡死，各机件也可能因高温而导致其机械强度降低甚至损坏。因此，必须在发动机上设置冷却系。冷却系的功用是将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下工作。二、发动机过冷或过热的危害二、发动机过冷或过热的危害 冷却不足，会造成发动机过热，导致发动机充气量下降而影响发动机功率输出。对汽油机来说，还可能造成早燃、爆燃和表面点火等不正常燃烧；同时过高的温度会使润滑油的黏度降低，导致机件磨损加剧。冷却过度则会造成发动机温度过低，使燃料燃烧后产生的热量散失过多，转变成有用功的热量过少，并使可燃混合气形成条件变差，使燃料蒸发困难，从而导致发动机功率下降，油耗增加；同时还会因润滑油黏度增大而造成润滑不良，加剧机件的磨损。三三、冷却系种类、冷却系种类 风冷系统和水冷系统两大类风冷系统和水冷系统两大类，现代发动机采用水冷系统。现代发动机采用水冷系统。1 1.风冷系统风冷系统 是用空气作为冷却介质，将受热零件的热量直接散发到大气中去。采用风冷系统的发动机，为了增大散热面积，一般在汽缸体和汽缸盖上制有许多散热片。发动机利用车辆前进中的空气流，或特设的风扇鼓动空气，吹过散热片，将热量带走。风冷系图风冷系图2 2.水冷系统水冷系统 以水或防冻液（统称为冷却液）为冷却介质，靠冷却液的循环流动将高温机件的热量带走，再将热量散发到大气中。水套是直接铸造在汽缸体和汽缸盖内相互连通的空腔，水套通过橡胶软管与固定在发动机前端的散热器相连，形成封闭的冷却水循环通路。水泵安装在水套与散热器之间。发动机工作时，水套和散热器内充满冷却水，曲轴通过V带驱动水泵工作，使冷却水在水套与散热器之间循环流动；冷却水流经汽缸体和汽缸盖内的水套时，带走发动机热量使发动机冷却，而流经散热器时将热量散发到大气中。风扇安装在水泵轴上，水泵工作时，风扇转动产生强大的吸力，以增大流经散热器的空气流量和速度，加强散热器的散热效果。在一些发动机上，采用风扇离合器或电动风扇来控制风扇的工作状态，以根据发动机的工作情况调节冷却强度。百叶窗安装在散热器前面，由驾驶员控制其开度，以控制流经散热器的空气量，调节冷却强度。四、冷却液四、冷却液 冷却液是水与防冻剂的混合物。水的沸点低，易蒸发，需经常添加；不宜添加河水、井水等含矿物质的水，以免产生水垢，使冷却系统散热不良。纯净水在0时结冰。水结冰时体积膨胀，可能将机体、气缸盖和散热器胀裂。所以需放去水过夜。为了适应冬季行车的需要，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。在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。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。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热。泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。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。第二节第二节 水冷系统的基本组成水冷系统的基本组成 汽车发动机的水冷系统均为强制循环水冷系统，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。这种系统包括水泵、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他附加装置等。为了控制冷却水温度，冷却系中设有冷却强度调节装置，如百叶窗、节温器和风扇离合器等。发动机强制循环式水冷系图发动机强制循环式水冷系图一、散热器一、散热器 1.1.功能功能 利用流进散热器芯缝隙中空气流来带走散热器中冷却液热利用流进散热器芯缝隙中空气流来带走散热器中冷却液热量，达到降低冷却液温度的目的。量，达到降低冷却液温度的目的。2.2.构造构造 上贮水室上贮水室 下贮水室下贮水室 散热器芯组成散热器芯组成散热器结构图散热器结构图二、膨胀水箱二、膨胀水箱 1.1.作用作用 冷却液通过膨胀水箱使冷却系成为一个封闭系统，从而避免了冷却液因蒸发而导致耗损，冷却液面高度可保持不变。将冷却系统中水气分离，增大水泵的泵水量和减小水泵和水套内部穴蚀。2.2.工作特点工作特点 如图所示如图所示膨胀水箱示意图膨胀水箱示意图三、散热器盖三、散热器盖 1.1.结构结构 蒸汽阀、空气阀 2.2.作用作用 提高冷却水沸点（108120）提高冷却效果 防止冷却水量减少 3.3.工作特点工作特点 当散热器内压力大于蒸汽阀弹簧压力时，蒸汽阀开启，水蒸气从蒸汽排出管排出。当散热器内冷却水冷却收缩而形成真空时，空气阀开启，让空气进入水箱内，防止水箱内受真空吸力作用而造成散热器受损。散热器盖图散热器盖图五、水泵五、水泵1.1.功能功能 使冷却液能进入发动机水套内进行循环，以提高发动机冷却效果。2.2.构造构造 水泵叶轮、水泵轴及轴承、水泵外壳、水封等组成。AUDIAUDI水泵结构示意图水泵结构示意图3.3.工作原理工作原理 当叶轮旋转时，水泵中的冷却液被轮叶带动一起旋转，在离心当叶轮旋转时，水泵中的冷却液被轮叶带动一起旋转，在离心力作用下，冷却液向叶轮的边缘甩出，并且沿切线方向从出水管处力作用下，冷却液向叶轮的边缘甩出，并且沿切线方向从出水管处被压送到发动机水套内产生循环。被压送到发动机水套内产生循环。同时，叶轮中心处的压力下降，散热器中的冷却液经进水管吸同时，叶轮中心处的压力下降，散热器中的冷却液经进水管吸入到叶轮中心。入到叶轮中心。水泵工作原理图水泵工作原理图六、风扇六、风扇 1.1.功能：增加通过散热器的空气量，使流过散热器的冷却液功能：增加通过散热器的空气量，使流过散热器的冷却液温度迅速下降，提高冷却效果。温度迅速下降，提高冷却效果。2.2.构造：目前轿车水冷发动机广泛采用螺旋浆式风扇，其叶构造：目前轿车水冷发动机广泛采用螺旋浆式风扇，其叶片多用塑料或铝合金铸成翼形断面。片多用塑料或铝合金铸成翼形断面。3.3.风扇控制：由装在散热器一侧的热敏开关和点火开关控制风扇控制：由装在散热器一侧的热敏开关和点火开关控制。风扇控制原理：风扇控制原理：（1）当点火开关ON时，发动机已达到工作温度，使温度开关也在ON位置时，继电器线圈形成回路，从而建立磁场，将触点闭合，大电流从蓄电池流进风扇马达，使风扇开始转动，加强冷却。（2）点火开关ON时，但发动机未达到工作温度，温度开关处于OFF位置，继电器线圈无法建立磁场，故风扇马达无电流通过不转。（3）点火开关OFF时，不管温度开关ON或OFF，因无电源供应，继电器OFF，风扇马达不转。风扇控制图风扇控制图七、风扇离合器七、风扇离合器 1.1.功能功能 根据发动机温度自动控制风扇的转速，改变通过散热器的根据发动机温度自动控制风扇的转速，改变通过散热器的空气量，实现冷却强度的自动调节。空气量，实现冷却强度的自动调节。减少发动机功率消耗，降低发动机的噪声减少发动机功率消耗，降低发动机的噪声。2.2.种类种类 硅油式硅油式 电磁式电磁式 机械式机械式3.3.硅油式风扇离合器构造硅油式风扇离合器构造 主动轴、水泵轴主动轴、水泵轴 主动板、从动板主动板、从动板 前盖、壳体、风扇前盖、壳体、风扇工作室、进油孔、阀片工作室、进油孔、阀片风扇离合器图风扇离合器图4.4.工作过程工作过程n 当流进散热器的空气温度升高时，双金属热敏弹簧受热变形，迫使阀片轴相对于从动板转动，而阀片与阀片轴固定在一起，从而带动阀片转动，进油孔打开，硅油进入到工作室。n 在主动板和从动板之间的缝隙中有了硅油后，主动板利用硅油的粘性带动从动板和风扇一起转动。风扇离合器处于接合状态，风扇转速逐渐升高。八、节温器八、节温器 1.1.功能功能 节温器安装在水套出水口处，根据发动机工作温度，它可自动控节温器安装在水套出水口处，根据发动机工作温度，它可自动控制通向散热器和水泵的两个冷却水通路，以调节冷却强度。制通向散热器和水泵的两个冷却水通路，以调节冷却强度。2.2.结构结构2024/2/7第31页节温器实物图节温器实物图3.3.节温器工作原理节温器工作原理 发动机工作温度低（70以下）时，节温器自动关闭通向散热器的通路，而开启通向水泵的通路，从水套流出的冷却水直接通过软管进入水泵，并经水泵送入水套在进行循环，由于冷却水不经散热器散热，可使发动机工作温度迅速升高，此循环路线称为小循环。发动机工作温度高（80以上）时，节温器自动关闭通向水泵的通路，而开启通向散热器的通路，从水套流出的冷却水经散热器散热后再由水泵送入水套，提高了冷却强度，以防止发动机过热，此循环路线称为大循环。2024/2/7第33页水冷却系的大、小循环 (1)水冷却系的大循环：冷却水经水泵水套节温器散热器，又经水泵压入水套的循环，其水流路线长，散热强度大，称水冷却系的大循环。(2)水冷却系的小循环：冷却水经水泵水套节温器后不经散热器，而直接由水泵压入水套的循环，其水流路线短，散热强度小，称水冷却系的小循环。