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第8章 发动机冷却系统收藏

第8章 发动机冷却系统
8.1 冷却系统的作用及类型
8.1.1 冷却系统的作用
保证发动机在适宜的温度范围内工作（水冷式压力循环发动机80℃～90℃；蒸发式水冷式100℃）。
温度过高，破获零件正常配合间隙，导致活塞“咬缸”、轴瓦“抱轴”、柴油机因柱塞卡死而“飞车”等严重事故；还会使发动机工作过程恶化，容易产生爆燃；零部件的机械强度下降；机油变质，润滑不良，零件磨损加剧等。**终导致发动机动力性、经济性、可靠性、耐久性及排放性能的全面下降。
发动机工作温度过低，起动困难；发动机工作粗暴；散热损失及摩擦损失增加；零件磨损加剧； CO及HC排放增加等；导致发动机功率下降及燃油消耗率增加。
8.1.2 冷却系的类型
1.水冷：以冷却液为冷却介质（汽车发动机大都采用水冷）。

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
6
1
2
5
3
4
图8-2
强制循环水冷：利用水泵强制冷却液在发动机中循环流动。

蒸发循环水冷：利用水的温度差使冷却液在发动机中循环流动。
2.风冷：以空气为冷却介质(铝合金气缸体和气缸盖，表面均布了散热片。具有结构简单、重量轻、故障少、使用维修方便等优点，但冷却不可靠，汽车上很少使用。
8.1.3 冷却液
汽车常用的冷却液有水及加有防冻剂的防冻液。
1. 水冷却液 指直接用水作冷却液，它具有简单方便的优点。但水沸点低，易蒸发，需经常添加。而且不宜添加河水、井水等含矿物质的水，以免产生水垢，影响冷却系散热不良。要求添加雨水、雪水或离子交换水，给冷却水添加造成困难。更应值得注意的是水在严寒冬季易结冰，需放水过夜，否则会使造成结冰时体积膨胀，胀裂机体、气缸盖的严重事故。

图8-1 汽车发动机水冷系组成（本田轿车）
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
2. 防冻液 现代轿车普遍采用防冻液，以提高冷却液的防冻和防沸的能力。例如桑塔纳系列轿车采用以乙二醇为基料的冷却液（乙二醇的质量占45.6%、水的质量占54.4%），使其冰点在–25℃以下，沸点在106℃以上。不同的冷却液有不同的冰点和沸点，可以根据发动机使用条件进行选用。有的冷却液还添加有防锈剂、泡沫抑制剂等，有利于减轻冷却系统锈蚀和冷却液泡沫产生，提高冷却效果。

专用冷却液一般呈深绿色或深红色，有一定的毒性，使用时应注意。发现冷却液泄漏应及时检查添加。
8.2 强制循环水冷却系的基本组成
主要由散热器、百叶窗、冷却风扇、冷却水泵、节温器、水温传感器、补偿水桶、循环水路及其它附属装置等组成（图8－1）。
8.2.1 散热器
1. 散热器的功用：散热。冷却液经过散热器后，其温度可降低10～15℃。一般用铜或铝制成，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。

1-散热器盖 2-上水室 3-散热器进水管 4-散热器芯 5-冷却管 6-散热片 7-散热器出水管 8-下水室 9-放水开关
图8-4 散热器芯的结构
a）管片式 b）管带式 c）板式
1-冷却管 2-散热片 3-散热带 4-缝孔
2.散热器的构造:由上水室、散热器芯和下水室和散热器盖等组成（图8－3）

散热器芯:由许多冷却管5和散热片6组成。散热器芯的构造形式有多种，常用的有管片式、管带式和板式三种（图8－4）。

图8-5 压力式散热器盖
a）压力阀打开状态 b）真空阀打开状态
1-溢流管 2-加压盖 3-压力阀弹簧 4-压力阀 5-真空阀弹簧 6-真空阀
a）
b）
散热器盖:由压力阀4和真空阀6组成，均为单向阀。发动机正常状态时阀门均关闭，使冷却系与大气隔开。

当冷却系内温度升高，蒸气压力升高到一定值时，压力阀弹簧受压缩，打开阀门，以防止散热器胀裂；使冷却系内压力稍高于大气压力(一般超过大气压26%～37%)，从而可提高冷却液沸点。
当散热器内的压力继续降低，超过某一值时，真空阀开启，使外部空气进入散热器，以防止散热器内产生真空。
储水罐:现代汽车发动机多采用（图8－1）。储水罐的上方有一根软管通大气，另一根软管与散热器的溢流管相连。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，冷却液通过压力阀和溢流管进入储水罐；当温度下降时，冷却液又从储水罐通过真空阀流回散热器内部。这样就可以防止冷却液的损失。同时，还可以消除冷却系统中的气泡，避免气泡影响传热和腐蚀金属。储水罐内部有两条液面高度标记线，液面高度应位于两条标记线之间，冷却液不足应及时添加。

图8-6
百叶窗:有些货车和大客车发动机在散热器前面装有百叶窗，其作用是通过改变吹过散热器的空气量来调节发动机的冷却强度，以保证发动机经常在适当的温度范围内工作。在发动机冷起动或暖车期间，冷却液的温度较低，这时将百叶窗部分或完全关闭，以减少吹过散热器的空气流量，使冷却液的温度迅速升高。

百叶窗可由驾驶员通过驾驶室内的手柄来操纵其开闭，也可用感温器自动控制。图8－6是货车上使用的散热器百叶窗的自动控制系统。控制系统的感温器2安装在散热器进水管上，用来感受来自发动机的冷却液温度。在发动机冷起动或暖机期间，百叶窗关闭。当发动机达到正常工作温度后，感温器打开空气阀，使制动空气压缩机3产生的压缩空气进入空气缸，并推动空气缸内的活塞连同调整杆5一起下降，带动杠杆使百叶窗9开启。
8.2.2 冷却风扇
1. 冷却风扇的功用:吸进空气，加速冷却液的冷却。
2. 冷却风扇的构造:汽车发动机水冷系多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。在风扇外围设有导风罩3（图8－7），使风扇4吸进的空气全部通过散热器1，以提高风扇效率。
风扇的转速控制：发动机温度高时，风扇的转速高一些；反之，低一些，不受发动机转速影响。常用措施有硅油离合器、电动风扇和电控液压驱动式风扇等。

图8-8 硅油液力离合器
1-螺钉 2-前盖 3-密封毛毡圈 4-双金属感温器 5-阀片轴 6-阀片 7-主动板 8-从动板 9-壳体 l0-轴承 11-主动轴 12-销止板 13-螺栓 14-内六角螺钉 15-风扇 A-进油孔 B-回油孔 C-漏油孔
（1）硅油液力离合器 在风扇和风扇皮带轮之间布置一个硅油离合器（图8－8），利用流经散热器的空气温度来控制风扇转速的变化。

硅油液力离合器的前盖2、壳体9和从动板8用螺钉1组成一体，靠轴承10安装在主动轴11上。风扇15安装在壳体上。为了加强硅油的冷却，前盖板上铸有散热片。从动板8与前盖2之间空腔为贮油腔，其中装有硅油（油面低于轴中心线），从动板与壳体9之间的空腔为工作腔。主动板7固定连接在主动轴11上，主动轴与水泵轴连接。主动板与工作腔壁有一定间隙，用毛粘圈3密封防止硅油漏出。从动板8上有进油孔A，平时由阀片6关闭，若偏转阀片，则进油孔即可打开。阀片的偏转靠螺旋状双金属感温器4控制。从动板上有凸台限制阀片**大偏转角。感温器外端固定在前盖上，内端卡在阀片轴5的槽内，从动板外缘有回油孔B，中心有漏油孔C，以防静态时从阀片轴周围泄漏硅油。
当发动机冷起动或小负荷下工作时，冷却水及通过散热器的气流温度不高，进油孔被阀片6关闭，工作腔内无硅油，离合器处于分离状态。主动轴转动时，仅仅由于密封毛毡圈和轴承的摩擦，使风扇随同壳体在主动轴上空转打滑，转速很低。
当发动机负荷增加时，冷却水和通过散热器的气流温度随之升高，感温器受热变形而带动阀片轴及阀片转动。当流经感温器气流温度超过65℃时，进油孔A被完全打开，于是硅油从贮油腔进入工作腔。硅油十分粘稠，主动板即可利用硅油的粘性带动壳体和风扇转动。此时风扇离合器处于接合状态，风扇转速迅速提高。由于主动板转速高于从动板，因此受离心力作用从主动板甩向工作腔外缘的油液压力比贮油腔外缘的油液压力高，油液从工作腔经回油孔B流向贮油腔，而贮油腔又经进油孔A及时向工作腔补充油液。由此可见，在离合器接合风扇转动时，硅油是在贮油腔和工作腔之间循环流动，这样可防止工作腔内的硅油温度过高，粘度下降，而影响离合器的正常工作。为使硅油从工作腔流回贮油腔的速度加快，缩短风扇脱开时间，在从动板8的回油孔B旁，有一个刮油突起伸入工作腔缝隙内，使回油孔一侧压力增高，回油加快。
当发动机负荷减小，流经感温器的气流温度低于35℃时，感温器恢复原状，并带动阀片将进油孔关闭，工作腔中油液继续从回油孔流回贮油腔，直到甩空为止。硅油液力离合器又回到分离状态。

图8-9 电动风扇
1-电动机 2-护风罩 3-风扇框架 4-风扇叶片水泵 5-继电器 6-温度传感器（开关）
（2）电动风扇（图8－9） 是指用电动机驱动的风扇，它不使用发动机做直接动力源，而是使用蓄电池的电能，所以其转速与发动机转速无关。只在冷却液温度超过一定值时才开始工作。所以电动风扇无动力损失，构造简单，总体布置方便，为大多数现代轿车所使用。

电动机一般有高速和低速两个档位，其工作状态通过温度传感器（开关）由冷却液温度控制。当散热器出口冷却液温度为92～97℃时，温控开关接通电动机Ⅰ档（低速档），风扇开始运转，保证有足够的空气流经散热器；当冷却液温度在99～105℃时，温控开关接通电动机Ⅱ档（高速档），风扇以更高的转速运转，以提高冷却强度，防止发动机过热；当冷却液温度下降到91～98℃时，风扇电动机恢复Ⅰ档（低速档）运转；当冷却液温度下降到84～91℃时，风扇电动机停止工作。
8.2.3 冷却水泵
1. 冷却水泵的功用与基本工作原理:对冷却水加压，使冷却水在冷却系统内循环流动。
2. 冷却水泵的构造 汽车发动机常用的离心式水泵的结构如图8－11所示。

图8-11 离心式水泵的结构
1-水泵壳体 2-叶轮 3-密封垫圈 4、8-衬垫 5-螺栓 6-水封皮碗 7-弹簧 9-水泵盖 10-水封座圈 11-轴承 12-水泵轴 13-半圆键 14-凸缘盘 15-轴承卡环 16-隔离套 17-润滑脂嘴 18-水封环 19-管接头
A－进水口 B－水泵内腔 C－泄水孔
在叶轮2与球轴承11之间装有水封，用来防止水泵内的冷却液沿水泵轴渗漏。水封中的弹簧7通过水封环18将水封皮碗6的一端压在水封座圈10上，而将皮碗6的另一端压在夹布胶木密封垫圈3上。夹布胶木密封垫圈在弹簧的压力下与水泵叶轮毂的端面贴合。密封垫圈上有两个凸耳卡在水泵上的槽孔内。因此，在水泵工作时，水封不随水泵轴旋转。水泵壳体上有泄水孔C，位于水封之前。一旦有冷却液漏过水封，可从泄水孔泄出，以防止冷却液进入轴承而破坏轴承的润滑。

8.2.4 节温器
1. 节温器的功用：根据发动机冷却液温度的高低，打开或关闭冷却液通向散热器的通道保证发动机在**适宜的温度下工作。
2. 节温器的结构：

图8-12 腊式节温器的构造
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
汽车发动机装用的节温器基本是腊式节温器（图8－12），主要由主阀门2、副阀门6、推杆3、壳体7和石蜡4等组成。推杆3的一端固定在支架1上，另一端插入胶管5的中心孔内。石蜡4装在胶管与节温器壳体7之间的腔体内。

3. 节温器的工作原理:
如图8－13所示。温度较低时，石蜡呈固态，主阀门2被弹簧8推向上方与阀座压紧，处于关闭状态 （图8－13a），此时，副阀门开启，冷却液进行小循环，来自发动机水套的冷却液经副阀门6、小循环水管直接进入水泵，被泵回到发动机水套内。
温度升高时，石蜡逐渐熔化成液态，体积膨胀，迫使胶管收缩对推杆端部产生向上的推力，由于推杆固定在支架上，推杆对胶管、节温器壳体7产生向下的反推力。当冷却液温度升高到一定值时，反推力克服弹簧8的弹力使胶管、节温器壳体向下运动，主阀门2开始开启，同时副阀门6开始关闭。当冷却液温度进一步升高到一定值时，主阀门2完全开启，而副阀门6也正好关闭小循环水路 （图8－13b），此时来自发动机水套的冷却水全部经过散热器进行大循环。冷却液温度在主阀门开始开启温度与完全开启温度之间时，主阀门和副阀门均部分开启，在整个冷却系内，部分冷却液进行大循环，部分进行小循环。
主阀门的开始开启到开到**大时的温度随不同的车型有所不同，如桑塔纳JV型发动机节温器，主阀门开始开启温度应为85℃，完全开启时的温度应为105℃。一般载货汽车发动机节温器的开启温度较低，如CA6102发动机节温器，主阀门开始开启温度应为76℃，完全开启时的温度应为86℃。
8.2.5 冷却液温度传感器

图8-14
1.功用:感测发动机冷却液温度的变化。在传统汽车中，冷却液温度传感器与装在仪表板上的冷却液温度指示表组成冷却液温度显示系统，以提醒驾驶员注意发动机的温度变化。在现代汽车中，冷却液温度传感器一方面作为一个感应信号传入控制电脑，以便对发动机的喷油、点火等进行**佳控制，另一方面显示冷却液温度及用来控制电动风扇的运转等。

L 1
2. 冷却液传感器的结构及原理：热敏电阻式冷却液温度传感器采用热敏电阻制成（图8-14），工作温度范围为－20℃～＋130℃。一般安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中，与冷却液直接接触，用来检测发动机的冷却液温度。并向发动机ECU传送信息（参见5.4.1）。

图8－15所示是热敏电阻式冷却液温度传感器与电磁式冷却液温度指示表联用的冷却液温度显示系统。
电磁式冷却液温度指示表（虚线框内部分）中装有两个垂直安装的线圈L 1和L 2，L 1和传感器并联，L 2和它们串联。线圈L 1和L 2的中间装有带有指针的衔铁。
点火开关接通后，电流流过冷却液温度指示表和传感器。当冷却液温度较低时，传感器内热敏电阻的阻值较大，流经线圈L 1和L 2的电流相差不多，但L 1匝数多，产生的磁场强，使衔铁带动指针向左偏转，指针指向低温刻度。当冷却液温度升高时，热敏电阻的阻值减小，线圈L 2中的电流明显增大，电磁力也增大，使衔铁带动指针向右偏转，冷却液温度表的指针指向高温刻度。
8.3 冷却系工作原理
8.3.1 冷却系水路
图8－16a是解放CA6102型以及东风EQ6100－1型汽车发动机的冷却水路图。。
8.3.2 冷却系工作循环
1.小循环 当发动机冷却液温度较低时(如奥迪100型轿车低于85℃)，节温器主阀门关闭、副阀门打开。冷却液经水泵增压后，由发动机的机体水套，再从水套壁周围流过并从水套壁吸热而升温，然后向上流入气缸盖水套，从气缸盖水套壁吸热之后流经节温器，小循环通道3，返回发动机机体水套，进行小循环（图8－16b）。

散
热
器
节温器
水
套
水 泵
散
热
器
节温器
水
套
a）
b）
2.大循环 当发动机冷却液温度升高到一定值(如奥迪轿车高于105℃)，节温器主阀门完全开启、副阀门关闭。冷却液经节温器及散热器进水软管流入散热器，在散热器中，冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温，**后冷却液经散热器出水软管返回水泵，进行大循环（图8－16c）。

当发动机冷却液温度处于大、小循环的温度范围内(如奥迪100型轿车,处于85℃～105℃)时，节温器主阀门和副阀门都部分开启，冷却液大、小循环都同时存在，以调节发动机温度基本稳定。



发表于 @ 2008年06月05日 10:44:00 |点击数（）

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