汽车发动机结构与原理：第七章 发动机冷却系统

第七章第七章发动机冷却系统发动机冷却系统第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统 冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成7.1 冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 1、冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 功用：使发动机在各种工况下都保持在合适的温度范功用：使发动机在各种工况下都保持在合适的温度范围内。围内。 类型：风冷与水冷。类型：风冷与水冷。 水冷系统的水冷系统的组成组成 为强制循环水冷系统，利用水泵提高冷却液的压力，为强制循环水冷系统，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。强制冷却液在发动机中循环流动。 第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.1 7.1 冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 1 1、冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 水冷系统的水冷系统的组成组成一般包括水泵、一般包括水泵、散热器、冷却散热器、冷却风扇、节温器、风扇、节温器、冷却水套、补冷却水套、补偿水桶和附加偿水桶和附加装置。装置。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.1 7.1 冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 1 1、冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 水冷系统的水冷系统的组成组成第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.1 7.1 冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 1 1、冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 水冷系统中冷却液的循环路径水冷系统中冷却液的循环路径水泵水泵分水管分水管机体水套机体水套气缸盖水套气缸盖水套节温器节温器散热器散热器水泵水泵散热器进水软管散热器进水软管散热器出水软管散热器出水软管散热散热降温降温增压增压第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.1 7.1 冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 1 1、冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 冷却液的流动冷却液的流动 分水管分水管 机体水套中装有机体水套中装有，或铸造出，或铸造出，其作用是使，其作用是使各气缸的冷却强度均匀。分水管或分水道在每一气缸的水套各气缸的冷却强度均匀。分水管或分水道在每一气缸的水套位置开设出水孔，离水泵越远，出水孔越大。位置开设出水孔，离水泵越远，出水孔越大。 逆流水冷系统逆流水冷系统 在这种冷却系统中，冷却液先进入气缸盖水套，然后再在这种冷却系统中，冷却液先进入气缸盖水套，然后再进入机体水套，方向与前面相反。这样就改善了燃烧室的冷进入机体水套，方向与前面相反。这样就改善了燃烧室的冷却条件，对汽油机而言，可以适当提高压缩比，对提高发动却条件，对汽油机而言，可以适当提高压缩比，对提高发动机的热效率和燃油经济性有利。机的热效率和燃油经济性有利。 暖风系统暖风系统 有暖风系统的发动机，冷却液流出发动机后，一部分进有暖风系统的发动机，冷却液流出发动机后，一部分进入暖风机入暖风机( (第二散热器第二散热器) )，然后流入水泵。暖风机也是一个热，然后流入水泵。暖风机也是一个热交换器。交换器。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.1 7.1 冷却系统的功用与组成冷却系统的功用与组成 2 2、冷却液、冷却液 冷却液是水与防冻剂的混合物。常用防冻剂是醇类，一般为冷却液是水与防冻剂的混合物。常用防冻剂是醇类，一般为乙二醇和丙三醇。乙二醇和丙三醇。 使用冷却液的原因在于使用冷却液的原因在于，。 国家标准规定，冷却液按冰点分级，确定牌号。国家标准规定，冷却液按冰点分级，确定牌号。 冷却液中还有其它添加剂，如冷却液中还有其它添加剂，如和和。 冷却液的冰点与防冻剂含量有关。冷却液的冰点与防冻剂含量有关。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 1、散热器散热器 功用：将冷却液携带的热量传递到大气环境。功用：将冷却液携带的热量传递到大气环境。 组成组成：进水室、出水室和散热器芯。：进水室、出水室和散热器芯。 冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。 热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温。收冷却液散出的热量而升温。 第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 1 1、散热器、散热器 （1 1）散热器本体）散热器本体 A A、结构、结构 按冷却液流动方向分按冷却液流动方向分 横流式。左右水室横流式。左右水室和横管散热器芯。特点和横管散热器芯。特点是总体高度低。是总体高度低。 纵流式。上下水室纵流式。上下水室和纵管散热器芯。特点和纵管散热器芯。特点是冷却效果好。是冷却效果好。 第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 有多种结构有多种结构 管片式管片式 管带式管带式 板式板式 双列管结构应用双列管结构应用较广泛较广泛 1 1、散热器、散热器 （1 1）散热器本体）散热器本体 B、散热器芯散热器芯第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 （2）散热器盖散热器盖 功用：封闭冷却系统并调节系统压力。功用：封闭冷却系统并调节系统压力。 优点优点：提高冷却液沸点，散热器换热效率高，尺寸小；：提高冷却液沸点，散热器换热效率高，尺寸小；减少冷却液消耗；冷却液沸点高，发动机燃烧室温度高，散热损减少冷却液消耗；冷却液沸点高，发动机燃烧室温度高，散热损失小，对提高发动机热效率有利。失小，对提高发动机热效率有利。 工作原理工作原理 压力升高，顶开压力阀，压力升高，顶开压力阀，冷却液膨胀进入补偿水桶。冷却液膨胀进入补偿水桶。冷却液收缩使压力下降，真冷却液收缩使压力下降，真空阀开启，补偿水桶冷却液空阀开启，补偿水桶冷却液进入散热器。进入散热器。 1 1、散热器、散热器第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 有多种结构形式有多种结构形式 （3）补偿水桶）补偿水桶 功用：储存冷功用：储存冷却系统因热膨胀多出的却系统因热膨胀多出的冷却液，并及时向冷却冷却液，并及时向冷却系统补充冷却液；消系统补充冷却液；消除冷却系统中的气泡。除冷却系统中的气泡。 使用时，保持冷使用时，保持冷却液的液面高度在适当却液的液面高度在适当位置。位置。 （2）散热器盖散热器盖 1 1、散热器、散热器第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 有的汽车在散热器有的汽车在散热器前装百叶窗。前装百叶窗。 百叶窗作用：百叶窗作用： 改变通过散热器的空改变通过散热器的空气流量，调节发动机的冷气流量，调节发动机的冷却强度，以使发动机在合却强度，以使发动机在合适的温度工作。适的温度工作。 在发动机冷启动和在发动机冷启动和暖车期间，冷却液温度较暖车期间，冷却液温度较低，将百叶窗部分或完全低，将百叶窗部分或完全关闭。关闭。 有人工控制方式类有人工控制方式类型，也有自动控制类型。型，也有自动控制类型。 （4）散热器百叶窗散热器百叶窗 1 1、散热器、散热器第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 2 2、冷却风扇、冷却风扇 功用：当风扇功用：当风扇旋转时吸进空气，驱旋转时吸进空气，驱动空气，使空气通过动空气，使空气通过散热器，以加快冷却散热器，以加快冷却液的冷却速度，提高液的冷却速度，提高散热器的散热能力。散热器的散热能力。 导风罩使风扇导风罩使风扇3吸进的空气全部通过吸进的空气全部通过散热器。散热器。 第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 2、冷却风扇、冷却风扇 叶片形状叶片形状有两种，有两种，和和。 叶片与旋叶片与旋转平面有一定角转平面有一定角度，成度，成3045。 叶片数量叶片数量为为4-7片。片。 叶片的间叶片的间隔角度不相等有隔角度不相等有利于减小振动与利于减小振动与噪声。噪声。 （1）风扇）风扇 风量与直径、转速、风量与直径、转速、叶片结构形式（形状、叶片数、叶片结构形式（形状、叶片数、叶片安装角度）以及导风罩位置等因素有关。叶片安装角度）以及导风罩位置等因素有关。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 2、冷却风扇、冷却风扇 由于运行工况和环境条件变化，需由于运行工况和环境条件变化，需要随时调节冷却强度。要随时调节冷却强度。 功用：根据发动机的热状态，自动功用：根据发动机的热状态，自动调节风扇的转速。调节风扇的转速。 结构：结构：在风扇带轮上由在风扇带轮上由。在在随随主动轴一起转动。主动轴一起转动。、以及以及用螺钉用螺钉一体。一体。在在上，上，则通过滚珠轴承则通过滚珠轴承10在在上。上。 壳体与前盖之间的空腔为储油腔，存有壳体与前盖之间的空腔为储油腔，存有高粘度硅油；壳体与从动板之间的空腔为高粘度硅油；壳体与从动板之间的空腔为工作腔；从动板上有进油孔工作腔；从动板上有进油孔A，回油孔，回油孔B，泄油孔泄油孔C. （2）硅油风扇离合器）硅油风扇离合器第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 2、冷却风扇、冷却风扇 工作原理工作原理 结合状态：当气温超过结合状态：当气温超过65，双金属片变形，带动阀片转动，进油双金属片变形，带动阀片转动，进油孔打开，硅油进入工作腔，主动板的孔打开，硅油进入工作腔，主动板的运动可以传给从动板。运动可以传给从动板。 分离状态：流过散热器的气分离状态：流过散热器的气温低，感温器操纵阀片将进油孔关闭，温低，感温器操纵阀片将进油孔关闭，贮油腔的硅油不能进入工作腔，硅油贮油腔的硅油不能进入工作腔，硅油不再流入工作腔，先前流入工作腔的不再流入工作腔，先前流入工作腔的硅油在离心力作用下返回储油腔，直硅油在离心力作用下返回储油腔，直到甩空为止。到甩空为止。 （2）硅油风扇离合器）硅油风扇离合器第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 2、冷却风扇、冷却风扇 （3）电动风扇）电动风扇 为方便布置，容易控制，采取用电动风扇结构。为方便布置，容易控制，采取用电动风扇结构。 风扇转速由热风扇转速由热敏电阻开关控制。敏电阻开关控制。 其它优点：其它优点：零件少；节能；零件少；节能；故障少，维修量减少。故障少，维修量减少。 电机直接驱动电机直接驱动风扇。风扇。 有电子控制方有电子控制方式、电气控制方式和式、电气控制方式和计算机控制方式等。计算机控制方式等。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 3、节温器、节温器 （1）功用）功用 节温器是控制冷却液流动路径的自动阀门。节温器是控制冷却液流动路径的自动阀门。 冷却液温度低，节温器关闭，冷却液进行小循环；冷冷却液温度低，节温器关闭，冷却液进行小循环；冷却液温度高，节温器打开，冷却液进行大循环。却液温度高，节温器打开，冷却液进行大循环。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 3、节温器、节温器 （1）功用）功用 节温器通节温器通过控制冷却液流过控制冷却液流动路径，实现对动路径，实现对冷却液温度的控冷却液温度的控制，使冷却液快制，使冷却液快速升温。速升温。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 3、节温器、节温器 （2）结构）结构 石蜡石蜡第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 3、节温器、节温器 （3）原理）原理 当冷却液温度低于规定值时，节温器感温体内的石蜡呈固态，节温器当冷却液温度低于规定值时，节温器感温体内的石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器的通道，冷却液经水泵返回发动阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器的通道，冷却液经水泵返回发动机，进行小循环；机，进行小循环； 当冷却液温度达到规定值时，石蜡开始融化变液体，体积随之增大并当冷却液温度达到规定值时，石蜡开始融化变液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。橡胶管收缩的同时对推杆一个向上的推力，推杆压迫橡胶管使其收缩。橡胶管收缩的同时对推杆一个向上的推力，推杆对胶管和感温体产生向下的推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和对胶管和感温体产生向下的推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和节温器阀门，再经水泵流回发动机。节温器阀门，再经水泵流回发动机。 （4）节温器布置）节温器布置 。结构简单，可排除冷却液中气泡。但。结构简单，可排除冷却液中气泡。但容易出现节温器振荡。大多采用这种布置形式。容易出现节温器振荡。大多采用这种布置形式。 。减轻甚至消除节温器振荡，冷却液温度。减轻甚至消除节温器振荡，冷却液温度控制精确。但结构复杂，成本高。控制精确。但结构复杂，成本高。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 4、水泵、水泵 功用：功用： （1）水泵工作原理）水泵工作原理 离心式水泵。叶轮旋转，离心式水泵。叶轮旋转，带动冷却液，在离心力作用下，带动冷却液，在离心力作用下，冷却液流向叶轮边缘，叶轮的动冷却液流向叶轮边缘，叶轮的动能被转化冷却液的压力能，然后能被转化冷却液的压力能，然后从出水口流出。从出水口流出。 （2 2）结构）结构 叶轮材料：铸铁、工程塑叶轮材料：铸铁、工程塑料和铸铝。料和铸铝。 水泵壳：可单独制造，也水泵壳：可单独制造，也可和发动机机体合铸。单独制造可和发动机机体合铸。单独制造时，材料一般为铸铁或铸铝。时，材料一般为铸铁或铸铝。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 4、水泵、水泵 （2 2）结构）结构 叶轮形式：圆盘上直接铸叶轮形式：圆盘上直接铸出径向直叶片或后弯叶片。出径向直叶片或后弯叶片。 水泵实例水泵实例第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 4、水泵、水泵 （3 3）水泵驱动）水泵驱动 曲轴通过曲轴通过V形带形带驱动，在配气正时机构前端布置水泵驱动，在配气正时机构前端布置水泵皮带轮；皮带轮； 曲轴通过凸轮轴驱动；曲轴通过凸轮轴驱动； 曲轴通过水泵曲轴通过水泵齿轮驱动；齿轮驱动； 曲轴通过正时曲轴通过正时齿形带驱动。齿形带驱动。 5、变速器机油、变速器机油冷却器冷却器 放置于散热器放置于散热器出水室中的一根冷却出水室中的一根冷却管。管。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.2 7.2 水冷系统的主要部件水冷系统的主要部件 6、软管、软管 为方便安装，使连接冷却系统各个部件容易。为方便安装，使连接冷却系统各个部件容易。 管端依靠卡箍保证密封。管端依靠卡箍保证密封。卡箍有多种形式。卡箍有多种形式。 第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统 风冷系统风冷系统7.3 风冷系统风冷系统 风冷发动机利用大流量风扇风冷发动机利用大流量风扇使高速空气流直接吹过气缸盖使高速空气流直接吹过气缸盖和汽缸体的外表面。和汽缸体的外表面。 1、风冷发动机的特点风冷发动机的特点 （1 1）环境适应能力强；）环境适应能力强； （2）热负荷高；）热负荷高； （3 3）暖机时间短；）暖机时间短； （4）维修简便）维修简便 。 2 2、风冷系统的布置、风冷系统的布置 第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.3 7.3 风冷系统风冷系统 3、冷却风扇、冷却风扇 有径流式和轴流有径流式和轴流式。式。 轴流式冷却风扇轴流式冷却风扇有动、静两组叶片。有动、静两组叶片。 静叶轮内装液力静叶轮内装液力耦合器。耦合器。 静叶轮为铝合金静叶轮为铝合金精密压铸件。精密压铸件。 静、动叶片都是静、动叶片都是翼形断面叶片。翼形断面叶片。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统7.3 7.3 风冷系统风冷系统4、冷却强度的调节、冷却强度的调节 为保持发动机在各种工况都能在合适的温度范围工作，为保持发动机在各种工况都能在合适的温度范围工作，必须调节冷却强度。必须调节冷却强度。温控阀直接装在排气管上，直接温控阀直接装在排气管上，直接感知排气温度的变化。感知排气温度的变化。当负荷增加时，排气温度升高，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，器的油量增多，风扇转速增高，风量增强，冷却强度增强；风量增强，冷却强度增强；反之，当负荷减小时，冷却强度反之，当负荷减小时，冷却强度减弱。减弱。第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统 实例实例(VOLVO TD520(VOLVO TD520柴油机柴油机) )Coolant from radiatorThermostat housingCoolant circulation pumpOil coolerCooling linersCooling cylinderheadCoolant to radiator第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统实例实例第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统实例实例FromRadiatorToRadiatorExpansiontankAirbleedThermostathousing本章小结 1、本章介绍发动机冷却系统的组成和主要部件的、本章介绍发动机冷却系统的组成和主要部件的结构与功用，包括：散热器、水泵、冷却风扇和电动风结构与功用，包括：散热器、水泵、冷却风扇和电动风扇。扇。 2、本章还介绍了风冷系统的实例。、本章还介绍了风冷系统的实例。 3、本章重点是：发动机冷却系统的组成；冷却系、本章重点是：发动机冷却系统的组成；冷却系统主要部件的结构、功用与特点。统主要部件的结构、功用与特点。思考题 1.什么是闭式水冷系统？有开式水冷系统吗？什么是闭式水冷系统？有开式水冷系统吗？ 2.补偿水桶、散热器盖和节温器的作用各是什么？补偿水桶、散热器盖和节温器的作用各是什么？ 3.节温器可以安装在那里？各有什么优缺点？节温器可以安装在那里？各有什么优缺点？ 4.节温器失效不能打开会产生什么结果？节温器失效不能打开会产生什么结果？ 5.硅油离合器的作用是什么？硅油离合器的作用是什么？ 6.为什么要调节冷却强度？水冷却系统有那些调节冷却为什么要调节冷却强度？水冷却系统有那些调节冷却强度的措施？强度的措施？各有何优缺点？各有何优缺点？ 7.风冷系统有何特点？风冷系统有何特点？再见再见