第九章发动机冷却系统.

2019/12/19汽车发动机构造－7第九章发动机冷却系统9.1概述一、冷却系的作用保持发动机在最适宜的温度范围内工作。发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度2200K～2800K(1927℃～2527℃)，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。2019/12/19汽车发动机构造－79.1概述二、发动机过热或过冷的危害发动机冷却必须适度，过热或过冷都会给发动机带来危害。1.发动机过热的危害1)降低充气效率，使发动机功率下降；2)早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；3)运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；4)润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；5)零件的机械性能降低，导致变形或损坏。2019/12/19汽车发动机构造－79.1概述2.发动机过冷的危害1)进入气缸的混合气(或空气)温度太低，可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增加。2)燃烧生成物中的水蒸汽易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用；3)未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面(气缸壁、活塞、活塞环等)上的油膜，使零件磨损加剧。可见，发动机正常的工作温度是保证发动机良好的工作性能及其使用寿命的一个重要条件。2019/12/19汽车发动机构造－79.1概述三、发动机的冷却方式根据所用冷却介质不同，可分为风冷式和水冷式。1.水冷式——以水为冷却介质，热量先由机件传给水，靠水的流动把热量带走而后散入大气中。散热后的水再重新流回到受热机件处。适当调节水路和冷却强度，就能保持发动机的正常工作温度。同时，还可用热水预热发动机，便于冬季起动。2.风冷式——高温零件的热量直接散入大气。在气缸盖和气缸体的外表面合理布置一定形状的散热片。2019/12/19汽车发动机构造－79.1概述四、发动机的正常温度水冷式发动机保持正常工作，其冷却水的温度应在353K～363K(80℃～90℃)之间。此时，气缸壁温度不超过473K～573K(200℃～300℃)；气缸盖、活塞顶部的温度不超过573K～673K(300℃～400℃)；润滑油的温度在343K～363K(70℃～90℃)，保证发动机具有较好的动力性、经济性和净化性，使零件的运动和磨损正常。风冷发动机铝气缸壁的温度允许为423K～453K(150℃～180℃)，铝气缸盖则为433K～473K(160℃～200℃)。2019/12/19汽车发动机构造－7五、冷却系的组成目前汽车发动机上采用强制循环式水冷却系，如图所示。1.组成：风扇(有的装风扇离合器)、水泵、水套(在气缸盖或气缸体上制出的夹层空间)、散热器、百叶窗、节温器、水管、水温表和传感器等。上贮水箱散热器盖风扇节温器水温表水套分水管水泵放水开关下贮水箱百叶窗散热器9.1概述2019/12/19汽车发动机构造－79.1概述2.工作情况：强制循环式水冷却系是用水泵把该系统的冷却液体加压，使之在水套中流动，冷却水从气缸壁吸收热量，温度升高，热水向上流入气缸盖，继而从缸盖流出并进入散热器。由于风扇的强力抽吸，空气从前向后高速流过散热器，不断地将流经散热器的水的热量带走。冷却了的水由水泵从散热器底部重新泵入水套。水在冷却系中不断循环。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。冷却液流动路线：水泵分水管缸盖、机体水套节温器散热器2019/12/19汽车发动机构造－7冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。所谓大循环是水温高时，水经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，水不经过散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。小循环大循环节温器3.水冷却系的大、小循环9.1概述2019/12/19汽车发动机构造－74.冷却液汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水，如雨水，自来水等；而井水、河水等硬水中含有矿物质，在高温下易生成水垢，不能作为发动机冷却水。一般为水与防冻剂的混合物，水最好为软水，防冻剂常用乙二醇，搀合比例一般为1：1，防冻剂既有防冻又有提高沸点的作用，同时防冻剂中应含有防锈剂和泡沫抑制剂成份。9.1概述2019/12/19汽车发动机构造－72019/12/19汽车发动机构造－7一、散热器散热器又称为水箱，由上水室、散热器芯和下水室等组成。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散发至外界大气，使水温下降。上水箱散热器盖下水箱散热器芯出水管口进水管安装处9.2水冷系统2019/12/19汽车发动机构造－7常用散热器芯的结构型式（1）管片式由若干扁形或圆形冷却管组成。空气吹过扁形冷却管和散热片，使管内流动的水得到冷却。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。（2）管带式由若干扁平冷却管组成水管与散热器相间排列，在散热器带上常开有形似百叶窗的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。管带式管片式9.2水冷系统2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统散热器盖安装在加水口上。对于闭式冷却系来说，系统与外界大气不直接相通，所以散热器盖上带有蒸汽-空气阀。使冷却系的压力高于大气压力，冷却水的沸点有所提高。蒸汽阀一般在散热器内压力达到126kPa～137kPa时，阀门开启，部分水蒸汽经泄气管排入大气，避免损坏散热器。空气阀在散热器内气压降到99kPa～87kPa时，空气阀打开，散热器与大气相通，防止散热器芯管被大气压坏。散热器材料多采用耐腐蚀，导热性好的铜或铝片制成。（视频演示）2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统二、水泵1.作用：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。常见的水泵通过V带由曲轴或凸轮轴驱动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。2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统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3被吸进叶轮中心部分。2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统三.冷却强度调节装置冷却强度调节装置是根据发动机不同工况和不同使用条件，改变冷却系的散热能力，从而保证发动机经常在最有利的温度状态下工作。改变冷却强度通常有两种调节方式，一种是改变通过散热器的空气流量；另一种是改变冷却液的循环流量和循环范围。1改变通过散热器的空气流量通常利用百叶窗和各种自动风扇离合器来实现改变通过散热器的空气流量。百叶窗是调节空气流量并防止冬季冻坏水箱，多用人工调节，也有采用自动调节装置的。自动风扇离合器是根据发动机的温度自动控制风扇的转速，调节扇风量以达到改变通过散热器的空气流量，它不仅能减少发动机的功率损失，节省燃油，而且还能提高发动机的使用寿命，降低发动机的噪声。2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统2改变通过散热器的冷却水的流量通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统2019/12/19汽车发动机构造－7蜡式节温器的工作原理(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。9.2水冷系统(2)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。2019/12/19汽车发动机构造－7(3)当冷却水温度在349K～359K(76℃～86℃)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。9.2水冷系统2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统3风扇离合器1.采用风扇离合器的目的风扇是发动机功率的消耗者，最大时约为发动机功率的10%。为了降低风扇功率消耗，减少噪声和磨损，防止发动机过冷，降低污染，节约燃料，多采用风扇离合器。2.硅油风扇离合器的工作原理(1)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。主动轴转动时，仅仅由于密封毛毡圈和轴承的摩擦，使风扇随同壳体在主动轴上空转打滑，转速极低。2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统(2)当发动机负荷增加时，冷却液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。当流经感温器的气流温度超过338K(65℃)时，进油孔被完全打开，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。(3)当发动机负荷减小，流经感温器的气体温度低于308K(35℃)时，感温器恢复原状，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，直至甩空为止。风扇离合器又回到分离状态。2019/12/19汽车发动机构造－7硅油风扇离合器9.2水冷系统2019/12/19汽车发动机构造－74、膨胀水箱（蒸气排出管与膨胀水箱相连）膨胀水箱示意图1-散热器；2-水泵进水管；3-水泵；4-节温器；5-水套出气管；6-水套出水管；7-膨胀水箱；8-散热器出气管；9-补充水管；10-旁通管A.结构膨胀水箱多用半透明材料(如塑料)制成。透过箱体可直接方便地观察到液面高度，无需打开散热器盖。如图所示，膨胀水箱的上部用一个较细的软管与水箱的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水侧相连接，通常位置略高于散热器。B.作用(1)把冷却系变成永久性封闭系统，减少了冷却液的损失；(2)避免空气不断进入，避免了机件的氧化腐蚀；(3)减少了穴蚀；(4)使冷却系中水、汽分离，保持系统内压力稳定，提高了水泵的泵水量。9.2水冷系统2019/12/19汽车发动机构造－79.2水冷系统四、风扇功用：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生吸力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。2019/12/19汽车发动机构造－7风扇常和发电机一起由曲轴带轮通过V带驱动。若皮带过松，皮带将在皮带轮上打滑，风扇和水泵的转速下降，扇风量和泵水量减小，使发动机过热；若皮带过紧，将增加轴承和皮带的磨损。为调节V带的张紧程度，通常将发电机的支架做成可调节的。可调节支架风扇的驱动V带张紧装置9.2水冷系统2019/12/19汽车发动机构造－79.3风冷系统风冷却系是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积，利用车辆行驶时的高速空气流，把热量吹散到大气中去。2019/12/19汽车发动机构造－79.3风冷系统由于汽车发动机功率较大，需要冷却的热量较多，多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强发动机的冷却。为了有效地利用空