发动机冷却系统

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1、南昌大学机电学院南昌大学机电学院第七章第七章 发动机冷却系统发动机冷却系统 第一节第一节 冷却系统的功用及组成冷却系统的功用及组成第二节第二节 水冷系统主要部件的构造水冷系统主要部件的构造第三节第三节 风冷系统风冷系统南昌大学机电学院南昌大学机电学院 一、冷却系统功用一、冷却系统功用 使发动机得到适度的冷却，并保持其在最适使发动机得到适度的冷却，并保持其在最适宜地温度范围内工作。宜地温度范围内工作。 7.17.1冷却系统的功用及组成冷却系统的功用及组成南昌大学机电学院南昌大学机电学院冷却程度冷却程度后后 果果过冷过冷 热量散失过多，增加燃油消耗，冷热量散失过多，增加燃油消耗，冷凝在气缸壁上的燃

2、油流到曲轴箱中稀凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，磨损加剧。释润滑油，磨损加剧。不足不足 发动机过热，充气量减少燃烧不正发动机过热，充气量减少燃烧不正常，发动机功率下降，润滑不良，加常，发动机功率下降，润滑不良，加剧磨损剧磨损。 1、不正常冷却对发动机的影响、不正常冷却对发动机的影响南昌大学机电学院南昌大学机电学院2 2、冷却系的分类、冷却系的分类水冷水冷风冷风冷南昌大学机电学院南昌大学机电学院3 3、正常冷却时的发动机温度、正常冷却时的发动机温度系系 统统温温 度度 范范 围围水冷系水冷系气缸盖内冷却水温度在气缸盖内冷却水温度在8090, 气缸气缸壁的温度不超过壁的温度不超过1001

3、80 。风冷系风冷系 气缸盖和气缸壁的允许温度分别为气缸盖和气缸壁的允许温度分别为150180 和和160200.南昌大学机电学院南昌大学机电学院4 4、水冷系与风冷系的优缺点及适用范围、水冷系与风冷系的优缺点及适用范围系系 统统水冷系水冷系风冷系风冷系适用范围适用范围优缺点比较优缺点比较冷却强度大，易调冷却强度大，易调节，便于冬季启动节，便于冬季启动广泛用于汽车广泛用于汽车发动机发动机冷却效果差，噪音冷却效果差，噪音大，功耗大大，功耗大仅用于小排量仅用于小排量及军车发动机及军车发动机南昌大学机电学院南昌大学机电学院二、水冷系的组成二、水冷系的组成 水冷却系是以水作为冷却介质，把发动水冷却系是

4、以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。机受热零件吸收的热量散发到大气中去。目前汽车发动机上采用的水冷系大都是目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强强制循环式制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。系中进行循环流动。南昌大学机电学院南昌大学机电学院点此观看水冷系的组成录像点此观看水冷系的组成录像南昌大学机电学院南昌大学机电学院 水冷系由散热器、水泵、风扇、冷却水冷系由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。水套和温度调节装置等组成。 南昌大学机电学院南昌大学机电学院南昌大学机电学院南昌大学机电学院 冷却水在冷却系内的冷却水在

5、冷却系内的循环流动路线循环流动路线有两条，有两条，一条为一条为大循环大循环，另一条为，另一条为小循环小循环。 所谓所谓大循环大循环是水是水温高时，水经过散温高时，水经过散热器而进行的循环热器而进行的循环流动；而流动；而小循环小循环就就是水温低时，水不是水温低时，水不经过散热器而进行经过散热器而进行的循环流动。的循环流动。 利用节温器来控利用节温器来控制通过散热器冷却制通过散热器冷却水的流量，以达到水的流量，以达到调节冷却系的冷却调节冷却系的冷却强度。强度。 小循环小循环大循环大循环节温器节温器南昌大学机电学院南昌大学机电学院以桑塔纳发动机为例：以桑塔纳发动机为例：节温器的节温器的开启温度为开启

6、温度为85，全开温度为，全开温度为105 当发动机在正常热状态下当发动机在正常热状态下工作时，即工作时，即水温高于水温高于105，节温器阀门打开通往散热节温器阀门打开通往散热器的通道，开闭通往水泵器的通道，开闭通往水泵的旁通管，冷却水全部流的旁通管，冷却水全部流经散热器，形成经散热器，形成大循环大循环。南昌大学机电学院南昌大学机电学院 当冷却当冷却水温低于水温低于85时，节温时，节温器阀门关闭了通往散热器的通道，器阀门关闭了通往散热器的通道，同时打开了通往水泵的旁通管，同时打开了通往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入旁通管进入水泵

7、，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间经散热器，只在水套与水泵之间进行进行小循环小循环，从而防止发动机过，从而防止发动机过冷；冷； 当发动机的冷却当发动机的冷却水温在水温在85105范围内，通往散热器的通道范围内，通往散热器的通道和通往水泵的旁通管均处于半开和通往水泵的旁通管均处于半开闭状态，此时闭状态，此时一部分水进行大循一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环环，而另一部分水进行小循环南昌大学机电学院南昌大学机电学院1、冷却水、冷却水 汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水，如雨水，汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水，如雨水

8、，自来水等；而井水、河水等硬水中含有矿物质，在高温下易自来水等；而井水、河水等硬水中含有矿物质，在高温下易生成水垢，不能作为发动机冷却水。生成水垢，不能作为发动机冷却水。2、防冻液、防冻液 为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而发生散热器、为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形或胀裂的现象，在冷却水中加入一定量气缸体、气缸盖变形或胀裂的现象，在冷却水中加入一定量的防冻液以达到的防冻液以达到降低冰点、提高沸点降低冰点、提高沸点的目的，同时的目的，同时抑制泡沫抑制泡沫。三、冷却液水软水水软水防冻剂乙二醇（有毒）防冻剂乙二醇（有毒）使用注意：定期更换使用注意：定期更换冷却液

9、冷却液南昌大学机电学院南昌大学机电学院1、散热器、散热器 散热器又称为水箱，散热器又称为水箱，由进水室、散热器芯和由进水室、散热器芯和出水室等组成。出水室等组成。 安装在发动机前的车安装在发动机前的车架横梁上。其作用是将架横梁上。其作用是将冷却水在水套中所吸收冷却水在水套中所吸收的热量散发至外界大气，的热量散发至外界大气，使水温下降。使水温下降。进水室进水室散热器盖散热器盖出水室出水室散热器芯散热器芯出水管口出水管口进水管进水管安装处安装处7.2 7.2 水冷却系统主要部件的构造水冷却系统主要部件的构造南昌大学机电学院南昌大学机电学院按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为按照散热器中冷却液

10、流动的方向可将散热器分为纵流式纵流式和和横流式横流式两种，现代轿车多用横流式。两种，现代轿车多用横流式。南昌大学机电学院南昌大学机电学院常用散热器芯的结构型式常用散热器芯的结构型式 （1）管片式）管片式 由若干扁形或圆形冷却管组成。由若干扁形或圆形冷却管组成。 空气吹过扁形冷却管和散热片，使管内流动的水得到冷却。空气吹过扁形冷却管和散热片，使管内流动的水得到冷却。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。 （2）管带式）管带式 由若干扁平冷却管组成由若干扁平冷却管组成 水管与散热器相间排列，在散热器带上常开有形似百叶窗水管与散热器相间排列，

11、在散热器带上常开有形似百叶窗的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。管带式管带式管片式管片式南昌大学机电学院南昌大学机电学院 散热器盖散热器盖 汽车上广泛采用闭式水冷系，水冷系的散热器盖汽车上广泛采用闭式水冷系，水冷系的散热器盖具有空气具有空气蒸汽阀，可自动调节冷却系内部压力，蒸汽阀，可自动调节冷却系内部压力，提高冷却效果。提高冷却效果。 压力阀压力阀真空阀真空阀压力阀弹簧压力阀弹簧真空阀弹簧真空阀弹簧盖盖南昌大学机电学院南昌大学机电学院 发动机热态正常时，两阀发动机热态正常时，两阀门关闭，将冷却系与大气隔门关闭，将冷却系与大

12、气隔开。因水蒸气的产生使冷却开。因水蒸气的产生使冷却系内的压力稍高于大气压力，系内的压力稍高于大气压力，提高了冷却水的沸点，改善提高了冷却水的沸点，改善了冷却效能。当散热器内部了冷却效能。当散热器内部压力达到压力达到126126137Kpa137Kpa时，蒸时，蒸汽阀开启汽阀开启而使水蒸汽从通气而使水蒸汽从通气孔排出；当水温下降，冷却孔排出；当水温下降，冷却系内部的系内部的真空度低于真空度低于101020Kpa20Kpa时，空气阀打开时，空气阀打开，空气，空气从通气孔进入冷却系，以防从通气孔进入冷却系，以防散热器及芯管被大气压瘪。散热器及芯管被大气压瘪。南昌大学机电学院南昌大学机电学院 2 2

13、、水泵、水泵 水泵的作用水泵的作用 对冷对冷却水加压，使之在冷却却水加压，使之在冷却系中循环流动。系中循环流动。 汽车上广泛使用汽车上广泛使用离心离心式水泵式水泵。它具有结构紧。它具有结构紧凑、泵水量大及因故障凑、泵水量大及因故障而停止工作时，不妨碍而停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然循水在冷却系内部自然循环等优点。环等优点。南昌大学机电学院南昌大学机电学院 离心式水泵工作原理离心式水泵工作原理 当叶轮旋转时，水泵当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋中的水被叶轮带动一起旋转，转，在离心力作用下在离心力作用下，水，水被甩向叶轮边缘，然后经被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮外壳上与叶轮成切线

14、方向成切线方向的出水管压送到发动机水的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。叶轮中心部分。1水泵壳体水泵壳体 2叶轮叶轮 3进水管进水管 4出水管出水管南昌大学机电学院南昌大学机电学院南昌大学机电学院南昌大学机电学院 3、节温器、节温器 功用：功用：根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。以达以达到调节冷却系的冷却强度到调节冷却系的冷

15、却强度分类：分类：推杆推杆弹簧弹簧主阀门主阀门石蜡石蜡胶管胶管外壳外壳结构结构单阀型单阀型双阀型双阀型感温原理感温原理蜡式蜡式乙醚式乙醚式目前多数发动机目前多数发动机采用采用双阀型蜡式双阀型蜡式节温器。节温器。副阀副阀南昌大学机电学院南昌大学机电学院 当水温低于当水温低于85 时，主阀关，副阀开时，主阀关，副阀开 小循环。小循环。 当水温高于当水温高于85 时低于时低于105 时，主阀渐开，副阀渐时，主阀渐开，副阀渐关关 大小循环同时进行。大小循环同时进行。 当水温高于当水温高于105时，主阀全开，副阀关时，主阀全开，副阀关 大循环。大循环。蜡式节温器工作情况蜡式节温器工作情况通向水泵、通向水

16、泵、机体机体主阀主阀副阀副阀来自散热来自散热器器来自暖来自暖风机风机来自气缸盖来自气缸盖南昌大学机电学院南昌大学机电学院4、风扇、风扇 功用：功用：风扇通常安排在散热器后面并与水泵同风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。定的冷却作用。 特点：特点：车用发动机的车用发动机的风扇轴流式和离心式风扇轴流式和离心式。轴流。轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所

17、产生的风，其流向为径向。风扇所产生的风，其流向为径向。轴流式风扇轴流式风扇效率效率高，风量大，结构简单，布置方便。因而在车用发高，风量大，结构简单，布置方便。因而在车用发动机上动机上得到了广泛的应用得到了广泛的应用。南昌大学机电学院南昌大学机电学院车用发动机采用轴流式风扇的三种型式车用发动机采用轴流式风扇的三种型式 结构特点：结构特点：叶片多用薄钢板压制而成，为叶片多用薄钢板压制而成，为4 46 6片，叶片片，叶片间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成303045 45 的安的安装斜角。装斜角。整体风扇整体风扇在轿车和轻型载货汽车上应用较多。近年在轿车和轻型载

18、货汽车上应用较多。近年来轿车上还采用了电动风扇。来轿车上还采用了电动风扇。南昌大学机电学院南昌大学机电学院 风扇常和发动机一起由曲轴带轮通过V带驱动。为调节V带的张紧程度，通常将发电机的支架做成可调节的。可调节支架可调节支架风扇的驱动风扇的驱动V带张紧装置带张紧装置南昌大学机电学院南昌大学机电学院电动风扇：轿车普遍采用电动风扇：轿车普遍采用南昌大学机电学院南昌大学机电学院5、风扇离合器和温控开关、风扇离合器和温控开关功用：功用：减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料和降减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料和降低排放，自动调节发动机的冷却强度。低排放，自动调节发动机的冷却强度。（1）风扇离

19、合器）风扇离合器 主要有主要有硅油式硅油式和和电磁式电磁式等。等。冷却水温度不高时，风扇随冷却水温度不高时，风扇随离合器壳体一起空转打滑；离合器壳体一起空转打滑；当发动机气流温度当发动机气流温度超过超过338K时，离合器处于接合状态时，离合器处于接合状态，风扇转速提高。当发动机气风扇转速提高。当发动机气流温度流温度低于低于308K时，风扇离时，风扇离合器又回到分离状态。合器又回到分离状态。电磁式风扇离合器电磁式风扇离合器南昌大学机电学院南昌大学机电学院（2）风扇温控开关）风扇温控开关 功用：功用： 在冷却水温度升高时，其内部的温控介质膨胀而使风扇在冷却水温度升高时，其内部的温控介质膨胀而使风扇

20、以高速运转，加速了发动机的冷却；相反，若在冷却水温度以高速运转，加速了发动机的冷却；相反，若在冷却水温度降低的时，介质收缩而使风扇低速运转或停下来，实现了对降低的时，介质收缩而使风扇低速运转或停下来，实现了对散热器电动机风扇的控制。散热器电动机风扇的控制。（3）百叶窗）百叶窗 功用：功用： 通过调节流经散热器的空气量来调节冷却系的冷却强度，通过调节流经散热器的空气量来调节冷却系的冷却强度，使发动机在适宜的温度下工作。使发动机在适宜的温度下工作。南昌大学机电学院南昌大学机电学院 利用高速空气流直接吹过利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散

21、发到从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证发动机在最大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。有利的温度范围内工作。一、工作原理：一、工作原理：二、结构二、结构 发动机气缸和气缸盖采用发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，结构传热较好的铝合金铸成，结构简单、重量轻、故障少，无需简单、重量轻、故障少，无需特殊保养，但是由于材料质量特殊保养，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作要求高，冷却不够均匀，工作噪音大等缺点，目前在汽车上噪音大等缺点，目前在汽车上很少使用。很少使用。7.3 7.3 风冷系统风冷系统南昌大学机电学院南昌大学机电学院小小 结结冷却系统冷却系统功用功用水冷系统水冷系统大、小循环大、小循环主要部件主要部件散热器散热器水泵水泵节温器节温器风冷系统风冷系统与水冷系统的区别与水冷系统的区别南昌大学机电学院南昌大学机电学院