模塊七冷卻系

1、2016“” 第七章第七章冷卻系冷卻系 杜印瑩杜印瑩“” 引言 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒，其工作溫度高達(dá)2000OC，瞬時(shí)溫度可達(dá)3000OC左右。如果不加以適當(dāng)冷卻，不僅會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱導(dǎo)致充氣效率下降，燃燒不正常，機(jī)油變質(zhì)，零件摩擦和磨損加劇，有時(shí)甚至造成機(jī)件卡死或燒毀等事故性損傷。“”3 一、冷卻系功用一、冷卻系功用 使發(fā)動(dòng)機(jī)得到適度的冷卻，使發(fā)動(dòng)機(jī)得到適度的冷卻，并保持其在最適宜地溫度范圍內(nèi)工作。并保持其在最適宜地溫度范圍內(nèi)工作。 7.1 7.1 概概 述述 “”4二、不正常冷卻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響二、不正常冷卻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響“”5三、冷卻系的分類三、冷卻系的分類水冷水冷風(fēng)冷風(fēng)冷“

2、”“”“”8四、正常冷卻時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度四、正常冷卻時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度“”95 5、水冷系與風(fēng)冷系的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍、水冷系與風(fēng)冷系的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍系系 統(tǒng)統(tǒng)水冷系水冷系風(fēng)冷系風(fēng)冷系適用范圍適用范圍優(yōu)缺點(diǎn)比較優(yōu)缺點(diǎn)比較冷卻強(qiáng)度大，易調(diào)冷卻強(qiáng)度大，易調(diào)節(jié)，便于冬季啟動(dòng)節(jié)，便于冬季啟動(dòng)廣泛用于汽車廣泛用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效果差，噪音冷卻效果差，噪音大，功耗大大，功耗大僅用于小排量?jī)H用于小排量及軍車發(fā)動(dòng)機(jī)及軍車發(fā)動(dòng)機(jī)“”107.2 7.2 水水 冷冷 系系 一、水冷系的組成一、水冷系的組成 水冷卻系是以水作為冷卻介質(zhì)，把發(fā)動(dòng)水冷卻系是以水作為冷卻介質(zhì)，把發(fā)動(dòng)機(jī)受熱零件吸收的熱量散發(fā)到大氣中去。機(jī)受熱

3、零件吸收的熱量散發(fā)到大氣中去。目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上采用的水冷系大都是強(qiáng)目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上采用的水冷系大都是強(qiáng)制循環(huán)式水冷系，利用水泵強(qiáng)制水在冷卻制循環(huán)式水冷系，利用水泵強(qiáng)制水在冷卻系中進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。系中進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。“”冷卻液乙二醇型冷卻液是用乙二醇作防凍劑，并添加少量抗泡沫、防腐蝕等綜合添加劑配制而成。由于乙二醇易溶于水，可以任意配成各種冰點(diǎn)的冷卻液，其最低冰點(diǎn)可達(dá)-68，這種冷卻液具有沸點(diǎn)高、泡沫傾向低、粘溫性能好、防腐和防垢等特點(diǎn)，是一種較為理想的冷卻液，大多防凍液的顏色為紅色或綠色，以觀察是否泄露，或與發(fā)動(dòng)機(jī)其他液體相區(qū)別，避免混淆?！啊?2 水冷系由散熱器、水冷系由散熱器、散熱器蓋、冷卻液

4、補(bǔ)償裝散熱器蓋、冷卻液補(bǔ)償裝置、水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)水套、分水管置、水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)水套、分水管、冷卻強(qiáng)度調(diào)冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置節(jié)裝置等組成。等組成?！啊?.水冷卻系的大、小循環(huán) (1)水冷卻系的大循環(huán)：冷卻水經(jīng)水泵水套節(jié)溫器散熱器，又經(jīng)水泵壓入水套的循環(huán)，其水流路線長(zhǎng)，散熱強(qiáng)度大，稱水冷卻系的大循環(huán)。(2)水冷卻系的小循環(huán)：冷卻水經(jīng)水泵水套節(jié)溫器后不經(jīng)散熱器，而直接由水泵壓入水套的循環(huán)，其水流路線短，散熱強(qiáng)度小，稱水冷卻系的小循環(huán)。 “”“”15二、水冷系的主要部件二、水冷系的主要部件1、散熱器、散熱器 散熱器又稱為水箱，散熱器又稱為水箱，由上水室、散熱器芯由上水室、散熱器芯和下水室等組成。安和下水室等組成

5、。安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前的車架裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前的車架橫梁上。其作用是將橫梁上。其作用是將冷卻水在水套中所吸冷卻水在水套中所吸收的熱量散發(fā)至外界收的熱量散發(fā)至外界大氣，使水溫下降。大氣，使水溫下降。上水箱上水箱散熱器蓋散熱器蓋下水箱下水箱散熱器芯散熱器芯出水管口出水管口進(jìn)水管進(jìn)水管安裝處安裝處“”16常用散熱器芯的結(jié)構(gòu)型式常用散熱器芯的結(jié)構(gòu)型式 （1）管片式）管片式 由若干扁形或圓形冷卻管組成。由若干扁形或圓形冷卻管組成。 空氣吹過(guò)扁形冷卻管和散熱片，使管內(nèi)流動(dòng)的水得到冷卻。空氣吹過(guò)扁形冷卻管和散熱片，使管內(nèi)流動(dòng)的水得到冷卻。管片式散熱器因結(jié)構(gòu)剛度較好廣為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所使用。管片式散熱器因結(jié)構(gòu)剛度較好廣為汽車

6、發(fā)動(dòng)機(jī)所使用。 （2）管帶式）管帶式 由若干扁平冷卻管組成由若干扁平冷卻管組成 水管與散熱器相間排列，在散熱器帶上常開有形似百葉窗水管與散熱器相間排列，在散熱器帶上常開有形似百葉窗的孔，以破壞氣流在散熱器表面上的附面層，提高散熱能力。的孔，以破壞氣流在散熱器表面上的附面層，提高散熱能力。管帶式管帶式管片式管片式“”17 2.散熱器蓋散熱器蓋 汽車上廣泛采用閉式水冷系，該水冷系的汽車上廣泛采用閉式水冷系，該水冷系的散散熱氣熱氣蓋具有空蓋具有空氣閥和氣閥和蒸汽閥，可自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻系內(nèi)部壓蒸汽閥，可自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻系內(nèi)部壓力，提高冷卻效果。力，提高冷卻效果。 蒸汽閥蒸汽閥空氣空氣閥閥壓力閥彈簧壓力閥彈簧真

7、空閥彈簧真空閥彈簧蓋蓋“”有蒸汽閥和空氣閥的散熱器蓋，緊蓋在加水口上。由于在一般情況下，兩閥均在彈簧力作用下處于關(guān)閉狀態(tài)，故上貯水室與通大氣的蒸汽排出管隔開。當(dāng)散器中壓力升高到一定數(shù)值（一般0.1260.137MPa，在此壓力下冷卻系內(nèi)水的沸點(diǎn)可達(dá)108）蒸汽閥便開啟而使水蒸汽順管排出。（目前轎車的散熱器蓋的蒸汽閥開啟壓力設(shè)計(jì)得更高，比如桑塔納，可達(dá)到0.2MPa，水沸點(diǎn)為120。）當(dāng)水的溫度下降，冷卻系中產(chǎn)生的真空度達(dá)一定數(shù)值（一般為0.0990.087MPA），空氣閥即行開啟，空氣進(jìn)入，以防止水管及貯水室被大氣壓癟。水箱蓋的工作 ：“”3.3.冷卻液補(bǔ)償裝置冷卻液補(bǔ)償裝置 ：1）膨脹水箱（

8、蒸氣排出管與膨脹水箱相連）膨脹水箱示意圖 1-散熱器；2-水泵進(jìn)水管；3-水泵；4-節(jié)溫器；5-水套出氣管；6-水套出水管；7-膨脹水箱；8-散熱器出氣管；9-補(bǔ)充水管；10-旁通管 A.結(jié)構(gòu)膨脹水箱多用半透明材料(如塑料)制成。透過(guò)箱體可直接方便地觀察到液面高度，無(wú)需打開散熱器蓋。B.作用(1)把冷卻系變成永久性封閉系統(tǒng)，減少了冷卻液的損失；(2)避免空氣不斷進(jìn)入，避免了機(jī)件的氧化腐蝕；(3)減少了穴蝕；(4)使冷卻系中水、汽分離，保持系統(tǒng)內(nèi)壓力穩(wěn)定，提高了水泵的泵水量。“”膨脹水箱示意圖 1-散熱器；2-水泵進(jìn)水管；3-水泵；4-節(jié)溫器；5-水套出氣管；6-水套出水管；7-膨脹水箱；8-散

9、熱器出氣管；9-補(bǔ)充水管；10-旁通管 C.膨脹水箱的作用原理一般冷卻系冷卻液的流動(dòng)是靠水泵的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。水泵吸水的一側(cè)壓力低，易產(chǎn)生蒸汽泡，使水泵的出水量顯著下降，并引起水泵葉輪和水套的穴蝕，在其表面產(chǎn)生麻點(diǎn)或凹坑，縮短了葉輪和水套的使用壽命。加裝膨脹水箱后，由于膨脹水箱和水泵進(jìn)水口之間存在補(bǔ)充水管，使水泵減少了汽泡的產(chǎn)生。散熱器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通過(guò)導(dǎo)管和進(jìn)入膨脹水箱，從而使氣水徹底分離。由于膨脹水箱溫度較低，進(jìn)入的氣體得到冷凝，一部分變成液體，重新進(jìn)入水泵。而積存在膨脹水箱液面上的氣體起緩沖作用，使冷卻系內(nèi)壓力保持穩(wěn)定狀態(tài)。 “”2）補(bǔ)償水箱（儲(chǔ)水罐）有的冷卻系不用膨脹水箱而使

10、用補(bǔ)償水箱。即用一根管子把散熱器和儲(chǔ)液罐的底部或上部(管口插入液面以下)連通。但這種裝置只能解決氣水分離及冷卻液消耗問(wèn)題，而對(duì)穴蝕沒(méi)有明顯的改善。當(dāng)冷卻液溫度升高時(shí)，散熱器中液體膨脹、汽化，使散熱器蓋蒸汽閥開啟，散熱器中的蒸汽或液體沿導(dǎo)管流入儲(chǔ)液罐。當(dāng)冷卻水溫度降低時(shí)，散熱器內(nèi)壓力下降，液體沿原路徑流向散熱器。 “”4、水泵、水泵1.作用：對(duì)冷卻水加壓，使之在冷卻系中循環(huán)流動(dòng)。 由于離心式水泵具有尺寸小，出水量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損壞后不妨礙水在冷卻系中自然循環(huán)的特點(diǎn)，故為強(qiáng)制循環(huán)式冷卻系普遍采用。常見的水泵在機(jī)體外安裝與風(fēng)扇同軸驅(qū)動(dòng)，也有裝在機(jī)體內(nèi)(內(nèi)藏式)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的。 2.離心式水泵的工作原理

11、(1)壓水：如圖所示。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水泵中的水被葉輪帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，水被甩向葉輪邊緣，在蝸形殼體內(nèi)將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗埽?jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管被壓送到發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)。 (2)吸水：與壓水同時(shí)，葉輪中心處壓力降低，散熱器中的水便經(jīng)進(jìn)水管3被吸進(jìn)葉輪中心部分。 “”“”5、冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置(一)概述1.冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)目的強(qiáng)制式水冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度，一般受汽車的行駛速度，曲軸、水泵和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速及外界氣溫的影響。當(dāng)使用條件變化時(shí)，如外界氣溫高，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速大負(fù)荷情況下工作，要求冷卻強(qiáng)度要強(qiáng)，否則發(fā)動(dòng)機(jī)易于過(guò)熱。而當(dāng)外界氣溫低，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷又不大時(shí)，其冷卻強(qiáng)度應(yīng)弱些，不然就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)冷

12、。因此，要保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的溫度下工作，不出現(xiàn)過(guò)熱過(guò)冷現(xiàn)象，就必須能根據(jù)使用條件的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻強(qiáng)度。 2.冷卻強(qiáng)度的調(diào)整方法：一是改變流經(jīng)散熱器的空氣流量和流速；二是改變冷卻液的流量和循環(huán)路線。 “”（一）（一）風(fēng)扇風(fēng)扇1).作用：提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以增強(qiáng)散熱器的散熱能力并冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)附件。 2).安裝位置：風(fēng)扇多為軸流式，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與散熱器之間，與水泵同軸驅(qū)動(dòng)。風(fēng)扇用螺釘安裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤上?！啊?).結(jié)構(gòu)型式： 風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)型式如圖所示。(1)目前汽車水冷發(fā)動(dòng)機(jī)上常用螺旋槳式風(fēng)扇。(2)風(fēng)扇葉片材料有鋼板、塑料和鋁合金。為了減輕振動(dòng)噪聲，葉片間夾角不等。(

13、3)葉片數(shù)：46片。(4)葉片與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間有一偏扭角，偏扭角可為定值（30-50），也可制成變偏扭角。因風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)葉和葉尖的氣流速度外大內(nèi)小，為了提高風(fēng)扇的效率，葉片從葉根到葉尖偏扭角逐漸減小。a)葉尖前彎的風(fēng)扇；b)尖窄根寬的風(fēng)扇；c)尼龍壓鑄整體風(fēng)扇 1-葉片；2-連接板 “”5)、 風(fēng)扇皮帶的調(diào)整裝置風(fēng)扇皮帶的調(diào)整裝置風(fēng)扇常和發(fā)電機(jī)一起由曲軸通過(guò)三角皮帶帶動(dòng)。(1)調(diào)整目的：調(diào)整目的：若皮帶過(guò)松，皮帶將在皮帶輪上打滑，風(fēng)扇和水泵的轉(zhuǎn)速下降，扇風(fēng)量和泵水量減小，使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱；若皮帶過(guò)緊，將增加軸承和皮帶的磨損。(2)措施：措施：將發(fā)電機(jī)支架做成可移動(dòng)式的，以便調(diào)節(jié)皮帶的松緊度。 “”

14、皮帶皮帶發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)風(fēng)扇風(fēng)扇曲軸曲軸“”電動(dòng)風(fēng)扇電動(dòng)風(fēng)扇（風(fēng)扇不與水泵同軸）風(fēng)扇不與水泵同軸）原理：原理：電動(dòng)機(jī)的開關(guān)由散熱器的水溫開關(guān)控制，并且有高低速兩個(gè)檔位，低速檔在沸點(diǎn)內(nèi)使用，高速檔在沸點(diǎn)外使用，需要冷卻時(shí)自動(dòng)起作用。這樣，在一般行駛條件下，電動(dòng)風(fēng)扇幾乎不轉(zhuǎn)，功率消耗減少，油耗率降低。而在低速大負(fù)荷時(shí)又能得到充分的冷卻。 “”“”31 （二）（二）節(jié)溫器節(jié)溫器 功用：功用：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大小和水溫的高低自動(dòng)改變水根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大小和水溫的高低自動(dòng)改變水的循環(huán)流動(dòng)路線，從而控制通過(guò)散熱器冷卻水的流量。的循環(huán)流動(dòng)路線，從而控制通過(guò)散熱器冷卻水的流量。 節(jié)溫器裝在冷卻水節(jié)溫器裝在冷卻水循環(huán)的

15、通路中，根據(jù)循環(huán)的通路中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大小和水發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大小和水溫的高低自動(dòng)改變水溫的高低自動(dòng)改變水的循環(huán)流動(dòng)路線，以的循環(huán)流動(dòng)路線，以達(dá)到調(diào)節(jié)冷卻系的冷達(dá)到調(diào)節(jié)冷卻系的冷卻強(qiáng)度。節(jié)溫器有蠟卻強(qiáng)度。節(jié)溫器有蠟式和乙醚皺紋筒式兩式和乙醚皺紋筒式兩種，目前多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)種，目前多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)采用采用蠟式節(jié)溫器。蠟式節(jié)溫器。推桿推桿彈簧彈簧主閥門主閥門石蠟石蠟?zāi)z管膠管外殼外殼“”1-主閥門；2-蓋和密封墊；3-上支架；4-膠管；5-閥座；6-通氣孔；7-下支架；8-石蠟，9-感應(yīng)體；10-旁通閥；11-中心桿；12-彈簧 2. 蠟式節(jié)溫器的結(jié)構(gòu)蠟式節(jié)溫器由上支架、下支架、主閥門、旁通閥、感應(yīng)體、中心桿、橡

16、膠管和彈簧等組成蠟式節(jié)溫器如圖所示。節(jié)溫器的上支架和下支架與閥座鉚成一體。中心桿上端固定在上支架的中心，其下部插入橡膠管的中心孔內(nèi)，中心桿下端呈錐形。橡膠管與感應(yīng)體外殼之間的空腔里裝有石蠟。為了提高導(dǎo)熱性，石蠟中常摻有銅粉和鋁粉。感應(yīng)體外殼上下部有聯(lián)動(dòng)的主閥門和旁通閥門。主閥門上有通氣孔，它的作用是在加水時(shí)使水套內(nèi)的空氣經(jīng)小孔排出，保證能加滿水。為了防止通氣孔阻塞，有的加裝一個(gè)擺錘。 “”“”“”3.蠟式節(jié)溫器的工作原理(1)當(dāng)水溫低于349K(76)時(shí)，主閥門完全關(guān)閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來(lái)的水經(jīng)旁通管直接進(jìn)入水泵，故稱小循環(huán)。由于水只是在水泵和水套之間流動(dòng)，不經(jīng)過(guò)散熱器，且流量小，所

17、以冷卻強(qiáng)度弱。 “”(2)當(dāng)冷卻水溫度在349K359K(7686)之間時(shí)，大小循環(huán)同時(shí)進(jìn)行(如圖所示)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫達(dá)349K(76)左右時(shí)，石蠟逐漸變成液態(tài)，體積隨之增大，迫使橡膠管收縮，從而對(duì)中心桿下部錐面產(chǎn)生向上的推力。由于桿的上端固定，故中心桿對(duì)橡膠管及感應(yīng)體產(chǎn)生向下的反推力，克服彈簧張力使主閥門逐漸打開，旁通閥開度逐漸減小。 (3)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)水溫升高到359K(86)，主閥門完全開啟，旁通閥完全關(guān)閉，冷卻水全部流經(jīng)散熱器，稱為大循環(huán)。由于此時(shí)冷卻水流動(dòng)路線長(zhǎng)，流量大，冷卻強(qiáng)度強(qiáng)。 “”(三)百葉窗 1.作用：在冷卻水溫度較低時(shí)改變吹過(guò)散熱器的空氣流量，從而控制冷卻強(qiáng)度。 在嚴(yán)寒的冬

18、季，水溫過(guò)低時(shí)，由于節(jié)溫器的作用使水只進(jìn)行小循環(huán)，散熱器中的水有凍結(jié)的危險(xiǎn)。此時(shí)關(guān)閉百葉窗可使冷卻水溫度回升。 2.安裝位置百葉窗安裝在散熱器前面，它是由許多片活動(dòng)擋板組成的。擋板垂直或水平安裝，由駕駛員通過(guò)裝在駕駛室內(nèi)的手柄操縱調(diào)節(jié)擋板的開度。 “”( (四四) )風(fēng)扇離合器風(fēng)扇離合器1 1、 目的目的 風(fēng)扇是發(fā)動(dòng)機(jī)功率的消耗者，最大時(shí)約為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的10%。為了降低風(fēng)扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)冷，降低污染，節(jié)約燃料，多采用風(fēng)扇離合器?！啊薄啊薄啊? 2、 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由前蓋、殼體、主動(dòng)板、從動(dòng)板、閥片、主動(dòng)軸、雙金屬感溫器、閥片軸、軸承、風(fēng)扇等組成?！啊?硅油風(fēng)扇離合器 1-螺釘；2-前蓋；3-密封毛氈圈；4-雙金屬感溫器；5-閥片軸；6-閥片；7-主動(dòng)板；8-從動(dòng)板；9-殼體；10-軸承；11-主動(dòng)軸；12-銷止板；13-螺栓；14-內(nèi)六角螺釘；15-風(fēng)扇；A-進(jìn)油孔；B-回油孔；C-漏油孔 “”主動(dòng)板與主動(dòng)軸固定連接，主動(dòng)軸與水泵軸連接。從動(dòng)板上有進(jìn)油孔A，平時(shí)由閥片關(guān)閉，若偏轉(zhuǎn)閥片，則進(jìn)油孔即可打開。閥片的偏轉(zhuǎn)螺旋雙金屬感溫器控制，“”從動(dòng)板上有凸臺(tái)限制閥片最大偏轉(zhuǎn)角。雙金屬感溫器的外端固定在前蓋上，內(nèi)端卡在閥片軸的槽內(nèi)。從動(dòng)板外緣有回油孔B，中心有漏油孔C，以防靜態(tài)時(shí)從閥片軸