发动机冷却系统

第七章冷却系统冷却系统的主要作用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。冷却系统按照冷却介质的不同分为水冷式和风冷式。水冷式以冷却液作为冷却介质，把受热零件的热量先传给冷却液，再散入大气。风冷式以空气作为冷却介质，把受热零件的热量直接散入大气。目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系统。风冷式水冷式第一节水冷系统汽车发动机采用强制循环水冷系统，由散热器、风扇、水泵、水套、分水管和节温器等组成。利用水泵强制冷却液循环流动，使其从气缸壁吸收热量，向上流入气缸盖，继而进入散热器，被空气冷却后重新泵入水套。通过调节气流和水流能控制冷却强度。冷却水的温度过高或过低都会给发动机带来危害。过高：冷却不足，充气量减少，燃烧不正常，功率下降；润滑不良，加剧磨损。过低：冷却过度，热量损失过多，热效率下降；燃油蒸气在冷缸壁上凝结，冲洗油膜，汇入油底壳，稀释机油。发动机正常工作时，冷却水的温度应在80～90℃之间。冷却水在冷却系统内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。所谓大循环是水温高时，水经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，水不经过散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。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。在装有暖风机的水冷系统中，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之后，一部分送到挡风玻璃除霜器，一部分送入驾驶室或车厢。纵流式散热器又称为水箱，由进水室、出水室、散热器芯、散热器盖等组成。其功用是增大散热面积，加速冷却液的冷却。根据冷却液在散热器芯中的流动方向，散热器分为纵流式和横流式两种。轿车多用横流式，以降低发动机罩的外廓尺寸。1-进水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖；5-出水室；6-出水管一、散热器压力阀真空阀散热器盖设有自动阀门，发动机正常工作时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开，构成闭式水冷系，使系统内压力提高到98～196kPa，冷却液沸点相应提高到120℃左右，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高冷却效率，同时还可减少冷却液外溢及蒸发损失。当压力超过预定值时，压力阀开启，以防胀裂散热器。当发动机停机、压力降到大气压力以下时，真空阀开启，避免散热器被大气压力压坏。副水箱散热器为了减少冷却液的损失，保证冷却系统的正常工作，目前广泛采用散热器＋副水箱（补偿水桶）结构。当散热器内蒸汽压力升高到某一值时，其盖上的压力阀打开，冷却液通过压力阀通过溢流管进入贮水箱；当温度下降时，冷却液又从贮水箱通过真空阀流回到散热器内部。风扇的功用是提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生吸力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。车用发动机采用的是轴流式风扇，所产生风的流向与风扇轴平行，效率高，风量大，结构简单，布置方便。扇风量与噪声主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角、叶片数目及夹角有关。二、冷却风扇风扇离合器可根据发动机的温度自动控制风扇的工作，不仅能减少发动机的功率损失，节省燃油，还能降低发动机的噪声。目前普遍采用的是硅油风扇离合器，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。一些轿车由于发动机横置或后置，多采用电动风扇。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。这样，在一般行驶条件下，电动风扇几乎不转，功率消耗减少，油耗率降低。而在低速大负荷时又能得到充分的冷却。水泵的功用是对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机上多采用离心式水泵，具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。三、水泵离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，叶轮一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6～9片。当叶轮转动时，水被带动旋转，因离心力甩向叶轮边缘，经切线方向出水管送出；叶轮中心处压力降低，产生吸力。如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不致于很快产生过热。节温器装在冷却水循环的通路中，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，以达到调节冷却系的冷却强度。目前多数发动机采用蜡式节温器，76℃主阀门开始打开，副阀门开始关；86℃主阀门全开，副阀门全关。1-主阀门；2-盖和密封垫；3-上支架；4-胶管；5-阀座；6-通气孔；7-下支架；8-石蜡，9-感应体；10-旁通阀；11-中心杆；12-弹簧四、节温器（1）软水货车过去普遍用水作为冷却液，价廉，沸点恰巧在发动机正常工作温度以上。为防止生水垢影响传热效果，最好用软水，即含盐分较少的水，如雨水、雪水、自来水。硬水可用纯碱、烧碱、红矾进行软化处理。（2）防冻液水的冰点为0℃，冬季易结冰膨胀，将机体、气缸盖和散热器胀裂。为适应冬季行车的需要，可在水中加入防冻剂，最常用的是乙二醇。冷却液中水与乙二醇的比例不同，其冰点也不同。50％的水与50％的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为－35.5℃。另外，在水中加乙二醇还可同时提高冷却液的沸点，使其不易蒸发。乙二醇腐蚀橡胶，表面张力小易渗漏，混入石油产品会产生大量泡沫。由于乙二醇有毒，故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。（3）添加剂为防止生锈、水垢、漏水，在防冻液加入添加剂，可制成长效防冻液，两年不换。常见的添加剂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锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热，泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。在使用过程中，防锈剂和泡沫剂会逐渐消耗殆尽，因此需定期更换。五、冷却液第二节风冷系统风冷系统是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。风冷发动机铝气缸壁的温度允许为150～180℃，铝气缸盖则为160～200℃。气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积，利用车辆行驶时的高速空气流，把热量吹散到大气中去。由于汽车发动机功率较大，需要冷却的热量较多，多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强发动机的冷却。为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀，在发动机上装有导流罩和分流板和气缸导流罩。