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1、第七章 发动机冷却系统本讲稿第一页，共十五页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，既要防止发动机过使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，既要防止发动机过热，又要防止冬季发动机过冷。在发动机冷起动之后，还要保证发动机迅速热，又要防止冬季发动机过冷。在发动机冷起动之后，还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。升温，尽快达到正常的工作温度。n冷却不足：冷却不足：发动机过热，工作过程恶化，零件强度降低，机油变质，零件磨损加剧，最发动机过热，工作过程恶化，零件强度降低，机油变质，零件磨损加剧，最终导致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下降。终导
2、致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下降。n冷却过度：冷却过度：散热损失及摩擦损失增加，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，散热损失及摩擦损失增加，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，发动机功率下降及燃油消耗率增加。零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，发动机功率下降及燃油消耗率增加。本讲稿第二页，共十五页冷却系的基本类型及特点冷却系的基本类型及特点冷却系不同冷却方式的类型冷却系不同冷却方式的类型按冷却介质分为水冷式和风冷式按冷却介质分为水冷式和风冷式 以冷却液作为冷却介质的冷却系统称为水冷系；以空气作为冷却介质的冷却系统称为风冷
3、系。以冷却液作为冷却介质的冷却系统称为水冷系；以空气作为冷却介质的冷却系统称为风冷系。按冷却介质的循环状态分为自然冷却式和强制冷却式按冷却介质的循环状态分为自然冷却式和强制冷却式 在冷却过程中，由冷却介质自然流动进行散热的冷却方式，称为自然冷却式；由机械在冷却过程中，由冷却介质自然流动进行散热的冷却方式，称为自然冷却式；由机械设备强制冷却介质循环流动进行散热的冷却方式，称为强制冷却式。设备强制冷却介质循环流动进行散热的冷却方式，称为强制冷却式。不同冷却方式的特点不同冷却方式的特点 强制冷却式发动机工作更加可靠，其受周围环境温度的影响较小。其中，强制风强制冷却式发动机工作更加可靠，其受周围环境温
4、度的影响较小。其中，强制风冷式发动机靠发动机周围的大气实现冷却，适用于干旱地区及军事方面，更具有机动冷式发动机靠发动机周围的大气实现冷却，适用于干旱地区及军事方面，更具有机动灵活性；而强制水冷式发动机，工作起来则更加可靠，广泛应用于各种类型汽车。灵活性；而强制水冷式发动机，工作起来则更加可靠，广泛应用于各种类型汽车。自然冷却式发动机主要用于小型动力，如摩托车、手扶拖拉机等。自然冷却式发动机主要用于小型动力，如摩托车、手扶拖拉机等。本讲稿第三页，共十五页水冷却系的基本组成水冷却系的基本组成汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即
5、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，由却液在发动机中循环流动，由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和水泵、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气缸盖中的水套以及其它附属装置等组成。等组成。本讲稿第四页，共十五页水冷却系的工作原理水冷却系的工作原理（1）水冷却系的基本工作原理）水冷却系的基本工作原理 发动机气缸周围设有水套，可燃混合气燃烧后产生的余热由水套周围的冷却水吸收，并在水发动机气缸周围设有水套，可燃混合气燃烧后产生的余热由水套周围的冷却水吸收，并在水泵的作用下，强制循环水将热量传入水箱，并通过散热器实现与大气
6、的热交换以达到冷却发动机泵的作用下，强制循环水将热量传入水箱，并通过散热器实现与大气的热交换以达到冷却发动机的目的。的目的。百叶窗可由驾驶人员根据水温的高、低调节通过散热器的空气量，以改变散热强度，满足发动机不百叶窗可由驾驶人员根据水温的高、低调节通过散热器的空气量，以改变散热强度，满足发动机不同工况的作业需要；节温器可根据水温的高低自动地改变水循环路线，使发动机在冬季不致于因水温过同工况的作业需要；节温器可根据水温的高低自动地改变水循环路线，使发动机在冬季不致于因水温过低而造成工作不良的后果。低而造成工作不良的后果。（2 2）冷却水的循环路线冷却水的循环路线大循环：大循环：当水温高于当水温高
7、于80时，冷却水由水泵打入分水管，并经分水管流到各气缸的水套进行冷却，时，冷却水由水泵打入分水管，并经分水管流到各气缸的水套进行冷却，随后，经上水管进入水箱并经散热器冷却后，经下水管被重新吸如水泵。随后，经上水管进入水箱并经散热器冷却后，经下水管被重新吸如水泵。小循环：小循环：当水温低于当水温低于70 时，冷却水由水泵进入分水管，经水套周围冷却后直接又时，冷却水由水泵进入分水管，经水套周围冷却后直接又回到水泵。回到水泵。当水温在当水温在70 80 之间时，之间时，大、小循环大、小循环均有。均有。冷却液冷却液 本讲稿第五页，共十五页全部冷却水均由水泵全部冷却水均由水泵分水管分水管水套水套节温器主
8、阀门节温器主阀门上水管上水管散热器散热器下水下水管管水泵实现循环散热。水泵实现循环散热。本讲稿第六页，共十五页n冷却液是水与防冻剂的混合物。冷却液用水最好是软水。冷却液是水与防冻剂的混合物。冷却液用水最好是软水。n纯净水在纯净水在0时结冰。如果冷却系统中的水结冰，将使冷却水终止循环引起发动机过热；时结冰。如果冷却系统中的水结冰，将使冷却水终止循环引起发动机过热；尤其严重的是水结冰时体积膨胀，可能将机体、气缸盖和散热器胀裂。尤其严重的是水结冰时体积膨胀，可能将机体、气缸盖和散热器胀裂。n在水中加入防冻剂制成冷却液以防止循环冷却水的冻结。最常用的防冻剂是乙二醇。在水中加入防冻剂制成冷却液以防止循环
9、冷却水的冻结。最常用的防冻剂是乙二醇。50的水与的水与50的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为35.5。在水中加入。在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。例如，含防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。例如，含50乙二醇的冷却液在大气压力下乙二醇的冷却液在大气压力下的沸点是的沸点是130。因此，防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。因此，防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。n防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀或腐蚀。在使用过程中，防锈剂和泡
10、沫剂会逐渐消耗殆尽，因此，定期更换冷却液锈蚀或腐蚀。在使用过程中，防锈剂和泡沫剂会逐渐消耗殆尽，因此，定期更换冷却液是十分必要的。在防冻剂中一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别。是十分必要的。在防冻剂中一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别。冷却液冷却液本讲稿第七页，共十五页散热器：散热器：由进水室、出水室及散热芯等组成。由进水室、出水室及散热芯等组成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过，散热器芯由导热系数高、而且耐腐蚀的芯外通过，散热器芯由导热系数高、而且耐腐蚀的金属材料制成的薄壁散热管及散热片组成。金属材料制成的薄壁散
11、热管及散热片组成。第二节第二节 水冷系统主要部件的构造水冷系统主要部件的构造本讲稿第八页，共十五页n按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两种。按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两种。n纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。散热器芯进入出水室。n横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室经散热器横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。大多数新型
12、轿车均采用横流式散热器，这可以使发动芯到出水室横向流过散热器。大多数新型轿车均采用横流式散热器，这可以使发动机罩的外廓较低，有利于改善车身前端的空气动力性。机罩的外廓较低，有利于改善车身前端的空气动力性。本讲稿第九页，共十五页散热器芯有多种结结构形式：管片式、管带式和板式。散热器芯有多种结结构形式：管片式、管带式和板式。补偿水桶补偿水桶散热器百叶窗散热器百叶窗冷却风扇冷却风扇 自学内容自学内容节温器节温器水泵水泵本讲稿第十页，共十五页散热器盖散热器盖作用：密封水冷系并调节系统的工作压力。作用：密封水冷系并调节系统的工作压力。基本工作原理：基本工作原理：发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷
13、却液容积膨胀，使冷却系内的压发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液容积膨胀，使冷却系内的压力增高。当压力超过预定值时，压力阀开启，一部分冷却液经溢流管流入补偿水桶，力增高。当压力超过预定值时，压力阀开启，一部分冷却液经溢流管流入补偿水桶，以防止冷却液胀裂散热管。以防止冷却液胀裂散热管。发动机停机后，冷却液的温度下降，冷却系内的压力也随之降低。当压力降到发动机停机后，冷却液的温度下降，冷却系内的压力也随之降低。当压力降到大气压力以下出现真空时，真空阀开启，补偿水桶内的冷却液部分地流回散热器，可大气压力以下出现真空时，真空阀开启，补偿水桶内的冷却液部分地流回散热器，可以避免散热器被大气压力
14、压坏。以避免散热器被大气压力压坏。本讲稿第十一页，共十五页第三节第三节 风冷系统风冷系统风冷发动机的特点风冷发动机的特点1)对地理环境和气候环境的适应性强对地理环境和气候环境的适应性强 风冷发动机特别适于在沙漠或高原等缺水的地区工作。风冷发动机特别适于在沙漠或高原等缺水的地区工作。另外，在酷热的气候条件下工作不会过热，在严寒季节也不易过冷。即风冷发动机对另外，在酷热的气候条件下工作不会过热，在严寒季节也不易过冷。即风冷发动机对气温的变化不敏感。气温的变化不敏感。2)热负荷高热负荷高 风冷发动机的气缸盖、气缸体等受热零件的温度高。这是因为空气的传热系数只有风冷发动机的气缸盖、气缸体等受热零件的温
15、度高。这是因为空气的传热系数只有水的传热系数的水的传热系数的1/201/30，空气的比热容只有水的，空气的比热容只有水的1/4。3)冷起动后暖机时间短冷起动后暖机时间短 由于风冷发动机在冷起动后气缸温度上升快，在短时间内即可进入大由于风冷发动机在冷起动后气缸温度上升快，在短时间内即可进入大负荷工作状态。负荷工作状态。4)维护简便维护简便 由于省去了散热器和许多管道而减少了维护点，而且由于通用化、系列化程度高，由于省去了散热器和许多管道而减少了维护点，而且由于通用化、系列化程度高，主要零件均可互换，因此拆装容易，维修简便。主要零件均可互换，因此拆装容易，维修简便。本讲稿第十二页，共十五页冷却系统
16、的布置及冷却风扇冷却系统的布置及冷却风扇 某风冷柴油机冷却系统。冷却风扇位于两排气缸中间，由气缸盖、气缸体、机油冷却器、前后挡板和顶盖板等构成风压室。在气缸盖和气缸体的背某风冷柴油机冷却系统。冷却风扇位于两排气缸中间，由气缸盖、气缸体、机油冷却器、前后挡板和顶盖板等构成风压室。在气缸盖和气缸体的背风面设有挡风板，用来调节风量的分配。冷空气经冷却风扇增压后进入风压室，再由风压室流过各个需要冷却的零部件表面。由于各零部件的通道阻风面设有挡风板，用来调节风量的分配。冷空气经冷却风扇增压后进入风压室，再由风压室流过各个需要冷却的零部件表面。由于各零部件的通道阻力不同，因此流过的风量有多有少，以保证其适
17、度而又可靠的冷却力不同，因此流过的风量有多有少，以保证其适度而又可靠的冷却 冷却风扇有轴流式和径流式两种。多缸风冷发动机采用轴流式。冷却风扇主要由静叶轮和动叶轮两部分组成。静叶轮为铝合金精密压铸件，静叶轮冷却风扇有轴流式和径流式两种。多缸风冷发动机采用轴流式。冷却风扇主要由静叶轮和动叶轮两部分组成。静叶轮为铝合金精密压铸件，静叶轮毂内装液力耦合器。动叶轮与风扇外壳之间的间隙很小，以提高风扇效率。动叶片与静叶片的断面均为翼形毂内装液力耦合器。动叶轮与风扇外壳之间的间隙很小，以提高风扇效率。动叶片与静叶片的断面均为翼形本讲稿第十三页，共十五页三、冷却强度的调节三、冷却强度的调节 当负荷增加时，排气
18、温度升高，温控阀开度增大，进入液力耦合器的油量增多，风扇转当负荷增加时，排气温度升高，温控阀开度增大，进入液力耦合器的油量增多，风扇转速增高，风量增加，冷却强度增强；反之，当负荷减小时，冷却强度随之减弱。自动调节系速增高，风量增加，冷却强度增强；反之，当负荷减小时，冷却强度随之减弱。自动调节系统能够根据发动机负荷的变化，自动调节冷却风量，使柴油机始终保持在最佳的热状态。统能够根据发动机负荷的变化，自动调节冷却风量，使柴油机始终保持在最佳的热状态。本讲稿第十四页，共十五页思考题思考题1.冷却系统的功用是什么冷却系统的功用是什么?发动机的冷却强度为什么要调节发动机的冷却强度为什么要调节?如何调节如何调节?2.若发动机正常工作一段时间后停机，冷却系统中的冷却液会发生什么现象若发动机正常工作一段时间后停机，冷却系统中的冷却液会发生什么现象?3.风冷发动机的冷却系统有何特点风冷发动机的冷却系统有何特点?其冷却强度如何调节其冷却强度如何调节?本讲稿第十五页，共十五页