《汽车构造》全书教案——第七讲：发动机冷却系

汽车构造教案本田轿车发动机的冷却系统布置，如图7- 3 所示。

2.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，无需翻开散热器盖。

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，防止空气不断地进入，该系统内造成氧化、穴蚀、使冷却系中水、气别离，保持系统内压力稳定，提高水泵的泵水量。

2.散热器散热器用导热性好的材料制成，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。

上贮水室、下贮水室由散热器芯连接一起，并装在框架内(框架固定在车架上)。

框架上还设有护风圈，其目的是起到风向导流作用的。

下水箱的出水管1接水泵的进水口，上水箱的进水管2接缸盖的出水口。

上水箱上设有加水口6，并用加水口盖封闭。

在下贮水室中一般还装有放水阀。

散热器芯的构造型式有管片式、管带式等,但其最终目的就是尽可能提高散热能力。

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外表时，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。

如图7-6所示。

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外表上附面层，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，本钱低等优点，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开展。

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，自动阀门那么开启以使冷却系与大气相通。

具有空气-蒸汽阀的散热器盖，其构造如图7-7 所示。

装有蒸汽阀2和空气阀3的散热器盖4，紧盖在加水口上。

由于在一般情况下，两阀均在弹簧力作用下处于关闭状态。

当散热器中压力升高到一定数值(一般为0．026～0．037MPa)时，蒸汽阀2便开启而使水蒸汽顺管1排出，如图7-7b所示。

当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达一定数值(一般为0.01～0.02MPa)，空气阀3开启，空气即从管1进入冷却系，如图7-7a所示，以防止水管及贮水室被大气压瘪。

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。

在发动机热状态下开启散热器盖时，应缓慢旋开，使冷却系内压力逐渐降低，以免被喷出的热水烫伤。

桑塔纳2000型轿车发动机的散热器盖安装在膨胀水箱上，它带有自动阀门，如图7—9所示，平时严密盖紧，冷却系与大气隔断。

当系统温度上升时，冷却系内冷却液的压力高于大气压，这样可提高冷却液的沸点，加大冷却液温度与外界大气温度的差值，提高散热能力。

蒸汽阀2的开启压力为0.12MPa，此时冷却液沸点可达135℃，其散热能力很强。

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、降低本钱，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外表铸有凸起其优点是增加空气的径向流量，防止在叶片外表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适宜的松紧度，一般用水泵的动力是曲轴皮带轮经带V带传至风扇带轮，再通过凸缘带动水泵轴和水泵叶轮转动。

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。

桑塔纳2000轿车发动机(AJR型)，水泵壳与气缸体铸成一体，加大了气缸盖排气侧水道的流通截面。

冷却系统与桑塔纳LX型轿车的JV型发动机大体相同，图7-16 所示，为其水泵结构剖面图。

其中水泵叶轮用工程塑料压注成形，它装在双连轴承的一端，另一端泵轴轴头安装带轮，发动机通过V带驱动水泵叶轮旋转。

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，也并不阻碍冷却水在冷却系内的自然循环。

7.3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正确的温度状况下工作。

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，以到达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安装在风扇与水泵之间，如图7-18 所示北京切诺基汽车发动机所采用的硅油风扇离合器，主动轴11与水泵轴之间通过螺栓连成一体，主动板7连接在主动轴11的前端，从动板8与前盖、壳体连成一体，风扇15固定在壳体上。

从动板8与前盖之间形成贮油室，其内部充满了粘度很大的硅油。

主动板7与壳体之间形成工作室。

从动板上有进油孔A，在常温下，进油孔A被阀片6盖住，硅油不能从贮油室进人工作室，这时离合器处于别离状态。

主动板7、主动轴11与水泵轴一起转动，使风扇随壳体在主动轴上空转打滑，这时，风扇的转动，主要来自轴承微小的摩擦力，因此转速很低，流过散热器的空气量相对较小，冷却系的冷却强度相对较低。

当流经散热器的空气温度升高时，即冷却液温度升高时，双金属螺旋弹簧4受热变形，迫使阀片轴6相对于从动板8转动，从而带动阀片6转动，翻开进油孔A，于是硅油进人工作室，由于主动板7与从动板8之间工作面处的缝隙中进入了粘度很大的硅油，主动板7利用硅油的粘性即可带动从动板和风扇转动，这时风扇离合器处于接合状态，风扇转速升高。

硅油可以在其离心力的作用下，经回油孔B从工作室中返回到贮油室中，因为主动板转速高、离心力大，从动板转速低、离心力小，两离心力之差可以驱动硅油从工作室流向贮油室。

从而使硅油在工作室与贮油室之间循环流动，这样就可以防止工作室中硅油温度过高。

流过散热器的空气温度越高，双金属感温弹簧4的变形越大，进油孔2的开度越大，进人工作室9中的硅油量就越多，风扇的转速也就越高；假设流过散热器的空气温度下降，双金属螺旋弹簧5恢复原状，阀片3关闭进油孔2，在其离心力的作用下，硅油经回油孔B从工作室返回到贮油室，离合器又回到别离状态，风扇转速又变得很低。

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结构如图7-20所示，风扇离合器用螺母8固定在水泵轴9上，电磁风扇离合器由主动和从动两局部组成。

主动局部的组成：具有三角皮带槽的电磁壳体3、线圈2、滑环和摩擦片4。

从动局部由：用球轴承装在电磁壳体上的风扇毂7，以及可随导销6作轴向移动的衔铁环12等组成。

线圈2用环氧树脂固定在电磁壳体内。

引线壳体15装在防护罩上，其中心孔内的电刷16靠弹簧14压于滑环上，接线柱13通过导线与水温感应开关相连接。

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，离合器处于别离状态；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.乙醚折叠式节温器乙醚式节温器的结构，如图7-21右图所示。

节温器外壳上的旁通孔8正对着气缸盖出水管的旁通管，旁通管与水泵进水口连接。

节温器由具有弹性的折叠式的密闭圆筒1用黄铜制成，内装有易于挥发的乙醚。

筒内液体的蒸气压力随着周围温度而变化，故圆筒高度也随温度而变化。

圆的下端焊接在支架7 L—，支架7那么固定在节温器的外壳上，因此，圆筒下端位置是固定不变的。

圆筒的上端焊有侧阀门2和杆3，杆3上又焊有上阀门5。

因此，当折叠式圆筒高度改变时，侧阀门及上阀门将随圆筒上端一起上下移动。

折叠式节温器的工作过程：(1)当冷却水温度高于80ºC时，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。

此时节温器的上阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔8完全关闭，如图7-21所示。