第7章-发动机冷却系统

4、补偿水桶
加注防冻液 的汽车发动机， 为了减少冷却 液的损失，保 证冷却系统的 正常工作，采 用散热器＋补 偿水桶(贮水箱) 结构。 补偿水桶内部印有两条液面高度标记线，补偿水桶内 的液面高度应位于这两种刻线之间。
4、补偿水桶
工作时冷却液的 温度逐渐升高, 容 积膨胀, 压力增高。 当压力超过预定值 时，压力阀开启， 一部分冷却液经溢 流管流人补偿水桶， 以防止冷却液胀裂 散热器。 当发动机停机, 冷却液的温度下降，压力降低。当压 力降到大气压力以下出现真空时，真空阀开启，补偿水 桶内的冷却液部分地流回散热器，可以避免散热器被大 气压力压坏。
二、不正常冷却对发动机工作的影响
1、过热
燃气在燃烧过程中，气缸内气体温度高 2000 ℃ 左右，发动机零部件与高温气体 接触，将会造成气缸和进气管温度过高， 使进入气缸的可燃混合气因受热而膨胀， 充气量↓，并造成如下影响：
二、不正常冷却对发动机工作的影响
1. 发动机过热的危害
① 降低充气效率，使发动机功率下降； ② 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； ③ 运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧， 甚至损坏； ④ 润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损； ⑤ 零件的机械性能降低，导致变形或损坏。
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。
冷却系统的大、小循环实质 通常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（一般装在气缸盖的出水口），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。 当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于90℃，节 温器阀门打开了通往散热器的通道，同时关闭了通往水泵的 旁通管，冷却水全部流经散热器，形成大循环；当冷却水温 低于80℃时，节温器阀门关闭了通往散热器的通道，同时 打开了通往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经 旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并 不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止 发动机过冷；当发动机的冷却水温在80～90℃范围内，通 往散热器的通道和通往水泵的旁通管均处于半开闭状态，此 时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。
第7章 发动机冷却系统
第一节 概述 第二节 水冷系统的主要零部件
第一节
概
述
一、冷却系统的功用
维持发动机在各种工况下均在 最适宜的温度内 工作，既要防止发动机过热，也要防止冬季发动 机过冷，以使发动机工作可靠，并得到良好的动 力性和经济性。 发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体 温度高达 2200K~2800K(1927 ℃ ~2527 ℃) ，大 约 1/3 做功转变为机械能，其余大部分随 废气排 出，剩余则被发动机零件吸收，使发动机零部件 温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件。
三、 节温器
功用：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，从而控制通过散热器冷却水的流量。 蜡式节温器：由上支架、下支架、主阀门、旁通阀、感应体、中 心杆、橡胶管和弹簧等组成。
节温器的结构
1-支架 2-主阀门 3-推杆 4-石蜡 5-胶 管 6-副阀门 7-节温器壳体 8-弹簧
节温器的结构
节温器实物图
节温器的工作原理
(1) 当水温低于 349K(76 ℃) ) 时，主阀门完全关 闭，旁通阀完全开启，由 气缸盖出来的水经旁通管 直接进入水泵，故称小循 环。由于水只是在水泵和 水套之间流动，不经过散 热器，且流量小，所以冷 却强度弱。
小循环
大循环
节温器的工作原理
(2) 当冷却水温度在 349K~359K(76 ℃ ~86 ℃ ) 之间时，大小循环同时进 行 。当发动机水温达 349K(76 ℃) 左右时，石 蜡逐渐变成液态，体积随 之增大，迫使橡胶管收缩， 从而对中心杆下部锥面产 生向上的推力。 由于杆的上端固定，故 中心杆对橡胶管及感应体 产生向下的反推力，克服 弹簧张力使主阀门逐渐打 开，旁通阀开度逐渐减小。
制作：霍志毅
Email：huozhiyi@sohu.com
冷却水在冷却系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。
冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条， 一条为大循环，另一条为小循环。
其作用是将冷却水 在水套中所吸收的
热量散发至外界大
气，使水温下降。
1、散热器芯
（1）管片式
管片式散热器芯由散热管和散热 片组成。散热管是焊在进、出水室 之间的直管，作为冷却液的通道。 散热管有扁管也有圆管。扁管与圆 管相比，在容积相同的情况下有较 大的散热表面。铝散热器芯多为圆 管。在散热管的外表面焊有散热片 以增加散热面积，增强散热能力， 同时还增大了散热器的刚度和强度。 管片式散热器的优点是散热面积大、 气流阻力小、结构刚度好及承压能 力强等
2、散热器的布置
3、散热器盖
汽车上广泛采用闭式水冷系， 该水冷系的散热气盖具有空 气——蒸汽阀门，可自动调节 冷却系内部压力，提高冷却效 果。
盖 真空阀弹簧 压力阀弹簧
真空阀
压力阀
发动 机热态正 常时 ， 两阀门关闭，将冷却系与 大气隔开。因水蒸气的产 生使冷却系内的压力稍高 于大气压力，提高了冷却 水的沸点，改善了冷却效 能。当散热器内部压力达 到 126 ～ 137Kpa 时，压力 阀开启而使水蒸汽从通气 孔排出；当水温下降，冷 却系内部的真空度低于 10 ～ 20Kpa 时，真空阀打 开，空气从通气孔进入冷 却系，以防散热器及芯管 被大气压瘪。
一、冷却系统的功用
水冷式发动机保持正常工作： 冷却水的温度： 353K~363K(80 ℃ ~90 ℃) 气缸壁温度： 473K~573K(200 ℃ ~300 ℃) 气缸盖、活塞顶部的温度： 573K~673K(300 ℃ ~400 ℃) ； 润滑油的温度： 343K~363K(70 ℃ ~90 ℃) 风冷式发动机 : 铝气缸壁的温度 :423K~453K(150 ℃ ~180 ℃) 铝气缸盖的温度: 433K~473K(160 ℃ ~200 ℃)
1、散热器芯
（2）管带式 管带式散热器芯由散热 管及波形散热带组成。散 热管为扁管并与波形散热 带相间地焊在一起。为增 强散热能力，在波形散热 带上加工有鳍片。与管片 式散热器芯相比，管带式 的散热能力强，制造简单， 质量轻，成本低，但结构 刚度差。
1、散热器芯
（2）板式 板式散热器芯的冷 却液通道由成对的金 属薄板焊合而成。这 种散热器芯散热效果 好，制造简单，但焊 缝多不坚固，容易沉 积水垢且不易维修。
体积分数，% 26 28 29.9 31.9 33.8 35.8 37.8 39.8 41.8 43.8 45.8 47.8
冰点，℃ -13.0 -15.0 -17.0 -18.0 -20.0 -22.0 -24.0 -26.0 -28.0 -31.0 -33.0 -36.0
体积分数，% 51.9 53.9 56.0 78.9 81.0 83.1 85.2 87.3 89.4 91.5 93.6 95.8
{
水冷 风冷
1、汽车发动机水冷系统
1-散热器 2-散热器盖 3-散热器进水软管 4-补偿水桶 5-电动风扇 6-散热器出水软 管 7-暖风机进水软管 8-水阀 9-节温器10-旁通阀 11-暖风机 12-暖风机出水软管 13-旁通管 14-热气排气口 15-冷却水泵 16-机油冷凝器 17-连接管
四、水冷系统的组成
水冷却系统是以水作为冷却介质，把发
动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。
目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强
制循环式水冷系统，即利用水泵提高冷却 液的压力，强制水在冷却系中进行循环流 动。
水冷系统由散热器、水泵、风扇、冷却 水套、节温器和补偿水桶等组成。
桑塔纳发动机冷却系示意图
硅油风扇离合器
电动风扇
很多轿车发动机的水冷系采用电动风扇，尤其横置发 动机前轮驱动的汽车更是如此。电动风扇由风扇电动机驱 动并由蓄电池供电，所以风扇转速与发动机转速无关。在 有些电控系统中，电动风扇由电脑控制。冷却液温度传感 器向电脑传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达 到规定值时，电脑使风扇继电器搭铁，继电器触点闭合并 向风扇电动机供电，风扇进入工作。 优点：结构简单，布置 方便，不消耗发动机功 率使燃油经济性得到改 善。此外，采用电动风 扇不需要检查、调整或 更换风扇传动带，因而 减少了维修的工作量。
4、四、散热器百叶窗
1. 作用 在冷却水 温度较低时 改变吹过散 热器的空气 流量，从而 控制冷却强 度。
2. 操作 百叶窗安装在散热器前面，它是由许多片活动挡板组 成的。挡板垂直或水平安装，由驾驶员通过装在驾驶室内 的手柄操纵调节挡板的开度，也可用感温器自动控制。
二、冷却风扇
1、功用：风扇通常安排在散热器后面并与水泵 同轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，增 强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有 一定的冷却作用。
特点：车用发动机的风扇 有轴流式和离心式。轴流式 风扇所产生的风，其流向与 风扇轴平行；离心式风扇所 产生的风，其流向为径向。 轴流式风扇效率高，风量大， 结构简单，布置方便。因而 在车用发动机上得到了广泛 的应用。
车用发动机采用轴流式风扇的三种型式
结构特点：叶片多用薄钢板压制而成，为4～6片，叶片
冰点，℃ -41.0 -44.0 -48.0 -47.0 -43.0 -40.0 -36.0 -33.0 -29.0 -26.0 -23.0 -19.0
第二节 水冷系统的主要零部件
一、散热器
功用：增大散热面积，加速冷却液的冷却。
散热器又称为水 箱，由上水室、散
热器芯和下水室等
组成。安装在发动
机前的车架横梁上。
小循环
大循环
节温器的工作原理
(3) 当发动机内 水温升高到359K (86 ℃) ，主阀门完 全开启，旁通阀完 全关闭，冷却水全 部流经散热器，称 为大循环。由于此 时冷却水流动路线 长，流量大，冷却 强度强。
间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成30°～45 °的安 装斜角。整体风扇在轿车和轻型载货汽车上应用较多。近年 来轿车上还采用了电动风扇。
2、风扇离合器
功用：
水冷系只有 25% 的时间 需要 风扇工作，在冬季 需要风扇工作的时 间就更短。因此， 应根据发动机的热 状况随时对其冷却 强度加以调节。在 风扇带轮与冷却风 扇之间装置硅油风 扇离合器，就可实 现这种调节。
冷却液：水+防冻剂（乙二醇） (CH2OH)2沸点197.3℃熔点-12.9℃
乙二醇水溶液数据表
体积分数，% 1.8 3.6 5.4 7.2 9.1 10.9 12.8 14.6 16.5 18.4 20.3 22.2
冰点，℃ -0.6 -1.3 -2.0 -2.7 -3.5 -4.4 -5.3 -6.3 -7.3 -8.0 -9.0 -11.0
2、汽车发动机风冷系统
1-火花塞 2-气缸盖散热片 3-缸体散热片 4-活塞 5-气缸导流罩 6-风扇及皮带轮
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水冷系与风冷系的优缺点及适用范围
系 统 水冷系
优点 冷却均匀，冷却效 果好，易控制
缺点
结构复杂，成 本高
风冷系
结构简单，成本低， 冷却效果差， 不存在“冻水箱”， 不易控制，噪 音大 “开锅”问题
2、过冷
①热量散失过多，转变为有用功的热量↓，功率↓； ②温度低，机油粘度大，摩擦阻力↑，消耗功率大， 起动困难； ③燃油不易气化，燃烧不充分，燃油消耗率↑，功 率↓； ④燃气易凝结（在气缸壁上），流入曲轴箱，不仅
燃油消耗率↑，功率↓，而且机油粘度↓，润滑效
果变差，机件磨损加剧。
三、冷却系统的分类
五、冷却液
汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的 软水，如雨水，自来水等；而井水、河水等 硬水中矿物质含量高，在高温下易生成水垢， 不应作为发动机冷却水。 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。