发动机冷却系构造与工作原理

本溪昌达职业技术培训学校

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课程汽车发动机构造与维修教师: 时间：

一、复习提问

1.配气相位的定义。

2.气门早开晚关的优点。

二、导入新课

发动机在工作时必须稳定在一定的范围，冷却系功用就是保证发动机在适宜的温度下工作。

三、新课讲授

一)、冷却系的功用和分类

1.功用

发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度可高达2200～2800K。使发动机的零件温度升高，特别是高温气体接触的零件，如不及时的冷却则难以保证发动机正常工作，发动机过热或过冷都会给发动机带来危害。冷却系功用就是保证发动机在适宜的温度下工作。

汽车发动机是由热能转变为机械能的机器。然而，发动机却应用了热能的三分之一，其余热量的大部分为排气所带走，剩余的则被发动机零部件吸收。

发动机的冷却必须适度。如果发动机冷却不足，由于气缸充气量减少和燃烧不正常，发动机功率下降，且发动机零件也会因润滑不良而加速磨损。但如果冷却过度，则一方面由于热量散失过多，使转变为有用功的热量减少，而另一方面由于混合气与冷气缸壁接触，使其中原已汽化的燃油又凝结并流到曲轴箱，使磨损加剧。

2冷却系统的分类

汽车发动机常见的冷却方式有两种，即水冷却和风冷却。大多数发动机采用水冷却。

二)、冷却液

1.冷却水的选择

发动机用的冷却用水，最好是软水(含矿物质少的水)。因为用硬水易产生水垢而堵塞道，破坏水的冷却循环，使气缸体、气缸盖传热效果差，发动机容易产生过热。雨水为软水，将其过滤，清除杂质便可使用。发动机使用硬水时，需经软化处理，简单方法是将1L硬水加入碳酸钠(纯碱)0.5～1.5g或加入氢氧化钠(烧碱)0.5～0.88g。加人10％的重铬酸钠(红矾)溶液30～50mL也可。

2．冷却液

冬季使用冷却水，要防冻冰。为降低冷却水的冰点，适应冬季行车需要，可在冷却水中加入适量的乙二醇或丙二醇。当乙醇的加入量为50％时，冰点可降至243K(–30℃)。目前汽

车上已普遍使用配制好的冷却液。乙二醇冷却液有一定的毒性，使用中应注意，切勿吸人口中，以免中毒。

3.冷却液在使用过程中，应注意下列事项：

(1)冷却液内只准加入同种冷却液添加剂。

(2)冷却液及其添加剂均为有毒物质，应置于安全场所。

(3)冷却液的使用浓度(体积比)为40%-60%。否则，影响防冻性能。

(4)放出的冷却液不宜再使用，并妥善处理。

(5)更换缸盖、缸垫、散热器等，就必须更换冷却液。

(6)发动机热态时，冷却系内仍处于高温高压状态。因此，此时切勿打开水箱盖以防烫伤。

(7)发现冷却液大量损耗，则必须待发动机处于冷态时，方可添加冷却液，以免损坏发动

(8)紧急情况下若加入纯水，则须尽快添加冷却液添加剂，使冷却液浓度恢复正常状态。

(9)冬季来临前应检查冷却液浓度，并按规定调配浓度，保证冷却液具有足够的防冻能力。

三).水冷系组成及工作原理

水冷却系统具有冷却可靠、布置紧凑、噪声小、使用方便等优点。在汽车发动机上应用较为广泛，水冷却系统主要由水箱、风扇、水泵、水管、水套、节温器和水温监测、控制装置等组成。

水冷系主要部件是由水套、水泵、风扇、散热器、导风圈、水管、水温表、感温管、节温器和百叶窗等组成。

四).水冷系主要零部件

1.膨胀水箱

膨胀水箱，其上部是一个较细的软管与水箱的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水管相连接，通常为至少高于散热器。膨胀水箱多半透明材料（如塑料）制成。

透过箱体可以直接方便的观察到液面的高度，无需打开散热器盖。

膨胀水箱的作用是把冷却系统变成永久封闭系统，减少了冷却液的损失，避免空气不断地进入，该系统内造成氧化、穴蚀、使冷却系中水、气分离，保持系统内压力稳定，提高水泵的泵水量。

2.散热器

散热器主要是由上贮水室1、下贮水室5和散热器芯(包括冷却管和散热带)组成。

管片式散热器由许多冷却管和散热片组成。冷却管是焊接在上、下贮水室之间的直管，是冷却液的通道。当空气吹过冷却管的外表面时，从而使管内流动的冷却液得到冷却。冷却管大多采用扁圆形断面，因为扁管与圆管相比，在容积相同的情况下具有较大的散热面积；当管内的水冻结膨胀时，扁管可以借其横断面变形而免于破裂。为了进一步提高散热效果，在冷却管外面横向套装了很多金属薄片(散热片)来增加散热面积，同时增加了整个散热器的刚度和强度。

管带式散热器，其中散热带与冷却管相间排列。散热带呈波纹状，为了提高散热能力，在散热带上一般开有形似百叶窗的缝孔，用来破坏空气流在散热带表面上附面层，从而提高散热能力。这种散热器芯与管片式相比，具有散热能力较强，制

造工艺简单，质量小，成本低等优点，但结构刚度不如管片式好，一般在使用条件较好的轿车上得到广泛采用。随着我国道路条件的改善，这种管带式管芯在中型货车上也开始采用。

散热器芯一般多用导热性好的黄铜、铝或铝锰合金制造。为了节省铜，近来铝制散热器有很大发展。

常见水冷系的散热器盖具有自动阀门，发动机热状态正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开，防止水蒸气逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却液的沸点，防止冷却系发生“开锅”现象。但如果冷却系中水蒸气过多，将使冷却系压力过大，可能导致散热器破裂。因此必须在加水口处设置排出水蒸水的通道。因而在冷却系内压力过高或过低时，自动阀门则开启以使冷却系与大气相通。

轿车的散热器盖的蒸汽阀开启压力可达0.1MPa，而水的沸点可升高至120℃。显然，这种散热器与环境空气温差大，故散热能力较强。

3.风扇

风扇—般安装在散热器后面，并与水泵同轴。风扇的作用是提高流经散热器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力。

风扇常用的材料是钢板，经冲压成形。近年来为简化工艺、降低成本，已开始在轿车上使用整体压铸成的尼龙风扇，也有用铝合金板制作的．如奥迪轿车和依维柯轻型汽车的发动机冷却风扇即采用高强度工程塑料注塑而成。风扇叶片的数量一般是4～6片，大多数采用螺旋桨式风扇。横断面多为弧形，也有铸成翼形断面的，如图7-10所示。叶片应与风扇旋转平面

安装成一定的倾斜角(一般为30°～45°)。为减少叶片旋转时的振动和噪音，叶片之间的夹角不是均匀排列的。有些汽车发动机风扇的叶片，将外缘端部冲压成弯曲状以增加风量。为提高风扇的效率，减少空气回流现象，在风扇的圆周外装—圆形挡风圈。目前应用较多、较先进的风扇是带有辅助叶片的导流风扇在叶片表面铸有凸起其优点是增加空气的径向流量，防止在叶片表面产生附面层和涡流现象，改善了冷却性能，降低了噪音。

风扇和发电机一般同时由曲轴带轮通过三角皮带驱动，如图7-11所示。—般将发电机的支架作成可移动式，以调节皮带的张紧度。皮带过松，将引起皮带相对带轮打滑，使风扇的扇风量减少，发动机过热及发电机的发电效率下降；皮带过紧，将增加发电机轴承的磨损。因此要求皮带必须保持合适的松紧度，一般用大拇指以30～50N的力，按下皮带产生10～15mm 的挠度为宜，

4.水泵

水泵的作用是强制冷却水在冷却系统中进行循环。汽车发动机广泛采用离心式水泵，

离心式水泵的工作原理是当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，并在本身离心力的作用下，甩向叶轮的边缘，然后沿水泵壳内腔与叶轮成切线方向的出水管压送到气缸体的水套中：与此同时，叶轮中心处压力降低，散热器下贮水箱的水便从进水管被吸到叶轮中心部位。

离心式水泵的优点：结构简单、体积小、出水量大、结构简单、维修方便。另外，当水泵由于故障而停止工作时，也并

不妨碍冷却水在冷却系内的自然循环。

五).水冷却强度的调节装置

为使汽车适应不同环境条件的变化（转速、负荷、环境、气候），要求能够调节冷却系的冷却强度，保证发动机经常在最佳的温度状况下工作。

在冷却系统中调节冷却强度采取的措施是：改变通过散热器的空气流量和改变冷却水的流量。

利用百叶窗和各种自动风扇离合器来实现改变通过散热器的空气流量。近年来在汽车发动机上采用各种自动式(如硅油式、机械式和电磁式)风扇离合器，控制风扇的扇风量以改变冷却强度。风扇离合器是根据发动机的温度自动控制风扇的转速，以达到改变通过散热器的空气流量的目的。

利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环的通路中，一般装在气缸盖出水口处，

1.百叶窗

百叶窗和保温帘是起到调节进风量作用的，二者不是同时设置的。驾驶员可以通过驾驶室里的拉杆和与之相连的拉索来操纵百叶窗或保温帘的开度。当环境温度较低（如冬天)或冷却水温度过低时，可以减小百叶窗或保温帘的开度；当环境温度较高(如夏天。，或冷却水温过高时，可以增大百叶窗或保温帘的开度。

2.硅油风扇离合器

硅油风扇离合器的优点：功率损失小，燃油消耗率低，噪声小，还可以延长发动机的使用寿命。解放CA6102型汽油发动机也采用了硅油风扇离合器。

灵敏度较高，结构简单，工作可靠，易于维修。

3.电磁风扇离合器

电磁风扇离合器的工作过程：当冷却水温度低于92℃时，水温感应开关的电路不通，线圈2不通电，离合器处于分离状态；当水温超过92℃时，水温感应开关的电路自动接通，线圈2通电，电磁壳体吸引衔铁环将摩擦片压紧，离合器处于接合状态。

4.蜡式节温器

蜡式节温器的工作原理是：当温度升高时，节温器外壳中的石蜡由固体变为液体，体积增大，在外壳容积不能增大的情况下，石蜡挤压橡胶套，橡胶套收缩将反推杆向外推，因反推杆固定在支架上不能移动，只能使外壳压缩弹簧向下移动并带动阀门下行，成为图7—22所示的开启状态；当温度下降，石蜡变为固体收缩，橡胶套恢复原形，在弹簧作用下关闭阀门。

四、课后小结

1.掌握水冷却系统的组成和工作原理

2.了解风冷却系统的组成构造、拆装、检测

五、作业布置：

1.冷却系的作用与组成。

2.冷却液的几种循环路线是怎样的？与水温有什么关系？