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1、第八章第八章发动机冷却系发动机冷却系8.1概述概述一、功用一、功用维持发动机在各种工况下均在维持发动机在各种工况下均在最适宜的温度最适宜的温度内工作，既要防止发动机过热，也要防止冬季发内工作，既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷，以使发动机工作可靠，并得到良好的动机过冷，以使发动机工作可靠，并得到良好的动力性和经济性。动力性和经济性。发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达体温度高达2200K2800K(19272527)，大，大约约1/3做功转变为机械能，其余大部分随做功转变为机械能，其余大部分随废气排出废气排出，剩余则被发动机零件吸收，使
2、发动机零部件温，剩余则被发动机零件吸收，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。度升高，特别是直接与高温气体接触的零件。水冷式发动机保持正常工作：水冷式发动机保持正常工作：冷却水的温度：冷却水的温度：353K363K(8090)气缸壁温度：气缸壁温度：473K573K(200300)；气缸盖、活塞顶部的温度：气缸盖、活塞顶部的温度：573K673K(300400)；润滑油的温度：润滑油的温度：343K363K(7090)，风冷式发动机风冷式发动机:铝气缸壁的温度铝气缸壁的温度:423K453K(150180)铝气缸盖的温度铝气缸盖的温度:433K473K(160200)1.发动
3、机过热的危害发动机过热的危害（1）降低充气效率，使发动机功率下降；）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）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；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）运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；滞，磨损加剧，甚至损坏；（4）润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦）润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；磨损；（5）零件的机械性能降低，导致变形或）零件的机械性能降低，导致变形或损坏。损坏。2.发动机过冷的危害发动机过冷的危害（1）进入气缸的混合气）进入气缸的混合气(或空气或空
4、气)温度太低，温度太低，可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，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。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）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与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用；的侵蚀作用；（3）未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面）未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面(气缸壁、活塞、活塞环等气缸壁、活塞、活塞环等)上的油膜，使零上的油膜，使零件磨损加剧。件磨损加剧。（4）润滑油黏度增大，流动性差，造成）润滑油黏度增大，流动性差，造成润滑不良，加剧机
5、件磨损，增大功率消耗。润滑不良，加剧机件磨损，增大功率消耗。二、分类二、分类三、组成三、组成汽车发动机的冷却系汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机中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。循环流动。水泵水泵：对冷却液体加压：对冷却液体加压散热器散热器：热量交换场所：热量交换场所冷却风扇冷却风扇：强力抽吸，使空气从前向后高速流：强力抽吸，使空气从前向后高速流过散热器过散热器冷却强度调节装置冷却强度调节装置：如百叶窗、节温器和风扇：如百叶窗、节温器和风扇离合器离合器补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套补偿水桶、发动机
6、机体和气缸盖中的水套暖风机暖风机：第二个散热器，充分利用能源。：第二个散热器，充分利用能源。桑塔纳发动机冷却系示意图桑塔纳发动机冷却系示意图四、冷却水路四、冷却水路节温器节温器水套水套8.2水冷系统主要零部件的水冷系统主要零部件的构造和工作原理构造和工作原理一、散热器一、散热器1.分类：分类：纵流式纵流式横流式1-上水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖；5-下水室；6-出水管2.组成：组成：进水室、进水室、出水室、出水室、散热器芯等散热器芯等冷却液在散热冷却液在散热器芯内流动，器芯内流动，空气在散热器空气在散热器芯外流动芯外流动3.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
7、应该有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。尽可能大的散热面积。（1 1）管片式）管片式冷却管的断面大多为扁圆形，冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下水室，是冷却水它连通上、下水室，是冷却水的通道。和圆形断面的冷却管的通道。和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，而且相比，不但散热面积大，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，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免破裂。采用散热片不但可以增加散热面积，还可增大散热增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好，
8、耐高压，芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。但制造工艺较复杂，成本高。（2）管带式）管带式采用冷却管和散热带沿纵向间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，使散热能力上形成的附面层，使散热能力提高。这种散热器芯散热能力提高。这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一但结构刚度不如管片式大，一般多为轿车发动机采用，近年般多为轿车发动机采用，近年来在一些中型车辆上也开始采来在一些中型车辆上也开始采用。用。（3）板式）板式组
9、成：由金属薄板焊合组成：由金属薄板焊合优点：散热效果好，制造简单，质量轻，成本低。优点：散热效果好，制造简单，质量轻，成本低。缺点：刚度差。缺点：刚度差。二、散热器盖二、散热器盖汽车发动机强制循环水冷系，用散热器盖汽车发动机强制循环水冷系，用散热器盖严密地盖在散热器加冷却液口上，使水冷系成为严密地盖在散热器加冷却液口上，使水冷系成为封闭系统，通常称这种水冷系为闭式水冷系。封闭系统，通常称这种水冷系为闭式水冷系。作用作用：密封水冷系并调节系统的工作压力。：密封水冷系并调节系统的工作压力。工作原理工作原理：冷却液：冷却液散热器散热器压力阀压力阀补偿水桶补偿水桶冷却液冷却液补偿水桶补偿水桶真空阀散热
10、器真空阀散热器有压力阀和真空阀的散热器盖，紧盖在加水有压力阀和真空阀的散热器盖，紧盖在加水口上。由于在一般情况下，两阀均在弹簧力作用口上。由于在一般情况下，两阀均在弹簧力作用下处于关闭状态，故上贮水室与通大气的蒸汽排下处于关闭状态，故上贮水室与通大气的蒸汽排出管隔开。出管隔开。当散器中压力升高到一定数值（一般当散器中压力升高到一定数值（一般0.1260.137MPa，在此压力下冷却系内水的沸，在此压力下冷却系内水的沸点可达点可达108）压力阀便开启而使水蒸汽顺管排）压力阀便开启而使水蒸汽顺管排出。（目前轿车的散热器盖的压力阀开启压力设出。（目前轿车的散热器盖的压力阀开启压力设计得更高，比如桑塔
11、纳，可达到计得更高，比如桑塔纳，可达到0.2MPa，水沸，水沸点为点为120。）。）当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达一定数值（一般为一定数值（一般为0.0990.087MPa），真空阀），真空阀即行开启，空气即从管进入冷却系，以防止水管即行开启，空气即从管进入冷却系，以防止水管及贮水室被大气压瘪。及贮水室被大气压瘪。压力阀开启压力阀开启压力阀压力阀真空阀开启真空阀开启真空阀真空阀三、补偿水桶三、补偿水桶工作时冷却液的温度逐渐升高工作时冷却液的温度逐渐升高,容积膨容积膨胀胀,压力增高。当压力超过预定值时，压力压力增高。当压力超过预定值时，压力阀开启，一
12、部分冷却液经溢流管流入补偿阀开启，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器。当发动水桶，以防止冷却液胀裂散热器。当发动机停机机停机,冷却液的温度下降，压力降低。当冷却液的温度下降，压力降低。当压力降到大气压力以下出现真空时，真空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压坏。散热器，可以避免散热器被大气压力压坏。四、散热器百叶窗四、散热器百叶窗1.作用作用：在冷却水温度较低时改变吹过：在冷却水温度较低时改变吹过散热器的空气流量，从而控制冷却强度。散热器的空气流量，从而控制冷却强度。
13、2.操作操作：百叶窗安装在散热器前面，它：百叶窗安装在散热器前面，它是由许多片活动挡板组成的。挡板垂直或水是由许多片活动挡板组成的。挡板垂直或水平安装，由驾驶员通过装在驾驶室内的手柄平安装，由驾驶员通过装在驾驶室内的手柄操纵调节挡板的开度，也可用感温器自动控操纵调节挡板的开度，也可用感温器自动控制。制。五、五、冷却风扇冷却风扇1.风扇的功用及结构风扇的功用及结构位置位置：风扇装在发动机与散热器之间，与水泵同轴驱风扇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动。风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。上。功用功用：提高流经散热器的空气流速和流量，以增
14、强散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。热器的散热能力并冷却发动机附件。当风扇旋转时吸进空气，使其通过散热器，以增当风扇旋转时吸进空气，使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。结构型式：结构型式：多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。即风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。在风扇外围装设导风罩在风扇外围装设导风罩3，使风扇，使风扇4吸进的空气全部通吸进的空气全部通过散热器过散热器1，以提高风扇效率。，以
15、提高风扇效率。风扇的扇风量主要与风扇直径、转速、叶片形状、风扇的扇风量主要与风扇直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数有关。叶片的断面形状有圆弧形叶片安装角及叶片数有关。叶片的断面形状有圆弧形和翼形两种。和翼形两种。具体结构：具体结构：(1)目前汽车水冷发动机上常用螺旋桨式风扇。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。减轻振动噪声，叶片间夹角不等。(3)叶片数：叶片数：46片。片。(4)叶片与叶轮旋转平面之间有一偏扭角，偏扭叶片与叶轮旋转平面之间有一偏扭角，偏扭角可为定值（角可为定值
16、（3050），也可制成变偏扭角。），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，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为了提高风扇的效率，叶片从叶根到叶尖偏扭角逐渐减小。角逐渐减小。a)叶尖前弯的风扇；叶尖前弯的风扇；b)尖窄根宽的风扇；尖窄根宽的风扇；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(2)措施：将发电机支架措施：将发电机支架做成可移动式的，以便做成可移动式的，以便调节皮带的松紧度。调节皮带的松紧度。(1)(1)调整目的：调整目的：若若皮皮带带过过松松，皮皮带带将将在在皮皮带带轮轮上上打打滑滑，风风扇扇
17、和和水水泵泵的的转转速速下下降降，扇扇风风量量和和泵泵水水量量减减小小，使使发发动动机机过过热热；若若皮皮带带过过紧紧，将将增增加加轴轴承承和和皮皮带带的的磨损。磨损。风扇皮带的调整装置风扇皮带的调整装置风扇常和发电机一起由曲轴风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动。通过三角皮带带动。皮带皮带发电机发电机风扇风扇2.硅油风扇离合器硅油风扇离合器作用作用：水冷系只有：水冷系只有25%的时间的时间需要风扇工作，需要风扇工作，在冬季需要风扇工作的时间就更短。因此应根在冬季需要风扇工作的时间就更短。因此应根据发动机的热状况随时对其冷却强度加以调节。据发动机的热状况随时对其冷却强度加以调节。在风扇带轮
18、与冷却风扇之间装置硅油风扇离合在风扇带轮与冷却风扇之间装置硅油风扇离合器，就可实现这种调节。器，就可实现这种调节。结构结构：阀片传动销感温器前盖：阀片传动销感温器前盖贮油腔贮油腔从从动板动板工作腔工作腔壳体壳体图5-14硅油风扇离合器1-螺钉；2-前盖；3-密封毛毡圈；4-双金属感温器；5-阀片轴；6-阀片；7-主动板；8-从动板；9-壳体；10-轴承；11-主动轴；12-销止板；13-螺栓；14-内六角螺钉；15-风扇；A-进油孔；B-回油孔；C-漏油孔3.电动风扇电动风扇很多轿车发动很多轿车发动机的水冷系采机的水冷系采用电动风扇，用电动风扇，尤其横置发动尤其横置发动机前轮驱动的机前轮驱动的
19、汽车更如此。汽车更如此。电动风扇由风电动风扇由风扇电动机驱动扇电动机驱动并由蓄电池供并由蓄电池供电，所以风扇电，所以风扇转速与发动机转速与发动机转速无关。转速无关。原理：电动机的开关由散原理：电动机的开关由散热器的水温开关控制，热器的水温开关控制，并且有高低速两个档位，并且有高低速两个档位，低速档在沸点内使用，低速档在沸点内使用，高速档在沸点外使用，高速档在沸点外使用，需要冷却时自动起作用。需要冷却时自动起作用。这样，在一般行驶条件这样，在一般行驶条件下，电动风扇几乎不转，下，电动风扇几乎不转，功率消耗减少，油耗率功率消耗减少，油耗率降低。而在低速大负荷降低。而在低速大负荷时又能得到充分的冷却
20、。时又能得到充分的冷却。六、六、节温器节温器1.功用功用随发动机负荷和水温的大小而自动改变冷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。温度下工作，减少燃料消耗和机件的磨损。2.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。阀、感应体、中心杆、橡胶管和弹簧等组成。图图5-12蜡式节温器蜡式节温器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-胶管；胶管；5-
21、阀座；阀座；6-通气孔；通气孔；7-下支架；下支架；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3.蜡式节温器的工作原理蜡式节温器的工作原理(1)当水温低于当水温低于349K(76)时，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由时，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。和水套之间流动，不经过散热器，且流量小，所以冷却强度弱。小循环路线小循环路线(2)当冷却水温度在当冷却水温度
22、在349K359K(7686)之间时，大小循环同时进行之间时，大小循环同时进行(如图所示如图所示)。当发动机水温达。当发动机水温达349K(76)左右时，石蜡逐渐变成液态，体左右时，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。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。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当发动机内水温升高到35
23、9K(86)，主阀门完全开启，旁通阀完全关，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，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。流量大，冷却强度强。大循环路线大循环路线七、七、水水泵泵一、功用一、功用对冷却液加压，保证其在冷却系中循环流动。对冷却液加压，保证其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，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
24、外安装与风扇同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，也有装在机体内轴驱动，也有装在机体内(内藏式内藏式)单独驱动的。单独驱动的。2.离心式水泵的工作原理离心式水泵的工作原理(1)压水：如图所示。当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮压水：如图所示。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，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。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
25、，散热器中吸水：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的水便经进水管3被吸进叶轮中心部分。被吸进叶轮中心部分。图图5-5离心式水泵示意图离心式水泵示意图1-水泵壳体；水泵壳体；2-叶轮；叶轮；3-进水管；进水管；4-出水管出水管当叶当叶轮旋旋转时，水，水泵中的水被叶中的水被叶轮带动一起旋一起旋转，在离心力作用下，水被，在离心力作用下，水被甩向叶甩向叶轮边缘，然后，然后经外壳上与叶外壳上与叶轮成成切切线方向的出水管方向的出水管压送到送到发动机水套内。机水套内。与此同与此同时，叶，叶轮中心中心处的的压力降低，散力降低，散热器中的水便器中的水便经进水管被吸水管被吸进叶叶轮中心中心部分。如此部分。如此连续的作用，使冷却水在水的作用，使冷却水在水路中不断地循路中不断地循环。2水泵的典型结构水泵的典型结构图图8-15所示为所示为EQ6100-1型发型发动机所采用的动机所采用的离心式水泵结离心式水泵结构图。构图。八、八、变速器机油冷却器变速器机油冷却器装有自动变速装有自动变速器的汽车必须器的汽车必须装备变速器机装备变速器机油冷却器，因油冷却器，因为自动变速器为自动变速器中的机油可能中的机油可能过热。机油过过热。机油过热会降低变速热会降低变速器性能，甚至器性能，甚至造成变速器损造成变速器损坏。坏。