第八章第八章 发动机冷却系统发动机冷却系统功用：功用：把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。度状态下工作。分类：分类：按照冷却介质不同，冷却系统可分为风冷和水冷。按照冷却介质不同，冷却系统可分为风冷和水冷。风冷系统风冷系统把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置；把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置；水冷系统水冷系统把发动机中高温零件的热量先传给冷却水，然后再散入大气而把发动机中高温零件的热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置，进行冷却的装置，也称为液体冷却系统。也称为液体冷却系统。水冷却系统冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动水冷却系统冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。机上广泛采用的是水冷系。内容提要内容提要冷却系统的功用冷却系统的功用使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，既要防止发动既要防止发动机过热，又要防止冬季发动机过冷；机过热，又要防止冬季发动机过冷；发动机冷起动之后，还要保证迅速发动机冷起动之后，还要保证迅速升温，尽快达到正常的工作温度。升温，尽快达到正常的工作温度。冷却不足：冷却不足：发动机过热，工作过程恶化，零件强度降低，机油变质，零发动机过热，工作过程恶化，零件强度降低，机油变质，零件磨损加剧，最终导致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下件磨损加剧，最终导致发动机动力性、经济性、可靠性及耐久性全面下降。降。冷却过度：冷却过度：散热损失及摩擦损失增加，冷凝在缸壁上的燃油流到曲轴箱散热损失及摩擦损失增加，冷凝在缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，发动机功中稀释润滑油，零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，发动机功率下降及燃油消耗率增加。率下降及燃油消耗率增加。正常冷却时的发动机温度正常冷却时的发动机温度系系 统统温温 度度 范范 围围水冷系统水冷系统气缸盖内冷却水温度在气缸盖内冷却水温度在8090, 气缸壁气缸壁的温度不超过的温度不超过197277。风冷系统风冷系统 气缸盖和气缸壁的温度分别为气缸盖和气缸壁的温度分别为300和和250.冷却系统的基本类型及特点冷却系统的基本类型及特点不同冷却方式的类型不同冷却方式的类型按冷却介质分为水冷式和风冷式按冷却介质分为水冷式和风冷式以冷却液作为冷却介质的冷却系统称为水冷系；以空气作为冷却介质的冷却以冷却液作为冷却介质的冷却系统称为水冷系；以空气作为冷却介质的冷却系统称为风冷系。系统称为风冷系。按冷却介质的循环状态分为自然冷却式和强制冷却式按冷却介质的循环状态分为自然冷却式和强制冷却式在冷却过程中，由冷却介质自然流动进行散热的冷却方式，在冷却过程中，由冷却介质自然流动进行散热的冷却方式，称为自然冷却式；称为自然冷却式；由机械设备强制冷却介质循环流动进行散热的冷却方式，由机械设备强制冷却介质循环流动进行散热的冷却方式，称为强制冷却式。称为强制冷却式。不同冷却方式的特点不同冷却方式的特点强制冷却式发动机工作更加可靠，受周围环境温度的影响较小。其中，强制强制冷却式发动机工作更加可靠，受周围环境温度的影响较小。其中，强制风冷式发动机靠发动机周围的大气实现冷却，适用于干旱地区及军事方面，更具风冷式发动机靠发动机周围的大气实现冷却，适用于干旱地区及军事方面，更具有机动灵活性；而强制水冷式发动机，工作起来则更加可靠，广泛应用于各种类有机动灵活性；而强制水冷式发动机，工作起来则更加可靠，广泛应用于各种类型汽车。型汽车。自然冷却式发动机主要用于小型动力，如摩托车、手扶拖拉机等。自然冷却式发动机主要用于小型动力，如摩托车、手扶拖拉机等。水冷却系统的基本组成水冷却系统的基本组成汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力，强汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。主要由制冷却液在发动机中循环流动。主要由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其它附属装置补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其它附属装置等组成。等组成。强制循环水冷系统强制循环水冷系统利用水泵强制冷却水在系统中循环流动利用水泵强制冷却水在系统中循环流动水水 冷冷 系系 统统一、水冷系的组成一、水冷系的组成组成组成百叶窗、散热器、散热器盖、风扇、水泵、节温器、百叶窗、散热器、散热器盖、风扇、水泵、节温器、水温表、水套、分水管、放水阀等。水温表、水套、分水管、放水阀等。水冷却系统的工作原理水冷却系统的工作原理（1）水冷却系的基本工作原理）水冷却系的基本工作原理发动机气缸周围设有水套，可燃混合气燃烧后产生的余热由水套周围的冷却发动机气缸周围设有水套，可燃混合气燃烧后产生的余热由水套周围的冷却水吸收，并在水泵的作用下，强制循环水将热量带走，并通过散热器实现与大气水吸收，并在水泵的作用下，强制循环水将热量带走，并通过散热器实现与大气的热交换以达到冷却发动机的目的。的热交换以达到冷却发动机的目的。百叶窗百叶窗可由驾驶人员根据水温的高、低调节通过散热器的空气量，以改变散可由驾驶人员根据水温的高、低调节通过散热器的空气量，以改变散热强度，满足发动机不同工况的作业需要；热强度，满足发动机不同工况的作业需要；节温器节温器可根据水温的高低自动地改变可根据水温的高低自动地改变水循环路线，使发动机在冬季不致于因水温过低而造成工作不良的后果。水循环路线，使发动机在冬季不致于因水温过低而造成工作不良的后果。（2 2）冷却水的循环路线冷却水的循环路线大循环：大循环：当水温高于当水温高于80时，冷却水由水泵泵入分水管，并经分水管流到各时，冷却水由水泵泵入分水管，并经分水管流到各气缸的水套进行冷却，随后，经上水管进入水箱并经散热器冷却后，经下水管被气缸的水套进行冷却，随后，经上水管进入水箱并经散热器冷却后，经下水管被重新吸入水泵。重新吸入水泵。小循环：小循环：当水温低于当水温低于70时，冷却水由水泵进入分水管，经水套周围冷却后时，冷却水由水泵进入分水管，经水套周围冷却后直接又回到水泵。直接又回到水泵。当水温在当水温在7080之间时，之间时，大、小循环大、小循环均有。均有。冷却液冷却液 全部冷却水均由水泵全部冷却水均由水泵11分水管分水管水套水套节温器主阀门节温器主阀门上水管上水管散热器散热器下水管下水管水泵实现循水泵实现循环散热。环散热。冷却水均由水泵冷却水均由水泵分水管分水管水套水套水箱水箱水泵，实现循环散热。水泵，实现循环散热。n冷却液是冷却液是水与防冻剂和少量着色剂的混合物水与防冻剂和少量着色剂的混合物。冷却液用水最好是软水。冷却液用水最好是软水。n纯净水在纯净水在0时结冰。如果冷却系统中的水结冰，将使冷却水终止循环引起发时结冰。如果冷却系统中的水结冰，将使冷却水终止循环引起发动机过热；尤其严重的是水结冰时体积膨胀，可能会将机体、气缸盖和散热动机过热；尤其严重的是水结冰时体积膨胀，可能会将机体、气缸盖和散热器胀裂。器胀裂。n在水中加入在水中加入防冻剂防冻剂制成冷却液以防止循环冷却水的冻结。制成冷却液以防止循环冷却水的冻结。最常用的防冻剂是最常用的防冻剂是乙二醇。乙二醇。50的水与的水与50的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为的乙二醇混合而成的冷却液，其冰点约为-35.5。在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。例如，含在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。例如，含50乙二醇的冷却乙二醇的冷却液在大气压力下的沸点是液在大气压力下的沸点是130。因此，防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附。因此，防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。加作用。n防冻剂中通常含有防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀或腐蚀。在使用过程中，防锈剂和泡沫剂会逐渐消耗殆尽，及散热器的锈蚀或腐蚀。在使用过程中，防锈剂和泡沫剂会逐渐消耗殆尽，因此，因此，定期更换冷却液是十分必要的。定期更换冷却液是十分必要的。在防冻剂中一般还要加入着色剂，使在防冻剂中一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别。冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别。 冷冷 却却 液液冷却液冰点冷却液冰点乙二醇的乙二醇的质量分数量分数()水的水的质量分数量分数()密度密度(kgm3)-1026.473.61.0340-2036.463.81.0506-3045.654.41.0627-4052.646.71.0713-5058.042.01.0780-6063.136.91.0833冷冷 却却 液液防冻剂的附加作用防冻剂的附加作用有防止冷却液过早沸腾，例如，含有防止冷却液过早沸腾，例如，含5050乙二醇的冷却乙二醇的冷却液在大气压力下的沸点是液在大气压力下的沸点是103103。散热器散热器 又称为水箱，又称为水箱，由进水室、出水室由进水室、出水室及散热芯等组成。及散热芯等组成。冷却液在散热器芯内流动，空冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过，散热器芯由导热气在散热器芯外通过，散热器芯由导热系数高、而且耐腐蚀的金属材料制成的系数高、而且耐腐蚀的金属材料制成的薄壁散热管及散热片组成。薄壁散热管及散热片组成。第二节第二节水冷系统主要部件的构造水冷系统主要部件的构造散热器盖散热器盖上水室上水室散热器芯散热器芯下水室下水室n按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两大类。纵流式和横流式两大类。n纵流式散热器芯竖直布置纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。上而下地流过散热器芯进入出水室。横流式散热器芯横向横流式散热器芯横向布置，布置，左右左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室两端分别为进、出水室，冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。大多数新型轿车均采用横流式散热经散热器芯到出水室横向流过散热器。大多数新型轿车均采用横流式散热器器，特点是能够降低发动机，特点是能够降低发动机罩的罩的外廓尺寸，外廓尺寸，有利于改善车身前端的空气动有利于改善车身前端的空气动力性。力性。散热器芯有多种结构形式：管片式、管带式和板式。散热器芯有多种结构形式：管片式、管带式和板式。补偿水桶补偿水桶散热器百叶窗散热器百叶窗冷却风扇冷却风扇自学内容自学内容节温器节温器水泵水泵散热器盖散热器盖作用：密封水冷系并调节系统的工作压力。作用：密封水冷系并调节系统的工作压力。基本工作原理：基本工作原理： 发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液容积膨胀，使冷发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液容积膨胀，使冷却系内的压力增高。当压力超过预定值时，压力阀开启，一部分冷却液却系内的压力增高。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入补偿水桶，以防止冷却液胀裂散热管。经溢流管流入补偿水桶，以防止冷却液胀裂散热管。发动机停机后，冷却液的温度下发动机停机后，冷却液的温度下降，冷却系内的压力也随之降低。降，冷却系内的压力也随之降低。当压力降到大气压力以下出现真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。以避免散热器被大气压力压坏。压力阀弹簧压力阀弹簧真空阀弹簧真空阀弹簧真空阀真空阀盖盖节温器节温器功用：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。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节温器装在冷却水循环的通路中，根据发动机负荷大小和路中，根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。节温器有蜡式和的冷却强度。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用发动机采用蜡式节温器。蜡式节温器。推杆推杆弹簧弹簧主阀门主阀门石蜡石蜡胶管胶管外壳外壳节温器工作原理节温器工作原理当冷却液温度低于规定值时，节温器感温体内的石蜡呈固态，在弹簧的作用下关闭冷却液当冷却液温度低于规定值时，节温器感温体内的石蜡呈固态，在弹簧的作用下关闭冷却液流向散热器的通道流向散热器的通道小循环；小循环；当冷却液温度达到规定值后，节温器感温体内的石蜡开始融化并逐渐成为液体，体积增大，当冷却液温度达到规定值后，节温器感温体内的石蜡开始融化并逐渐成为液体，体积增大，压迫胶管使其收缩，推动推杆向上，因其上端固定，故产生向下的反推力使阀门开启压迫胶管使其收缩，推动推杆向上，因其上端固定，故产生向下的反推力使阀门开启大循环。大循环。储水箱的作用储水箱的作用减少冷却液的损失，保证冷却系正常工作减少冷却液的损失，保证冷却系正常工作，贮水箱的上方贮水箱的上方用用一根软管通大气一根软管通大气，另，另一根软管与散热器的溢流管相连。一根软管与散热器的溢流管相连。当温度下降时，当温度下降时，冷却液又从贮水箱通过真空阀流回到散热器内部。这样可以防冷却液又从贮水箱通过真空阀流回到散热器内部。这样可以防止冷却水损失止冷却水损失。贮水箱内部印有两条液面高度标记线，贮水箱内的液面高度应。贮水箱内部印有两条液面高度标记线，贮水箱内的液面高度应位于这两种刻线之间。位于这两种刻线之间。当散热器内蒸汽压力升高到某一值时当散热器内蒸汽压力升高到某一值时，其盖上的压力阀打开，其盖上的压力阀打开，冷却液通过压冷却液通过压力阀通过溢流管进入贮水箱力阀通过溢流管进入贮水箱；风扇风扇 功功用用：风风扇扇通通常常安安排排在在散散热热器器后后面面并并与与水水泵泵同同轴轴。用用来来提提高高流流经经散散热热器器的的空空气气流流速速和和风风量量，增增强强散散热热器器的的散散热热能能力力，同同时时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。对发动机其他附件也有一定的冷却作用。风扇有两种形式风扇有两种形式轴流式和离心式。轴流式和离心式。轴流式风扇轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；效率高，风量大，结构简单，所产生的风，其流向与风扇轴平行；效率高，风量大，结构简单，布置方便。应用广泛。布置方便。应用广泛。离心式风扇离心式风扇所产生的风，其流向为径向。所产生的风，其流向为径向。汽车风扇皮带张紧装置汽车风扇皮带张紧装置硅油式风扇离合硅油式风扇离合车用发动机采用轴流式风扇的三种型式车用发动机采用轴流式风扇的三种型式:结构特点：结构特点：叶片多用薄钢板压制而成，为叶片多用薄钢板压制而成，为4 46 6片，叶片间夹角一般不相等。片，叶片间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成叶片与其旋转平面成303045 45 的安装斜角。的安装斜角。整体风扇整体风扇在轿车和轻型载货汽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。车上应用较多。近年来轿车上还采用了电动风扇。水泵水泵 水泵的作用水泵的作用对冷却水对冷却水加压，使之在冷却系中循加压，使之在冷却系中循环流动。环流动。汽车上广泛使用汽车上广泛使用离心式水离心式水泵泵。它具有结构紧凑、泵水。它具有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时，量大及因故障而停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然不妨碍水在冷却系内部自然循环等优点。循环等优点。 离心式水泵工作原理离心式水泵工作原理 当叶轮旋转时，水泵中的水被叶当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，轮带动一起旋转，在离心力作用下在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮叶轮成切线方向成切线方向的出水管压送到发动的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。被吸进叶轮中心部分。1水泵壳体水泵壳体2叶轮叶轮3进水管进水管4出水出水管管第三节第三节风冷系统风冷系统一、风冷发动机的特点一、风冷发动机的特点1)对地理环境和气候环境的适应性强对地理环境和气候环境的适应性强风冷发动机特别适于在沙漠或高原等缺水的地风冷发动机特别适于在沙漠或高原等缺水的地区工作。另外，在酷热的气候条件下工作不会过热，在严寒季节也不易过冷。即区工作。另外，在酷热的气候条件下工作不会过热，在严寒季节也不易过冷。即风冷发动机对气温的变化不敏感。风冷发动机对气温的变化不敏感。2)热负荷高热负荷高风冷发动机的气缸盖、气缸体等受热零件的温度高。这是因为空气的传风冷发动机的气缸盖、气缸体等受热零件的温度高。这是因为空气的传热系数只有水的传热系数的热系数只有水的传热系数的1/201/30，空气的比热容只有水的，空气的比热容只有水的1/4。3)冷起动后暖机时间短冷起动后暖机时间短由于风冷发动机在冷起动后气缸温度上升快，在短时间内即由于风冷发动机在冷起动后气缸温度上升快，在短时间内即可进入大负荷工作状态。可进入大负荷工作状态。4)维护简便维护简便由于省去了散热器和许多管道而减少了维护点，而且由于通用化、系列由于省去了散热器和许多管道而减少了维护点，而且由于通用化、系列化程度高，主要零件均可互换，因此拆装容易，维修简便。化程度高，主要零件均可互换，因此拆装容易，维修简便。二、冷却系统的布置及冷却风扇二、冷却系统的布置及冷却风扇某风冷柴油机冷却系统。冷却风扇位于两排气缸中间，由气缸盖、气缸体、机油冷却器、前后挡板和顶某风冷柴油机冷却系统。冷却风扇位于两排气缸中间，由气缸盖、气缸体、机油冷却器、前后挡板和顶盖板等构成风压室。在气缸盖和气缸体的背风面设有挡风板，用来调节风量的分配。冷空气经冷却风扇增压盖板等构成风压室。在气缸盖和气缸体的背风面设有挡风板，用来调节风量的分配。冷空气经冷却风扇增压后进入风压室，再由风压室流过各个需要冷却的零部件表面。由于各零部件的通道阻力不同，因此流过的风后进入风压室，再由风压室流过各个需要冷却的零部件表面。由于各零部件的通道阻力不同，因此流过的风量有多有少，以保证其适度而又可靠的冷却量有多有少，以保证其适度而又可靠的冷却冷却风扇有冷却风扇有轴流式和径流式轴流式和径流式两种。多缸风冷发动机采用轴流式。冷却风扇主要由静叶轮和动叶轮两部分两种。多缸风冷发动机采用轴流式。冷却风扇主要由静叶轮和动叶轮两部分组成。静叶轮为铝合金精密压铸件，静叶轮毂内装液力耦合器。动叶轮与风扇外壳之间的间隙很小，以提高组成。静叶轮为铝合金精密压铸件，静叶轮毂内装液力耦合器。动叶轮与风扇外壳之间的间隙很小，以提高风扇效率。动叶片与静叶片的断面均为翼形风扇效率。动叶片与静叶片的断面均为翼形三、冷却强度的调节三、冷却强度的调节当负荷增加时，排气温度升高，温控阀开度增大，进入液力耦合器的当负荷增加时，排气温度升高，温控阀开度增大，进入液力耦合器的油量增多，风扇转速增高，风量增加，冷却强度增强；反之，当负荷减小油量增多，风扇转速增高，风量增加，冷却强度增强；反之，当负荷减小时，冷却强度随之减弱。自动调节系统能够根据发动机负荷的变化，自动时，冷却强度随之减弱。自动调节系统能够根据发动机负荷的变化，自动调节冷却风量，使柴油机始终保持在最佳的热状态。调节冷却风量，使柴油机始终保持在最佳的热状态。分为主动与从动两部分分为主动与从动两部分。主动部分包括线圈、滑主动部分包括线圈、滑环、摩擦片和带三角皮环、摩擦片和带三角皮带槽的电磁壳体，它们带槽的电磁壳体，它们随水泵一起转动；从动随水泵一起转动；从动部分包括衔铁环、风扇。部分包括衔铁环、风扇。电磁风扇离合器电磁风扇离合器利用冷却水的温度来控制电磁离合器电路的接通与断开，使风扇利用冷却水的温度来控制电磁离合器电路的接通与断开，使风扇按需要工作。按需要工作。作业作业1.冷却系统的功用是什么冷却系统的功用是什么?发动机的冷却强度为什么要调节发动机的冷却强度为什么要调节?如何调节如何调节?2.风冷发动机的冷却系统有何特点风冷发动机的冷却系统有何特点?其冷却强度如何调节其冷却强度如何调节?