39汽车冷却系统基本知识介绍

Page1冷却系统基础知识系统/SYSTEM内容CONTENTPage2一.冷却系统的功用发动机工作期间，最高温度可达2500℃，即使在怠速或中等转速下，燃烧室的平均温度也在1000℃以上。如不冷却，发动机会过热，工作过程恶化，零件强度降低，机油变质，磨损加剧，动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下降。如果冷却过渡，发动机长时间在低温下工作，会使散热损失及磨擦损失增加，零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，功率下降及燃油消耗率增加。冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，既要防止过热，又要防止冬季过冷。在冷发动机起动后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。系统/SYSTEM内容CONTENTPage3二.冷却系统的组成：发动机有水冷和风冷之分，现代轿车上用的比较多的都是水冷，现在介绍一下水冷系统。汽车发动机的水冷系统均为强制循环水冷系统，即利用水泵提高冷却系统的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。风扇水箱膨胀箱发动机水室水泵暖风机节温器系统/SYSTEM内容CONTENTPage41、护罩2、电动风扇3、V带4、散热器5、从动风扇6、水泵带轮7、水泵组件8、气缸体水道9、气缸盖水道10、热敏开关11、进气歧管出水管12、膨胀箱管13.冷却液膨胀箱14、排汽管15、冷却液下橡胶软管16、冷却液上橡胶软管17、电动风扇双速热敏开关18、膨胀箱盖系统/SYSTEM内容CONTENTPage5三.冷却系统的原理发动机的冷却系统原理：冷却液在水泵中增压后，进入发动机机体水套，从水套壁周围流过并从水套壁吸热升温。然后向上流入气缸盖水套，从气缸盖水套壁吸热之后经节温器及散热器进水软管流入散热器。在散热器中冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温，最后冷却液经散热器出水软管返回水泵，如此循环不止。有些发动机的水冷系，其冷却液的流动方向与上述相反，可称为逆流式水冷系。在这种水冷系中，温度较低的冷却液首先被引入气缸盖水套，然后才流过机体水套。由于它改善了燃烧室的冷却而允许发动机有较高的压缩比，从而可以提高发动机的热效率和功率。大多数汽车装有暖风系统。暖风机是一个热交换器，也可称作第二散热器。热的冷却液从气缸盖或机体水套经暖风机进水软管流入暖风机芯，然后经暖风机出水软管流回水泵。吹过暖风机芯的空气被冷却液加热后，一部分送到挡风玻璃除霜器，一部分送入驾驶室或车厢。系统/SYSTEM内容CONTENTPage6Page7发动机手动变速箱暖风机散热器风扇节温器膨胀箱水泵冷却液通过此管由发动机节温器出水口流入散热器上水室进水口冷却液通过此管由散热器下水室出水口流入与发动机水泵连接的金属冷却水管总成膨胀箱出水管，此管连接膨胀箱下端的出水口和金属冷却水管总成的一个分支管发动机除气管路，此管路连接节温器座上发动机排气细管和膨胀箱上端的一个出气口除气管，此管连接散热器上水室的除气管口和膨胀箱上端的一个除气管口进气节流阀机油泵暖风进机水管，此管连接节温器的出水口和暖风机的进水口暖风机出水管，此管管路连接暖风机出水口和金属管总成上的一个分支口三通管路，管路的一头连接节温器上的一个出水口，另外的两头分别连接发动机机油泵冷却的进水口和节流阀体预热进水口三通管路，管路的金属管总成上的一个分支管口，另外的两头分别连接发动机机油泵冷却的出水口和节流阀体预热出水口系统/SYSTEM内容CONTENTPage8四，冷却液冷却液是水与防冻剂的混合物，而不全是水纯净水在0度时结冰，如果发动机冷却系统中的水结冰，将使冷却水终止循环而引起发动机过热，而且水结冰时体积膨胀，可能将机体、汽缸盖和散热器胀裂。所以，冷却液中添加了适量的乙二醇，以降低冷却水的冰点，同时加入乙二醇还可以提高冷却液的沸点。在一定工作压力之下，轿车冷却液的允许工作温度可达摄氏120度，超过了水的沸点且不容易蒸发。如：50%的水与50%的乙二醇混合而成的冷却液冰点为-35.5℃，沸点是103℃。此外，防冻剂中通常还含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的腐蚀。同时冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将防碍水套壁的散热，泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。但是，在使用的过程中防锈剂和泡沫抑制剂会逐渐的消耗，因此要定期更换冷却液。在防冻剂中一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别。系统/SYSTEM内容CONTENTPage9五.散热器发动机水冷系统中的散热器有进水室、出水室以及散热器芯等三部分组成。上水室下水室散热器芯系统/SYSTEM内容CONTENTPage10按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两种。采用横流式散热器，可以使发动机罩的外廓较低，有利于改善车身前端的空气动力性。系统/SYSTEM内容CONTENTPage11系统/SYSTEM内容CONTENTPage12系统/SYSTEM内容CONTENTPage13散热器芯有多种结构形式。有管片式，管带式，板式散热器芯等。管片式及管带式散热器芯有单列，双列及三列散热管之分。实践证明，双列散热器管散热器能在有限空间内获得最好的散热效果。传统的散热器芯由黄铜制造，但近年来更多的是用铝制造，进出水室由复合塑料制造，使散热器重量大为减轻。系统/SYSTEM内容CONTENTPage14散热器设计要点：在整车空间布置允许的条件下，尽量增大散热器的迎风面积，减薄芯子厚度。这样可充分利用风扇和车的迎面风，提高散热器的散热效率。一般轿车芯厚不超过二排水管。轿车多采用散热器横流水结构，因为轿车车身较低，空间尺寸紧张。横流水结构散热器能充分地利用轿车的有限空间最大限度地增加散热器的迎风面积。散热器的散热量：Q=ksΔtQ—散热器的散热量K—散热器的散热系数，S—散热器的散热面积m2Δt—液气温差。K是代表散热效率的重要指标，与下列因素有关：a）冷却管内冷却液流速：这主要取决于发动机水泵循环流量和冷却管断面与其数量之积。据试验结果，冷却液流速由0.2m/s提高到0.8m/s，散热器效率有较大提高，但超过0.8m/s后，效果不大。b）散热器材料和管片厚度。c）制造质量：冷却管和散热带之间的贴合性和焊接质量。其优劣会影响散热效率20%~40%。d）通过散热器芯部的空气流量或风速：评价散热器的散热性能时，必须在同等风量的前提下进行。通过散热器的风速在额定工况下应不小于8~10m/s，以充分发挥散热器的散热能力。系统/SYSTEM内容CONTENTPage15六.冷却风扇冷却风扇置于散热器的后面，风扇的功用是当风扇旋转时吸进空气使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。风扇的扇风量主要与风扇直径，转速、叶片形状、叶片安装角以及叶片数有关，叶片的断面形状有圆弧形和翼形两种，前者由薄钢板冲压而成，后者是用塑料或铝合金铸成。目前轿车上广泛使用的是翼形风扇，效率高、消耗功率小。风扇按照驱动形式分为：机械式和电动两种，目前轿车上大多采用电动风扇。电动风扇由风扇电动机驱动并由蓄电池供电，所以风扇转速与发动机转速无关。电动风扇是由电动机来驱动风扇，电动机的起动与停止是受水温控制。电动风扇具有启动温度与设定的水温一致，布置位置灵活，不受发动机转速影响，汽车在低怠速时冷却效果好等优点，冷车启动时水温上升较快。但也受到发电机功率等因素影响，因此风扇的风量受到限制，一般多用于发动机横置的轿车上。系统/SYSTEM内容CONTENTPage16电动风扇有以下两种形式：1.风扇转速由温控热敏电阻开关控制，当冷却液温度升到92-97度时，热敏开关接通风扇电动机的1档，这时风扇转速为2300r/min；当冷却液温度升到99-105度时，热敏开关接通风扇电动机的2档，这时风扇转速为2800r/min；当冷却液温度降到84-91度时，热敏开关切断电源，风扇停转。2.电动风扇由ECU控制，冷却液温度传感器向ECU传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达到规定值时，ECU使风扇继电器搭铁，继电器触点闭合并向风扇电动机供电，风扇进入工作。注意：1）电动风扇一般装在护风罩上，其间隙为：3~6mm，风扇叶片与散热器芯子的距离为10~15mm，如大于15mm，则风扇的实际利用率会很快减低；2）80%的情况下，风扇是不工作的。3）在高温情况下：风扇在发动机熄火后会空转10min，以保护发动机及周围附件。系统/SYSTEM内容CONTENTPage17七.膨胀箱膨胀箱由塑料制造并用软管与散热器、发动机水管相连接。膨胀箱又可以称为补偿水桶，当发动机工作时，冷却液受热膨胀，冷却系统内压力增加，这样散热器以及发动机机体水套内多余体积的冷却液就会流到膨胀箱储备起来，当发动机停止工作，冷却液温度降低，冷却系统压力减小，冷却液就会回流到散热器和发动机，总之，保证整个冷却系统总是为冷却液所充满。膨胀箱有两个刻度线，上面分别标有MIN和MAX刻度线，也就是最小刻度和最大刻度线，通常膨胀箱内的液面应位于两个刻度线之间，若低于最小刻度线时应及时向膨胀箱内补充冷却液。膨胀水箱式冷却系统的优点：1）使冷却系统变成了一个永久性的封闭系统，避免了空气不断侵入减小了对冷却系统内部的氧化腐蚀；2）减少了冷却液的溢失和损耗，保持冷却系统内水位稳定；3）能使冷却系统中的水气分离（在发动机和散热器的最高点处都有出气口），压力稳定，从而增大了水泵的泵水量，减小了水泵及水套内部的气穴腐蚀。系统/SYSTEM内容CONTENTPage18八.节温器1、功用：节温器是控制冷却液流动路径的阀门。当发动机冷起动时，冷却液的温度较低，这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经水泵入口直接流入机体或气缸盖水套，以便使冷却液能够迅速升温。如果不装节温器，让温度较低的冷却液经过散热器冷却后返回发动机，则冷却液的温度长时间不能升高，发动机将长时间在低温下动转。同时，车厢内的暖风系统以及用冷却液加热的进气管等预热系统都在长时间内不能发挥作用。系统/SYSTEM内容CONTENTPage192、原理：节温器常见形式为蜡式单阀门节温器。冷却液温度较低时，石腊呈固态，弹簧将阀门压在阀门座上，阀门关闭，冷却液由出水管的旁通管沿冷却液软管进入进气管水套、空调散热器(空调系统暖风开关打开时)、后沿冷却液软管流回水泵而不流经散热器，即进行小循环，此时冷却系的冷却强度较小。当冷却液温度高于设定值时，石腊受热熔化变为液态，其体积膨胀，迫使橡胶套收缩。反推杆上端固定在支架上而不能上移，橡胶套便推动外壳克服弹簧的弹力向下移动，使阀门打开，大部分冷却液由出水管沿冷却液软管流入散热器、后流回水泵，即进行大循环，小部分冷却液进行小循环。此时，冷却系的冷却强度较大。系统/SYSTEM内容CONTENTPage203、布置：一般水冷系的冷却水都是由机体流进，从气缸盖流出。大多数节温器布置在气缸盖出水管路中，如前所述。这种布置方式的优点是结构简单，容易排除水冷系中的气泡。其缺点是节温器在工作时会产生振荡现象。例如，在冬季起动发动机时，由于冷却水温度低，节温器关闭。冷却水在进行小循环时，温度很快升高，节温器开启。与此同时，散热器内的低温冷却水流入机体，使冷却水又冷了下来，节温器重新关闭，等到冷却水再度升高，节温器又再次打开，直到全部冷却水的温度稳定之后，节温器才趋于稳定不再反复开闭。这种现象称为节温器的振荡现象。当出现这种现象时，将增加汽车的燃油消耗量。系统/SYSTEM内容CONTENTPage21为避免节温器工作时的振荡现象，可以将节温器布置在散热器的出水管路中。这种布置方式可以减轻或消除节温器振荡想象，并能精确地控制冷却水温度，但其结构复杂，成本较高，多用于高性能的轿车发动机上，如下图所示：系统/SYSTEM内容CONTENTPage22系统/SYSTEM内容CONTENTPage23节温器损坏（如节温器壳体破损）时会导致乙醚或石蜡漏失，发动机会因过热而开锅。此外，发动机过热的原因也可能是驱动水泵叶轮旋转的冷却风扇皮带出现打滑现象，造成水泵、冷却风扇的工作能力下降，需要经常调整。发动