第十七周冷却系.docx

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第十七周冷却系

2014年月日

2014年月日

2014年月日

2014年月日

第17周

星期一

星期二

星期四

星期五

第1-6节

第1-6节

第1-6节

第1-6节

一、课题：

发动机冷却系的结构与检修学时6

二、目的要求：

1．正确描述发动机冷却系结构特点与检修方法。

三、重点难点：

发动机冷却系结构特点检修方法

四、教具与挂图无

五、课堂类型与方法一体化

六、复习提问（3）分钟发动机冷却系的结构特点检修方法

七、布置作业（题目及来源）发动机冷却系系的结构特点检修方法

八、参考书

编写日期2014年8月28日任课教师于志友

审批意见

审批人签名年月日

九、新课内容（附后）

一、散热器

散热器又称为水箱，发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成，还包括散热器盖、冷却液补偿装置等附属装置，如图4－6所示。

冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。

热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。

图4－6散热器的结构

1.散热器的类型

图4－7散热器类型

a）纵流式散热器b）横流式散热器

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种。

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而下地流过散热器芯进入出水室（见图4-6a）。

横流式散热器芯有两种布置形式：

一是横向布置，左右两端分别为进、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器，这可以使发动机罩的外廓较低，有利于改善车身前端的空气动力性。

二是由左右两个塑料水室与散热器芯压装而成。

右水室中部有隔板，从进水口进入的冷却液由于受隔板的阻挡，只能从散热器芯的上半部横向流入左水室，再经散热器芯的下半部流回右水室，并从出水口流出（见图4－7b）。

红旗轿车和桑塔纳2000型轿车都采用了这种形式的散热器。

此结构形式由于提高了冷却液在散热器内的流速而增强了散热效果。

2.散热器芯的类型

图4－8散热器芯

散热器芯由许多冷却管和散热片组成，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，常用的有管片式和带式两种。

（1）管片式散热器芯冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下水室，是冷却水的通道。

和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，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。

采用散热片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好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。

（2）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。

传统的散热器芯由黄铜制造，但近年来更多的是用铝制造，而且有些散热器的进、出水室由复合材料制造，使散热器重量大为减轻。

桑塔纳2000型轿车散热器为全铝装配横流式，即散热片为铝质，采用圆形冷管，机械装配式连接。

3.散热器盖

散热器上的加水口，为了防止冷却液溅出，平时用散热器盖严密盖住。

常见水冷系的散热器盖具有自动阀门，发动机热状态正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开，防止水蒸气逸出，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，防止冷却系发生”开锅”现象。

这一性能对于在热带和高原地区行驶的汽车尤为有利。

但如果冷却系中水蒸气水过多，将使冷却系压力过大，可能导致散热器破裂。

因此必须在加水口处设置排出水蒸汽的通道（图4-9中的蒸汽排出管1）。

因为在冷却系内压力过高或过低时，自动阀门则开启使冷却系与大气相通。

图4-9散热器盖

a）空气阀开启b）蒸气阀开启

1-蒸气排出管2-蒸气阀3-空气阀4-散热器盖

目前水冷系广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖，其构造如图4-9所示。

装有蒸汽阀2和空气阀3的散热器盖4，紧盖在加水口上。

在一般情况下，两阀均在弹簧力作用下处于关闭状态。

当散热器中压力升高到一定数值（一般为0.026MPa~0.037MPa）时，蒸汽阀2便开启而使水蒸汽顺管1排出，如图4-9b）所示。

当水的温度下降，冷却系中产生的真空度达一定数值（一般为0.01MPa~0.02MPa）,空气阀3开启，空气即从管1进入冷却系，如图4-9a所示），以防止水管及贮水室被大气压瘪。

很多轿车的散热器盖的蒸汽阀开启压力设计得更高，可达0.1MPa，而水的沸点可升高至120℃。

显然,这种散热器与环境空气温差大，故散热能力较强。

在发动机热状态下开启散热器盖时,应该缓慢旋开,使冷却系内的压力逐渐降低,以免被喷出的热水烫伤。

4.冷却液补偿装置（补偿水桶）

桑塔纳2000型轿车发动机（解放CA6102型发动机）的冷却系采用了自动补偿式封闭式散热器，其特点是在散热器的右侧增设了补偿水桶（亦称储液罐或膨胀水箱），它是用橡胶软管与散热器加水口座的出气口相连接，如图4-10所示。

补偿水桶的功用是减少冷却系冷却液的损失。

当冷却液受热膨胀后，散热器内多余的冷却液流入补偿水桶；当温度降低后,散热器内产生一定的真空度,补偿水桶中的冷却液又被吸回散热器内。

因此冷却液损失很少。

补偿水桶上印有两条液面高度标记线：

“DI”（低）标记“GAO”（高）标记、或者“FULL”（充满）标记与“ADD”（添加）标记。

当水温在50℃以下时，膨胀水箱内液面高度应不低于“DI”（ADD）线；若低于此线时需要补充冷却液。

补充冷却液时可以从补偿水桶口加入，在添加冷却液时,箱内液面高度不应超过“GAO”（FULL）线。

图4-10补偿水桶示意图

1-散热器；2-橡胶软管；3-补偿水桶

桑塔纳2000型轿车发动机的散热器盖安装在补偿水桶上，它带有自动阀门，如图4-11所示，平时严密盖紧，冷却系与大气隔断。

当系统温度上升时,冷却系内冷却液的压力高于大气压，这样可以提高冷却液的沸点，加大冷却液温度与外界大气温度的差值，提高散热能力。

蒸汽阀2的开启压力为0.12MPa，此时冷却液沸点可达135℃，其散热能力很强。

图4-11散热器盖

1-盖2-蒸汽阀3-空气阀4-蒸汽导出口

二、风扇

由图4-5可知，风扇通常安装在散热器后方，且与水泵同轴。

风扇的外径略小于散热器的宽度与高度。

当风扇工作时，对空气产生吸力，使空气沿轴向流动。

空气流由前向后通过散热器冷却管表面，使流经散热器冷却管内的冷却水加速冷却，使发动得到冷却。

风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片安装角及叶片数目等有关。

汽车用的水冷发动机上大多数采用螺旋桨式风扇，其叶片多用薄钢板冲压制成，横断面多为弧形；也可以用塑料或铝合金铸成翼型断面。

塑料或铝合金风扇虽然能制造工艺较复杂，但效率较高，功率消耗较少，故在轿车和轻型汽车上得到广泛的应用。

如：

奥迪轿车和依维柯轻型汽车的发动机冷却风扇即采用高强度工程塑料注塑而成。

叶片应与风扇旋转平面安装成一定的倾斜角度，一般为30度~45度。

如：

东风EQ1090E型汽车发动机的风扇安装倾斜角为30°。

叶片数目通常为4片或6片，如捷达轿车发动机的风扇叶为6片。

叶片之间的夹角一般不相等，以减少叶片旋转时的振动和噪声。

为了提高风扇的效率，使通过散热器芯的气流分布的更均匀，且集中穿过风扇，减少空气回流现象，可以在风扇外围装设一个护风罩（参看图4-1）。

另外，还有一种带有辅助叶片的导流风扇，如图4-12所示。

它在叶片表面上铸有凸起的辅助叶片，增加了空气的径向流量，防止了叶片表面的气流发生附面层分离和涡流现象，从而提高了效率，并降低了噪声。

风扇和发电机一般同时由曲轴带轮通过三角皮带驱动，如图4-13所示。

一般将发电机的支架做成可移动式，以调节皮带的张紧度。

皮带过松，将引起皮带相对带轮打滑，使风扇的扇风量减少，发动机过热及发电机的发电效率下降；皮带过紧，将增加发电机轴承的磨损。

因此要求皮带必须保持合适的松紧度，一般用大拇指以30N~50N的力，按下皮带产10~15mm的挠度为宜。

图4-12带有凸起的辅助叶片导流风扇图4-13汽车风扇皮带张紧装置

桑塔纳2000型轿车发动机有两套风扇，安装在散热器后方，且不与水泵同轴。

其一由电动机驱动，其二由电动风扇带动的从动风扇（由第一只风扇带动），并由受冷却液温度作用的热敏开关控制。

而桑塔纳2000型轿车AJR发动机的两只风扇都有独立的直流电动机驱动（见图4-1）。

设置两只风扇，满足了散热器长宽比大及散热器面积大的需要，排风量大，散热效果好。

三、水泵

1.水泵的功用

水泵的功用是：

对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。

车用发动机上多采用离心式水泵（见图4－14），离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。

2.水泵的组成与工作原理

离心式水泵主要由固定的铸铁（或铸铝）的外壳和装在轴一端的旋转的叶轮组成。

叶轮一般是径向的或向后弯曲的，其数目一般为6-8个。

当水泵工作时叶轮旋转，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在本身的离心力作用下，向叶轮的边缘甩出，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管，压力升高被送到发动机水套内。

同时，叶轮中心处压力降低，散热器下水室经进水管被吸进叶轮中心处。

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，不致于很快产生过热。

离心式水泵的优点：

结构简单、尺寸小、排量大。

另外，当水泵由于故障而停止工作时，也并不妨碍冷却水在冷却系内的自然循环。

3.桑塔纳2000水泵结构

桑塔纳2000型轿车AJR发动机水泵结构，如图4-15所示，在发动机前端，直接将水泵蜗壳铸在汽缸体上。

汽缸盖重新设计，加大了排气侧水道的流通截面。

水泵其他零件可装成一个总成，然后将有O形密封圈的部位插入汽缸体上的泵壳中，通过水泵轴承座上的三个螺栓孔将水泵固定在壳体上。

与JV型发动机的水泵相比，将半开式径向铸铁叶轮改为塑料闭式叶轮。

水泵轴承仍为双联式，但将靠近同步带轮一端的球轴承改为圆柱滚子轴承，提高了耐冲击性及轴承的承载能力；发动机通过齿形带驱动水泵叶轮旋转。

图4－14离心式水泵组成与原理

图4-15水泵总成

1-水泵齿形带轮2-轴承密封3-密封组件4-水泵轴

5-叶轮6-球轴承7-O型密封圈8-壳体9-圆柱滚子轴承

四、冷却强度的调节装置

为了保证发动机经常在最有利的温度状况下工作，就必须能够调节冷却系的冷却强度。

否则在夏季高温地区，发动机在低速大负荷工况下，将因冷却强度不足而出现过热现象；而在冬季寒冷地区，发动机以高速小负荷工作时，将因冷却强度过强而出现过冷现象。

冷却强度调节的方法是：

改变通过散热器的空气流量和冷却水流量。

第一种方式靠百叶窗和风扇离合器和电动风扇来完成，第二种方式靠节温器来实现。

1.改变通过散热器的空气流量

利用百叶窗、各种自动风扇离合器和电动风扇来实现改变通过散热器的空气流量。

（1）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流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。

在发动机冷却起动或暖车期间，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上升。

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4-16所示为货车上使用的散热器百叶窗的自动控制系统。

控制系统中的感应器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。

在发动机冷起动及暖车期间百叶窗关闭。

当发动机达到正常工作温度后，感温器打开空气阀，使制动空气压缩机产生的压缩空气进入空汽缸，并推动空汽缸内的活塞同调整杆一起下移，带动杠杆使百叶窗开启。

图4-16百叶窗自动控制系统

1-散热器2-感温器3-制动空气压缩机4-空汽缸5-调整杆

6-调整螺母7-杠杆8-空气滤清器9-百叶窗

（2）风扇离合器

自动风扇离合器是根据发动机的温度自动控制风扇的转速，调节扇风量以达到改变通过散热器的空气流量，它不仅能减少发动机的功率损失，节省燃油，而且还能提高发动机的使用寿命，降低发动机的噪声。

汽车在行驶过程中，由于环境条件和运行工况的变化，发动机的热状况也在改变。

因此，必须随时调节发动机的冷却强度。

例如，在炎热的夏季发动机在低速大负荷下工作冷却液的温度很高时，风扇应该高速旋转以增加冷却风量，增强散热器的散热能力。

而在寒冷的冬天冷却液的温度较低时，或在汽车高速行驶有强劲的迎风吹过散热器时，风扇继续工作就变得毫无意义了，不仅白白消耗发动机功率而且还产生很大的噪声。

试验证明，冷却系只有25%的工作时间需要风扇工作，而在冬季需要风扇工作时间就更短了。

因此根据发动机的热状况随时对其冷却强度加以调节就显得十分必要了。

在风扇带轮与冷却风扇之间装置风扇离合器是实现这种调节的方法之一。

风扇离合器的结构形式有硅油式、电磁式和机械式三种，其中硅油式应用最多。

硅油风扇离合器的结构如图4-17所示，主动轴11固定在风扇带轮上由曲轴驱动。

主动板7紧固在主动轴的左端水主动轴一起旋转。

从动板8、前盖2和壳体9用螺钉连成一体。

风扇15固定在壳体上，壳体则通过滚珠轴承10支承在主动轴上。

在前盖上装有螺旋形双金属感温器4。

感温器的一端固定在前盖上，另一端嵌在阀片传动销5中。

前盖与从动板之间的空腔为贮油腔，其中有高粘度硅油。

壳体与从动板之间的空腔为工作腔。

从动板上有进油孔A，回油孔B及泄油孔C。

硅油风扇离合器的工作原理：

当发动机温度低时，流过散热器的空气温度也较低，从动板8上的进油孔A被阀片6封闭。

这时贮油腔内的硅油不能进入工作腔，因此工作腔内没有硅油。

主动板7的旋转运动不能传给从动板，风扇离合器处于分离状态。

这时风扇不转或在密封圈3及轴承10的摩擦力作用下转得很慢。

当流过散热器的空气温度超过65℃时，热空气吹在感温器4上使螺旋形双金属片发生变形，并带动阀片传动销5使阀片6转动一定的角度，从动板上的进油孔被打开，硅油从贮油腔通过进油孔进入工作腔，并流进从动板与主动板以及主动板与壳体之间的间隙内。

由于硅油粘度很大，因此主动板可以通过硅油带动从动板及壳体一起高速旋转，这时离合器处于接合装态。

进入工作腔的硅油在离心力的作用下被甩向外缘，经回油孔B流回油腔，如此循环不止。

当吹过散热器的空气温度降低到35℃以下时，感温器操纵阀片将进油孔封闭。

这时硅油不再流入工作腔，先前流入工作腔的硅油在离心力作用下返回贮油腔，直到甩空为止，离合器又处于分离状态。

图4-17硅油风扇离合器（解放CA1091型货车）

1-螺钉2-前盖3-毛毡密封圈4-双金属感温器5-阀片传动销6-阀片7-主动板8-从动板9-壳体

10-轴承11-主动轴12-锁止板13-螺栓14-内六角螺钉15-风扇A-进油孔B-回油孔C-卸油孔

（3）电动风扇

桑塔纳2000型轿车AJR发动机电动风扇与热敏开关配合使用，根据发动机的温度，自动控制风扇两挡转速，来改变散热器的空气流量。

并且不受发动机转速的影响。

热敏开关一般位于发动机缸体出水管口。

而桑塔纳2000型轿车AJR发动机的热敏开关装在散热器上，只有当发动机的温度达到一定数值后或空调压缩机工作时，风扇才以一定的挡位工作；从而改变散热器的空气流量。

当发动机温度下降时，热敏开关自动断开，冷却风扇停转。

空调压缩机工作时，风扇常转。

下面以桑塔纳2000发动机AJR型发动机为例，来说明风扇一挡、二挡的控制温度。

风扇一挡：

工作温度92℃～97℃，关闭温度84℃～91℃，工作转速2300r/min;

风扇二挡：

工作温度99℃～105℃，关闭温度93℃～98℃。

工作转速2800r/min;

2.改变通过散热器的冷却水的流量

节温器用来控制通往散热器冷却水的流量。

节温器装在冷却水循环的通路中，一般装在汽缸盖出水口处，如解放CA1091型发动机；而桑塔纳2000型轿车AJR发动机，节温器装在缸体水泵进水口处（见图4-1）。

节温器分折叠式节温器和蜡式节温器两种。

桑塔纳2000型轿车发动机采用的是蜡式节温器，如图4-18所示。

长方形的阀座5与下支架3铆接在一起，紧固的阀座上的中心杆6的锥形下端插在橡胶管10内。

橡胶管与感温器体11之间的空腔内充满特制的石蜡，感温器体上部套装在水泵下端、进水口的前部，用来控制水泵的进水。

常温时，石蜡成固态，当温度升高时，石蜡渐渐变成液态，其体积也随之增大。

图4-18桑塔纳2000型轿车发动的蜡式节温器

1-副阀门2-小弹簧3-下支架4-大弹簧5-阀座6-中心杆7-感温器罩

8-密封圈9-主阀门10-橡胶管11-感温器体12-石蜡混合物

蜡式节温器的工作过程：

（1）当冷却水温度低于85℃时，节温器体内的节温器体内的石蜡体积膨胀量尚小，故主阀门9受大弹簧4作用紧压的阀座5上，来自散热器的水道被关闭，而副阀门1（见图4－18）则离开来自发动机的旁通水道，所以冷却液便不经过散热器，只在水泵与发动机水套之间作小循环流动（见图4－19）。

因此，冷发动机开始工作时，冷却液快速升温，能很快暖机，在短时间内达到发动机正常工作温度。

（2）当冷却水温度高于85℃时，石蜡体积膨胀，使橡胶管受挤压变形，对中心杆锥形端部产生向上的轴向推力。

但由于中心杆6是固定不动的，于是中心杆6对橡胶管10、感温器11产生向下的轴向反推力，迫使感温器体11压缩大弹簧4，使主阀门9（见图4－18）逐渐开启，副阀体1逐渐关闭，因而部分来自散热器的冷却水作大循环流动（见图4－20）。

图4-19发动机冷却水小循环工作状态

1-到发动机2-从发动机来3-从暖风小水箱来4-自散热器来5-水泵

图4-20发动机冷却水大循环工作状态