汽车构造之发动机冷却系统
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汽车构造
赵雨东 清华大学汽车工程系
主要内容和学时安排
汽车发动机基本知识 （4 学时） 发动机机体（2学时）
曲柄连杆机构（ 3学时）
气门机构（ 3学时）
进排气、增压系统及排放 控制装置（ 3学时） 汽油机燃油供给系统（4 学时）
柴油机燃油供给系统（4 学时） 汽油机点火系统（2学时）
发动机冷却系统（1.5学 时） 发动机润滑系统（1.5学 时）
节温器阀
石蜡缸 旁通阀
轻动阀 石蜡
主要组件—节温器（2）
主要组件—节温器（3）
节温器位于缸盖出水管.swf
节温器位于水泵进水管.swf
主要组件—节温器（4）
电控节温器－ 发展趋势
采用加热电 阻，对节温器 石蜡加热，控 制水流通路
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
发动机起动系统与电源 （1学时） 发动机管理系统（2学时）
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
冷却系统功用和类型（1）
使发动机在所有 工况下都保持在 适当的温度范围 内。防止发动机 过热、过冷；起 动后迅速升温， 尽快达到正常工 作温度。
END
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
主要组件—水泵
对冷却水加压， 加速冷却水的循 环流动，保证冷 却可靠 车用发动机多采 用离心式水泵。 离心式水泵具有 结构简单、尺寸 小、排量大、维 修方便等优点 曲轴通过齿轮、 皮带等驱动
主要组件—散热器（1）
出水口
进水口 放水开关
主要组件—散热器（3）
管片式散热器芯
主要组件—散热器（4）
管带式散热器芯
主要组件—散热器（5）
金属薄板焊接散热器芯
主要组件—散热器（6）
散热器盖
密封水冷系统，调节系统压力。
闭式水冷系统压力高，冷却液 沸点高；可减少冷却液外溢及 蒸发损失。 有压力阀、真空阀
冷却液温度升高后，膨胀使系 统压力增大。压力超过预定值 时，压力阀开启，一部分冷却 液流入膨胀水箱。 停机后冷却液温度降低，冷却 系压力降低。低于大气压力 时，真空阀开启，冷却液由膨 胀水箱流回散热器。
发动机热管理系统（1）
综合管理冷却系统和空调系统 减少驱动发动机附件（水泵、风扇等）的功率消耗，使 发动机及变速箱工作温度保持不变，以降低油耗和排 放，提高空调舒适性。
散
电
热
动
器
风
空
扇
调
冷
凝
器
电 动 百 叶 窗
节温器
电 动 水 泵 电控 节温器
低温 调节器
电动水泵 加热器
机油 冷却器
变速器油 调节器
水套
典型的水冷系统
Fra Baidu bibliotek
膨胀箱
节温器
水泵
暖风机
散热器 导向板 机油冷却器
机油滤 清器
机油泵 机油主油道 滤网
电动风扇 散热器 护罩
过热蒸气
风扇双速 热敏开关
进水软管 排气管
出水软管
膨胀箱盖 膨胀箱
膨胀箱管
缸盖水套 缸体水套
水泵
齿型带轮
Santana 2000
水套排气管
接暖风装置 节气门热水管
膨胀箱
压力阀打开 真空阀打开
主要组件—膨胀水箱
储存因膨胀而从散热器 溢出的冷却液；
温度降低使冷却系统内 冷却液体积减小，向散 热器补偿冷却液。
消除冷却系统内气泡。
膨胀水箱.swf
主要组件—冷却风扇（1）
置于散热器后面，吸 进空气使之流经散热 器，提高其散热能力。 有导风罩 冷却强度应随发动机 热工况而调节
皮带轮通过电磁离合器、 硅油离合器驱动 电机驱动（双速、电控）
电机驱动
主要组件—冷却风扇（2）
脱开
接合
电磁离合器
主要组件—冷却风扇（3）
硅油粘性离合器
脱开
接合
主要组件—节温器（1）
功用 控制冷却液流动路径。
冷起动时，冷却液温度低，关 闭流向散热器的通道；温度高 时再打开。 蜡式节温器工作原理
温度高时，石蜡熔化变为液 体，体积增大
冷却系统功用和类型（2）
过热危害
充气效率下降，燃烧不正常，功率下降； 膨胀变形，磨损加剧； 机油变质、变稀，磨损加剧
过冷危害
散热损失大，发动机功率下降； 燃油凝结，燃油不易汽化，混合气燃烧不完全； 机油粘度过大，功率消耗加大，磨损加剧。
冷却系统功用和类型（3）
分类
空冷系统：以空气作 为冷却介质 水冷系统：以冷却液 作为冷却介质，强制 循环 绝大部分汽车发动机 采用水冷系统
风冷系统（2）
预燃式燃烧室
直喷式燃烧室
风冷系统（3）
风扇动叶轮
风扇静 叶轮
机油散热器
导风罩
F5L413F， Deutz
风冷系统（4）
风冷系统
风冷Harley-Davidsion
复习思考题
1 冷却系统的作用、组成，冷却液的正常温度范围。 2 冷却液在发动机冷却系统中的循环路径。 3 发动机冷却强度的调整方式。 4 节温器的工作原理。 5 膨胀水箱的作用。
散热器盖
由进水室、出水室、 散热器芯组成。 冷却液在散热器内 散热器芯 流动
纵流 横流 轿车大多采用横流 式
进水口
出水口
放水开关
变速器油冷却器进出口
主要组件—散热器（2）
散热器芯结构
散热管、散热 片（管片式）
散热管、波形 散热带（管带 式）
金属薄板焊接 而成
铝制或铜制
散热器盖
变速
器油 冷却 器进 出口
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
水冷系统组成和工作原理（1）
要求
强制循环 冷却强度调整
组成
水泵、节温器、散热器、冷却风扇、膨胀水箱、水套 （缸体、缸盖）
水流循环路径
散热器 节温器
水泵 风扇
缸盖水套 缸体水套
节温器
水泵
旁通软管 风扇
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
冷却液
水（最好软水）与防冻剂（常用乙二醇，Ethylene glycol）的混合物。 防止冷却液结冰（不能循环、发动机过热，冷却液膨 胀，使缸体、缸盖、散热器涨裂）；防冻剂比例不同， 冷却液冰点不同。 提高冷却液沸点，防止过早沸腾。 防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。
暖风机
加水口 节温器
旁通管
进水室 散热器芯 出水室
水泵
水套
典型的水冷系统
节温器 水泵
水冷系统组成和工作原理（2）
冷却强度调节
风扇（离合器、 转速、叶片角度） 节温器（大循环、 小循环） 散热器百叶窗
水孔 水泵
缸盖水套
节温器
缸体水套
水管
Fiat-GM
Audi V8 4.0L TDI
发动机冷却系统
发动机热管理系统（2）
根据气缸垫温 度调整冷却强 度
发动机热管理系统（3）
气缸垫及传感器
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
风冷系统（1）
结构简单 在缸体、缸盖表面布置散热 片 轴流式冷却风扇 冷却强度调节
液力耦合器
BF6L913， Deutz
赵雨东 清华大学汽车工程系
主要内容和学时安排
汽车发动机基本知识 （4 学时） 发动机机体（2学时）
曲柄连杆机构（ 3学时）
气门机构（ 3学时）
进排气、增压系统及排放 控制装置（ 3学时） 汽油机燃油供给系统（4 学时）
柴油机燃油供给系统（4 学时） 汽油机点火系统（2学时）
发动机冷却系统（1.5学 时） 发动机润滑系统（1.5学 时）
节温器阀
石蜡缸 旁通阀
轻动阀 石蜡
主要组件—节温器（2）
主要组件—节温器（3）
节温器位于缸盖出水管.swf
节温器位于水泵进水管.swf
主要组件—节温器（4）
电控节温器－ 发展趋势
采用加热电 阻，对节温器 石蜡加热，控 制水流通路
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
发动机起动系统与电源 （1学时） 发动机管理系统（2学时）
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
冷却系统功用和类型（1）
使发动机在所有 工况下都保持在 适当的温度范围 内。防止发动机 过热、过冷；起 动后迅速升温， 尽快达到正常工 作温度。
END
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
主要组件—水泵
对冷却水加压， 加速冷却水的循 环流动，保证冷 却可靠 车用发动机多采 用离心式水泵。 离心式水泵具有 结构简单、尺寸 小、排量大、维 修方便等优点 曲轴通过齿轮、 皮带等驱动
主要组件—散热器（1）
出水口
进水口 放水开关
主要组件—散热器（3）
管片式散热器芯
主要组件—散热器（4）
管带式散热器芯
主要组件—散热器（5）
金属薄板焊接散热器芯
主要组件—散热器（6）
散热器盖
密封水冷系统，调节系统压力。
闭式水冷系统压力高，冷却液 沸点高；可减少冷却液外溢及 蒸发损失。 有压力阀、真空阀
冷却液温度升高后，膨胀使系 统压力增大。压力超过预定值 时，压力阀开启，一部分冷却 液流入膨胀水箱。 停机后冷却液温度降低，冷却 系压力降低。低于大气压力 时，真空阀开启，冷却液由膨 胀水箱流回散热器。
发动机热管理系统（1）
综合管理冷却系统和空调系统 减少驱动发动机附件（水泵、风扇等）的功率消耗，使 发动机及变速箱工作温度保持不变，以降低油耗和排 放，提高空调舒适性。
散
电
热
动
器
风
空
扇
调
冷
凝
器
电 动 百 叶 窗
节温器
电 动 水 泵 电控 节温器
低温 调节器
电动水泵 加热器
机油 冷却器
变速器油 调节器
水套
典型的水冷系统
Fra Baidu bibliotek
膨胀箱
节温器
水泵
暖风机
散热器 导向板 机油冷却器
机油滤 清器
机油泵 机油主油道 滤网
电动风扇 散热器 护罩
过热蒸气
风扇双速 热敏开关
进水软管 排气管
出水软管
膨胀箱盖 膨胀箱
膨胀箱管
缸盖水套 缸体水套
水泵
齿型带轮
Santana 2000
水套排气管
接暖风装置 节气门热水管
膨胀箱
压力阀打开 真空阀打开
主要组件—膨胀水箱
储存因膨胀而从散热器 溢出的冷却液；
温度降低使冷却系统内 冷却液体积减小，向散 热器补偿冷却液。
消除冷却系统内气泡。
膨胀水箱.swf
主要组件—冷却风扇（1）
置于散热器后面，吸 进空气使之流经散热 器，提高其散热能力。 有导风罩 冷却强度应随发动机 热工况而调节
皮带轮通过电磁离合器、 硅油离合器驱动 电机驱动（双速、电控）
电机驱动
主要组件—冷却风扇（2）
脱开
接合
电磁离合器
主要组件—冷却风扇（3）
硅油粘性离合器
脱开
接合
主要组件—节温器（1）
功用 控制冷却液流动路径。
冷起动时，冷却液温度低，关 闭流向散热器的通道；温度高 时再打开。 蜡式节温器工作原理
温度高时，石蜡熔化变为液 体，体积增大
冷却系统功用和类型（2）
过热危害
充气效率下降，燃烧不正常，功率下降； 膨胀变形，磨损加剧； 机油变质、变稀，磨损加剧
过冷危害
散热损失大，发动机功率下降； 燃油凝结，燃油不易汽化，混合气燃烧不完全； 机油粘度过大，功率消耗加大，磨损加剧。
冷却系统功用和类型（3）
分类
空冷系统：以空气作 为冷却介质 水冷系统：以冷却液 作为冷却介质，强制 循环 绝大部分汽车发动机 采用水冷系统
风冷系统（2）
预燃式燃烧室
直喷式燃烧室
风冷系统（3）
风扇动叶轮
风扇静 叶轮
机油散热器
导风罩
F5L413F， Deutz
风冷系统（4）
风冷系统
风冷Harley-Davidsion
复习思考题
1 冷却系统的作用、组成，冷却液的正常温度范围。 2 冷却液在发动机冷却系统中的循环路径。 3 发动机冷却强度的调整方式。 4 节温器的工作原理。 5 膨胀水箱的作用。
散热器盖
由进水室、出水室、 散热器芯组成。 冷却液在散热器内 散热器芯 流动
纵流 横流 轿车大多采用横流 式
进水口
出水口
放水开关
变速器油冷却器进出口
主要组件—散热器（2）
散热器芯结构
散热管、散热 片（管片式）
散热管、波形 散热带（管带 式）
金属薄板焊接 而成
铝制或铜制
散热器盖
变速
器油 冷却 器进 出口
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
水冷系统组成和工作原理（1）
要求
强制循环 冷却强度调整
组成
水泵、节温器、散热器、冷却风扇、膨胀水箱、水套 （缸体、缸盖）
水流循环路径
散热器 节温器
水泵 风扇
缸盖水套 缸体水套
节温器
水泵
旁通软管 风扇
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
冷却液
水（最好软水）与防冻剂（常用乙二醇，Ethylene glycol）的混合物。 防止冷却液结冰（不能循环、发动机过热，冷却液膨 胀，使缸体、缸盖、散热器涨裂）；防冻剂比例不同， 冷却液冰点不同。 提高冷却液沸点，防止过早沸腾。 防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。
暖风机
加水口 节温器
旁通管
进水室 散热器芯 出水室
水泵
水套
典型的水冷系统
节温器 水泵
水冷系统组成和工作原理（2）
冷却强度调节
风扇（离合器、 转速、叶片角度） 节温器（大循环、 小循环） 散热器百叶窗
水孔 水泵
缸盖水套
节温器
缸体水套
水管
Fiat-GM
Audi V8 4.0L TDI
发动机冷却系统
发动机热管理系统（2）
根据气缸垫温 度调整冷却强 度
发动机热管理系统（3）
气缸垫及传感器
发动机冷却系统
作用和类型 水冷系统组成和工作原理 冷却液 主要组件 发动机热管理系统 发动机风冷系统
风冷系统（1）
结构简单 在缸体、缸盖表面布置散热 片 轴流式冷却风扇 冷却强度调节
液力耦合器
BF6L913， Deutz