汽车结构第08章发动机冷却系课件

汽车结构第08章发动机冷却系第八章 发动机冷却系冷却系的功用及组成冷却系的功用及组成冷却液冷却液散热器散热器冷却风扇冷却风扇节温器节温器水泵水泵变速器机油冷却器变速器机油冷却器7/6/20242第一节 冷却系的功用及组成冷却系的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内的温度范围内。冷却系既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在冷发动机起动之后，冷却系还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。在发动机工作期间，最高燃烧温度可能高达2500，即使在怠速或中等转速下，燃烧室的平均温度也在1000以上。因此，与高温燃气接触的发动机零件受到强烈的加热。在这种情况下，若不进行适若不进行适当的冷却，发动机将会过热，工作过程恶化，零当的冷却，发动机将会过热，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、可靠性及耐久性的全致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性的全面下降面下降。但是，冷却过度也是有害的。不论是过度冷却还是发动机长时间在低温下工作，均会使散热损失及摩擦损失增加，零件磨损加剧，发动机工作粗暴，发动机功率下降及燃油消耗率增加。7/6/20243哈尔滨工业大学（威海）发动机的冷却系统有风冷与水冷之分，少数汽车发动机采用风发动机的冷却系统有风冷与水冷之分，少数汽车发动机采用风冷系统。因此，本章只介绍水冷系统。冷系统。因此，本章只介绍水冷系统。汽车发动机的冷却系统为强制循环水冷系统，即利用水泵提高汽车发动机的冷却系统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。强制循环水冷系冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。强制循环水冷系统由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和统由水泵、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他附属装置等组成气缸盖中的水套以及其他附属装置等组成(图图8-l).8-l).冷却液在水冷系统中的循环路径如图冷却液在水冷系统中的循环路径如图8-28-2所示。冷却液在水泵所示。冷却液在水泵5 5中增压后，经分水管中增压后，经分水管1010进入发动机的机体水套进入发动机的机体水套9 9。冷却液从水套壁。冷却液从水套壁周围流过并从水套壁吸热而升温周围流过并从水套壁吸热而升温;然后向上流入气缸盖水套然后向上流入气缸盖水套7 7，从气，从气缸盖水套壁吸热之后经节温器缸盖水套壁吸热之后经节温器6 6及散热器进水软管流人散热器及散热器进水软管流人散热器2;2;在在散热器中，冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温散热器中，冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温;最后冷却最后冷却液经散热器出水软管返回水泵，如此循环不已。在汽车行驶时或冷液经散热器出水软管返回水泵，如此循环不已。在汽车行驶时或冷却风扇工作时，空气从散热器周围高速流过，以增强对冷却液的冷却风扇工作时，空气从散热器周围高速流过，以增强对冷却液的冷却。不论是铜制或不锈钢制的分水管，还是直接铸在机体上的分水却。不论是铜制或不锈钢制的分水管，还是直接铸在机体上的分水道，都沿纵向开有出水孔，并与机体水套相通，离水泵越远，出水道，都沿纵向开有出水孔，并与机体水套相通，离水泵越远，出水孔越大，其数目通常与气缸数相同。分水管或分水道的作用是使多孔越大，其数目通常与气缸数相同。分水管或分水道的作用是使多缸发动机各气缸的冷却强度均匀一致。缸发动机各气缸的冷却强度均匀一致。7/6/20244哈尔滨工业大学（威海）循环路径说明冷却液在水泵5中增压后，经分水管10进入发动机的机体水套9。冷却液从水套壁周围流过并从水套壁吸热而升温；然后向上流入气缸盖水套7，从气缸盖水套壁吸热之后经节温器6及散热器进水软管流入散热器2；在散热器中，冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温；最后冷却液经散热器出水软管返回水泵，如此循环不已。在汽车行驶时或冷却风扇工作时，空气从散热器周围高速流过，以增强对冷却液的冷却。不论是铜制或不锈钢制的分水管，还是直接铸在机体上的分水道，都沿纵向开有出水孔，并与机体水套相通，离水泵越远出水孔越大，其数目通常与气缸数相同。分水管或分水道的作用是使多缸发动机各气缸的冷却强度均匀一致。有些发动机的水冷系，其冷却液的循环流动方向与上述相反，可称其为逆流式水冷系。在这种水冷系中，温度较低的冷却液首先被引入气缸盖水套，然后才流过机体水套。由于它改善了燃烧室的冷却而允许发动机由较高的压缩比，从而可以提高发动机的热效率和功率。如图8-27/6/20245哈尔滨工业大学（威海）7/6/20246哈尔滨工业大学（威海）7/6/20247哈尔滨工业大学（威海）暖风机 大多数汽车装有暖风系统。暖风机是一个热交换器，也可称作第二散热器。在装有暖风机的水冷系中，热的冷却液从气缸盖或机体水套经暖风机进水软管流入暖风机芯，然后经暖风机出水软管流回水泵（图8-1）。吹过暖风机芯的空气被冷却液加热之后，一部分送到挡风玻璃除霜器，一部分送入驾驶室或车箱。第二节 冷却液冷却液是水与防冻剂的混合物。冷却液用水最好是软水，否则将在发动机水套中产生水垢，使传热受阻，易造成发动机过热。冷却液中要加入防冻剂。防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。7/6/20248哈尔滨工业大学（威海）第三节 散热器一、散热器一、散热器发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成构成。传统的散热器芯由黄铜制造，但近年来更多的是用铝制造，而且有传统的散热器芯由黄铜制造，但近年来更多的是用铝制造，而且有些散热器的进、出水室由复合塑料制造，使散热器质量大为减轻。些散热器的进、出水室由复合塑料制造，使散热器质量大为减轻。二、散热器盖二、散热器盖三、补偿水桶三、补偿水桶四、散热器百叶窗四、散热器百叶窗7/6/20249哈尔滨工业大学（威海）7/6/202410哈尔滨工业大学（威海）7/6/202411哈尔滨工业大学（威海）二、散热器盖现代汽车发动机强制循环水冷系，都用散热器盖严密的盖在散热器加冷却液口上，使水冷系成为封闭系统，通常称这种水冷系为闭式水冷系。散热器盖的作用是密封水冷系并调节系统的工作压力。当把散热器盖盖在散热器加冷却液口上并锁紧时，散热气盖的上密封衬垫在压力阀弹簧的作用下与加冷却液口的上密封面贴紧，散热气盖的下密封衬垫与加冷却液口的下密封面贴紧，这时水冷系被封闭。散热器盖的结构及工作原理如图8-5所示。7/6/202412哈尔滨工业大学（威海）二、散热器盖7/6/202413哈尔滨工业大学（威海）散热器盖的工作原理当发动机工作时，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器。当发动机停机后，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的流回散热器，可以避免散热器被大气压力压坏。图图8-58-57/6/202414哈尔滨工业大学（威海）三、补偿水桶 补偿水桶由塑料制造并用软管与散热器加冷却液口上的溢流管连接（图8-1）。其作用已如上述，即当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流入补偿水桶；而当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，所以冷却液不会溢失。补偿水桶内的液面有时升高，有是降低，而散热器却总是被冷却液所充满。在补偿水桶的外表面上刻有两条标记线：“低”线和“高”线，补偿水桶内的液面应位于两条标记线之间。若液面低于“低”线时，应向桶内补充冷却液。在向桶内添加冷却液时，液面不应超过“高”线。补偿水桶还可消除水冷系中的所有气泡。不论水冷系中有空气泡或蒸汽泡，都会降低传热效果。当水冷系中有空气时，还会增加金属的腐蚀。7/6/202415哈尔滨工业大学（威海）四、散热器百叶窗有些货车和大客车发动机在散热器前面装有百叶窗，其作用是通过改变吹过散热器的空气流量来调节发动机的冷却强度，以保证发动机经常在适当的温度范围内工作。在发动机冷起动或暖车期间，冷却液的温度较低，这时将百叶窗部分完全关闭，以减少吹过散热器的空气流量，使冷却液的温度迅速升高。百叶窗可由驾驶员通过驾驶室内的手柄来操纵其开闭，也可用感温器自动控制。图图8-68-6 所示为货车上使用的散热器百叶窗的自动控制系统。控制系统中的感温器安装在散热器进水管上，用来感受来自发动机的冷却液温度。在发动机冷起动及暖车期间，百叶窗关闭。当发动机达到正常工作温度后，感温器打开空气阀，使制动空气压缩机产生的压缩空气进入气缸，并推动空气杆内的活塞连同调整杆一起下移，带动杠杆使百叶窗开启。7/6/202416哈尔滨工业大学（威海）7/6/202417哈尔滨工业大学（威海）第四节 冷却风扇风扇的功用及结构风扇的功用及结构硅油风扇离合器硅油风扇离合器电动风扇电动风扇风扇的功用及结构风扇的功用是：当风扇旋转时吸进空气，使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。汽车发动机水冷系多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即风扇旋转时，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，使风扇4吸进的空气全部通过散热器1，以提高风扇效率。7/6/202418哈尔滨工业大学（威海）冷却风扇置于散热器后面（图8-7）。当发动机在车架上纵向布置时，风扇一般安装在水泵轴上，并由驱动水泵和发电机的同一根V带传动。7/6/202419哈尔滨工业大学（威海）（续）风扇的扇风量主要与风扇直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数风扇的扇风量主要与风扇直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数有关。有关。叶片的断面形状有圆弧形和翼形两种叶片的断面形状有圆弧形和翼形两种（图图8-8），），前者由薄钢板冲压而成，后者用塑料或铝合金铸造。前者由薄钢板冲压而成，后者用塑料或铝合金铸造。翼形风扇效率高、消耗功率少，在轿车和轻型汽车翼形风扇效率高、消耗功率少，在轿车和轻型汽车上得到了广泛的应用。上得到了广泛的应用。一般叶片与风扇旋转平面成一般叶片与风扇旋转平面成3045角（叶片安装角）。角（叶片安装角）。叶片数为叶片数为4 4、5 5、6 6或或7 7片片。叶片之间的间隔角或相等，或不相等。叶片之间的间隔角或相等，或不相等。间隔角不等的叶片可以间隔角不等的叶片可以减小叶片旋转时的振动和噪声。减小叶片旋转时的振动和噪声。7/6/202420哈尔滨工业大学（威海）7/6/202421哈尔滨工业大学（威海）硅油风扇离合器7/6/202422哈尔滨工业大学（威海）当发动机负荷增大，冷却液温度升高时，高温气流吹在双金属片感温器上，使双金属片受热变形，带动阀片传动销和控制阀片偏转一个角度。气流温度超过65后，从动板上的进油孔A被打开，贮油腔中的硅油通过此孔进入工作腔中。粘性的硅油流进主动板与从动板及主动板与离合器壳体之间的间隙中，将主动板上的转矩传给离合器壳体，带动风扇高速旋转，离合器此时处于接合状态。进入工作腔的硅油在离心力的作用下甩向外缘，顶开单向阀I并通过从动板上的回油孔B流回贮油腔，然后再进人工作腔。如此反复，形成循环。硅油在循环时将热量传给铸有散热片的前盖和离合器外壳而得到冷却，以避免工作时硅油温度过高。7/6/202423哈尔滨工业大学（威海）电动风扇 很多轿车发动机的水冷系采用电动风扇，尤其横置发动机前轮驱动的汽车更是如此。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。我国生产的红旗CA7220、奥迪100、捷达和桑塔那等轿车均采用电动风扇（图8-10），且风扇转速均为两挡。风扇转速有温控热敏电阻开关控制。当冷却液流出散热器的温度为9297时，热敏开关接通风扇电动机的1挡，风扇转速为2300r/min。当冷却液温度升高到99105时，热敏开关接通风扇电动机的2挡，这时风扇转速为2800r/min。若冷却液温度降到9298时，风扇电动机恢复1挡转速。但冷却液温度降到8491时，热敏开关切断电源，风扇停转。在有些电控系统中，电动风扇由电脑控制。冷却液温度传感器向电脑传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达到规定值时，电脑使风扇继电器接地，继电器触点闭合并向风扇电动机供电，风扇进入工作。电动风扇的优点是结构简单，布置方便，不消耗发动机功率，使燃油经济性得到改善。此外由于不需要检查、调整或更换风扇传动带而减少了维修保养工作量。7/6/202424哈尔滨工业大学（威海）7/6/202425哈尔滨工业大学（威海）节温器的功用 节温器是控制冷却液流动路径的阀门。它根据冷却液温度的高低，打开或关闭冷却液通向散热器的通道。当起动冷发动机时，节温器关闭冷却液流向散热器的通道，这时冷却液经水泵入口直接流回机体及气缸盖水套，使冷却液迅速升温。如果不装节温器，那么，温度较低的冷却液经过散热器冷却后返回发动机，其温度将长时间不能升高，发动机也将长时间在低温下运转。同时，车厢内的暖风系统以及用冷却液加热的进气管、化油器、预热系统，都在长时间内不能发挥作用。第五节第五节 节温器节温器7/6/202426哈尔滨工业大学（威海）节温器结构及工作原理 蜡式节温器有单阀型与双阀型之分。单阀蜡式节温器的结构如图8-11所示。推杆1的一端紧固在带状上支架2上，而另一端则插入感温体5的胶管6中。感温体支承在带状下支架3及节温器阀8之间。在感温体外壳与胶管中间充满精制石蜡。国产轿车捷达、桑塔那及奥迪100型等，均采用蜡式节温器。其特性为：当冷却液温度达到85时，节温器阀开始打开。当温度达到105时，节温器阀全开，其升程应超过7mm。7/6/202427哈尔滨工业大学（威海）7/6/202428哈尔滨工业大学（威海）节温器的布置一般水冷系的冷却液都是由机体流进、从气缸盖流出。大多数节温器布置在气缸盖出水管路中。这种布置方式的优点是结构简单，容易排除水冷系的气泡。其缺点是节温器在工作时会产生振荡现象。例如，在冬季起动冷发动机时，由于冷却液温度低，节温阀关闭。冷却液在进行小循环时，温度很快升高，节温起开启。与此同时，散热器内的低温冷却液流入机体，使冷却液又冷了下来，节温器阀又再次打开。直到全部冷却液的温度稳定之后，节温器阀才趋于稳定不再反复开闭。节温器在短时间内反复开闭的现象，称为节温器振荡。当出现这种现象时，将增加汽车的燃油消耗量。节温器也可以布置在散热器的出水管中。这种布置方式可以减轻或消除节温器振荡现象，并能精确地控制冷却液温度，但其结构复杂。成本较高，多用于高性能的汽车及在冬季经常高速行驶的汽车上。奥迪100型轿车发动机的节温器即布置在散热器出口的管路中。7/6/202429哈尔滨工业大学（威海）第六节 水泵水泵的功用水泵的功用 对冷却液加压，保证其在冷却系中循环流动。水泵的工作原理水泵的工作原理水泵的典型结构水泵的典型结构水泵的传动水泵的传动 水泵一般由曲轴通过V带传动，传动带环绕在曲轴带轮与水泵带轮之间，因此，水泵转速与发动机转速成比例。有些发动机的水泵由凸轮轴直接驱动。7/6/202430哈尔滨工业大学（威海）水泵的工作原理汽车发动机广泛采用离心式水泵（图8-13）。其基本结构由水泵壳体1、水泵轴2、叶轮叶轮 3及进、出水管等组成。水泵壳体由铸铁或铝铸制。离心式水泵的工作原理如图8-13所示。当水泵叶轮按图示方向旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出。在叶轮的中心处，由于冷却液被甩出而压力下降。散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下，进经水管流入叶轮中心。7/6/202431哈尔滨工业大学（威海）叶轮 叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有68个径向直叶片或后弯叶片（图8-14）。进、出水管与水泵壳体铸成一体。7/6/202432哈尔滨工业大学（威海）水泵的典型结构 图8-15所示为EQ6100-1型发动机所采用的离心式水泵结构图。水泵轴12的一端用两个球轴承11支承在水泵壳体1内，其伸出壳体以外的部分用半圆键13与安装风扇带轮的凸圆盘14连接。水泵轴的另一端安装水泵叶轮2，并用螺栓紧固。在叶轮2与球轴承11之间装有水封，用来防止水泵内的冷却液沿水泵轴渗漏。水封中的弹簧7通过水封环18将水封皮碗6的一端压在水封座圈10上，而将皮碗的另一端压在夹布密封垫圈3上。夹布胶木密封垫圈在弹簧的压力下与水泵叶轮毂的端面贴和。密封垫圈上有两个凸耳在水泵壳体上的槽孔内。因此，在水泵工作时，水封不随水泵轴旋转。水泵壳体上有泄水孔C，位于水封之前。一旦有冷却液漏过水封，可从泄水孔泄出，以防止冷却液进入轴承而破坏轴承的润滑。如果发动机停机后仍有冷却液泄漏，则表明水封已经损坏。离心式水泵结构简单、尺寸小、排量大且工作可靠，因此得到广泛的应用。7/6/202433哈尔滨工业大学（威海）7/6/202434哈尔滨工业大学（威海）装有自动变速器的汽车必须装备变速器机油冷却器，因为自动变速器中的机油可能过热。机油过热会降低变速器性能，甚至造成变速器损坏。变速器机油冷却器通常就是一根冷却管，置于散热器的出水室内（图8-16），由冷却液对流过冷却管的变速器机油进行冷却。在变速器和冷却管之间用金属管或橡胶软管连接。当汽车牵引挂车时，需要对变速器机油进行附加冷却。可在变速器机油冷却器的管路中窜接一个外部变速器机油附加冷却器，置于散热器前。第七节 变速器机油冷却器7/6/202435哈尔滨工业大学（威海）