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1、第五章 冷却系,第一节 概述 一、冷却系的作用 保持发动机在最适宜的温度范围内工作。,二、发动机过热或过冷的危害 过热 (1)降低充气效率，使发动机功率下降； (2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。,过冷 (1)进入气缸的混合气(或空气)温度太低，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； (2)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的侵蚀作用； (3)未汽
2、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。,三、 发动机的冷却方式 根据冷却介质的不同，发动机的冷却方式有风冷式和水冷式两种。,(1)水冷式特点 1)以水为冷却介质，热量先由机件传给水，靠水的流动把热量带走而散入大气。散热后的水再重新流回到受热机件处。 2)水路和冷却强度可适当调节，能较好保持发动机的正常工作温度。 3)可用热水预热发动机，便于冬季起动。 (2)风冷式特点 利用风扇将高温零件的热量直接散入大气. 无须加水，无漏水故障。,四、组成： 风扇、水泵、水套、散热器、百叶窗、节温器、水管、水温表和传感器等。,五、工作情况：强制循环式水冷却系是用水泵把该
3、系统的冷却液加压，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器。,由于风扇的强力抽吸作用，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。,六、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。,冷却水大循环动画,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
4、，散热强度小，称水冷却系的小循环。,2、 水冷却系的小循环,冷却水小循环动画,第二节 水冷却系主要机件的构造和工作情况,一、冷却装置 (一)散热器 作用：将水套出来的热水自上而下或横向的分成许多小股并将其热量散给周围的空气。,1、 结构 散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成。 上水室装有散热器的热水管，通过橡胶管与气缸盖出水管连接；上水室上部有加水管，加水管口一般装泄气管。当冷却水沸腾时，水蒸汽可以从此排出。加装防冻液的冷却系，此管接膨胀水箱。 下水室有出水管，用软管与水泵的进水口连接， 两水室之间焊接散热器芯管。,泄气管,2、类型 （1）芯管有管片式和管带式 （2）芯管材料：耐腐蚀、导热性
5、好的铜或铝 （2）散热器盖安装在加水口上。散热器盖上带有蒸汽空气阀。使冷却系的压力高于大气压力，冷却水的沸点有所提高。,蒸汽阀一般在散热器内压力达到126kPa137kPa时，阀门开启，部分水蒸汽经泄气管排入大气，避免损坏散热器。,蒸汽阀一般在散热器内压力达到126kPa137kPa时，阀门开启，部分水蒸汽经泄气管排入大气，避免损坏散热器。,空气阀在散热器内气压降到99kPa87kPa时，空气阀打开，散热器与大气相通，防止散热器芯被大气压坏。,1、 作用：对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动 2、 离心式水泵的工作原理。 （1）压水：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
6、，水被甩向叶轮边缘，在蜗行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。,(二)水泵,(2)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被吸进叶轮中心部分。,3、 结构 (1)组成：壳体、叶轮、泵盖板、水泵轴、支承轴承、水封等。 水泵与风扇同轴，通过三角皮带传动。,(2)泵盖上有出水孔。泵壳上有进水孔A，用橡胶管与散热器出水管相连。泵壳上面有旁通孔与气缸盖上的出水管相连，当冷却水温度低于349K(76)时，部分冷却水由此直接进入水泵。,(3)叶轮工作室的进水室B与进水孔、旁通孔相通；出水室由出水孔与水套相连。 (4)水泵轴通过两个轴承支承在壳体上
7、，轴承间有隔套定位,(5)水泵轴上装有抛水圈，以防水封渗漏时浸湿轴承，渗出的水被抛水圈从检视孔甩出，可避免破坏轴承润滑。 (6)水封装在叶轮的前面，水封通常由密封垫圈、水封皮碗和弹簧等组成。,(三)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。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：风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角、叶片数目。 4、叶片材料：钢板、塑料和铝合金。为了减轻振动噪声，叶片间夹角不等。 5、叶片数：46片。 6、偏扭角：叶片与叶轮
8、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。,7、 风扇皮带的调整装置 风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动。,若皮带过松，皮带将在皮带轮上打滑，风扇和水泵的转速下降，扇风量和泵水量减小，使发动机过热；若皮带过紧，将增加轴承和皮带的磨损。,(1)调整目的：,(2)措施：将发电机支架做成可移动式的，以便调节皮带的松紧度。,8、 电动风扇,原理：电动机的开关由散热器的水温开关控制，并且有高低速两个档位，低速档在沸点内使用，高速档在沸点外使用，需要冷却时自动起作用。,(四)膨胀水箱,1、 结构 膨胀水箱多用半透明材料(如塑料)制成。膨胀水箱的上部用一个较细的软管与水箱的加水管相连，
9、底部通过水管与水泵的进水侧相连接，通常位置略高于散热器。,2、 作用 (1)把冷却系变成永久性封闭系统，减少了冷却液的损失； (2)避免空气不断进入，避免了机件的氧化腐蚀； (3)减少了穴蚀； (4)使冷却系中水、汽分离，保持系统内压力稳定，提高了水泵的泵水量。,3、 膨胀水箱的作用原理 (1)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，在其表面产生麻点和凹坑，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，使水泵进水口处保持较高的水压，减少了汽泡的产生。,(2)散热
10、器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通过蒸汽导管进入膨胀水箱，从而使水、汽彻底分离。由于膨胀水箱温度较低，进入的水蒸汽得到冷凝，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。,即用一根管子把散热器和膨胀水箱的底部或上部(管子插入液面以下)连通。但这种装置只能解决水汽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，散热器中的蒸汽通过导管进入膨胀水箱。当冷却液温度降低时，散热器内压力下降，膨胀水箱中冷凝的液体又通过导管流进散热器。,4、 一管式膨胀水箱,冷却强度调节装置,冷却强度调节目的 强制式水冷却系统的冷却强
11、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。当行驶条件变化时，如外界气温高，发动机在低速大负荷情况下工作，要求冷却强度大，否则发动机容易过热。而当外界气温低，发动机负荷又不大时，其冷却强度应小些，否则发动机容易过冷。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。 冷却强度调节方法： 一是改变流经散热器的空气流量和流速； 二是改变冷却液的流量和循环路线。,（五）节温器,1、 节温器的作用 是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温度下工作，减少燃料消耗和机件的磨损。,2、 蜡
12、式节温器的结构 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。,上下支架与阀座铆成一体。中心杆上端固定在上支架的中心，其下部插入橡胶管的中心孔内，中心杆下部呈锥形。橡胶管与感应体外壳之间的空腔里装有石蜡。,感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀。主阀门上有通气孔，其作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出，保证能加满水。为了防止通气孔阻塞，有的加装一个摆锤。,(1)当冷却水温低于349K(76)时，石蜡呈固态，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由水套出来的水经旁通管直接进入水泵，只有小循环。由于冷却水不经过散热器，且流量小，所以冷却强度小。,3、 蜡式节温器的工作原理,(2
13、)当冷却水温在349K359K(7686)时，大小循环同时进行。当发动机水温达349K(76)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，克服弹簧张力使主阀门逐渐打开，旁通阀开度逐渐减小。,(3)当冷却水温高于359K(86)时，石蜡呈液态，主阀门完全开启，旁通阀完全关闭，由水套出来的冷却水全部经过散热器，只有大循环。此时冷却水流动路线长，流量大，冷却强度大。,节温器动画,(六)百叶窗,1、 作用：是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。 在严寒的冬季，水温过低时，
14、由于节温器的作用使水只进行小循环，散热器中的水有冻结的危险。此时关闭百叶窗可使冷却水温度回升。,2、 安装位置 百叶窗安装在散热器前面，它是由许多片活动挡板组成，挡板垂直或水平安装，由驾驶员通过装在驾驶室内的手柄操纵调节挡板的开度。,(七)风扇离合器,1、 目的 风扇是发动机功率的消耗者，最大时约为发动机功率的10%。为了降低风扇功率消耗，减少噪声和磨损，防止发动机过冷，降低污染，节约燃料，多采用风扇离合器。,2、 结构：由前盖、壳体、主动板、从动板、阀片、主动轴、双金属感温器、阀片轴、轴承、风扇等组成。,前盖、壳体和从动板用螺钉组成一体，通过轴承装在主动轴上。风扇装在壳体上。从动板与前盖之间
15、的空腔为贮油腔，其内装有硅油(油面低于轴中心线)， 从动板与壳体之间的空腔为工作腔。,主动板与主动轴固定连接，主动轴与水泵轴连接。从动板上有进油孔A，平时由阀片关闭，若偏转阀片，则进油孔即可打开。阀片的偏转螺旋双金属感温器控制，,从动板上有凸台限制阀片最大偏转角。双金属感温器的外端固定在前盖上，内端卡在阀片轴的槽内。从动板外缘有回油孔B，中心有漏油孔C，以防静态时从阀片轴周围泄漏硅油。,当发动机冷起动或小负荷下工作时，冷却水及通过散热器的气流温度不高，进油孔被阀片关闭，工作腔内无硅油，离合器处于分离状态。主动轴转动时，仅仅由于密封毛毡圈和轴承的摩擦，使风扇随同壳体在主动轴上空转打滑，转速极低。
16、,3、 工作原理,(1)当发动机负荷增加时，冷却水及通过散热器的气流温度随之升高，感温器受热变形而带动阀片轴转动。当流经感温器的气流温度超过338K(65)时，,进油孔被完全打开，于是硅油从贮油腔进入工作腔。主动板即利用硅油的粘性带动壳体和风扇转动。风扇离合器处于接合状态，风扇转速迅速提高。,为了不使工作腔中硅油温度过高而粘度下降，使硅油在壳体内不断循环循环。由于主动板转速高于从动板，因此受离心力作用从主动板甩向工作腔外缘的油压力高，油液从工作腔经回油孔B流向贮油腔，,而贮油腔又经进油孔A及时向工作腔补充油液。为使硅油从工作腔流回贮油腔的速度加快，缩短风扇脱开时间，在从动板的回油孔B旁，有一个刮油突起部伸入工作腔缝隙内，使回油一侧压力升高，回油加快。,(3) 当发动机负荷减小，流经感温器的气流温度低于308K(35)时，感温器恢复原状阀片将进油孔关闭，工作腔中的硅油继续从回油孔流回贮油腔，直至甩空为止。风扇离合器又回到分离状态。,4、故
