汽车构造册第6章 发动机冷却系

第6章 发动机冷却系v【知识目标知识目标】v1掌握冷却系的功用和分类；v2掌握冷却系的主要机件（散热器、补偿水箱、水泵）的结构和工作原理。v3重点冷却强度调节装置（蜡式节温器、百叶窗），硅油风扇离合器的结构和特点；v4熟悉冷却液的作用、组成和选择方法。v【能力目标能力目标】v1掌握冷却系总成及零部件的结构、构造原理、拆装步骤要领；v2了解冷却系的维护及保养知识；v3能够熟练使用常用工具、量具及相关设备，掌握汽车冷却系拆卸、装配等基本能力；v4培养学生团结合作，观察、分析及综合归纳能力。v 6.1 冷却系统概述冷却系统的功用：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，防止发动机过热或过冷，并且在发动机冷起动后使发动机迅速升温，尽可能缩短暖机时间。冷却系统的分类：冷却系统的分类： 发动机常见的冷却方式可分为风冷和水冷 1 1、水冷系、水冷系 水冷却系一般指强制循环水冷系，通常以冷却液为冷却介质。汽车发动机就采用强制循环水冷却系统。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，最大缺点是容易漏水，需要经常维修等。组成：组成： 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。冷却水在强制循环水冷系中的流动：冷却水在强制循环水冷系中的流动： 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。 2、风冷系、风冷系v 风冷系发动机是以空气作为冷却介质的发动机。3、冷却液、冷却液 冷却液是汽车发动机不可缺少的一部分。它在发动机冷却系统中循环流动，将发动机工作中产生的多余热能带走，使发动机能以正常工作温度运转。汽车常用的冷却液有水及加有防冻液的冷却液。 1）水冷却液： 水冷却液是指直接用水作冷却液，具有简单方便的优点，要求添加雨水、雪水、或离子交换水，不宜添加河水、井水等含矿物质的水，以免产生水垢，导致散热不良。并注意在冬季，应放水过夜，以防水结冰胀裂机体等部件。2）防冻液 采用防冻液可以提高汽车冷却液的防冻和防沸能力，不同的冷却液有不同的凝固点和沸点，可根据发动机使用条件进行选用。一般采用乙二醇或酒精为防冻材料。冷却液一般具有一定毒性，使用时应当注意。正常冷却要求及冷却不足的后果：正常冷却要求及冷却不足的后果： 正常冷却要求： 冷却不足的后果： 6.2 水冷系的基本组成 构成：构成：主要有散热器、冷却风扇、冷却水泵、节温器组成 1、散热器 结构：结构：散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成。散热器上水室顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。在上水室和下水室分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器下面一般装有减震垫，防止散热器受振动损坏。在散热器下水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。 分类：分类：纵流式和横流式 功用：功用：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。增大散热面积，加速水的冷却。冷却水经过散热器后，其温度可 横流式散热器横流式散热器 1-1-上水室；上水室；2-2-进水管；进水管；3-3-散热器芯；散热器芯；4-4-散热器盖；散热器盖；5-5-下水室；下水室；6-6-出水管出水管 纵流式散热器纵流式散热器 降低1015，为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。散热器芯：散热器芯： 散热器芯由许多冷却管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式、管带式和板式 1）管片式散热器 冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下水室，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。2）管带式散热器 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。 3）板式散热器 板式散热器的冷却液通道由成对的金属薄板焊接而成。这种散热器芯散热效果好，制造简单，但焊缝多不坚固容易沉积水垢不易维修。 散热器盖：散热器盖： 散热器盖主要功用是将水冷系密封住，以防冷却水溅出；其次，散热器盖具有空气-蒸汽阀的功用，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。因此，散热器盖可以确保密封加压的水冷系压力稳定。 补偿水桶：补偿水桶： 功用：功用：补偿冷却液 损失消除水冷系中的所有气泡。散热器百叶窗散热器百叶窗 作用：作用：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 2、冷却风扇作用：作用：提高流经散热器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力并冷却发动机附件。 安装位置：安装位置：风扇多为轴流式，装在发动机与散热器之间，与水泵同轴驱动。风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。 风扇扇风量的相关因素：风扇扇风量的相关因素：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。 结构型式：结构型式：（1）目前汽车水冷发动机上常用螺旋桨式风扇（2）风扇叶片材料有钢板、塑料和铝合金。为了减轻振动噪声，叶片间夹角不等。（3）叶片数：46片。（4）叶片与叶轮旋转平面之间有一偏扭角，偏扭角可为定值（30-50），也可制成变偏扭角。因风扇旋转时叶和叶尖的气流速度外大内小，为了提高风扇的效率，叶片从叶根到叶尖偏扭角逐渐减小。a)a)叶尖前弯的风扇；叶尖前弯的风扇；b)b)尖窄根宽的风扇；尖窄根宽的风扇；c)c)尼龙压铸整体风扇尼龙压铸整体风扇 1-叶片；叶片；2-连接板连接板 硅油液力离合器：硅油液力离合器： 功用：功用：利用流经散热器的空气温度来控制风扇转速的变化 结构：结构： 工作原理：工作原理：v 当发动机冷起动或小负荷下工作时，冷却水及通过散热器的气流温度不高，进油孔被阀片关闭，工作腔内无硅油，离合器处于分离状态。v 当发动机负荷增加时，冷却水和通过散热器的气流温度随之升高，感温器受热变形而带动阀片轴及阀片转动。当流经感温器气流温度超过65时，进油孔A被完全打开，于是硅油从贮油腔进入工作腔。硅油十分粘稠，主动板即可利用硅油的粘性带动壳体和风扇转动。此时风扇离合器处于接合状态，风扇转速迅速提高。v 当发动机负荷减小，流经感温器的气流温度低于35时，感温器恢复原状，并带动阀片将进油孔关闭，工作腔中油液继续从回油孔流回贮油腔，直到甩空为止。硅油液力离合器又回到分离状态。 风扇驱动：风扇驱动： （1）皮带驱动 风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动。皮带皮带发电机发电机风扇风扇曲轴曲轴（2）电动风扇 电动风扇是指用电动机驱动的风扇，他不用发动机作为直接动力源，而是使用蓄电池的电能，所以其转速与发动机的转速无关。 原理：原理：电动机的开关由散热器的水温开关控制，并且有高低速两个档位，低速档在沸点内使用，高速档在沸点外使用，需要冷却时自动起作用。这样，在一般行驶条件下，电动风扇几乎不转，功率消耗减少，油耗率降低。而在低速大负荷时又能得到充分的冷却。 3、水泵功用：功用：对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。 由于离心式水泵具有尺寸小，出水量大，结构简单，损坏后不妨碍水在冷却系中自然循环的特点，故为强制循环式冷却系普遍采用。常见的水泵在机体外安装与风扇同轴驱动，也有装在机体内(内藏式)单独驱动的。离心式水泵结构组成：离心式水泵结构组成： 水泵由壳体、叶轮、泵盖板、水泵轴、支承轴承、水封等组成离心式水泵结构离心式水泵结构 1-1-水泵外壳；水泵外壳；2-2-叶轮；叶轮；3-3-夹布胶木密封垫圈；夹布胶木密封垫圈；4-4-密密封垫圈；封垫圈；5-5-螺钉；螺钉；6-6-水封水封皮碗；皮碗；7-7-弹簧；弹簧；8-8-垫圈；垫圈；9-9-泵盖板；泵盖板；10-10-水水封座圈；封座圈；11-11-球轴承；球轴承；12-12-水泵轴；水泵轴；13-13-半圆键；半圆键；14-14-凸缘盘；凸缘盘；15-15-轴承卡环；轴承卡环；16-16-隔离套隔离套筒；筒；17-17-滑脂嘴；滑脂嘴；18-18-水封水封环；环；19-19-管接头管接头 2.离心式水泵的工作原理 （1）压水：当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，由于离心力的作用，水被甩向叶轮边缘，在蜗形壳体内将动能转变为压能，经外壳上与叶轮成切线方向的出水管被压送到发动机水套内。 （2）吸水：与压水同时，叶轮中心处压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。 4、节温器v功用：功用：随发动机负荷和水温的大小而自动改变冷却液的流量和循环路线，保证发动机在适宜的温度下工作，减少燃料消耗和机件的磨损。v蜡式节温器的结构：蜡式节温器的结构： 蜡式节温器由上支架、下支架、主阀门、旁通阀、感应体、中心杆、橡胶管和弹簧等组成蜡式节温器。节温器的上支架和下支架与阀座铆成一体。中心杆上端固定在上支架的中心，其下部插入橡胶管的中心孔内，中心杆下端呈锥形。橡胶管与感应体外壳之间的空腔里装有石蜡。为了提高导热性，石蜡中常掺有铜粉和铝粉。感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀门。主阀门上有通气孔，它的作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出， 保证能加满水。为了防止通气孔阻塞，有的加装一个摆锤。1-主阀门；主阀门；2-盖和密封垫盖和密封垫3-上支架；上支架；4-胶胶管；管；5-阀座；阀座；6-通气孔；通气孔；7-下下支架；支架；8-石蜡石蜡，9-感应体；感应体；10-旁通阀；旁通阀；11-中心杆；中心杆；12-弹簧弹簧 工作原理：工作原理：（1）当水温低于349K(76)时，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵，故称小循环。由于水只是在水泵和水套之间流动，不经过散热器，且流量小，所以冷却强度弱。（2）当冷却水温度在349K359K(7686)之间时，大小循环同时进行(如图所示)。当发动机水温达349K(76)左右时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对中心杆下部锥面产生向上的推力。由于杆的上端固定，故中心杆对橡胶管及感应体产生向下的反推力，克服弹簧张力使主阀门逐渐打开，旁通阀开度逐渐减小。 （3）当发动机内水温升高到359K(86)，主阀门完全开启，旁通阀完全关闭，冷却水全部流经散热器，称为大循环。由于此时冷却水流动路线长，流量大，冷却强度强。 5、冷却液温度传感器 功用：功用：感测发动机冷却液温度的变化。 结构结构： 工作原理：工作原理：热敏电阻式冷却液温度传感器采用热敏电阻制成，工作温度范围为20130。一般安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中，与冷却液直接接触，用来检测发动机的冷却液温度。并向发动机ECU传送信息v 9.3 冷却系统工作原理 1、冷却水路工作原理：工作原理： 1）小循环 2）大循环v 冷却系的功用就是保持发动机在最适宜的温度范围内工作。发动机正常的工作温度是冷却液温度应在95105之间。v 根据所用冷却介质不同，汽车发动机的冷却系可分为风冷式、水冷式。v 水冷式冷却系采用强制循环，即利用水泵提高冷却液的压力，冷却液在发动机中强制循环流动。强制循环水冷却系由冷却风扇、散热器、水泵、发动机机体和气缸盖中的水套、温度调节装置（节温器、百叶窗、风扇离合器）、水管、水温表和传感器等组成。v 冷却液是水与乙二醇的混合物，还有防锈剂和泡沫抑制剂。其作用是降低水的冰点；提高水的沸点。v 散热器的作用是将水套出来的热水自上而下或横向地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。v 散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动。v 水泵的功用是对冷却液加压，使之在冷却系中循环流动。通常采用离心式水泵，常见在机体外安装，与风扇同轴驱动，也有装在机体内（内藏式）单独驱动的。v 风扇的作用是提高流经散热器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力并冷却发动机附件。冷却风扇置于散热器后面，多采用轴流式风扇。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。v 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。v 大多数轿车和发动机横置或后置的汽车均采用电动风扇。电动风扇由风扇电动机驱动，风扇转速与发动机转速无关。由散热器的水温开关控制，并且有高低速两个挡位。v 冷却强度的调整方法有两种：一是改变流经散热器的空气流量和流速；二是改变冷却液的流量和循环路线。冷却系中改变流经散热器的空气流量和流速的装置有百叶窗和风扇离合器，改变冷却液的流量和循环路线的装置则有节温器。v 当发动机工作温度较低时，节温器大循环阀关闭、小循环阀打开，冷却液经节温器返回发动机机体水套，进行小循环；当发动机工作温度高于一定值时，节温器大循环阀开启、小循环阀关闭，冷却液经节温器及散热器进水软管流入散热器降温，冷却后经散热器出水软管返回水泵，进行大循环；当发动机冷却液温度处于大小循环的温度范围内，大循环阀和小循环阀都部分开启，冷却液大小循环都同时存在，以调节发动机温度基本稳定在最适宜的工作范围。v v 节温器的布置方式有两种：出口温度控制方式（传统式）和进口温度控制方式（轿车发动机）。v 硅油风扇离合器利用流经散热器的空气温度来控制风扇转动，当空气温度较低时，双金属感温器在弹簧的作用下将进油口堵塞，使工作腔的硅油体积减小，从而引起主动板和壳体滑动，风扇停止转动；当空气温度较高时，双金属感温器将进油口打开，使工作腔的硅油体积增大，从而使主动板和壳体滑动减小，使风扇高速运转，维持冷却的效果。