冷却系统的结构及组成.docx
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冷却系统的结构及组成
九江职业技术学院汽车发动机构造与维修课程教案
汽车检测与维修专业班级教师授课时间
知识点
冷却系统的结构及组成
计划
学时
2
教学目标
1、熟悉冷却系的功用、分类和组成
2、掌握冷却系主要零件的结构和工作原理
项目
内容
解决措施
教学重点
循环水路
动画
教学难点
冷却强度调节
动画
教学媒体的选择
知识点编号
媒体类型
媒体内容要点
教学目的
所用时间
1
投影
功用、分类和组成
熟悉冷却系的功用、分类和组成
15m
2
投影
零件的结构和工作原理
掌握冷却系主要零件的结构和工作原理
20m
3
投影
教学要点
及
教
学
过
程
结
构
设
计
一、复习旧课5＇
提问：
过热、过冷对发动机工作过程有什么影响
引入：
发动机如何保温呢？
二、讲授新课80＇
冷却系（coolingsystem）
第一节概述
1．作用：
主要功用是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。
2．分类：
风冷和水冷
第二节水冷系的组成和水路（动画）
1.组成
由散热器（radiator）、水泵（waterpump）、风扇（fan）、冷却水套（waterjaket）和温度调节装置等组成
2.水路
散热器内的冷却水经水泵加压后通过分水管压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。
由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。
因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却。
第三节水冷系主要部件的构造（实物＋投影）
1.散热器（radiator）：
增大散热面积，加速水的冷却。
管片式和管带式两种。
动阀门，发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开。
防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点。
在冷却水系内压力过高或过低时，自动阀门则开启以使冷却系与大气相通。
目前闭式水冷系广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖，如图6-7。
一般情况下，两阀借弹簧关闭。
当散热器中压力升高到一定值（约为0.026～0.037Mpa）时，蒸汽阀开启；水温下降，当冷却系中产生的真空度达一定值（约为0.01时～0.02Mpa）时，空气阀开启。
对于加注防锈，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，采用散热器＋副水箱结构。
2.风扇（fan）：
提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。
3.水泵（waterpump）：
对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。
离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，轮叶一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6－9片。
4.冷却强度调节装置
（1）改变通过散热器的空气流量百叶窗风扇离合器硅油风扇离合器
（2）改变通过散热器的冷却水的流量节温器（thermostat）来控制通过散热器冷却水的流量。
蜡式节温器
小循环：
常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。
这时阀门关闭通往散热器的水路，来自发动机缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中。
大循环：
当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向上的推力。
由于反推杆上端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机水温达到80℃以上时，阀门全开，来自气缸盖出水口的冷却水流向散热器。
讨论：
摘除节温器有何危害？
膨胀筒式节温器
风冷却系
风冷却系是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。
补充1：
冷却风扇的控制
补充2:
冷却液（防冻液）
三、课堂小结3′
本次课学习了冷却系的功用、分类和组成，冷却系主要零件的结构和工作原理，课后认真复习。
知识性练习
本章思考题：
2′
1．发动机为什么要冷却？
最佳水温范围一般是多少？
2．水冷却系中为什么要装节温器？
什么叫大循环？
什么叫小循环？
3．冷却系中水温过高或水温过低有哪些原因？
4．汽车上为什么要采用风扇离合器？
试述硅油风扇离合器的工作原理。
形成性评价
从发动机温度过度或过低对发动机机工作的影响来讲清冷却系的功用，通过冷却水的循环，说明冷却系的组成及基本工作原理。
本讲内容相对来说比较简单，通过动画、模型、实物等教学方法和手段进行讲授，学生理解掌握较好。
项目4汽车发动机冷却系统
第一节概述
发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度可高达2200～2800K。
使发动机的零件温度升高，特别是高温气体接触的零件，如不及时冷却则难以保证发动机正常工作，发动机过热或过冷都会给发动机带来危害。
因此，发动机必须设置冷却系统，对发动机进行及时冷却，保证发动机正常工作。
1.冷却系的功用
冷却系的功用就是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，使发动机得到适度冷却，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
发动机冷却强度是否合适，对发动机的影响很大。
冷却不足，发动机过热，充气量减少燃烧不正常，发动功率下降；爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；过热还使运动件的正常间隙被破坏，润滑不良，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏。
冷却过度，发动机热量散失过多，增加燃油消耗；对柴油机来说，机油粘度较大，摩擦功率损失较大，导致发动机动力性、经济性指标降低；对汽油机，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，磨损加剧。
2.冷却系分类
按采用的冷却介质不同，汽车发动机冷却系类型有水冷却系和风冷却系。
水冷却以冷却液为介质，热量由机件传给冷却液，靠冷却液的流动把热量带走，再散发到大气中去，使发动机的温度降低，散热后的冷却液再流回受热机件处。
适当的调节水路和冷却的强度，就能保证发动机的正常工作温度。
水冷系统目前在汽车上得到了广泛的应用。
图1汽车发动机冷却系统
风冷系利用高速流动的空气直接吹过气缸盖和气缸体表面，把热量散发到大气中去，保证发动机在最有利的温度范围内工作。
对水冷系来说，气缸盖内冷却水温度在353～363K,，气缸壁的温度不超过470～550K。
而风冷系气缸盖和气缸壁的允许温度分别为423～453K和433～473K.。
水冷系冷却强度大，易调节，便于冬季启动；风冷系冷却效果差，噪音大，功耗大，多用于仅用于小排量及军车发动机。
第二节水冷系的组成和循环水路
水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。
目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。
它由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成（图2）。
图2水冷系的组成
散热器内的冷却水加压后通过气缸体进水孔压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。
由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。
因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却（图3）。
通常，冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。
所谓大循环是水温高时，水经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，水不经过散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。
图3水冷系循环水路
冷却系的大小循环，其实质就是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（一般装在气缸盖的出水口），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，以达到调节冷却系的冷却强度。
当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80℃，节温器阀门打开了通往散热器的通道，同时关闭了通往水泵的旁通管，冷却水全部流经散热器，形成大循环；当冷却水温低于70℃时，节温器阀门关闭了通往散热器的通道，同时打开了通往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷；当发动机的冷却水温在70～80℃范围内，通往散热器的通道和通往水泵的旁通管均处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。
第三节水冷系的主要部件
1．散热器
功用：
负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铜材或铝材制成，水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。
冷却水经过散热器后，其温度可降低10～15℃，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。
结构：
散热器又称为水箱，由上水箱、散热器芯和下水箱等组成（图4）。
散热器上水箱顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。
在上水箱和下水箱分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。
在散热器下面一般装有减震垫，防止散热器受振动损坏。
在散热器下贮水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。
图4散热器
散热器芯由许多冷却水管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。
散热器芯的构造形式有多样,常用的有管片式和管带式（图6）两种。
1）管片式散热器芯（图5）
管片式散热器芯由散热管和散热片组成。
散热管是焊在进、出水室之间的直管，作为冷却液的通道。
散热管有扁管也有圆管。
扁管与圆管相比，在容积相同的情况下有较大的散热表面，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管可以借其横断面变形而避免破裂。
铝散热器芯多为圆管。
在散热管的外表面焊有散热片以增加散热面积，增强散热能力，同时还增大了散热器的刚度和强度。
管片式散热器的优点是散热面积大、气流阻力小、结构刚度好及承压能力强等。
管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。
图5管片式散热器芯
2）管带式散热器芯（图6）
管带式散热器芯采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式，散热带上的小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，但结构刚度不如管片式大，一般多为轿车发动机采用，近年来在一些中型车辆上也开始采用。
图6管带式散热器芯
2．散热器盖（图7）
汽车发动机多采用闭式水冷系，目前闭式水冷系广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖。
发动机热态工作正常时，两阀门关闭，将冷却系与大气隔开。
防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点，改善了冷却效能。
当散热器内部压力达到126～137Kpa时，蒸汽阀开启而使水蒸汽从通气孔排出；当水温下降，冷却系内部的真空度低于10～20Kpa时，空气阀打开，空气从通气孔进入冷却系，以防散热器及芯管被大气压瘪。
图7散热器盖
3．膨胀水箱
对于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，采用散热器＋膨胀水箱结构（图8）。
膨胀水箱的上方用一根软管通大气，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，冷却液通过压力阀通过溢流管进入膨胀水箱；当温度下降时，冷却液又从膨胀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。
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