发动机构冷却系电子教材Word文档格式.docx

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冷却系结构、工作原理和调节方式

2

冷却系机件维护和检修方法

3

冷却系故障诊断及排除

【情境导入】

客户报修

…………………………………………………………………………………………………….一辆汽车在高负荷工作一段时间后出现水温高，水箱内冷却水出现开锅现象。

……..

故障原因分析

………………根据客户报修情况，可以初步诊断为冷却系散热不良，主要故障原因如下：

1、冷却风扇不工作。

2、冷却水不符合使用要求。

3、散热器盖真空阀弹簧变软。

4、冷却水道有积垢。

项目1冷却系的结构与原理

任务1冷却系主要机件构造

{任务描述}

要求全面认识冷却系，主要包括：

1、熟悉：

冷却系的主要作用、分类。

2、掌握：

冷却系主要组成件的作用、结构及其特点。

3、熟知：

冷却系的冷却强度调节方式。

{知识引导}

一、冷却系作用与分类

1.冷却系的功用

发动机在燃烧过程中，气缸内气体温度高达2200℃。

而燃烧放出的热量只有一部分（大约占三分之一）转变成了有用功，其余的热量一部分随废气排出，另一部分传给了发动机的零件。

零件吸收了这些热量，温度升高。

发动机温度过高，会导致机械强度下降，寿命缩短；

运动零件还会因受热膨胀变形而破坏正常的配合间隙，使零件卡死；

其次，高温使气体膨胀，气缸充气量减少，燃烧不正常，动力性、经济性及功率下降；

再次，高温还使润滑油因高温而变质，造成润滑不良，磨损加剧。

但是，发动机如果冷却过度，又会导致发动机的热量损失增大，不利于可燃混合气的形成和燃烧；

机油粘度增大，摩擦损失增加，润滑性能变差，零件磨损加剧，造成功率下降，耗油量增加。

总之，发动机的工作温度过高或过低都是有害的。

因此，冷却系统的功用，是使发动机在各种工况下保持正常的工作温度，防止发动机温度过高或过低；

同时在发动机起动后，要保证发动机迅速升温，在短时间内达到正常的工作温度80℃～90℃。

2.冷却系的分类

发动机冷却系统按照冷却方式的不同，分为水冷和风冷两种类型。

1）水冷系统：

水冷系统是以冷却液（水和添加剂混合液）为冷却介质，把高温零件的热量传给冷却液，然后再散入大气而进行冷却的装置。

该系统具有冷却强度大、效果好、噪声小等优点，在汽车发动机上广泛采用水冷系统。

2）风冷系统：

风冷系统是利用高速空气流将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。

该系统结构简单、使用和维修方便，但冷却不可靠、冷却强度不容易调节和控制、噪声大，仅在小型发动机和一些大型柴油机上使用。

二、普通水冷系统的组成

汽车发动机上采用的水冷系都是用水泵强制地使冷却液在冷却系中进行循环流动的，故称为强制循环式水冷系。

水冷系由冷却装置（水泵、风扇、散热器等）、冷却强度调节装置（节温器、风扇离合器、百叶窗等）和水温显示装置（水温表、水温传感器等）三个部分所构成（图6-1、图6-2）。

循环水流动路线如图6-2所示；

水冷发动机的气缸盖和气缸体中都铸造出用于贮冷却液的、相互连通的夹层空间（水套），使冷却液得以接近受热零件，并可在其中循环流动。

水泵5将冷却液由机外吸入并加压，使之经分水管11流入发动机机体水套10。

冷却液从气缸壁吸收热量，温度升高后流到气缸盖水套7，再次受热升温后经节温器6及散热器进水软管流入散热器2内。

由于有风扇4的强力抽吸，空气流由前向后高速从散热器中通过。

带有热量的冷却液在流经散热器的过程中，其热量不断地散到大气中去，使冷却液得到冷却。

冷却了的冷却液流到散热器的底部后，又被吸入水泵，如此不断地循环，使发动机在高温条件下工作的零件不断地得到冷却。

图6-1桑塔纳车用发动机冷却系示意图

1-散热器；

2-风扇；

3-水泵和节温器；

4-机体进水口（进入气缸体、气缸盖水套）；

5-旁通水管；

6-暖气回水进水泵水管；

7-机体冷却液出口与散热器进水口接管；

8-散热器出水管；

9-膨胀水箱

图6-2冷却液在水冷系统里的流动

1-百叶窗；

2-散热器；

3-散热器盖；

4-风扇；

5-水泵；

6-节温器；

7-气缸盖水套

8-水温表；

9-水温传感器；

10-机体水套；

11-分水管；

12-放水阀

设置分水管11的目的是使多缸发动机各气缸冷却均匀。

插入气缸体水套的分水管沿纵向开了若干个出水孔。

离水泵愈远处，出水孔愈大。

这就使冷却液流速较低的发动机后部的气缸有足够的冷却强度。

分水管安装的位置可使温度较高的气门座得到足够的冷却。

有的发动机不单设分水管，而是在水套的一侧铸出一个相当于分水管的空腔（分水道）。

多数汽车装有如图6-l所示的暖风系统。

三、水冷却系主要零部件

1、散热器

散热器的功用是储存冷却水、增大散热面积、加速冷却液的冷却。

为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。

散热器由上、下贮水室和散热器芯组成，其结构如图6-3所示。

图6-3散热器结构

1-散热器盖；

2-上贮水室；

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-下贮水室；

9-放水开关

散热器上贮水室顶部有加水口和散热器盖，上、下贮水室的进、出水管，分别用橡胶软管与气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，下贮水室上设有放水开关，供放水时使用。

为了增大散热器的散热面积和传热速率，散热器芯均由许多铜或铝制冷却管和散热片组成，常用的结构形式有管片式和管带式两种，如图6-4所示。

管片式散热器芯的冷却管，其断面呈扁圆形，如图6-4（a）所示。

与圆形断面的冷却管相比，扁形管不但散热面积大，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁形管可以借其横断面变形而避免破裂。

采用管片式散热器芯的散热器不但可以增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。

这种散热器芯强度和刚度都较好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。

管带式散热器芯采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列，如图6-4（b）所示，散热带上的缝孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提高。

这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但其刚度不如管片式，一般多为轿车发动机所采用。

图6-4散热器芯结构

1-冷却管；

2-散热带；

3-散热片；

4-缝孔

2、散热器盖

冷却系散热器上的加水口平时用散热器盖严密盖住，以防冷却水溅出。

当发动机热状态正常时，散热器盖应将冷却系水路与大气隔开，防止水蒸气逸出，并使冷却系统内的压力稍高大气压力，从而提高冷却水的沸点；

当冷却系中的水蒸气凝结时，会使系统内的压力低于外界压力，致使散热芯冷却管被大气压坏；

如果冷却系中水蒸气过多，压力过大，可能导致散热器破裂，因此冷却系统内的压力过高或过低时，散热器盖应使冷却系水路与大气相通。

为了适应上述结构，现代轿车散热器上广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖，其结构如图6-5所示。

这种散热器盖上主要有加水口3、蒸汽阀5、空气阀6及蒸汽阀弹簧4和空气阀弹簧7组成。

图6-5散热器盖的结构及原理

1-泄水口；

2-阀座；

3-加水口盖；

4-蒸汽阀弹簧；

5-蒸汽阀；

6-空气阀；

7-空气阀弹簧

当发动机热状态正常时，蒸汽阀和空气阀各自在弹簧压力的作用下处于关闭状态，这时冷却系水路与大气隔开；

当冷却系水温升高，散热器中压力达到一定值（一般为26～37KPa），在此压力下冷却系内水的沸点可达108℃时，蒸汽阀开启，水蒸气从蒸汽阀经通气口排入大气或副贮水箱，使散热器内的压力下降到规定值。

目前轿车的散热器盖的蒸汽阀开启压力设计得更高，可达98KPa，其冷却水的沸点可高到120℃。

当冷却水温度下降，冷却系内的真空度达到10～20KPa时，空气阀被大气压力推开，空气从通气口进入冷却系，以防止散热器芯被大气压坏。

当发动机处于热态时，打开散热器盖应缓慢小心，以防高温水气喷出，将人烫伤。

加注防冻液的汽车发动机，为了减少冷却液的损失，保证冷却系的正常工作，散热器的溢流管与副贮水箱相连。

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，冷却液通过压力阀通过溢流管进入副贮水箱；

当温度下降时，冷却液又从副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。

副贮水箱内部印有两条液面高度标记线，副贮水箱内的液面高度应位于这两种刻线之间，如图6-6所示。

图6-6散热器盖和副贮水箱的连接

1-进水管；

4-副贮水箱；

5-出水口；

6-散热器芯；

7-下贮水室；

8-放水开关

3、水泵

汽车发动机都采用离心式水泵。

它体积小，出水量大，工作可靠。

离心式水泵的工作原理，如图6-7所示，当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。

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被吸进叶轮中心部分。

如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。

如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，使发动机不至于很快产生过热。

图6-7离心式水泵的工作原理

1-壳体；

2-叶轮；

3-进水管；

4-出水管

图6-8所示为上海桑塔纳轿车发动机水泵的纵剖面图。

水泵轴5通过球轴承7支撑在水泵壳体11上。

水泵轴左端通过水泵轴凸缘6用紧固螺栓4与水泵带轮相连，右端则连接水泵叶轮18。

为防止泵内高压水沿泵轴向外渗漏，在叶轮的前端装有密封装置（通常由水封环、密封圈或者填料等组成）。

图6-8桑塔纳发动机水泵的纵剖面图

1-密封垫；

2-前壳体；

3-水泵V形带轮；

4-V形带轮紧固螺栓；

5-水泵轴；

6-水泵轴凸缘；

7-轴承；

8-水封；

9-水泵连接螺栓；

10-密封垫；

11-泵壳体；

12-密封圈；

13-节温器；

14-主进水管；

15-进水管紧固螺栓；

16-暖风热交换器回水时水泵口；

17-小循环进水；

18-水泵叶轮

四、水冷却强度的调节装置

发动机因使用条件（如转速、负荷和环境气温等）经常改变，冷却强度也必须随之改变，才能保证发动机经常在最有利的温度下工作。

例如，在冷车起动暖机时，希望比较快一点使发动机达到正常工作温度，因此冷却强度要小；

夏季天气热，发动机散热速度慢，冷却强度要加大，而冬季冷却强度则应减小；

发动机在低速、大负荷工况下，本身温度高，所以冷却强度也要加大。

因此，要求冷却系要有冷清强度调节的功能。

冷却强度可以用改变通过散热器的空气流量（采用百叶窗、自动风扇离合器、温控电风扇等）和改变冷却液流过散热器的量及改变冷却液的的循环路线方法进行调节（采用节温器）。

轿车多采用节温器和温控电风扇作为冷却强度调节装置。

中型以上的其他车辆多采用节温器、百叶窗、自动风扇离合器等作为冷却强度调节装置。

1、风扇

风扇通常安装在散热器和发动机之间，其作用是利用风扇旋转时对空气产生吸力，并使之沿轴向流动，空气流由前向后穿过散热器芯并吹向发动机表面，使流经散热器芯的冷却液加速冷却，吸收并带走发动机表面的热量，加强冷却系对发动机的冷却作用。

风扇的外径略小于散热器的宽度。

风扇的扇风量、噪声及其所消耗的功率与风扇的直径、转速及叶片的数目、形状、安装角度等有关。

轿车发动机上基本上都是采用轴流式冷却风扇，其叶片断面多为弧形，叶片数目