发动机冷却系统

发动机冷却系统本章教学提示•理论知识•实操技能•知识与能力拓展•本章小结•自测题教学提示•本章主要内容介绍•冷却系统的作用及类型、基本组成、工作原理、主要零部件的拆装、使用维护与常见故障等内容。本章教学要求1.掌握发动机冷却系统的功用、组成2.熟悉冷却液循环路线3.掌握冷却方式4.掌握主要元件的结构与工作原理5.熟悉主要零件的检修方法理论知识1.冷却系统的功用和冷却方式2.冷却系统的基本组成3.冷却系统的工作原理发动机冷却系统发动机冷却系统的任务•发动机冷却系统的任务是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，使发动机得到适度的冷却，从而保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。发动机冷却系统•带走多余热量；•尽可能快地达到工作温度；•保持发动机在最适宜的温度范围内工作，防止过热、过冷。冷却系统的作用•过热配合间隙破坏；零件强度、刚度；•润滑油性能润滑不良磨损；•充气不良；汽油机不正常燃烧。•即：降低充气效率，使发动机功率下降；早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；零件的机械性能降低，导致变形或损坏。过热过冷•过冷混合气不良，燃烧恶化，柴油机粗暴；•散热损失；润滑油粘度，油泥；燃油稀释润滑油；摩擦磨损；积炭•动力性经济性，寿命。•即：进入气缸的混合气（或空气）温度太低，可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增加；燃烧生成物中的水蒸汽易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用；未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面（气缸壁、活塞、活塞环等）上的油膜，使零件磨损加剧。•Pe:输出功率•Be:燃油经济性•T:发动机温度•正确的发动机工作温度不仅对发动机的动力输出、燃油经济性影响较大；同时，也有利于降低有害物质排放。重点冷却部位组成燃烧室的零件的热负荷最大，其中包括气缸盖、活塞顶、气缸体上部、火花塞、气门等，二行程发动机还包括气体的排气口。本讲小结1.冷却系统的任务2.冷却系统的功用3.过热的危害4.过冷的危害课后思考题•目前现有的发动机冷却系统有何作用？•发动机工作时过热有哪些危害？•发动机工作时过冷有哪些危害？•正确的发动机工作温度有哪些益处？冷却方式（冷却系统的类型）课堂提问•目前现有的发动机冷却方式有哪几种？这几种冷却方式分别用在哪些类型的车用发动机上？•答：有水冷式和风冷式两种。水冷式主要用在汽车用发动机上，风冷式在摩托车上面应该非常广泛。冷却方式•有两种冷却方式：风冷/空冷、水冷/液冷。//插入一段视频（介绍风冷式和水冷式）一、风冷/空冷•风冷/空冷：冷却介质是空气，通过气流利用散热片直接向周围空气散热。风冷/空冷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。风冷却系统的组成及工作原理•组成：风扇导流罩散热片汽缸导流罩分流板等风冷系统工作情况•缸体、缸盖均布置了散热片，气缸、缸盖都是单独铸造，然后组装到一起，缸盖最热，采用铝合金铸造，且散热片比较长，为了加强冷却，保证冷却均匀，装有导流罩、分流板。风冷系统分类及特点•分类：采用一个风扇时，装在发动机前方中间位置；采用两个风扇时，分别装在左右两列汽缸前端。•特点：结构简单、质量较小、升温较快、经济性好。难以调节，消耗功率大、工作燥声大。风冷系统结构示意图二、水冷/液冷•水冷/液冷：通过冷却液的不断循环，从发动机水套中吸收多余的热量，并散发到大气中，即利用循环液将热量带走。•水冷：冷却液温度在(80~90)℃，105℃；•油冷：120℃~140℃。水冷系统强制循环水冷却系统•水冷却系一般指强制循环水冷系，汽车发动机就采用强制循环水冷却系统。•组成：水泵、水套、散热器、百叶窗、风扇、冷却水管、冷却软管、节温器、水温表（水温传感器）等。冷却水管水温传感器强制循环水冷却系统的组成•强制循环水冷系由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其它附属装置组成。本田轿车发动机水冷系统组成及布置形式水冷却系统的最大优缺点•水冷却系的最大优点是冷却强度高、发动机内部和外部冷却较均匀、冷却水路设计自由度大等。•水冷却系的最大缺点是容易漏水，需要经常维修等。水冷发动机•水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的。•水冷系统还分为大循环和小循环两种循环方式。•水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛应用于现代汽车的发动机，并且大多数汽车都采用强制循环式水冷系统。水冷发动机保持正常工作的温度•水冷式发动机保持正常工作的温度：1.冷却水的温度应在353～363K（80℃～90℃）之间，这样才能使零件处于正常工作范围。2.气缸壁温度不超过473～573K（200～300℃）3.气缸盖、活塞顶部的温度不超过573～673K（300～400℃）；4.润滑油的温度在343～363K（70～90℃），保证发动机具有较好的动力性、经济性和净化性，使零件的运动和磨损正常。本讲小结1.冷却系统的冷却方式2.风冷系统的分类和特点3.水冷方式的优缺点4.风冷系统的工作情况5.水冷系统的工作情况课后思考题•目前现有的发动机冷却系统有哪几种冷却方式？各自的定义是什么？•风冷系统的工作介质是什么？它是如何分类的？有哪些特点？•水冷系统的最大优缺点是什么？•给出水冷发动机保持正常工作的温度范围。冷却液•冷却液是发动机冷却系统中最重要的工作介质，汽车常用的冷却液有水及加入防冻剂的防冻液。冷却液一、水冷却液•水冷却液是指直接用水作冷却液，它具有简单方便的优点。•汽车发动机中使用的冷却水应该清洁的软水。•井水、河水、海水等含有大量的矿物质的水称之为硬水。•因为在高温作用下，这些矿物质会从水中沉淀析出而产生水垢，产生的水垢附在水套的内壁和软管的接口处，影响了水流的循环，造成高温零件散热困难而使发动机过热。水冷却液使用注意事项•在冬季寒冷地区，往往会因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形、胀裂的现象，所以使用水冷却液，需要放水过夜。•正是因为水冷却液的这个缺点，为了适应冬季行车的需要，在冷却水中加入一定量的防冻液以达到降低冰点、提高沸点的目的。发明了：加入防冻剂的防冻液。二、防冻液•防冻液功用：•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的防冻液以达到降低冰点、提高沸点的目的。•防冻液是水与防冻剂的混合物。最常用的防冻剂是乙二醇，水与乙二醇的混合比例不同其冰点也不同，各一半的比例大约冰点是－35.5℃。•现代汽车使用的防冻液通常是由一定比例的乙二醇和蒸馏水混合而成，其冰点可达238K，沸点则高达400K左右•此外，防冻液中通常还含有防锈剂和泡沫抑制剂，同时还填入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，以便识别。防冻液•专用冷却液一般呈深绿色或深红色，有一定的毒性，使用时应注意。•发现冷却液泄漏时，应及时检查添加。专用冷却液使用注意事项本讲小结1.冷却液的分类2.水冷却液的使用注意事项3.防冻液的功用4.专用冷却液的使用注意事项课后思考题•什么是冷却液？它分为哪几类？•水冷却液使用时要注意哪些事项？•简述防冻液的功用。•专用冷却液的使用注意事项有哪些？冷却系统的基本组成水冷系组成示意图强制循环水冷系•强制循环水冷系：缸体和缸盖内设有水套，利用水泵将冷却液加压，强制其流过水套带走热量•1-散热器盖2-散热器3-百叶窗4-水泵5-风扇6-放水阀7-分水管8-水温传感器9-水温表10-节温器•水套•补偿水箱•冷却液冷却水流动过程•强制循环水冷系统中：散热器底部经过冷却的冷却水经水泵加压，经过分水管进入发动机机体的冷却水套，吸热后向上流入气缸盖水套，再次吸热后经节温器主阀门通过出水软管进入散热器，对着散热器的冷却风扇加速流经散热器芯的空气，促使热水加速冷却，然后经进水软管被水泵有一定真空度的进水口吸入。冷却水流动过程•由散热器、冷却风扇、冷却水泵、膨胀水箱、节温器、冷却液温度传感器、冷却强度调节装置等组成。强制循环水冷系基本组成本讲小结1.冷却系统的组成2.冷却水流动过程课后思考题•强制循环水冷却系统由哪些部分组成？•冷却水在强制循环水冷系统中是如何流动的？散热器散热器又称为水箱，其功用是将来自水套的热水进行冷却。将水套出来的热水自上而下或横向的分成许多小股并将其热量散给周围的空气。为了集中风向，提高冷却效果，散热器后面还装有导风圈。在散热器前面装有百叶窗，当冷却水温度过低时，可将百叶窗部分或完全关闭，以减少流过散热器的空气流量。散热器散热器的原理当开动一辆汽车的时候，发动机产生的热量足以摧毁汽车本身。因此汽车上安装了一套冷却系统保护它免受损害，并使发动机处于适当的温度范围内。散热器是冷却系统的主要部分，目的是保护发动机避免因过热造成的破坏。散热器的原理是利用冷空气降低散热器内来自发动机的冷却液温度。散热器的作用作用：将冷却液在水套内吸收的热量传给大气。散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。1-散热器盖2-上水室3-进水管4-散热器芯5-冷却管6-散热片7-出水管8-下水室9-放水开关散热器的分类按照散热器中冷却液流动的方向，可分为纵流式（也称竖流式）、横流式。散热器的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。大多数新型轿车均采用横流式散热器，这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。纵流式散热器纵流式散热器芯竖直布置，冷却液自上而下地流过散热器芯。横流式散热器横流式散热器芯横向布置，冷却液经散热器芯横向流过散热器。散热器的构造构造：上水室+下水室+散热器芯散热器主要由上、下储水室、散热器盖、散热器芯、框架及管路等组成。上储水室顶部有加水口，用散热器盖盖住。散热器盖的组成散热器盖由蒸汽阀、空气阀、蒸汽排出管等组成。散热器盖空气阀蒸汽阀散热器盖的作用作用：封闭+控制压力1.要将水冷系密封住，以防冷却水溅出；2.散热器盖具有空气-蒸汽阀的功用，使密封加压的水冷系压力稳定。当水冷系过热而使水蒸气多时，冷却系统压力过高，可能导致散热器芯涨破，此时散热器盖中的蒸汽阀打开，多余的水蒸气经溢流管流入补偿水桶；当水冷系过冷而使水蒸气凝结，冷却系统压力过低，可能导致散热器芯压瘪而破裂，此时散热器盖中的空气阀打开，冷空气补充入冷却系统。散热器盖结构和使用注意事项注意•热状态下开启散热器盖时，应缓慢旋开,以免被热水烫伤；•储水箱内的液面高度应位于其两刻线之间1-散热器盖2-上密封衬垫3-压力阀弹簧4-下密封衬垫5-空气阀6-蒸气阀7-散热器口上密封面8-散热器口9-散热器口下密封面10-溢流管a)结构b)蒸气阀开c)空气阀开通储水箱冷却水直接与大气相通，冷却系内蒸汽压力为大气压力，沸点低，水的耗量大。开式冷却系统冷却水不直接与大气相通，而是通过阀门与与大气相通，能根据水箱蒸汽压力的大小控制与大气的关闭。冷却系统加压后蒸汽压力可提高98~196kPa，略高于大气压力；水的沸点大于100℃，可高达120ºc，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率，有利于冷却。汽车发动都采用闭式冷却系统。闭式冷却系统闭式冷却系统a)空气阀开启b)蒸汽阀开启1-蒸汽排出管2-蒸汽阀3-空气阀4-散热器盖闭式冷却系统闭式冷却系统一般情况下，两阀借弹簧关闭。当散热器中压力升高到一定值（约为0.026～0.037Mpa）时，蒸汽阀开启；水温下降，当冷却系中生的真空度达一定值（约为0.01时～0.02Mpa）时，空气阀开启。散热器盖散热器芯散热器芯部是散热器的主要散热部分。一般要求经散热器后水温应降1