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1、第九章发动机冷却系 概述 水冷系 水冷系的组成与主要构件9.1概述 内燃机工作时，由于燃料的燃烧，气缸 内气体温度高达22002800K，使内燃机 零部件温度升高，特别是直接与高温气 体接触的零件，如果不及时冷却，则很 难保证内燃机正常工作。1、功用：使工作中的发动机得到适度的冷却，防止发动机过 冷、过热，从而保持在最适宜的温度范围内工作。 2、不正常冷却：冷却程度后果 过过度（发动发动 机 过过冷） 1、影响可燃混合气形成，热热量散失过过多， 功率下降及油耗增加； 2、冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴轴箱中稀 释润释润 滑油。 3、润润滑油粘度大，磨损损加剧剧。不足（发动发动 机过过 热热） 1
2、、充气量减少，燃烧烧不正常，早燃和爆燃易 发发生，发动发动 机功率下降； 2、润润滑不良（润润滑油高温变质变质 ，不能形成 油膜），加剧剧磨损损； 3、受热热零件热热膨胀过胀过 大，破坏正常间间隙； 4、金属机械力学性能下降，承载载能力下降。 这些都将导致发动机功率下降，经济性变坏，使用寿命降低。3、正常冷却：4、分类（根据冷却介质的不同）：风冷系和水 冷系 风冷系：以空气为冷却介质，即把高温零件的热 量直接散到大气中去。少用，摩托车或沙漠使 用发动机采用，系统统温度范围围水冷系气缸盖内冷却水温度在8090风风冷系铝铝气缸壁的温度为为150180 ，铝铝气缸盖为为160200组成：风扇、导流罩
3、、散热片、气缸导流罩、分流板。 气 特点： 结构简单、质量 较小、升温较快、经济性 好。 难以调节，风扇消 耗功率大、工作噪声大水冷系：汽车，工程机械大多数发动机采用，所以重点 介绍水冷系。冷却系的工作演示9.2水冷系1、作用：以“冷却液”作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的 热量散发到大气中去。 2、组成：强制式水冷系组成强制式水冷系组成水泵、散热器 、风扇、节温 器、补偿水桶 、，发动机机 体、气缸盖水 套以及其他附 属装置。通向暖风机3、冷却液在冷却系中的循环过程 冷却液被水泵加压后， 经分水管进入发动机的 机体各缸水套，冷却液 从水套壁吸热而升温， 然后向上流入气缸盖水 套，再次吸热之
4、后经节 温器，如果温度低（ 70)，进行小循环，冷 却液继续被水泵加压流 入各缸机体水套；否则 通过散热器进水软管流 入散热器，进行大循环 ；在散热器中，由于有 风扇的强力抽吸空气从 散热器通过，冷却液中 的热量被空气带走而降 温。最后冷却液经散热 器出水软管返回水泵， 如此循环而已。使内燃 机高温零件不断被冷却 。 小循环大循环节温器通向暖风机 另外，分水管向各缸水套开的出水孔，离水泵 越远，直径越大，数目和汽缸数相等。作用是 使各缸的冷却强度均匀一致。 有的发动机，其冷却液的循环流动方向与上述 相反，为逆流式水冷系。温度低的冷却液先引 入气缸盖水套，然后才流过机体水套，其改善 了燃烧室的冷
5、却，压缩比可提高，最终可以提 高发动机的热效率和功率。4 冷却液冷却液是水与防冻剂的混合物。冷却液用水最好用软水（雪水 ，雨水，蒸馏水等），否则发动机水套中会产生水垢，使传热受阻 ，造成发动机过热。 纯净水在零度时会结冰，如冷却系结冰，将使水循环停止，发 动机过热，特别是水结冰时体积膨胀，可能将机体、气缸盖胀裂。 为了适应冬季行车的需要，在水中加入防冻剂制成冷却液，防止循 环冷却水冻结。常用的防冻剂是乙二醇。他和水的比例不同，其冰 点也不同。如书表所示：50%的水和50%的乙二醇混合而成的冷却 液，其冰点约为-35.5摄氏度。并且在水中加入防冻液同时可提高冷 却液的沸点。50%的水和50%的乙
6、二醇混合而成的冷却液的沸点为 103摄氏度。 另外，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即散热器的锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水 泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热。 泡沫抑制剂能有效的抑制泡沫的产生。在使用过程中，防锈剂和泡 沫抑制剂会逐渐消耗殆尽，因此必须定期更换冷却液。一般在防冻 剂中加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，便于识别。9.3 水冷系主要部件的构造一、冷却装置 1、散热器作用：将高温冷却液的热量传递给空气，使冷却液 温度降低。 散热器管芯分类：分为管片式和管带式、板式。 冷却管为何 制成扁圆形 ？按冷却液流动方向：分为纵流式
7、和横流式两种。 纵流式：散热器管芯竖直布置，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。 横流式：散热器管芯横向布置，左右两端分别是进水 室、出水室，冷却液由进水室横向地流过散热器芯进 入出水室。轿车采用，可使发动机机罩的外廓较低。 改善车身前端的空气动力性。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 散热器的材料：黄铜铝（耐腐蚀，导热性好）； 结构：上、下水箱贮存冷却液；散热器芯吸收热量；进水 口与缸盖上出水口相连；上水箱上设有加水口，并用散热 器盖封闭；下水箱底部开有出水口和放水开关 散热器盖散热片上贮水室下贮水室散热器盖现代
8、发动机水冷系都是闭式水冷系统， 有散热器盖严密地盖在散热器家冷却液口 上。优点： （1）可使系统压力提高98196kPa，沸点 增高到120摄氏度左右，多大了与周围空 气的温差，提高了换热效率，可减小散热 器尺寸。 （2）可减少冷却液外溢及蒸发损失。散热器盖空气阀蒸汽阀蒸汽阀弹簧空气阀弹簧散热器盖工作演示结构：由压力（蒸汽）阀和真空（空 气）阀组成，一般情况下两阀关闭。 压力阀用硬簧控制，真空阀用软簧控 制。 工作原理：当发动机工作时，冷却液 的温度逐渐升高，使冷却系的压力升 高，冷却液容积膨胀，当压力超过预 定值126-137KPA时，压力（蒸汽 ）阀开启，一部分冷却液经溢流管流 入补偿水桶
9、，防止冷却液胀裂散热器 。当发动机停机后，冷却液温度下降 ，冷却系内的压力下降，降到大气压 力下出现真空88-99KPA时，真空（ 空气）阀开启，补偿水桶内的冷却液 部分流回散热器，避免了散热器被大 气压坏。 2、补偿水桶（膨胀水箱 和副水箱）作用：密封冷却系统，减少了冷却液的散失；使冷却系统内水、 气分离，保持压力稳定；避免空气不断进入，给冷却系统内部 造成氧化、穴蚀。 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。水桶外表面刻 有“低”和“高”两条标记线，补偿水桶内的液面应位于两条标记 线之间。与加冷却液口的溢流软管连接。 膨胀水箱的作
10、用原理 一般冷却系冷却液的流动是靠 水泵的压力来实现的。水泵吸 水的一侧压力低，易产生蒸汽 泡，使水泵的出水量显著下降 ，并引起水泵叶轮和水套的穴 蚀，在其表面产生麻点或凹坑 ，缩短了叶轮和水套的使用寿 命。加装膨胀水箱后，由于膨 胀水箱和水泵进水口之间存在 补充水管，使水泵了汽泡的产 生。散热器中的蒸汽泡和水套 中的蒸汽泡通过导管和进入膨 胀水箱，从而使气水彻底分离 。由于膨胀水箱温度较低，进 入的气体得到冷凝，一部分变 成液体，重新进入水泵。而积 存在膨胀水箱液面上的气体起 缓冲作用，使冷却系内压力保 持稳定状态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
11、出水管；7-进水口处保持 较高的水压，减少膨胀水箱；8 -散热器出气管；9-补充水管； 10-旁通管 一管式膨胀水箱 有的冷却系不用膨胀水箱而使用储液罐。即用一 根管子把散热器和储液罐的底部或上部(管口插入 液面以下)连通。但这种装置只能解决气水分离及 冷却液消耗问题，而对穴蚀没有明显的改善。当 冷却液温度升高时，散热器中液体膨胀、汽化， 使散热器盖蒸汽阀开启，散热器中的蒸汽或液体 沿导管流入储液罐。当冷却水温度降低时，散热 器内压力下降，液体沿原路径流向散热器。3、风扇功用：对空气产生吸力或排力，促进散热器的通风 ，提高散热器的热交换能力影响风量的因素：风扇的直径、转速、叶片形状 、叶片安装
12、角、叶片数目横断面形状：弧形、翼形安装位置：风扇多 为轴流式，装在发 动机与散热器之间 ，与水泵同轴驱动 。 结构型式： 风扇的结构型式如图所示。 a)叶尖前弯的风扇；b)尖 窄根宽的风扇；c)尼龙压铸整体风扇 (1)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。为了减轻振 动噪声，叶片间夹角不等。 (3)叶片数：46片。 (4)叶片与叶轮旋转平面之间有一偏扭角，偏扭角可为 定值，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，为了提高风扇的效率，叶片从叶 根到叶尖偏扭角逐渐减小。1-叶片；2-连接板风扇的安装与风扇皮带的调整装置 (1)安装风扇用
13、螺钉安装在水泵轴前端的皮 带轮或凸缘盘上。风扇常和发电机一起由 曲轴通过三角皮带带动(图5-9)。 (2)调整目的：若皮带过松，皮带将在皮带 轮上打滑，风扇和水泵等的转速下降，扇 风量和泵水量减小，使发动机过热；皮带 过紧，将增加轴承和皮带的磨损。 (3)措施：常将发电机支架做成可移动式的 ，以便调节皮带的紧度。1-风扇及皮带轮；2-曲轴皮带 轮；3-发电机；4-移动支架 皮带发电机风扇曲轴风扇控制 曲轴皮带驱动 风扇由曲轴带轮通过V带 驱动 发电机带轮作为张紧轮 特点：发动机低速大负荷 时温度高，需要提高风扇 转速以加强散热，但风扇 转速反而随曲轴转速而降 低。不能根据发动机的热 状况对冷却
14、强度进行调节电动风扇控制 1）温控热敏电阻开关控制 电动风扇由电动机驱动，蓄电池为动力，其转速与发动机的转 速无关 电动机由位于散热器的温控热敏电阻开关控制，需要风扇工作 时自行启动 风扇无动力损失，结构简单，布置方便 如捷达、桑塔纳等轿车电动风扇均为两挡：温度9297时，热 敏开关接通电动风扇1挡，风扇转速为2300r/min；温度 99105时，热敏开关接通电动风扇2挡，风扇转速为 2800r/min；温度降到8491时，热敏开关切断电源，风扇停转 。 2）水温开关和风扇继电器控制（左图） 温度91以上时（或空调压缩机开关闭 合），水温开关接通风扇继电器线圈电 路，风扇继电器触点闭合，电动
15、风扇工 作 电控液压散热风扇 1）液压系统组成 散热风扇由液压马达驱动， 由电磁阀控制液压马达流量，控制散热 风扇无级变速 与液压动力转向液压系统并联 电控系统电路图 微机接收水温传感器、发动机转速、节 气门位置、空调开关信号，控制电磁阀 的开度 凌志ES300 微机控制散热风扇 冷却液温度约达103 时，微机使散热风扇继 电器接柱3l接地，风扇电机工作。 当发动机冷却液温度低于88时，微机停止 向散热继电器提供接地，风扇电机停止工作 如果空调压缩机工作，不管冷却液温度如何， 微机都将使散热器风扇继电器接地，使冷却风 扇电机工作。 切诺基4.0L发动机 3、水泵作用： 对冷却水加压，促使冷却水
16、在冷却系统 中运动，以加强冷却效果。 离心式水泵水泵壳体叶轮进水管出水管结构：水泵壳 体，水泵轴， 叶轮及进、出 水管等组成。 离心式水泵特点结构简单，尺寸小排量大，当水泵停止工作时并不妨 碍水在冷却系中自然循环。离心式水泵工作示意工作原理：当水泵叶轮按 图示方向旋转时，水泵中 的冷却液被叶轮带动一起 旋转，并在离心力的作用 下被甩向水泵的壳体的边 缘，同时产生一定的压力 ，然后从与叶轮成切线的 出水管压出，同时叶轮中 心处由于冷却液被甩出而 压力下降。产生真空度， 冷却液经进水管流入叶轮 中心。 二、冷却强度调节装置 （一)概述 1.冷却强度调节目的 强制式水冷却系统的冷却强度，一般受汽车的行驶速 度，曲轴、水泵和风扇的转速及外界气温的影响。当 使用条件变化时，如外界气温高，发动机在低速大负 荷情况下工作，要求冷却强度要强，否则发动机易于 过热。而当外界气温低，发
