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1、2018/9/19,JSCC KFB,1,汽车散热器,2018/9/19,JSCC KFB,2,发动机冷却系统概述,一、冷却系统的意义1.发动机适宜工作温度： 80 90 气缸盖、活塞顶部的温度不超过573K673K(300400)；润滑油的温度在343K363K(7090)，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。发动机怠速时，600900r/min，车辆正常行驶中，发动机转速40006000r/min滑动轴承，润滑油膜保护。,2018/9/19,JSCC KFB,3,发动机冷却系统概述,2.内燃机效率： 30%，易产生高温废热发动机工作时，燃料的燃烧可导致气缸内
2、气体温度高达2200K2800K(19272527)，并且只有大约1/3做功转变为机械能，其余大部分随废气排出，另有小部分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，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。,2018/9/19,JSCC KFB,4,润滑作用： 润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗。清洗作用： 机油在润滑系内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其它异物。冷却作用： 机油在润滑系内循环带走摩擦产生的热量，起到冷却作用。密封作用： 在运动零件之间形成油膜，提高密封性，有利于防止漏气或漏油。防锈蚀作用： 在零件表面形成油膜，对零件表
3、面起保护作用，防止腐蚀生锈。液压作用： 润滑油可用作液压油，起液压作用,如液压挺柱。减震缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震缓冲作用。,发动机冷却系统概述,因此，多数情况下，发动机会富余大量无用甚至有害热能。,3.发动机工作温度不足：油耗加大，润滑系工况恶劣1）启动初始2）冬季3）高寒地区,冷却水温度过低时,传给冷却水热量增多，发动机热效率降低，功率下降，耗油率增加；润滑油粘度增大，流动性差，润滑效果变差，摩擦损失及机件磨损加剧；容易使燃烧中的酸根和水蒸气结合成酸类物质，使气缸腐蚀磨损增加；燃烧不良易形成积炭；不完全燃烧现象严重，使排放污染增大。,2018/9/19,J
4、SCC KFB,5,发动机冷却系统概述,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。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（热胀冷缩）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。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（雾化差），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（热量流失过多，燃油凝结流进曲轴箱）。 2)燃烧生成物中的水蒸
5、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。 4)润滑油黏度增大，流动性差，造成润滑不良，加剧机件磨损，增大功率消耗,2018/9/19,JSCC KFB,6,发动机冷却系统概述,冷却系统的作用在于对发动机适度冷却，使之正常的适宜的工作温度。,2018/9/19,JSCC KFB,7,发动机冷却系统概述,二、冷却系统的形式及构成 1.发动机冷却形式,发动机冷却,风冷式,水冷式,自然水冷,强制水冷,油冷式,小功率、军用、干旱地区,2018/9/19,JSCC KFB,8,发动机冷却系统概述
6、,2.强制水冷式冷却系统,2018/9/19,JSCC KFB,9,发动机冷却系统概述,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,目前汽车发动机上基本采用强制循环式水冷却系统 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、膨胀箱/ 储液罐、水管、水温表和传感器（水温、液位）等。,2018/9/19,JSCC KFB,10,2.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
7、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。,强制水冷系统工作原理,发动机冷却系统概述,2018/9/19,JSCC KFB,11,3.水冷却系的大、小循环 (1)水冷却系的大循环：冷却水经水泵水套节温器散热器，又经水泵压入水套的循环，其水流路线长，散热强度大，称水冷却系的大循环。 (2)水冷却系的小循环：冷却水经水泵水套节温器后不经散热器，而直接由水泵压入水套的循环，其水流路线短，散热强度小，称水冷却系的小
8、循环。,发动机冷却系统概述,2018/9/19,JSCC KFB,12,发动机冷却系统概述,(3) 节温器,蜡式节温器的工作原理 a.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。,b.当冷却水温度在349K359K(7686)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
9、主阀门逐渐打开，旁通阀开度逐渐减小。 c.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。,节温器：实现冷却液做不同循环的控制部件。节温器实际上是一个阀门，其原理是利用可随温度伸缩的材料，例如石蜡或乙醚之类的材料做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液小循环。,2018/9/19,JSCC KFB,13,汽车散热器,汽车散热器（汽车水箱）,汽车散热器是水冷式发动机冷却系统的关键部件。通过 强制水循环对发动机进行冷却，是保证发动机在正常温 度范
10、围内连续工作的换热装置。,气缸盖内冷却水温度始终保持在8090,2018/9/19,JSCC KFB,14,汽车散热器,散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成。 散热器上水室顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。在上水室和下水室分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器下面一般装有减震垫，防止散热器受振动损坏。在散热器下水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。,横流式散热器 1-上水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖； 5-下水室
11、；6-出水管,纵流式散热器,来自发动机水套的热水，自上而下或横向的被分成许多小股并将其热量散给周围的空气。增大散热面积，加速水的冷却。冷却水经过散热器后，其温度可降低1015，为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。,2018/9/19,JSCC KFB,15,汽车散热器,风扇,1).作用：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。 2).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。风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。 3).风扇扇风量的相关因素：风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角
12、及叶片数目有关。,2018/9/19,JSCC KFB,16,汽车散热器,冷却强度调节,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，发动机负荷又不大时，其冷却强度应弱些，不然就会使发动机过冷。因此，要保证发动机在最佳的温度下工作，不出现过热过冷现象，就必须能根据使用条件的变化自动调节发动机冷却强度。 冷却强度的调整方法： 一是改变流经散热器的空气流量和流速-自动风扇离合器，百叶窗开合 二是改变冷却液的流量和循环路线-节温器开启大小，水
13、泵,电子风扇-独立驱动 由散热器上的温度控制热敏开关控制。 风扇转速与发动机工作温度以及空调是否工作对应。 发动机负荷减小，温度下降或空调关闭时，风扇电机会自动关闭停止工作。 当发动机工作温度达到限定值（如105C）以上时，风扇电机会自动变为 高转速档。,2018/9/19,JSCC KFB,17,汽车散热器,散热器结构,2018/9/19,JSCC KFB,18,汽车散热器,汽车散热器的结构发展,铜塑水箱或铝塑水箱铝质汽车散热器铜质管带式开窗结构铜质管带式平片结构管片式开窗结构管片式平片结构,2018/9/19,JSCC KFB,19,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
14、应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式和管带式两种,管片式散热器芯 冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下水室，是冷却水的通道。和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，而且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免破裂。采用散热片不但可以增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。,汽车散热器,2018/9/19,JSCC KFB,20,管带式散热器芯 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
15、提高。这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一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用。,汽车散热器,2018/9/19,JSCC KFB,21,汽车散热器,（1）散热器上注水箱注水口的盖子 （2）作用：封闭加水口，防止冷却夜溅出；排出冷却系内水蒸气（蒸气排出管）降压；平衡冷却系内压力，增压 （3）类型： 开式水冷系： 蒸气排出管大气相通（易冷却液溢失和蒸气逸出） 闭式水冷系：水箱盖上有自动阀门 发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开。防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水 的沸点。当雷却系内压力低或高时，阀门
16、开启，冷却系与大气相通,水箱盖（压力盖）,2018/9/19,JSCC KFB,22,汽车散热器,有蒸汽阀和空气阀的散热器盖，紧盖在加水口上。由于在一般情况下，两阀均在弹簧力作用下处于关闭状态，故上贮水室与通大气的蒸汽排出管隔开。 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点可达108）蒸汽阀2便开启而使水蒸汽顺管1排出。（目前轿车的散热器盖的蒸汽阀开启压力设计得更高，比如桑塔纳，可达到0.2MPa，水沸点为120。） 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0.099 0.087MPA），空气阀3即行开启，空气即从管1进入冷却系，以防止水管及贮水室被大气压瘪。,2018/9/19,JSCC KFB,23,汽车散热器,由于压力盖，冷却水的沸点提高，冷却水的定压比热得到提高，更有利于散热 xxx ,
