發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 第 一 節(jié) 概 述 一 、 冷 卻 系 的 作 用 保 持 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 在 最 適宜 的 溫 度 范 圍 內(nèi) 工 作 。 二 、 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 過 熱 或 過 冷 的 危 害過 熱(1)降 低 充 氣 效 率 ， 使 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 下 降 ；(2爆 燃 的 傾 向 加 大 ， 使 零 件 因 承 受 額 外 沖擊 性 負(fù) 荷 而 造 成 早 期 損 壞 ；(3)運(yùn) 動(dòng) 件 的 正 常 間 隙 被 破 壞 ， 運(yùn) 動(dòng) 阻 滯 ，磨 損 加 劇 ， 甚 至 損 壞 ；(4)潤 滑 情 況 惡 化 ， 加 劇 了 零 件 的 摩 擦 磨 損 ；(5)零 件 的 機(jī) 械 性 能 降 低 ， 導(dǎo)

2、致 變 形 或 損 壞 。 過 冷 (1)進(jìn) 入 氣 缸 的 混 合 氣 (或 空 氣 )溫 度 太 低 ， 可 燃混 合 氣 品 質(zhì) 差 ， 使 點(diǎn) 火 困 難 或 燃 燒 遲 緩 ， 導(dǎo) 致 發(fā) 動(dòng)機(jī) 功 率 下 降 ， 燃 料 消 耗 量 增 加 ；(2)燃 燒 生 成 物 中 的 水 蒸 汽 易 凝 結(jié) 成 水 而 與 酸 性 氣體 形 成 酸 類 ， 加 重 了 對 機(jī) 體 和 零 件 的 侵 蝕 作 用 ；(3)未 汽 化 的 燃 料 沖 刷 和 稀 釋 零 件 表 面 (氣 缸 壁 、 活塞 、 活 塞 環(huán) 等 )上 的 油 膜 ， 使 零 件 磨 損 加 劇 。 三 、 發(fā) 動(dòng)

3、 機(jī) 的 冷 卻 方 式根 據(jù) 冷 卻 介 質(zhì) 的 不 同 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 冷 卻 方式 有 風(fēng) 冷 式 和 水 冷 式 兩 種 。 (1)水 冷 式 特 點(diǎn)1)以 水 為 冷 卻 介 質(zhì) ， 熱 量 先 由 機(jī) 件 傳 給 水 ，靠 水 的 流 動(dòng) 把 熱 量 帶 走 而 散 入 大 氣 。 散 熱后 的 水 再 重 新 流 回 到 受 熱 機(jī) 件 處 。2)水 路 和 冷 卻 強(qiáng) 度 可 適 當(dāng) 調(diào) 節(jié) ， 能 較 好 保持 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 正 常 工 作 溫 度 。3)可 用 熱 水 預(yù) 熱 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 便 于 冬 季 起 動(dòng) 。 (2)風(fēng) 冷 式 特 點(diǎn) 利 用 風(fēng) 扇 將 高

4、 溫 零 件 的 熱量 直 接 散 入 大 氣 。 無 須 加 水 ， 無 漏 水 故 障 。 四 、 組 成 ：風(fēng) 扇 、 水 泵 、 水 套 、 散 熱 器 、 百 葉 窗 、 節(jié) 溫器 、 水 管 、 水 溫 表 和 傳 感 器 等 。 五 、 工 作 情 況 ： 強(qiáng) 制 循 環(huán) 式 水 冷 卻 系 是 用水 泵 把 該 系 統(tǒng) 的 冷 卻 液 加 壓 ， 使 之 在 水 套 中流 動(dòng) ， 冷 卻 水 從 氣 缸 壁 吸 收 熱 量 ， 溫 度 升 高 ，熱 水 向 上 流 入 氣 缸 蓋 ， 繼 而 從 缸 蓋 流 出 并 進(jìn)入 散 熱 器 。 由 于 風(fēng) 扇 的 強(qiáng) 力 抽 吸 作

5、用 ， 空氣 從 前 向 后 高 速 流 過 散 熱 器 ， 不 斷地 將 流 經(jīng) 散 熱 器 的 水 的 熱 量 帶 走 。冷 卻 了 的 水 由 水 泵 從 散 熱 器 底 部 重新 泵 入 水 套 。 水 在 冷 卻 系 中 不 斷 循環(huán) 。 為 了 控 制 冷 卻 水 溫 度 ， 冷 卻 系中 設(shè) 有 冷 卻 強(qiáng) 度 調(diào) 節(jié) 裝 置 ， 如 百 葉窗 、 節(jié) 溫 器 和 風(fēng) 扇 離 合 器 等 。 六 、 水 冷 卻 系 的 大 、 小 循 環(huán)1、 水 冷 卻 系 的 大 循 環(huán) ： 冷 卻 水 經(jīng) 水 泵 水套 節(jié) 溫 器 散 熱 器 ， 又 經(jīng) 水 泵 壓 入 水 套 的 循 環(huán)

6、，其 水 流 路 線 長 ， 散 熱 強(qiáng) 度 大 ， 稱 水 冷 卻 系 的 大 循環(huán) 。 冷 卻 水 大 循 環(huán) 動(dòng) 畫 2、 水 冷 卻 系 的 小 循 環(huán) 冷 卻 水 經(jīng) 水 泵 水 套 節(jié) 溫 器 后 不 經(jīng) 散 熱 器 ， 而 直接 由 水 泵 壓 入 水 套 的 循 環(huán) ，其 水 流 路 線 短 ， 散 熱 強(qiáng) 度 小 ，稱 水 冷 卻 系 的 小 循 環(huán) 。 冷 卻 水 小 循 環(huán) 動(dòng) 畫 第 二 節(jié) 水 冷 卻 系 主 要 機(jī) 件的 構(gòu) 造 和 工 作 情 況 一 、 冷 卻 裝 置(一 )散 熱 器作 用 ： 將 水 套 出 來 的 熱 水 自 上 而 下 或 橫 向 的分

7、成 許 多 小 股 并 將 其 熱 量 散 給 周 圍 的 空 氣 。 1、 結(jié) 構(gòu) 散 熱 器 由 上 水 室 、 下 水室 、 散 熱 器 芯 等 組 成 。 上 水 室 裝 有 散 熱 器 的 熱水 管 ， 通 過 橡 膠 管 與 氣 缸蓋 出 水 管 連 接 ； 上 水 室 上部 有 加 水 管 ， 加 水 管 口 一般 裝 泄 氣 管 。 當(dāng) 冷 卻 水 沸騰 時(shí) ， 水 蒸 汽 可 以 從 此 排出 。 加 裝 防 凍 液 的 冷 卻 系 ，此 管 接 膨 脹 水 箱 。下 水 室 有 出 水 管 ， 用 軟 管與 水 泵 的 進(jìn) 水 口 連 接 ，兩 水 室 之 間 焊 接 散

8、熱 器 芯管 。 泄 氣 管 2、 類 型（ 1） 芯 管 有 管 片 式 和管 帶 式（ 2） 芯 管 材 料 ： 耐 腐蝕 、 導(dǎo) 熱 性 好 的 銅 或鋁（ 2） 散 熱 器 蓋 安 裝 在加 水 口 上 。 散 熱 器 蓋上 帶 有 蒸 汽 空 氣 閥 。使 冷 卻 系 的 壓 力 高 于大 氣 壓 力 ， 冷 卻 水 的沸 點(diǎn) 有 所 提 高 。 (二 )水 泵1、 作 用 ： 對 冷 卻 水 加 壓 ， 使 之 在冷 卻 系 中 循 環(huán) 流 動(dòng) 。 2、 離 心 式 水 泵 的 工 作 原 理（ 1） 壓 水 ： 當(dāng) 葉 輪 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 水 泵 中 的 水 被 葉 輪帶 動(dòng) 一

9、 起 旋 轉(zhuǎn) ， 由 于 離 心 力 的 作 用 ， 水 被 甩 向 葉 輪邊 緣 ， 在 蝸 行 殼 體 內(nèi) 將 動(dòng) 能 轉(zhuǎn) 變 為 壓 能 ， 經(jīng) 外 殼 上與 葉 輪 成 切 線 方 向 的 出 水 管 被 壓 送 到 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 水 套 內(nèi) 。 (2)吸 水 ： 與 壓 水 同 時(shí) ， 葉 輪 中 心 處 壓力 降 低 ， 散 熱 器 中 的 水 便 經(jīng) 進(jìn) 水 管 被 吸進(jìn) 葉 輪 中 心 部 分 。 3、 結(jié) 構(gòu) (1)組 成 ： 殼 體 、 葉 輪 、 泵 蓋 板 、 水 泵 軸 、支 承 軸 承 、 水 封 等 。水 泵 與 風(fēng) 扇 同 軸 ， 通 過 三 角 皮 帶 傳 動(dòng)

10、。 (2)泵 蓋 上 有 出 水 孔 。泵 殼 上 有 進(jìn) 水 孔 A，用 橡 膠 管 與 散 熱 器出 水 管 相 連 。 泵 殼上 面 有 旁 通 孔 與 氣缸 蓋 上 的 出 水 管 相連 ， 當(dāng) 冷 卻 水 溫 度低 于 349K(76 )時(shí) ，部 分 冷 卻 水 由 此 直接 進(jìn) 入 水 泵 。 (3)葉 輪 工 作 室的 進(jìn) 水 室 B與 進(jìn)水 孔 、 旁 通 孔 相通 ； 出 水 室 由 出水 孔 與 水 套 相 連 。(4)水 泵 軸 通 過兩 個(gè) 軸 承 支 承 在殼 體 上 ， 軸 承 間有 隔 套 定 位 (5)水 泵 軸 上 裝 有拋 水 圈 ， 以 防 水 封滲 漏

11、時(shí) 浸 濕 軸 承 ，滲 出 的 水 被 拋 水 圈從 檢 視 孔 甩 出 ， 可避 免 破 壞 軸 承 潤 滑 。(6)水 封 裝 在 葉 輪的 前 面 ， 水 封 通 常由 密 封 墊 圈 、 水 封皮 碗 和 彈 簧 等 組 成 。 (三 )風(fēng) 扇1、 作 用 ： 提 高 流 經(jīng) 散 熱 器 的 空 氣 流 速和 流 量 ， 以 增 強(qiáng) 散 熱 器 的 散 熱 能 力 ，并 冷 卻 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 附 件 。 2、 安 裝 位 置 ： 風(fēng) 扇 多 為 軸 流 式 ， 裝在 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 與 散 熱 器 之 間 ， 與 水 泵 同 軸 。風(fēng) 扇 用 螺 釘 安 裝 在 水 泵 軸 前 端 的 皮

12、 帶輪 或 凸 緣 盤 上 。 3、 風(fēng) 扇 扇 風(fēng) 量 的 相 關(guān) 因 素 ： 風(fēng) 扇 的 直 徑 、轉(zhuǎn) 速 、 葉 片 形 狀 、 葉 片 安 裝 角 、 葉 片 數(shù) 目 。4、 葉 片 材 料 ： 鋼 板 、 塑 料 和 鋁 合 金 。 為了 減 輕 振 動(dòng) 噪 聲 ， 葉 片 間 夾 角 不 等 。5、 葉 片 數(shù) ： 4 6片 。6、 偏 扭 角 ： 葉 片 與 葉 輪 旋 轉(zhuǎn) 平 面 之 間 有 一偏 扭 角 ， 偏 扭 角 可 為 定 值 ， 也 可 制 成 變 偏 扭角 。 7、 風(fēng) 扇 皮 帶 的 調(diào)整 裝 置 風(fēng) 扇 常 和 發(fā) 電 機(jī) 一起 由 曲 軸 通 過 三 角 皮

13、 帶帶 動(dòng) 。 (1)調(diào) 整 目 的 ：若 皮 帶 過 松 ， 皮 帶 將 在 皮 帶輪 上 打 滑 ， 風(fēng) 扇 和 水 泵 的 轉(zhuǎn)速 下 降 ， 扇 風(fēng) 量 和 泵 水 量 減小 ， 使 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 過 熱 ； 若 皮 帶過 緊 ， 將 增 加 軸 承 和 皮 帶 的磨 損 。 (2)措 施 ： 將 發(fā) 電 機(jī) 支架 做 成 可 移 動(dòng) 式 的 ， 以便 調(diào) 節(jié) 皮 帶 的 松 緊 度 。 原 理 ： 電 動(dòng) 機(jī) 的 開關(guān) 由 散 熱 器 的 水 溫開 關(guān) 控 制 ， 并 且 有高 低 速 兩 個(gè) 檔 位 ，低 速 檔 在 沸 點(diǎn) 內(nèi) 使用 ， 高 速 檔 在 沸 點(diǎn)外 使 用 ， 需 要

14、冷 卻時(shí) 自 動(dòng) 起 作 用 。 冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)目的 強(qiáng)制式水冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度，一般受汽車的行駛速度，曲軸、水泵和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速及外界氣溫的影響。當(dāng)行駛條件變化時(shí)，如外界氣溫高，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速大負(fù)荷情況下工作，要求冷卻強(qiáng)度大，否則發(fā)動(dòng)機(jī)容易過熱。而當(dāng)外界氣溫低，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷又不大時(shí)，其冷卻強(qiáng)度應(yīng)小些，否則發(fā)動(dòng)機(jī)容易過冷。因此，要保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的溫度下工作，不出現(xiàn)過熱過冷現(xiàn)象，就必須能根據(jù)使用條件的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻強(qiáng)度。 冷 卻 強(qiáng) 度 調(diào) 節(jié) 方 法 ： 一 是 改 變 流 經(jīng) 散 熱 器 的 空氣 流 量 和 流 速 ； 二 是 改 變 冷 卻 液 的 流 量 和循 環(huán) 路 線 。 1、 作

15、用：是在冷卻水溫度較低時(shí)，改變吹過散熱器的空氣流量，從而控制冷卻強(qiáng)度。 在嚴(yán)寒的冬季，水溫過低時(shí)，由于節(jié)溫器的作用使水只進(jìn)行小循環(huán)，散熱器中的水有凍結(jié)的危險(xiǎn)。此時(shí)關(guān)閉百葉窗可使冷卻水溫度回升。 2、 安裝位置 百葉窗安裝在散熱器前面，它是由許多片活動(dòng)擋板組成，擋板垂直或水平安裝，由駕駛員通過裝在駕駛室內(nèi)的手柄操縱調(diào)節(jié)擋板的開度。 1、 目的 風(fēng)扇是發(fā)動(dòng)機(jī)功率的消耗者，最大時(shí)約為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的10%。為了降低風(fēng)扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過冷，降低污染，節(jié)約燃料，多采用風(fēng)扇離合器。 2、 結(jié)構(gòu)：由前蓋、殼體、主動(dòng)板、從動(dòng)板、閥片、主動(dòng)軸、雙金屬感溫器、閥片軸、軸承、風(fēng)扇等組成。 3、 工

16、作原理當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)或小負(fù)荷下工作時(shí)，冷卻水及通過散熱器的氣流溫度不高，進(jìn)油孔被閥片關(guān)閉，工作腔內(nèi)無硅油，離合器處于分離狀態(tài)。主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，僅僅由于密封毛氈圈和軸承的摩擦，使風(fēng)扇隨同殼體在主動(dòng)軸上空轉(zhuǎn)打滑，轉(zhuǎn)速極低。 (1)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，冷卻水及通過散熱器的氣流溫度隨之升高，感溫器受熱變形而帶動(dòng)閥片軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)流經(jīng)感溫器的氣流溫度超過338K(65 )時(shí)， 進(jìn) 油 孔 被 完 全 打 開 ， 于 是 硅 油 從 貯 油 腔 進(jìn) 入工 作 腔 。 主 動(dòng) 板 即 利 用 硅 油 的 粘 性 帶 動(dòng) 殼 體和 風(fēng) 扇 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 風(fēng) 扇 離 合 器 處 于 接 合 狀 態(tài) ， 風(fēng)扇 轉(zhuǎn) 速 迅 速 提 高 。 為了不使工作腔中硅油溫度過高而粘度下降，使硅油在殼體內(nèi)不斷循環(huán)循環(huán)。由于主動(dòng)板轉(zhuǎn)速高于從動(dòng)板，因此受離心力作用從主動(dòng)板甩向工作腔外緣的油壓力高，油液從工作腔經(jīng)回油孔B流向貯油腔， (3) 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減小，流經(jīng)感溫器的氣流溫度低于308K(35 )時(shí)，感溫器恢復(fù)原狀閥片將進(jìn)油孔關(guān)閉，工作腔中的硅油繼續(xù)從回油孔流回貯油腔，直至甩空為止。風(fēng)扇離合器又回到分離狀態(tài)。