冷卻系培訓(xùn)教材

冷卻系培訓(xùn)教材1第一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日發(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)2000°C，瞬時(shí)溫度可達(dá)3000°C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。但如果冷卻過(guò)度，又會(huì)由于氣缸溫度過(guò)低使機(jī)油粘度增大，摩擦損失增加，燃油霧化不良動(dòng)力下降，散熱損失增加及潤(rùn)滑性能變差。因此，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)加以適當(dāng)冷卻，保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終處在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。

一、概述2第二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日冷卻系的主要功用是把受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。二、冷卻系的功用3第三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日冷卻系按照冷卻介質(zhì)不同可以分為風(fēng)冷和水冷（圖7-1），如果把發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫零件的熱量直接散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置稱為風(fēng)冷系。而把這些熱量先傳給冷卻水，然后再散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置稱為水冷系。由于水冷系冷卻均勻，效果好，而且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音小，目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛采用的是水冷系。三、冷卻系的分類4第四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日四、水冷卻系的組成

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。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)制水在冷卻系中進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。它由散熱器、水泵、風(fēng)扇、冷卻水套和溫度調(diào)節(jié)裝置等組成，。1-散熱器蓋

2-節(jié)溫器

3-水溫表

4-水套

5-分水管

6-水泵

7-放水開(kāi)關(guān)8-百葉窗

9-散熱器

5第五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日五、水冷卻系的工作過(guò)程散熱器內(nèi)的冷卻水加壓后通過(guò)氣缸體進(jìn)水孔壓送到氣缸體水套和氣缸蓋水套內(nèi)，冷卻水在吸收了機(jī)體的大量熱量后經(jīng)氣缸蓋出水孔流回散熱器。由于有風(fēng)扇的強(qiáng)力抽吸，空氣流由前向后高速通過(guò)散熱器。因此，受熱后的冷卻水在流過(guò)散熱器芯的過(guò)程中，熱量不斷地散發(fā)到大氣中去，冷卻后的水流到散熱器的底部，又被水泵抽出，再次壓送到發(fā)動(dòng)機(jī)的水套中，如此不斷循環(huán)，把熱量不斷地送到大氣中去，使發(fā)動(dòng)機(jī)不斷地得到冷卻（圖7-3）。通常，冷卻水在冷卻系內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)路線有兩條，一條為大循環(huán)，另一條為小循環(huán)。所謂大循環(huán)是水溫高時(shí)，水經(jīng)過(guò)散熱器而進(jìn)行的循環(huán)流動(dòng)；而小循環(huán)就是水溫低時(shí)，水不經(jīng)過(guò)散熱器而進(jìn)行的循環(huán)流動(dòng)，從而使水溫升高。

6第六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日六、水冷系主要部件的構(gòu)造及布置要求1.散熱器2.風(fēng)扇3.水泵4.節(jié)溫器5.副水箱6.散熱管路7第七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日1.散熱器

(1).散熱器功用：增大散熱面積，加速水的冷卻。冷卻水經(jīng)過(guò)散熱器后，其溫度可降低10～15℃，為了將散熱器傳出的熱量盡快帶走，在散熱器后面裝有風(fēng)扇與散熱器配合工作。

(2).散熱器的組成：部分散熱器又稱為水箱，由上水室、散熱器芯和下水室等組成。8第八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日1.散熱器

(3).散熱器的分類：按芯體材料分：可分為銅散熱器與鋁散熱器9第九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日1.散熱器

(3.1)管片式散熱器：管片式散熱器芯冷卻管的斷面大多為扁圓形，它連通上、下水室，是冷卻水的通道。和圓形斷面的冷卻管相比，不但散熱面積大，而且萬(wàn)一管內(nèi)的冷卻水結(jié)冰膨脹，扁管可以借其橫斷面變形而避免破裂。采用散熱片不但可以增加散熱面積，還可增大散熱器的剛度和強(qiáng)度。這種散熱器芯強(qiáng)度和剛度都好，耐高壓，但制造工藝較復(fù)雜，成本高。

(3.2)管帶式散熱器：管帶式散熱器芯采用冷卻管和散熱帶沿縱向間隔排列的方式，散熱帶上的小孔是為了破壞空氣流在散熱帶上形成的附面層，使散熱能力提高。這種散熱器芯散熱能力強(qiáng)，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，但結(jié)構(gòu)剛度不如管片式大，一般多為轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采用，近年來(lái)在一些中型車輛上也開(kāi)始采用。(3).散熱器的分類：按芯體結(jié)構(gòu)分：管片式散熱器、管帶式散熱器、板式散熱器芯

10第十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日（4）布置要求散熱器進(jìn)風(fēng)口的實(shí)際面積不得小于散熱器芯子迎風(fēng)面積的80%，以防止散熱能力下降。后置客車散熱器的進(jìn)風(fēng)通道要與發(fā)動(dòng)機(jī)艙密封隔離，散熱器周圍要安裝密封橡膠，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)艙的熱風(fēng)回流到進(jìn)風(fēng)通道，影響散熱性能；進(jìn)風(fēng)通道的面積應(yīng)不小于散熱器芯子的迎風(fēng)面積。散熱器安裝時(shí)，緊固必須牢固，與車架的連接必須采用減振墊，采用減振墊的目的是為了隔離和吸收來(lái)自車架的部份振動(dòng)和沖擊11第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日1.散熱器

(4)、散熱器蓋

當(dāng)散熱器內(nèi)溫度升高產(chǎn)生蒸汽，使壓力升高到一定數(shù)值時(shí)，壓力閥打開(kāi)(散熱器蓋壓力閥開(kāi)啟壓力為50kPa)，水蒸汽從蒸汽排出管排出（冷卻水沸點(diǎn)的提高）。就是因?yàn)槔鋮s系內(nèi)的壓力升高所致。當(dāng)散熱器內(nèi)因冷卻液冷卻溫度下降而產(chǎn)生一定的真空度時(shí)(進(jìn)氣閥開(kāi)啟壓力為(1.96~4.9)kPa)，真空閥被吸開(kāi)，空氣從蒸汽排出管進(jìn)入散熱器內(nèi)。12第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日1.散熱器

裝有壓力閥6和真空閥5的散熱器蓋，鎖緊蓋在加水口上。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1隔開(kāi)。當(dāng)散器中壓力升高到一定數(shù)值，壓力閥6便開(kāi)啟而使水蒸汽順管10排出。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，真空閥5即行開(kāi)啟，空氣即從管10進(jìn)入冷卻系，以防止水管及貯水室被大氣壓癟。(4)、散熱器蓋工作原理13第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日2.風(fēng)扇(1).功用：提高通過(guò)散熱器芯的空氣流速，增加散熱效果，加速水的冷卻。風(fēng)扇通常安排在散熱器后面，并與水泵同軸。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)空氣產(chǎn)生吸力，使之沿軸向流動(dòng)?？諝饬饔汕跋蚝笸ㄟ^(guò)散熱器芯，使流經(jīng)散熱器芯的冷卻水加速冷卻。(2).風(fēng)類:直連式、硅油離合器、電磁風(fēng)扇、電動(dòng)風(fēng)扇14第十四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日（3）布置確定風(fēng)扇直徑與轉(zhuǎn)速：風(fēng)扇直徑盡可能與散熱器芯子迎風(fēng)尺寸基本相同，以便風(fēng)扇掃過(guò)的面積盡可能大地覆蓋散熱器芯子的迎風(fēng)面積，使氣流全面地通過(guò)散熱器。注意：風(fēng)扇葉尖的圓周速度不大于91m/s，后置客車不大于100m/s，否則對(duì)風(fēng)扇噪聲和強(qiáng)度都不利。風(fēng)扇前端面至散熱器芯子的距離應(yīng)大于50mm，有利于氣流均勻通過(guò)散熱器芯部整個(gè)面積，尤其是散熱器的四角；冷卻風(fēng)扇后端面至發(fā)動(dòng)機(jī)前端面的距離應(yīng)大于100mm，至其它零部件的距離應(yīng)大于20mm，以最大限度地降低風(fēng)扇噪聲及葉片振動(dòng)；風(fēng)扇葉尖的徑向與護(hù)風(fēng)罩間隙應(yīng)盡可能小，以保證風(fēng)扇冷卻效率。當(dāng)采用分開(kāi)式護(hù)風(fēng)罩時(shí)，風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩無(wú)相對(duì)運(yùn)行，其徑向間隙應(yīng)不超過(guò)風(fēng)扇直徑的1.5%，或者5mm~10mm；當(dāng)采用整體式護(hù)風(fēng)罩時(shí)，風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其徑向間隙也不應(yīng)超過(guò)風(fēng)扇直徑的2.5%，或者15mm~20mm。風(fēng)扇伸入護(hù)風(fēng)罩的軸向位置，與進(jìn)氣效率有很大關(guān)系，對(duì)于吸風(fēng)式風(fēng)扇，風(fēng)扇葉片的投影寬度應(yīng)伸入護(hù)風(fēng)罩內(nèi)2/3為宜。護(hù)風(fēng)罩與散熱器之間不得有縫隙，應(yīng)采用橡膠或泡沫塑料墊加以密封，以保證冷卻效率不降低。15第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日3.水泵功用：對(duì)冷卻水加壓，加速冷卻水的循環(huán)流動(dòng)，保證冷卻可靠。車用發(fā)動(dòng)機(jī)上多采用離心式水泵，離心式水泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、排水量大、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。離心式水泵主要由泵體、葉輪和水泵軸組成，葉輪一般是徑向或向后彎曲的，其數(shù)目一般為6－9片。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)，在離心力作用下，水被甩向葉輪邊緣，然后經(jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管壓送到發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)。與此同時(shí)，葉輪中心處的壓力降低，散熱器中的水便經(jīng)進(jìn)水管被吸進(jìn)葉輪中心部分。如此連續(xù)的作用，使冷卻水在水路中不斷地循環(huán)。如果水泵因故停止工作時(shí)，冷卻水仍然能從葉輪葉片之間流過(guò)，進(jìn)行熱流循環(huán)，不致于很快產(chǎn)生過(guò)熱。

16第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日4.節(jié)溫器（1).功用：根據(jù)冷卻系水溫的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水的循環(huán)路線和流量

(2).分類：蠟式節(jié)溫器、折疊式節(jié)溫器（3）蠟式節(jié)溫器結(jié)構(gòu)：推桿的一端固定于支架1的中心處，另一端插入膠管的中心孔中。膠管與節(jié)溫器外殼之間形成的腔體內(nèi)裝有精制石蠟。17第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日5.副水箱副水箱設(shè)置于散熱器一側(cè)，通過(guò)橡膠水管與散熱器加水口處的出氣口相連。當(dāng)冷卻液受熱膨脹至散熱器蓋的蒸氣閥打開(kāi)時(shí)，部分冷卻液隨著高壓蒸氣通過(guò)水管進(jìn)入補(bǔ)償水桶；而當(dāng)溫度降低、散熱器內(nèi)產(chǎn)生真空時(shí)，補(bǔ)償水桶內(nèi)的冷卻液及時(shí)回流散熱器。副水箱底平面至少應(yīng)高出發(fā)動(dòng)機(jī)水道頂部或散熱器上水室頂部。

18第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日6.散熱管路6.1所有管路要有一定的柔性，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，防止散熱器的管口振裂。水泵進(jìn)水管應(yīng)有一定的剛性，以免發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)被吸扁。6.2散熱器的管路可用成形膠管或金屬接管加膠管接頭；金屬接管要進(jìn)行防銹處理，外徑和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水口部位的管徑相同或稍大；成形膠管或膠管接頭的內(nèi)徑應(yīng)和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水口的外徑相同或稍大；膠管壁厚應(yīng)在5mm以上，且加有一層纖維，具有耐熱、耐油性，能在-40℃~120℃溫度下長(zhǎng)期正常使用，耐壓能力應(yīng)超過(guò)300kPa；如管路較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)對(duì)冷卻管路固定，固定間隔約500mm；金屬接管插入連接膠管的長(zhǎng)度應(yīng)大于50mm，并采用平板帶式卡箍緊固，卡箍到膠管邊緣的距離為5mm~10mm。19第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日七.水冷卻系匹配與計(jì)算

設(shè)計(jì)匹配散熱器的總散熱面積、芯子的迎風(fēng)面積、結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)尺寸要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)所需最大散熱量來(lái)計(jì)算確定，并應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)評(píng)價(jià)來(lái)最終確定。一般可按散熱器芯子的迎風(fēng)面積來(lái)估算0.31~0.38m2/100kW發(fā)動(dòng)機(jī)水套散熱量Q水=Q比?Nemax

Nemax------發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率

散熱器的最大散熱能力Qmax＝（1.1-1.25）Q水

芯體正面積Ff0≥0.1+0.032VFf0=（0.0027-0.0034）Nemax散熱器散熱面積S0=S比·NemaxS比為0.07m2/kW（經(jīng)驗(yàn)值）S0=Qmax/(k·△t)Qma