汽车构造 第7章发动机冷却系

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,7,章发动机冷却系,第,1,节冷却系的功用与分类,第,2,节水冷系,小结,第,1,节冷却系的功用与分类,一、冷却系的作用,发动机工作时，气缸内燃烧气体的温度可高达,2 2002 800 K(,汽油机,),，如果不对发动机采取必要的冷却措施，将不能保证其正常工作。发动机冷却系的任务就是使发动机得到适度的冷却，从而使发动机保持在最适宜的温度范围内工作。,二、冷却系的分类,发动机冷却系按冷却介质的不同，可分为水冷系和风冷系。,1.,水冷系,水冷系是通过冷却水在发动机水套中循环流动而吸收多余的热量，再将此热量散入大气而进行冷却的一系列装置。水冷系因冷却强度大、易调节、便于冬季启动而广泛用于汽车发动机上。在采用水冷系时，气缸盖内冷却水的温度应保持在,353,一,363 K,范围内，气缸壁的温度则不超过,470,一,550 K,。,下一页,返回,第,1,节冷却系的功用与分类,2.,风冷系,风冷系是将发动机中高温零件的热量，通过装在气缸体和气缸盖表面的散热片直接散入大气中而进行冷却的一系列装置。风冷系因冷却效果差、噪声大、功耗大等缺点，仅用于部分小排量及军用汽车发动机。在采用风冷系时，气缸体和气缸盖的允许温度分别为,423453 K,及,433473 K,。,风冷系利用高速空气流直接流过气缸体及气缸盖表面，而将热量散人大气。,上一页,返回,第,2,节水冷系,一、水冷系的组成及水路循环,目前汽车发动机上普遍采用的是强制循环式水冷系,(,图,7,一,2,),。它利用水泵,12,将冷却水提高压力，使其在发动机冷却系中循环流动。,水冷发动机的气缸盖和气缸体中都铸有相互连通的水套。冷却水在水泵的作用下，流经气缸体及气缸盖的冷却水套而吸收热量，然后沿水管流入散热器,5,。利用汽车行驶的速度及风扇,3,的强力抽吸，而使空气流由前向后高速通过散热器，不断地将流经散热器的高温冷却水的热量散到大气中去而使冷却水温度下降。冷却后的水流至散热器的底部后，被水泵再次压入发动机的水套中，如此循环而将发动机工作时产生的大量热量不断带走，从而保证发动机正常工作。,下一页,返回,第,2,节水冷系,为使发动机在低温时减少热量损失、缩短暖机时间，在低速大负荷情况下加快散热，冷却系中设有调节温度的装置，如节温器,6,风扇离合器及百叶窗等。,二、水冷系的主要部件,1.,散热器,散热器俗称水箱，安装在发动机前的车架横梁上。其作用是将冷却水在水套中所吸收的热量传给外界大气，使水温下降。散热器要用导热性能良好的材料制造，并应保证足够的散热面积。,散热器主要由上下水箱,2,和,10,散热器芯,11,和散热器盖,3,等组成,(,图,7,一,3),。在上下水箱上分别装有进水管口,1,及出水管口,9,，它们分别与发动机气缸盖上的出水管口及水泵的进水管口用软管连接。下水箱常设有放水开关,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,常用散热器芯的结构形式有管片式和管带式两种,(1),管片式如图,7,一,4(a,),所示,(2),管带式如图,7,一,4(b,),所示,2.,水泵,水泵安装在发动机前端，通常与风扇一起用带轮同轴驱动。水泵的作用是对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。,汽车发动机广泛采用离心式水泵。它具有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时不会妨碍水在冷却系内自然循环等优点。其工作原理如,图,7,一,6,所示。当叶轮,2,旋转时，水泵内的水被叶片推动一起旋转，在离心力的作用下甩向叶轮边缘，在轮廓线为对数螺旋线的水泵壳体,1,内将动能转变为水的压力能，经与叶轮成切线方向的出水口压入发动机的冷却水套。与此同时，叶轮中心因具有负压而使散热器中的水经进水管被吸入水泵,),下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,3.,风扇,风扇通常安装在散热器的后面并与水泵同轴驱动，用来提高流经散热器的空气流速和流量，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。,风扇的扇风量主要取决于风扇的直径、转速、叶片形状及安装角等。,目前车用水冷发动机大多采用轴流式风扇,(,图,7,一,8,),。风扇叶片多用薄钢板压制而成，数目为,46,片。为减小叶片旋转时的振动和噪声，叶片之间的夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成,30,45,的安装倾斜角，借以产生吸风能力，使空气沿轴向流动。在轿车及轻型载货汽车上还常使用翼形断面的整体风扇，由铝合金、尼龙等材料制成，如图,7,一,8(c),所示，可提高风扇的效率、减小功率消耗、降低噪声。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,4.,节温器,节温器安装在水泵的进水口或气缸盖的出水口。其作用是根据发动机冷却水温度的高低，自动改变冷却水的循环路线及流量，以使发动机始终在最合适的温度下工作。,5.,风扇离合器和温控开关,为减少发动机功率损失，减小风扇噪声，改善低温启动性能，节约燃料及降低排放，在有些汽车发动机上采用风扇离合器或风扇温控开关来控制风扇的转速，自动调节冷却强度，达到上述目的。,(1),风扇离合器,风扇离合器主要有硅油式及电磁式等多种。如,图,7,一,13,所示为硅油风扇离合器。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,(2),风扇温控开关,如,图,7,一,14,所示为上海桑塔纳轿车的双温蜡质热敏温控开关。它由蜡质感温驱动元件及两挡触点动作机构组成，利用石蜡,9,受热,由固态变为液态时体积突然变大来移动推杆,7,控制触点,4 ,5,的开闭。它装在散热器的水箱上。随冷却水温度的升高，石蜡开始膨胀，通过橡胶密封膜,8,推动推杆,7,而压动拉簧架,6,。当冷却水温升至,368 K,时，低速触点闭合，散热器电机风扇接通电源，以,1 600 r,min,-1,的低速运转。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,当冷却水温继续上升至,378 K,时，因石蜡继续膨胀而使高速触点闭合，使散热器电机风扇以,2 400 r,min,-1,的高速运转，以增加冷却强度。当冷却水温下降时，石蜡体积收缩，推杆在触点拉力的作用下回缩而使触点断开，实现了对散热器电机风扇的控制。,6.,百叶窗,在某些汽车发动机散热器的前面还装有起辅助调节冷却强度的百叶窗。它通过调节流经散热器的空气量来调节冷却系的冷却强度，以使发动机保持在适宜的温度下工作。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,三、电子控制冷却系统,电子控制冷却系统的特点，是对发动机以最小的改动，完成冷却循环的重新布置，使冷却液温度调节、冷却液的循环控制、冷却风扇的控制均受发动机负荷的影响。实现了发动机在部分负荷时，工作温度较高，从而降低燃油消耗、减少有害物质排放,;,全负荷时，工作温度较低，进气加热作用较小，有利于提高发动机动力性的目的。电子控制冷却系统主要是通过对发动机控制单元的功能进行打一展，使其与电子控制冷却系统的传感器、执行器相通信。其中发动机转速传感器、进气温度传感器、空气流量计信号与发动机燃油喷射控制系统共享。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,(,一,),电子控制冷却系统的组成,电子控制冷却系统的组成如,图,7,一,15,所示,1.,发动机控制单元,J361,发动机控制单元中设有电子控制冷却系统的特性图，依据发动机的负荷为发动机在该状态下设定一个适宜的工作温度。通过激活温度调节单元的加热电阻，打开大循环，调节冷却液温度,;,通过激活冷却风扇，迅速降低冷却液温度。发动机电控单元中包含有电子控制冷却系统的自诊断功能，可使用专用仪器进行检测。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,2.,温度选择旋钮电位计,6267,和温度翻板位置开关,F269,当车辆使用暖风时，通过温度选择旋钮电位计,6267,来识别驾驶者对车辆加热的要求，调节冷却液的温度，使其处于合适的温度范围。,当温度旋钮开关处于“非关闭”位置时，温度翻板位置开关,F269,打开，激活冷却液切断阀,(,双向阀,)N147,，通过真空执行元件打开热交换器的冷却液切断阀。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,3.,冷却液温度传感器,G62,和散热器出口温度传感器,G83,冷却液温度的特征值存储于发动机控制单元中。实际的冷却液温度值通过安装在循环系统中两个不同位置点的冷却液温度传感器,G62,和散热器出口温度传感器,G83,识别，并且传输给发动机控制单元一个电压信号。冷却液温度实际值,1,由安装于缸盖冷却液出口处的传感器,G62,检测,;,冷却液温度实际值,2,由安装于散热器前出水口处的冷却液温度传感器,G83,检测。发动机控制单元根据特征值与温度值,1,，发出一个脉冲信号，为节温器的加热电阻加载电压，根据温度值,1,和,2,调节散热器风扇的转速。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,4.,温度调节单元,F265,温度调节单元,F265,是电控节温器的重要组成部分，工作部件为位于膨胀式节温单元石蜡中的加热电阻，如,图,7,一,16,所示。发动机控制单元根据特性图发出脉冲信号作用于加热电阻，从而加热石蜡，使膨胀单元发生位移，节温单元通过此位移进行机械调节，控制大循环阀的开度。当车辆停止或处于启动工况时，发动机控制单元对温度调节单元,F265,无电压加载。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,(,二,),冷却循环控制,1.,发动机冷启动和部分负荷,发动机冷启动工作时，冷却系统小循环工作，使发动机尽快热机，此时未按发动机冷却特性图进行控制。小循环阀门打开，冷却液通过小循环阀门直接流回水泵，形成小循环，如,图,7,一,17,所示。,2.,发动机全负荷,发动机全负荷运转时，要求较高的冷却能力，控制单元根据传感器信号得出的计算值对温度调节单元加载电压，溶解石蜡，使大循环阀门打开，接通大循环。同时，机械关闭小循环通道，切断小循环，使冷却液温度保持在,85 95,。冷却液大循环通路如,图,7,一,18,所示。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,(,三,),冷却风扇的控制,发动机全负荷工作时，要求具有足够的冷却能力。为了提高冷却能力，两个风扇电机都设置了两个转速挡。控制单元依靠发动机出水口与散热器出水口温度的差异来控制风扇的转速。发动机控制单元中储存有风扇介入或切断的两张特性图，它们的决定性因素是发动机转速和负荷,(,空气流量,),。,四、冷却水和防冻液,汽车发动机中使用的冷却水应该是清洁的软水。井水、河水、海水等因含有大量的矿物质而称之为硬水。在高温作用下，这些矿物质会从水中沉淀析出来而产生水垢。这些水垢积附在水套的内壁和软管的接口处，影响了水的循环，造成高温零件散热困难而使发动机过热。,下一页,上一页,返回,第,2,节水冷系,对硬水应先软化处理后方可使用。常用的软化方法是,:,在,1L,水中加入,0. 51. 5g,碳酸氢钠或,0. 50. 8 g,氢氧化钠,在冬季寒冷地区，往往因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖等变形、胀裂的现象为适应冬季行车的需要，可在冷却水中加入一定量的防冻剂以达到降低冰点、提高沸点的目的。现代汽车使用的防冻液通常由一定比例的乙二醇和蒸馏水混合而成，其冰点可达,23 8 K ,沸点则高达,400 K,左右。,在优质的防冻液中还常含有水泵润滑剂、防尘剂、防腐剂和酸度中和剂，以减少保养维修工作量，延长发动机的使用寿命。,上一页,返回,小结,1.,发动机冷却系的任务就是使发动机得到适度的冷却，从而使发动机保持在最适宜的温度范围内工作。,2.,发动机冷却系按冷却介质的不同，可分为水冷系和风冷系。,3.,汽车发动机上普遍采用的是强制循环式水冷系。它利用水泵将冷却水提高压力，使其在发动机冷却系中循环流动。,4.,为使发动机在低温时减少热量损失、缩短暖机时间，在低速大负荷情况下加快散热，冷却系中设有调节温度的装置，如节温器、风扇离合器及百叶窗等。,5.,节温器安装在水泵的进水口或气缸盖的出水口。其作用是根据发动机冷却水温度的高低，自动改变冷却水的循环路线及流量，以使发动机始终在最合适的温度下工作。,下一页,返回,小结,6.,发动机温度低时，冷却水可以不经散热器而直接进入水泵，未经散热的冷却水被水泵重新压入发动机水套内，从而减少了热量损失。此时冷却水的循环路线称为小循环。当发动机冷却水温度达到一定值时，高温冷却水全部进入散热器进行冷却，之后再由水泵重新压入发动机的水套内。此时冷却水的循环路线称为大循环。,7.,电子控制冷却系统使冷却液温度调节、冷却液的循环控制、冷却风扇的控制均受发动机负荷的影响，实现了发动机在部分负荷时，工作温度较高，从而降低燃油消耗、减少有害物质排放,;,全负荷时，工作温度较低，进气加热作用较小，有利于提高发动机动力性的目的。,下一页,上一页,返回,小结,8.,电子控制冷却系统主要是通过对发动机控制单元的功能进行打一展，使其与电子控制冷却系统的传感器、执行器相通信。其中发动机转速传感器、进气温度传感器、空气流量计信号与发动机燃油喷射控制系统共享。,9.,汽车使用的防冻液通常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,400 K,左右。,上一页,返回,图,7,一,2,强制循环式水冷系示意图,返回,下一页,图,7,一,2,强制循环式水冷系示意图,返回,上一页,图,7,一,3,散热器的组成,返回,图,7,一,4,散热器芯的结构,返回,图,7,一,6,离心水泵工作原理不意图,返回,图,7,一,8,风扇形式,返回,图,7,一,13,硅油风扇离合器,1,一螺钉,;2,一前盖,;,3,一密封毛毡圈,;4-,双金属感温器,;,5-,阀片轴,;6-,阀片,;7,一主动扳,;,8,一从动扳,;9,一壳体,;,10,一轴承,;11,一主动轴,;,12-,锁止板,;13-,螺栓,;,14-,圆柱头内六角螺钉,;,15 -,风扇,;,A,一进油孔,;B,一回油孔,;C-,漏油孔,返回,图,7,一,14,双温蜡质热敏温控开关,1,一接线杆座,;,2-,触点,1,拉簧,;,3-,触点,2,拉簧,;,4-,触点,1;,5,一触点,2;,6,一拉簧架,;,7,一推杆,;,8,一橡胶密封膜,;,9,一石蜡,;,10,一外壳,;,11,一调整坑,返回,图,7,一,15,电子控制冷却系统的组成,返回,图,7,一,16,电控节温器的结构,返回,图,7,一,17,冷却液小循环通路,返回,图,7,一,18,冷却液大循环通路,返回,