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汽车构造教案课程名称汽车构造课时6授课班级教学方式讲授多媒体教学课题发动机冷却系统任课教师教学目的与要求1.掌握冷却系的功用和形式及各类型的特点；2.理解冷却系的工作原理；3.掌握调解机构在系统中所起到的作用；4.了解风冷却系的构造和原理。重、难点主要内容第一讲一、冷却系的功用和分类1.功用发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度可高达2200～2800K。使发动机的零件温度升高，特别是高温气体接触的零件，如不及时的冷却则难以保证发动机正常工作，发动机过热或过冷都会给发动机带来危害。冷却系功用就是保证发动机在适宜的温度下工作。汽车发动机是由热能转变为机械能的机器。然而，发动机却应用了热能的三分之一，其余热量的大部分为排气所带走，剩余的则被发动机零部件吸收。发动机的冷却必须适度。如果发动机冷却不足，由于气缸充气量减少和燃烧不正常，发动机功率下降，且发动机零件也会因润滑不良而加速磨损。但如果冷却过度，则一方面由于热量散失过多，使转变为有用功的热量减少，而另一方面由于混合气与冷气缸壁接触，使其中原已汽化的燃油又凝结并流到曲轴箱，使磨损加剧。2冷却系统的分类汽车发动机常见的冷却方式有两种，即水冷却和风冷却。大多数发动机采用水冷却。水冷式以冷却液为介质，热量由机件传给冷却液，靠冷却液的流动把热量带走，再散发到大气中去，使发动机的温度降低而进行冷却的一系列装置，散热后的冷却液再重新流回到受热机件处。适当的调解水路和冷却的强度，就能保证发动机的正常工作温度。目前汽车发动机上广泛采用。风冷系统是利用高速流动的空气直接吹过气缸盖和气缸体表面，把热量散发到大气中去，保证发动机在最有利的范围内工作。二、冷却液1．冷却水的选择发动机用的冷却用水，最好是软水(含矿物质少的水)。因为用硬水易产生水垢而堵塞道，破坏水的冷却循环，使气缸体、气缸盖传热效果差，发动机容易产生过热。雨水为软水，将其过滤，清除杂质便可使用。发动机使用硬水时，需经软化处理，简单方法是将1L硬水加入碳酸钠(纯碱)0.5～1.5g或加入氢氧化钠(烧碱)0.5～0.88g。加人10％的重铬酸钠(红矾)溶液30～50mL也可。2．冷却液冬季使用冷却水，要防冻冰。为降低冷却水的冰点，适应冬季行车需要，可在冷却水中加入适量的乙二醇或丙二醇。当乙醇的加入量为50％时，冰点可降至备注243K(–30℃)。目前汽车上已普遍使用配制好的冷却液。乙二醇冷却液有一定的毒性，使用中应注意，切勿吸人口中，以免中毒。一般冷却液基本上有两种：(1)乙二醇与水型防冻液。乙二醇是一种五色略有甜味的粘性液体，沸点为197℃。它能与水及有机溶剂以任何比例混合。乙二醇与水混合后，其冰点可显著降低，用不同比例的乙二醇与水可以配制各种冰点的防冻液。因乙二醇的沸点比水高得多，故使用中蒸发的主要是水，发现体积减少时，添加适量的水即可继续使用。（2丙二醇与水型防冻液。是将丙二醇化学物质与水按一定的比例合混而成的混合液，还要加入防腐剂、清洁剂、着色剂等添加剂。2.冷却液在使用过程中，应注意下列事项：(1)冷却液内只准加入同种冷却液添加剂。(2)冷却液及其添加剂均为有毒物质，应置于安全场所。(3)冷却液的使用浓度(体积比)为40%-60%。否则，影响防冻性能。(4)放出的冷却液不宜再使用，并妥善处理。(5)更换缸盖、缸垫、散热器等，就必须更换冷却液。(6)发动机热态时，冷却系内仍处于高温高压状态。因此，此时切勿打开水箱盖以防烫伤。(7)发现冷却液大量损耗，则必须待发动机处于冷态时，方可添加冷却液，以免损坏发动(8)紧急情况下若加入纯水，则须尽快添加冷却液添加剂，使冷却液浓度恢复正常状态。(9)冬季来临前应检查冷却液浓度，并按规定调配浓度，保证冷却液具有足够的防冻能力。二、水冷却系统1.水冷系组成及工作原理水冷却系统具有冷却可靠、布置紧凑、噪声小、使用方便等优点。在汽车发动机上应用较为广泛，水冷却系统主要由水箱、风扇、水泵、水管、水套、节温器和水温监测、控制装置等组成。如(图7-1).水冷系主要部件是由水套、水泵、风扇、散热器、导风圈、水管、水温表、感温管、节温器和百叶窗等组成。水冷式以冷却液为介质，热量由机件传给冷却液，靠冷却液的流动把热量带走，再散发到大气中去，使发动机的温度降低而进行冷却的一系列装置，散热后的冷却液再重新流回到受热机件处。适当的调解水路和冷却的强度，就能保证发动机的正常工作温度。目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。桑塔纳、丰田、解放CA6102型等汽车发动机的水冷系的一般组成及循环路线，如图7-1所示。水冷系一般都由水泵强制给水(或冷却液)在冷却系中进行循环流动的，故称为强制循环式水冷系。水冷发动机的气缸盖和气缸体中都铸造出贮水的、连通的夹层空间9，称为水套，其作用是让水接近受热的高温零件，并可在其中循环流动。水泵6将冷却液由机外吸人并加压，使之经分水管9流人发动机缸体水套。这样，冷却水从气缸壁吸收热量，温度升高；流到气缸盖水套，再次受热升温后，沿水管进入散热器2内。经风扇4的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。最终使受热后的冷却水在流经散热器的过程中，其热量不断地通过散热器，散发到大气中去。同时，使水本身得到冷却。冷却了的冷却液流到散热器的底部后，又在水泵的加压下，经水管再压入水套8，如此不断地循环。从而使得发动机在高温条件下工作的零件不断地得到冷却，保证发动机的正常工作。本田轿车发动机的冷却系统布置，如图7-3所示。2.水冷系主要零部件1.膨胀水箱膨胀水箱，其上部是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管相连接，通常为至少高于散热器。膨胀水箱多半透明材料（如塑料）制成。透过箱体可以直接方便的观察到液面的高度，无需打开散热器盖。膨胀水箱的作用是把冷却系统变成永久封闭系统，减少了冷却液的损失，避免空气不断地进入，该系统内造成氧化、穴蚀、使冷却系中水、气分离，保持系统内压力稳定，提高水泵的泵水量。2.散热器散热器用导热性好的材料制成，散热器主要是由上贮水室1、下贮水室5和散热器芯(包括冷却管和散热带)组成。上贮水室、下贮水室由散热器芯连接一起，并装在框架内(框架固定在车架上)。框架上还设有护风圈，其目的是起到风向导流作用的。下水箱的出水管1接水泵的进水口，上水箱的进水管2接缸盖的出水口。上水箱上设有加水口6，并用加水口盖封闭。在下贮水室中一般还装有放水阀。散热器芯的构造型式有管片式、管带式等,但其最终目的就是尽可能提高散热能力。管片式散热器由许多冷却管和散热片组成。冷却管是焊接在上、下贮水室之间的直管，是冷却液的通道。当空气吹过冷却管的外表面时，从而使管内流动的冷却液得到冷却。冷却管大多采用扁圆形断面，因为扁管与圆管相比，在容积相同的情况下具有较大的散热面积；当管内的水冻结膨胀时，扁管可以借其横断面变形而免于破裂。为了进一步提高散热效果，在冷却管外面横向套装了很多金属薄片(散热片)来增加散热面积，同时增加了整个散热器的刚度和强度。如图7-6所示。管带式散热器，其中散热带与冷却管相间排列。散热带呈波纹状，为了提高散热能力，在散热带上一般开有形似百叶窗的缝孔，用来破坏空气流在散热带表面上附面层，从而提高散热能力。这种散热器芯与管片式相比，具有散热能力较强，制造工艺简单，质量小，成本低等优点，但结构刚度不如管片式好，一般在使用条件较好的轿车上得到广泛采用。随着我国道路条件的改善，这种管带式管芯在中型货车上也开始采用。散热器芯一般多用导热性好的黄铜、铝或铝锰合金制造。为了节省铜，近来铝制散热器有很大发展。常见水冷系的散热器盖具有自动阀门，发动机热状态正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开，防止水蒸气逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却液的沸点，防止冷却系发生“开锅”现象。但如果冷却系中水蒸气过多，将使冷却系压力过大，可能导致散热器破裂。因此必须在加水口处设置排出水蒸水的通道。因而在冷却系内压力过高或过低时，自动阀门则开启以使冷却系与大气相通。具有空气-蒸汽阀的散热器盖，其构造如图7-7所示。装有蒸汽阀2和空气阀3的散热器盖4，紧盖在加水口上。由于在一般情况下，两阀均在弹簧力作用下处于关闭状态。当散热器中压力升高到一定数值(一般为0．026～0．037MPa)时，蒸汽阀2便开启而使水蒸汽顺管1排出，如图7-7b所示。当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达一定数值(一般为0.01～0.02MPa)，空气阀3开启，空气即从管1进入冷却系，如图7-7a所示，以防止水管及贮水室被大气压瘪。轿车的散热器盖的蒸汽阀开启压力可达0.1MPa，而水的沸点可升高至120℃。显然，这种散热器与环境空气温差大，故散热能力较强。在发动机热状态下开启散热器盖时，应缓慢旋开，使冷却系内压力逐渐降低，以免被喷出的热水烫伤。桑塔纳2000型轿车发动机的散热器盖安装在膨胀水箱上，它带有自动阀门，如图7—9所示，平时严密盖紧，冷却系与大气隔断。当系统温度上升时，冷却系内冷却液的压力高于大气压，这样可提高冷却液的沸点，加大冷却液温度与外界大气温度的差值，提高散热能力。蒸汽阀2的开启压力为0.12MPa，此时冷却液沸点可达135℃，其散热能力很强。3.风扇风扇—般安装在散热器后面，并与水泵同轴。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。风扇常用的材料是钢板，经冲压成形。近年来为简化工艺、降低成本，已开始在轿车上使用整体压铸成的尼龙风扇，也有用铝合金板制作的．如奥迪轿车和依维柯轻型汽车的发动机冷却风扇即采用高强度工程塑料注塑而成。风扇叶片的数量一般是4～6片，大多数采用螺旋桨式风扇。横断面多为弧形，也有铸成翼形断面的，如图7-10所示。叶片应与风扇旋转平面安装成一定的倾斜角(一般为30°～45°)。为减少叶片旋转时的振动和噪音，叶片之间的夹角不是均匀排列的。有些汽车发动机风扇的叶片，将外缘端部冲压成弯曲状以增加风量。为提高风扇的效率，减少空气回流现象，在风扇的圆周外装—圆形挡风圈。目前应用较多、较先进的风扇是带有辅助叶片的导流风扇在叶片表面铸有凸起其优点是增加空气的径向流量，防止在叶片表面产生附面层和涡流现象，改善了冷却性能，降低了噪音。风扇和发电机一般同时由曲轴带轮通过三角皮带驱动，如图7-11所示。—般将发电机的支架作成可移动式，以调节皮带的张紧度。皮带过松，将引起皮带相对带轮打滑，使风扇的扇风量减少，发动机过热及发电机的发电效率下降；皮带过紧，将增加发电机轴承的磨损。因此要求皮带必须保持合适的松紧度，一般用大拇指以30～50N的力，按下皮带产生10～15mm的挠度为宜，如图7-12所示。桑塔纳2000型轿车发动机有两套风扇，且不与水泵同轴。其一由电动机驱动，其二是由电动风扇带动的从动风扇(由第一只风扇带动)，并由受冷却液温度作用的温度开关控制。而桑塔纳2000型轿车AJR发动机的两只风扇都有独立的直流电动机驱动。设置两只风扇，满足了散热器长宽比大及散热器面积大的需要，排风量大，散热效果好。电动风扇与热敏开关配合使用，能做好自动控制，并且不受发动机转速的影响。热敏开关一般位于发动机缸体出水管口。根据发动机的温度，自动控制风扇两档转速，来改变散热器的空气流量。下面以桑塔纳2000发动机AJR型发动机为例，来说明风扇一档、二档的控制温度。如图7-13、7-14所示。风扇一档：工作温度92℃～97℃，关闭温度84℃～91℃，工作转速2300r／min；风扇二档：工作温度99℃～105℃，关闭温度93℃～98℃，工作转速2800r/min。4.水泵水泵的作用是强制冷却水在冷却系统中进行循环。汽车发动机广泛采用离心式水泵，东风EQl090型汽车EQ6100Q—1型发动机的离心式水泵示。水泵轴12用两套滚珠轴承11安装在水泵壳体1的轴承座孔中，靠轴承座的台肩和隔套16、卡环15进行轴向定位。水泵轴的一端装有叶轮2，并用螺钉5紧固，凸缘14用半圆键13装在水泵轴的另一端，用开口螺母和开口销紧固止锁。风扇和风扇带轮装腔凸缘盘上。水泵的工作在用泵盖9、垫片8和螺钉紧固封闭，盖板外缘有孔，是水泵的出水口