汽車構(gòu)造冊第6章 發(fā)動機冷卻系

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1、 第6章 發(fā)動機冷卻系v【知識目標知識目標】v1掌握冷卻系的功用和分類；v2掌握冷卻系的主要機件（散熱器、補償水箱、水泵）的結(jié)構(gòu)和工作原理。v3重點冷卻強度調(diào)節(jié)裝置（蠟式節(jié)溫器、百葉窗），硅油風扇離合器的結(jié)構(gòu)和特點；v4熟悉冷卻液的作用、組成和選擇方法。v【能力目標能力目標】v1掌握冷卻系總成及零部件的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造原理、拆裝步驟要領(lǐng)；v2了解冷卻系的維護及保養(yǎng)知識；v3能夠熟練使用常用工具、量具及相關(guān)設(shè)備，掌握汽車冷卻系拆卸、裝配等基本能力；v4培養(yǎng)學生團結(jié)合作，觀察、分析及綜合歸納能力。v 6.1 冷卻系統(tǒng)概述冷卻系統(tǒng)的功用：冷卻系統(tǒng)的功用： 使發(fā)動機在所有工況下都保持在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，防止

2、發(fā)動機過熱或過冷，并且在發(fā)動機冷起動后使發(fā)動機迅速升溫，盡可能縮短暖機時間。冷卻系統(tǒng)的分類：冷卻系統(tǒng)的分類： 發(fā)動機常見的冷卻方式可分為風冷和水冷 1 1、水冷系、水冷系 水冷卻系一般指強制循環(huán)水冷系，通常以冷卻液為冷卻介質(zhì)。汽車發(fā)動機就采用強制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。水冷卻系的最大優(yōu)點是冷卻強度高、發(fā)動機內(nèi)部和外部冷卻較均勻、冷卻水路設(shè)計自由度大等，最大缺點是容易漏水，需要經(jīng)常維修等。組成：組成： 水冷系由水泵、散熱器、冷卻風扇、節(jié)溫器、補償水桶、發(fā)動機機體和氣缸蓋中的水套以及其它附屬裝置組成。冷卻水在強制循環(huán)水冷系中的流動：冷卻水在強制循環(huán)水冷系中的流動： 散熱器底部經(jīng)過冷卻的冷卻水經(jīng)水泵加壓，經(jīng)

3、過分水管進入發(fā)動機機體的冷卻水套，吸熱后向上流入氣缸蓋水套，再次吸熱后經(jīng)節(jié)溫器主閥門通過出水軟管進入散熱器，對著散熱器的冷卻風扇加速流經(jīng)散熱器芯的空氣，促使熱水加速冷卻，然后經(jīng)進水軟管被水泵有一定真空度的進水口吸入。 2、風冷系、風冷系v 風冷系發(fā)動機是以空氣作為冷卻介質(zhì)的發(fā)動機。3、冷卻液、冷卻液 冷卻液是汽車發(fā)動機不可缺少的一部分。它在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動，將發(fā)動機工作中產(chǎn)生的多余熱能帶走，使發(fā)動機能以正常工作溫度運轉(zhuǎn)。汽車常用的冷卻液有水及加有防凍液的冷卻液。 1）水冷卻液： 水冷卻液是指直接用水作冷卻液，具有簡單方便的優(yōu)點，要求添加雨水、雪水、或離子交換水，不宜添加河水、井水等含礦

4、物質(zhì)的水，以免產(chǎn)生水垢，導致散熱不良。并注意在冬季，應放水過夜，以防水結(jié)冰脹裂機體等部件。2）防凍液 采用防凍液可以提高汽車冷卻液的防凍和防沸能力，不同的冷卻液有不同的凝固點和沸點，可根據(jù)發(fā)動機使用條件進行選用。一般采用乙二醇或酒精為防凍材料。冷卻液一般具有一定毒性，使用時應當注意。正常冷卻要求及冷卻不足的后果：正常冷卻要求及冷卻不足的后果： 正常冷卻要求： 冷卻不足的后果： 6.2 水冷系的基本組成 構(gòu)成：構(gòu)成：主要有散熱器、冷卻風扇、冷卻水泵、節(jié)溫器組成 1、散熱器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：散熱器由上水室、下水室、散熱器芯等組成。散熱器上水室頂部有加水口，冷卻水由此注入整個冷卻系并用散熱器蓋蓋住。在上

5、水室和下水室分別裝有進水管和出水管，進水管和出水管分別用橡膠軟管和氣缸蓋的出水管和水泵的進水管相連，這樣，既便于安裝，而且當發(fā)動機和散熱器之間產(chǎn)生少量位移時不會漏水。在散熱器下面一般裝有減震墊，防止散熱器受振動損壞。在散熱器下水室的出水管上還有放水開關(guān)，必要時可將散熱器內(nèi)的冷卻水放掉。 分類：分類：縱流式和橫流式 功用：功用：將水套出來的熱水自上而下或橫向的分成許多小股并將其熱量散給周圍的空氣。增大散熱面積，加速水的冷卻。冷卻水經(jīng)過散熱器后，其溫度可 橫流式散熱器橫流式散熱器 1-1-上水室；上水室；2-2-進水管；進水管；3-3-散熱器芯；散熱器芯；4-4-散熱器蓋；散熱器蓋；5-5-下水室

6、；下水室；6-6-出水管出水管 縱流式散熱器縱流式散熱器 降低1015，為了將散熱器傳出的熱量盡快帶走，在散熱器后面裝有風扇與散熱器配合工作。散熱器芯：散熱器芯： 散熱器芯由許多冷卻管和散熱片組成，對于散熱器芯應該有盡可能大的散熱面積，采用散熱片是為了增加散熱器芯的散熱面積。散熱器芯的構(gòu)造形式有多樣，常用的有管片式、管帶式和板式 1）管片式散熱器 冷卻管的斷面大多為扁圓形，它連通上、下水室，是冷卻水的通道。和圓形斷面的冷卻管相比，不但散熱面積大，而且萬一管內(nèi)的冷卻水結(jié)冰膨脹，扁管可以借其橫斷面變形而避免破裂。采用散熱片不但可以增加散熱面積，還可增大散熱器的剛度和強度。這種散熱器芯強度和剛度都好

7、，耐高壓，但制造工藝較復雜，成本高。2）管帶式散熱器 采用冷卻管和散熱帶沿縱向間隔排列的方式，散熱帶上的小孔是為了破壞空氣流在散熱帶上形成的附面層，使散熱能力提高。這種散熱器芯散熱能力強，制造工藝簡單，成本低，但結(jié)構(gòu)剛度不如管片式大，一般多為轎車發(fā)動機采用。 3）板式散熱器 板式散熱器的冷卻液通道由成對的金屬薄板焊接而成。這種散熱器芯散熱效果好，制造簡單，但焊縫多不堅固容易沉積水垢不易維修。 散熱器蓋：散熱器蓋： 散熱器蓋主要功用是將水冷系密封住，以防冷卻水濺出；其次，散熱器蓋具有空氣-蒸汽閥的功用，當水冷系過熱而使水蒸氣多時，冷卻系統(tǒng)壓力過高，可能導致散熱器芯漲破，此時散熱器蓋中的蒸汽閥打開

8、，多余的水蒸氣經(jīng)溢流管流入補償水桶；當水冷系過冷而使水蒸氣凝結(jié)，冷卻系統(tǒng)壓力過低，可能導致散熱器芯壓癟而破裂，此時散熱器蓋中的空氣閥打開，冷空氣補充入冷卻系統(tǒng)。因此，散熱器蓋可以確保密封加壓的水冷系壓力穩(wěn)定。 補償水桶：補償水桶： 功用：功用：補償冷卻液 損失消除水冷系中的所有氣泡。散熱器百葉窗散熱器百葉窗 作用：作用：通過改變吹過散熱器的空氣流量來調(diào)節(jié)發(fā)動機的冷卻強度，以保證發(fā)動機經(jīng)常在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)工作 2、冷卻風扇作用：作用：提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以增強散熱器的散熱能力并冷卻發(fā)動機附件。 安裝位置：安裝位置：風扇多為軸流式，裝在發(fā)動機與散熱器之間，與水泵同軸驅(qū)動。風扇用螺釘安

9、裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤上。 風扇扇風量的相關(guān)因素：風扇扇風量的相關(guān)因素：風扇的扇風量主要與風扇的直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)目有關(guān)。 結(jié)構(gòu)型式：結(jié)構(gòu)型式：（1）目前汽車水冷發(fā)動機上常用螺旋槳式風扇（2）風扇葉片材料有鋼板、塑料和鋁合金。為了減輕振動噪聲，葉片間夾角不等。（3）葉片數(shù)：46片。（4）葉片與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間有一偏扭角，偏扭角可為定值（30-50），也可制成變偏扭角。因風扇旋轉(zhuǎn)時葉和葉尖的氣流速度外大內(nèi)小，為了提高風扇的效率，葉片從葉根到葉尖偏扭角逐漸減小。a)a)葉尖前彎的風扇；葉尖前彎的風扇；b)b)尖窄根寬的風扇；尖窄根寬的風扇；c)c)尼龍壓鑄整體風扇尼龍

10、壓鑄整體風扇 1-葉片；葉片；2-連接板連接板 硅油液力離合器：硅油液力離合器： 功用：功用：利用流經(jīng)散熱器的空氣溫度來控制風扇轉(zhuǎn)速的變化 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 工作原理：工作原理：v 當發(fā)動機冷起動或小負荷下工作時，冷卻水及通過散熱器的氣流溫度不高，進油孔被閥片關(guān)閉，工作腔內(nèi)無硅油，離合器處于分離狀態(tài)。v 當發(fā)動機負荷增加時，冷卻水和通過散熱器的氣流溫度隨之升高，感溫器受熱變形而帶動閥片軸及閥片轉(zhuǎn)動。當流經(jīng)感溫器氣流溫度超過65時，進油孔A被完全打開，于是硅油從貯油腔進入工作腔。硅油十分粘稠，主動板即可利用硅油的粘性帶動殼體和風扇轉(zhuǎn)動。此時風扇離合器處于接合狀態(tài)，風扇轉(zhuǎn)速迅速提高。v 當發(fā)動機負荷減

11、小，流經(jīng)感溫器的氣流溫度低于35時，感溫器恢復原狀，并帶動閥片將進油孔關(guān)閉，工作腔中油液繼續(xù)從回油孔流回貯油腔，直到甩空為止。硅油液力離合器又回到分離狀態(tài)。 風扇驅(qū)動：風扇驅(qū)動： （1）皮帶驅(qū)動 風扇常和發(fā)電機一起由曲軸通過三角皮帶帶動。皮帶皮帶發(fā)電機發(fā)電機風扇風扇曲軸曲軸（2）電動風扇 電動風扇是指用電動機驅(qū)動的風扇，他不用發(fā)動機作為直接動力源，而是使用蓄電池的電能，所以其轉(zhuǎn)速與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。 原理：原理：電動機的開關(guān)由散熱器的水溫開關(guān)控制，并且有高低速兩個檔位，低速檔在沸點內(nèi)使用，高速檔在沸點外使用，需要冷卻時自動起作用。這樣，在一般行駛條件下，電動風扇幾乎不轉(zhuǎn)，功率消耗減少，油耗率降

12、低。而在低速大負荷時又能得到充分的冷卻。 3、水泵功用：功用：對冷卻水加壓，使之在冷卻系中循環(huán)流動。 由于離心式水泵具有尺寸小，出水量大，結(jié)構(gòu)簡單，損壞后不妨礙水在冷卻系中自然循環(huán)的特點，故為強制循環(huán)式冷卻系普遍采用。常見的水泵在機體外安裝與風扇同軸驅(qū)動，也有裝在機體內(nèi)(內(nèi)藏式)單獨驅(qū)動的。離心式水泵結(jié)構(gòu)組成：離心式水泵結(jié)構(gòu)組成： 水泵由殼體、葉輪、泵蓋板、水泵軸、支承軸承、水封等組成離心式水泵結(jié)構(gòu)離心式水泵結(jié)構(gòu) 1-1-水泵外殼；水泵外殼；2-2-葉輪；葉輪；3-3-夾布膠木密封墊圈；夾布膠木密封墊圈；4-4-密密封墊圈；封墊圈；5-5-螺釘；螺釘；6-6-水封水封皮碗；皮碗；7-7-彈簧；

13、彈簧；8-8-墊圈；墊圈；9-9-泵蓋板；泵蓋板；10-10-水水封座圈；封座圈；11-11-球軸承；球軸承；12-12-水泵軸；水泵軸；13-13-半圓鍵；半圓鍵；14-14-凸緣盤；凸緣盤；15-15-軸承卡環(huán)；軸承卡環(huán)；16-16-隔離套隔離套筒；筒；17-17-滑脂嘴；滑脂嘴；18-18-水封水封環(huán)；環(huán)；19-19-管接頭管接頭 2.離心式水泵的工作原理 （1）壓水：當葉輪旋轉(zhuǎn)時，水泵中的水被葉輪帶動一起旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，水被甩向葉輪邊緣，在蝸形殼體內(nèi)將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?，?jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管被壓送到發(fā)動機水套內(nèi)。 （2）吸水：與壓水同時，葉輪中心處壓力降低，散熱器中的水

14、便經(jīng)進水管被吸進葉輪中心部分。 4、節(jié)溫器v功用：功用：隨發(fā)動機負荷和水溫的大小而自動改變冷卻液的流量和循環(huán)路線，保證發(fā)動機在適宜的溫度下工作，減少燃料消耗和機件的磨損。v蠟式節(jié)溫器的結(jié)構(gòu)：蠟式節(jié)溫器的結(jié)構(gòu)： 蠟式節(jié)溫器由上支架、下支架、主閥門、旁通閥、感應體、中心桿、橡膠管和彈簧等組成蠟式節(jié)溫器。節(jié)溫器的上支架和下支架與閥座鉚成一體。中心桿上端固定在上支架的中心，其下部插入橡膠管的中心孔內(nèi)，中心桿下端呈錐形。橡膠管與感應體外殼之間的空腔里裝有石蠟。為了提高導熱性，石蠟中常摻有銅粉和鋁粉。感應體外殼上下部有聯(lián)動的主閥門和旁通閥門。主閥門上有通氣孔，它的作用是在加水時使水套內(nèi)的空氣經(jīng)小孔排出，

15、保證能加滿水。為了防止通氣孔阻塞，有的加裝一個擺錘。1-主閥門；主閥門；2-蓋和密封墊蓋和密封墊3-上支架；上支架；4-膠膠管；管；5-閥座；閥座；6-通氣孔；通氣孔；7-下下支架；支架；8-石蠟石蠟，9-感應體；感應體；10-旁通閥；旁通閥；11-中心桿；中心桿；12-彈簧彈簧 工作原理：工作原理：（1）當水溫低于349K(76)時，主閥門完全關(guān)閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來的水經(jīng)旁通管直接進入水泵，故稱小循環(huán)。由于水只是在水泵和水套之間流動，不經(jīng)過散熱器，且流量小，所以冷卻強度弱。（2）當冷卻水溫度在349K359K(7686)之間時，大小循環(huán)同時進行(如圖所示)。當發(fā)動機水溫達349K

16、(76)左右時，石蠟逐漸變成液態(tài)，體積隨之增大，迫使橡膠管收縮，從而對中心桿下部錐面產(chǎn)生向上的推力。由于桿的上端固定，故中心桿對橡膠管及感應體產(chǎn)生向下的反推力，克服彈簧張力使主閥門逐漸打開，旁通閥開度逐漸減小。 （3）當發(fā)動機內(nèi)水溫升高到359K(86)，主閥門完全開啟，旁通閥完全關(guān)閉，冷卻水全部流經(jīng)散熱器，稱為大循環(huán)。由于此時冷卻水流動路線長，流量大，冷卻強度強。 5、冷卻液溫度傳感器 功用：功用：感測發(fā)動機冷卻液溫度的變化。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 工作原理：工作原理：熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器采用熱敏電阻制成，工作溫度范圍為20130。一般安裝在發(fā)動機缸體、缸蓋的水套或節(jié)溫器殼內(nèi)并伸入水套中，與冷卻

17、液直接接觸，用來檢測發(fā)動機的冷卻液溫度。并向發(fā)動機ECU傳送信息v 9.3 冷卻系統(tǒng)工作原理 1、冷卻水路工作原理：工作原理： 1）小循環(huán) 2）大循環(huán)v 冷卻系的功用就是保持發(fā)動機在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。發(fā)動機正常的工作溫度是冷卻液溫度應在95105之間。v 根據(jù)所用冷卻介質(zhì)不同，汽車發(fā)動機的冷卻系可分為風冷式、水冷式。v 水冷式冷卻系采用強制循環(huán)，即利用水泵提高冷卻液的壓力，冷卻液在發(fā)動機中強制循環(huán)流動。強制循環(huán)水冷卻系由冷卻風扇、散熱器、水泵、發(fā)動機機體和氣缸蓋中的水套、溫度調(diào)節(jié)裝置（節(jié)溫器、百葉窗、風扇離合器）、水管、水溫表和傳感器等組成。v 冷卻液是水與乙二醇的混合物，還有防銹劑和泡

18、沫抑制劑。其作用是降低水的冰點；提高水的沸點。v 散熱器的作用是將水套出來的熱水自上而下或橫向地分成許多小股并將其熱量散給周圍的空氣。為了集中風向，提高冷卻效果，散熱器后面還裝有導風圈。v 散熱器由進水室、出水室及散熱器芯等三部分構(gòu)成。冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動。v 水泵的功用是對冷卻液加壓，使之在冷卻系中循環(huán)流動。通常采用離心式水泵，常見在機體外安裝，與風扇同軸驅(qū)動，也有裝在機體內(nèi)（內(nèi)藏式）單獨驅(qū)動的。v 風扇的作用是提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以增強散熱器的散熱能力并冷卻發(fā)動機附件。冷卻風扇置于散熱器后面，多采用軸流式風扇。風扇的扇風量主要與風扇的直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)目

19、有關(guān)。v 當發(fā)動機在車架上縱向布置時，風扇一般安裝在水泵軸上，并由驅(qū)動水泵和發(fā)電機的同一根V帶傳動。v 大多數(shù)轎車和發(fā)動機橫置或后置的汽車均采用電動風扇。電動風扇由風扇電動機驅(qū)動，風扇轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關(guān)。由散熱器的水溫開關(guān)控制，并且有高低速兩個擋位。v 冷卻強度的調(diào)整方法有兩種：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。冷卻系中改變流經(jīng)散熱器的空氣流量和流速的裝置有百葉窗和風扇離合器，改變冷卻液的流量和循環(huán)路線的裝置則有節(jié)溫器。v 當發(fā)動機工作溫度較低時，節(jié)溫器大循環(huán)閥關(guān)閉、小循環(huán)閥打開，冷卻液經(jīng)節(jié)溫器返回發(fā)動機機體水套，進行小循環(huán)；當發(fā)動機工作溫度高于一定值時，節(jié)

20、溫器大循環(huán)閥開啟、小循環(huán)閥關(guān)閉，冷卻液經(jīng)節(jié)溫器及散熱器進水軟管流入散熱器降溫，冷卻后經(jīng)散熱器出水軟管返回水泵，進行大循環(huán)；當發(fā)動機冷卻液溫度處于大小循環(huán)的溫度范圍內(nèi)，大循環(huán)閥和小循環(huán)閥都部分開啟，冷卻液大小循環(huán)都同時存在，以調(diào)節(jié)發(fā)動機溫度基本穩(wěn)定在最適宜的工作范圍。v v 節(jié)溫器的布置方式有兩種：出口溫度控制方式（傳統(tǒng)式）和進口溫度控制方式（轎車發(fā)動機）。v 硅油風扇離合器利用流經(jīng)散熱器的空氣溫度來控制風扇轉(zhuǎn)動，當空氣溫度較低時，雙金屬感溫器在彈簧的作用下將進油口堵塞，使工作腔的硅油體積減小，從而引起主動板和殼體滑動，風扇停止轉(zhuǎn)動；當空氣溫度較高時，雙金屬感溫器將進油口打開，使工作腔的硅油體積增大，從而使主動板和殼體滑動減小，使風扇高速運轉(zhuǎn)，維持冷卻的效果。