第四单元冷却系.doc

第七章 冷却系(cooling system)教学内容冷却系计划学时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15m2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板书设计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 第一节 概述 1作用：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(water pump)、风扇(fan)、冷却水套(water jaket)和温度调节装置等组成2.水路第三节 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。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(water pump) ：对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。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。 讨论：摘除节温器有何危害？ 5.风冷却系 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：21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。实训 ：冷却系的拆装 教学内容实训 ：冷却系的拆装计划学时1教学目标1、熟悉掌握冷却系的组成及各部件的装配关系；主要机件的构造；冷却水的循环路线。2、初步掌握水泵等主要机件的拆装维修技。项目内容解决措施教学重点冷却系主要部件结构教具模型演示、实物拆装教学难点冷却水循环路线示教板演示、实物观察实训安排知识点编号方式内容要点教学目的所用时间1示教板和模型演示冷却系及主要部件的结构和工作过程加深对冷却系结构、原理的理解和掌握30m2实物观察认识系统组成、部件外形及安装位置、相互联接。加深对冷却系结构、原理的理解和掌握30m3主要部件拆装操作水泵、节温器、散热器进一步掌握结构原理，初步掌握拆装维修操作技能30m实训教学过程设计一、实训准备1、完整的桑塔纳发动机一台；2、发动机缸体、缸盖（解剖）实物各一个；3、冷却系主要部件（散热器、风扇、水泵、百叶窗、水温表、水温传感器、节温器等）若干；4、发动机冷却系电动示教板及主要机件的透明教具一套。5、常用工具等若干。二、实训分组及轮换1、每班分成三个组：（1）一组由老师利用电动示教板、透明教具进行讲解演示，学生观察操作。 讲解冷却系的组成、工作过程、冷却水大、小循环路线，主要部件的结构、工作过程。 （2）二组利用整台发动机实物、缸体和缸盖的解剖实物、及主要部件实物进行讲解，主要让学生观察认识冷却系各部件的安装位置、相互联接、实物形状、冷却水套等。实训教学过程设计（3）三组进行水泵、节温器和散热器的拆装操作。2、每个组在各部位的实训时间约半小时左右，进行各组间轮换。三、结束由学生在老师的指导下进行工具的整理和场地的清洁工作。课后整理完成实训报告，对部分内容可利用课外时间到实训室进行实训，以巩固和加深。练习思考题：1、离心式水泵在拆装过程中，应注意哪些事项？2、如何检测节温器的工作状况是否良好？3、作框图表示桑塔纳发动机冷却系的大、小循环路线。课外实训：利用课余时间对冷却系主要部件进行观察和拆装，以便熟练掌握。效果评价冷却系的结构较简单，利用电动示教板、透明教具的演示，解剖教具和实物的观察，主要部件的拆装等多种方法和手段，使学生对冷却系的组成、冷却水的循环路线、主要部件的结构和工作原理有进一步的理解和掌握，并能初步掌握系统部件的拆装和维修技能。附讲义：第七章 冷却系第一节 概 述一、冷却系的作用：保持发动机在最适宜的温度范围内工作。 发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达2200K2800K(19272527)，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。 二、发动机过热或过冷的危害 发动机冷却必须适度，过热或过冷都会给发动机带来危害。 1.发动机过热的危害 1)降低充气效率，使发动机功率下降； 2)早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏； 3)运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏； 4)润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损； 5)零件的机械性能降低，导致变形或损坏。 2.发动机过冷的危害 1)进入气缸的混合气(或空气)温度太低，可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增加。 2)燃烧生成物中的水蒸汽易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用； 3)未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面(气缸壁、活塞、活塞环等)上的油膜，使零件磨损加剧。 可见，发动机正常的工作温度是保证发动机良好的工作性能及其使用寿命的一个重要条件。 三、发动机的冷却方式 根据所用冷却介质不同，可分为风冷式和水冷式。 1.水冷式以水为冷却介质，热量先由机件传给水，靠水的流动把热量带走而后散入大气中。散热后的水再重新流回到受热机件处。适当调节水路和冷却强度，就能保持发动机的正常工作温度。同时，还可用热水预热发动机，便于冬季起动。 2.风冷式高温零件的热量直接散入大气。 四、发动机的正常温度 水冷式发动机保持正常工作，其冷却水的温度应在353K363K(8090)之间。此时，气缸壁温度不超过473K573K(200300)；气缸盖、活塞顶部的温度不超过573K673K(300400)；润滑油的温度在343K363K(7090)，保证发动机具有较好的动力性、经济性和净化性，使零件的运动和磨损正常。 风冷发动机铝气缸壁的温度允许为423K453K(150180)，铝气缸盖则为433K473K(160200)。 五、冷却系的组成 目前汽车发动机上采用强制循环式水冷却系，如图所示。 1.组成：风扇(有的装风扇离合器)、水泵、水套(在气缸盖或气缸体上制出的夹层空间)、散热器、百叶窗、节温器、水管、水温表和传感器等。 2.工作情况：强制循环式水冷却系是用水泵把该系统的冷却液体加压，使之在水套中流动，冷却水从气缸壁吸收热量，温度升高，热水向上流入气缸盖，继而从缸盖流出并进入散热器。由于风扇的强力抽吸，空气从前向后高速流过散热器，不断地将流经散热器的水的热量带走。冷却了的水由水泵从散热器底部重新泵入水套。水在冷却系中不断循环。为了控制冷却水温度，冷却系中设有冷却强度调节装置，如百叶窗、节温器和风扇离合器等。 图7-1 强制循环式水冷却系示意图 1-百叶窗；2-散热器；3-散热器盖；4-风扇；7-小循环水管；6-水泵；7-节温器； 8-出水管；9-水套；10-水温表和传感器；11-水套放水开关；12-散热器放水开关 3.水冷却系的大、小循环 (1)水冷却系的大循环：冷却水经水泵水套节温器散热器，又经水泵压入水套的循环，其水流路线长，散热强度大，称水冷却系的大循环。图7-2 横流式散热器1-上水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖；7-下水室；6-出水管(2)水冷却系的小循环：冷却水经水泵水套节温器后不经散热器，而直接由水泵压入水套的循环，其水流路线短，散热强度小，称水冷却系的小循环。第二节 水冷却系主要机件的构造与工作原理 一、冷却装置 (一)散热器 1.作用：将水套出来的热水自上而下或横向的分成许多小股并将其热量散给周围的空气。 2.结构： 散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成。散热器上水室(左)装有散热器的入水管，通过橡胶管与气缸盖出水管连接；上水室上部有加水管，加水管口一般装泄汽管。当冷却水沸腾时，水蒸汽可以从此管排出。加装防冻液的冷却系，此管接膨胀水箱。下(右)水室有出水管，用软管与水泵进水口连接，两水室之间焊接散热器芯管。 图7-3 管片式散热器芯芯管的结构型式很多，常用的为管片式，其芯管多为扁圆形直管(防冻裂性好)，周围制有散热片。芯管可竖置或横置。 散热器盖安装在加水口上。对于闭式冷却系来说，系统与外界大气不直接相通，所以散热器盖上带有蒸汽-空气阀，如图所示。使冷却系的压力高于大气压力，冷却水的沸点有所提高。图7-4 具有空气-蒸汽阀的散热器盖 a)空气阀开启；b)蒸汽阀开启 1-泄气管；2-蒸汽阀；3-空气阀；4-散热器盖 3.蒸汽-空气阀的工作情况 蒸汽阀2一般在散热器内压力达到126kPa137kPa时，阀门开启，部分水蒸汽经泄气管排入大气，避免损坏散热器。 空气阀3在散热器内气压降到99kPa87kPa时，空气阀打开，散热器与大气相通，防止散热器芯管被大气压坏。散热器材料多采用耐腐蚀，导热性好的铜或铝片制成。 (二)水泵 1.作用：对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。 由于离心式水泵具有尺寸小，出水量大，结构简单，损坏后不妨碍水在冷却系中自然循环的特点，故为强制循环式冷却系普遍采用。常见的水泵在机体外安装与风扇同轴驱动，也有装在机体内(内藏式)单独驱动的。 2.离心式水泵的工作原理 (1)压水：如图所示。当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，由于离心力的作用，水被甩向叶轮边缘，在蜗形壳体内将动能转变为压能，经外壳上与叶轮成切线方向的出水管被压送到发动机水套内。 (2)吸水：与压水同时，叶轮中心处压力降低，散热器中的水便经进水管3被吸进叶轮中心部分。图7-5 离心式水泵示意图 1-水泵壳体；2-叶轮；3-进水管；4-出水管 3.结构 (1)组成：水泵由壳体、叶轮、泵盖板、水泵轴、支承轴承、水封等组成。如图所示。(2)水泵与风扇同轴，通过三角皮带传动。(3)泵盖上有出水孔。泵壳上有进水孔A，用橡胶管与散热器出水管相连。泵壳上面有旁通孔A，与气缸盖上的出水管相连，当冷却水温度低于349K(76)时，部分冷却水由此直接进入水泵。(4)叶轮工作室的进水室B与进水孔、旁通孔相通；出水室由出水孔与水套相连。(5)水泵轴通过两个轴承支承在壳体上，轴承间有隔套定位(6)水泵轴上装有抛水圈，以防水封渗漏时浸湿轴承，渗出的水被抛水圈从检视孔甩出，可避免破坏轴承润滑。(7)水封装在叶轮的前面，水封通常由密封垫圈、水封皮碗和弹簧等组成。 图7-6 离心式水泵结构 1-水泵外壳；2-叶轮；3-夹布胶木密封垫圈；4-密封垫圈；5-螺钉；6-水封皮碗；7-弹簧；8-垫圈；9-泵盖板；10-水封座圈；11-球轴承；12-水泵轴；13-半圆键；14-凸缘盘； 17-轴承卡环；16-隔离套筒；17-滑脂嘴；18-水封环；19-管接头 (8)水泵叶轮常用铸铁或塑料制成。采用向后弯曲的半圆弧、双圆弧或多圆弧形叶片的叶轮，其叶型与水流方向一致，效率较高。 (三)风扇 1.作用：提高流经散热器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力并冷却发动机附件。 2.安装位置：风扇多为轴流式，装在发动机与散热器之间，与水泵同轴驱动。 3.风扇扇风量的相关因素：风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数目有关。 4.结构型式： 风扇的结构型式如图所示。(1)目前汽车水冷发动机上常用螺旋桨式风扇。(2)风扇叶片材料有钢板、塑料和铝合金。为了减轻振动噪声，叶片间夹角不等。(3)叶片数：46片。(4)叶片与叶轮旋转平面之间有一偏扭角，偏扭角可为定值，也可制成变偏扭角。因风扇旋转时叶和叶尖的气流速度外大内小，为了提高风扇的效率，叶片从叶根到叶尖偏扭角逐渐减小。图7-8 风扇型式 a)叶尖前弯的风扇；b)尖窄根宽的风扇；c)尼龙压铸整体风扇 1-叶片；2-连接板 5.风扇的安装与风扇皮带的调整装置(1)安装风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上。风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动(图7-9)。 (2)调整目的：若皮带过松，皮带将在皮带轮上打滑，风扇和水泵等的转速下降，扇风量和泵水量减小，使发动机过热；皮带过紧，将增加轴承和皮带的磨损。 (3)措施：常将发电机支架做成可移动式的，以便调节皮带的紧度。6. 电动风扇图7-9 风扇的驱动和皮带张紧力的调整1-风扇及皮带轮；2-曲轴皮带轮；3-发电机；4-移动支架一些轿车由于发动机横置或后置，多采用电动风扇。电动机的开关由散热器的水温开关控制，并且有高低速两个档位，低速档在沸点内使用，高速档在沸点外使用，需要冷却时自动起作用。这样，在一般行驶条件下，电动风扇几乎不转，功率消耗减少，油耗率降低。而在低速大负荷时又能得到充分的冷却。 (四)膨胀水箱 1.结构图7-10 电动风扇1-水泵；2-节温器，3-散热器；4-电动机和风扇；7-蒸汽排出和回吸管；6-膨胀水箱，7-温控开关；8-发动机 膨胀水箱多用半透明材料(如塑料)制成。透过箱体可直接方便地观察到液面高度，无需打开散热器盖。如图所示，膨胀水箱的上部用一个较细的软管与水箱的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水侧相连接，通常位置略高于散热器。2.作用(1)把冷却系变成永久性封闭系统，减少了冷却液的损失；(2)避免空气不断进入，避免了机件的氧化腐蚀；(3)减少了穴蚀；(4)使冷却系中水、汽分离，保持系统内压力稳定，提高了水泵的泵水量。3.膨胀水箱的作用原理一般冷却系冷却液的流动是靠水泵的压力来实现的。水泵吸水的一侧压力低，易产生蒸汽泡，使水泵的出水量显著下降，并引起水泵叶轮和水套的穴蚀，在其表面产生麻点或凹坑，缩短了叶轮和水套的使用寿命。加装膨胀水箱后，由于膨胀水箱和水泵进水口之间存在补充水管，使水泵了汽泡的产生。散热器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通过导管和进入膨胀水箱，从而使气水彻底分离。由于膨胀水箱温度较低，进入的气体得到冷凝，一部分变成液体，重新进入水泵。而积存在膨胀水箱液面上的气体起缓冲作用，使冷却系内压力保持稳定状态。 图7-11 膨胀水箱示意图 1-散热器；2-水泵进水管；3-水泵；4-节温器；7-水套出气管；6-水套出水管；7-进水口处保持较高的水压，减少膨胀水箱；8-散热器出气管；9-补充水管；10-旁通管 4.一管式膨胀水箱 有的冷却系不用膨胀水箱而使用储液罐。即用一根管子把散热器和储液罐的底部或上部(管口插入液面以下)连通。但这种装置只能解决气水分离及冷却液消耗问题，而对穴蚀没有明显的改善。当冷却液温度升高时，散热器中液体膨胀、汽化，使散热器盖蒸汽阀开启，散热器中的蒸汽或液体沿导管流入储液罐。当冷却水温度降低时，散热器内压力下降，液体沿原路径流向散热器。 5.补充冷却液 储液罐上有两条刻线，冷却液应加到上刻线(FULL)，当液面降到下刻线(LOW)时，应及时补充。 二、冷却强度调节装置 (一)概述1.冷却强度调节目的强制式水冷却系统的冷却强度，一般受汽车的行驶速度，曲轴、水泵和风扇的转速及外界气温的影响。当使用条件变化时，如外界气温高，发动机在低速大负荷情况下工作，要求冷却强度要强，否则发动机易于过热。而当外界气温低，发动机负荷又不大时，其冷却强度应弱些，不然就会使发动机过冷。因此，要保证发动机在最佳的温度下工作，不出现过热过冷现象，就必须能根据使用条件的变化自动调节发动机冷却强度。 2.冷却强度的调整方法：一是改变流经散热器的空气流量和流速；二是改变冷却液的流量和循环路线。 (二)节温器 1.作用 随发动机负荷和水温的大小而自动改变冷却液的流量和循环路线，保证发动机在适宜的温度下工作，减少燃料消耗和机件的磨损。 2. 蜡式节温器的结构蜡式节温器由上支架、下支架、主阀门、旁通阀、感应体、中心杆、橡胶管和弹簧等组成。蜡式节温器如图所示。节温器的上支架和下支架与阀座铆成一体。中心杆上端固定在上支架的中心，其下部插入橡胶管的中心孔内，中心杆下端呈锥形。橡胶管与感应体外壳之间的空腔里装有石蜡。为了提高导热性，石蜡中常掺有铜粉和铝粉。感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀门。主阀门上有通气孔，它的作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出，保证能加满水。为了防止通气孔阻塞，有的加装一个摆锤。 图7-12 蜡式节温器 1-主阀门；2-盖和密封垫；3-上支架；4-胶管；7-阀座；6-通气孔；7-下支架；8-石蜡，9-感应体；10-旁通阀；11-中心杆；12-弹簧 3.蜡式节温器的工作原理(1)当水温低于349K(76)时，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵，故称小循环。由于水只是在水泵和水套之间流动，不经过散热器，且流量小，所以冷却强度弱。 (2)当冷却水温度在349K359K(7686)之间时，大小循环同时进行(如图所示)。当发动机水温达349K(76)左右时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对中心杆下部锥面产生向上的推力。由于杆的上端固定，故中心杆对橡胶管及感应体产生向下的反推力，克服弹簧张力使主阀门逐渐打开，旁通阀开度逐渐减小。 (3)当发动机内水温升高到359K(86)，主阀门完全开启，旁通阀完全关闭，冷却水全部流经散热器，称为大循环。由于此时冷却水流动路线长，流量大，冷却强度强。 图7-13 冷却水的大小循环 1-双阀节湿器，2-水套，3-水泵；4-散热器；7-旁通管(三)百叶窗 1.作用：在冷却水温度较低时改变吹过散热器的空气流量，从而控制冷却强度。 在严寒的冬季，水温过低时，由于节温器的作用使水只进行小循环，散热器中的水有冻结的危险。此时关闭百叶窗可使冷却水温度回升。 2.安装位置百叶窗安装在散热器前面，它是由许多片活动挡板组成的。挡板垂直或水平安装，由驾驶员通过装在驾驶室内的手柄操纵调节挡板的开度。 (四)风扇离合器 1.采用风扇离合器的目的风扇是发动机功率的消耗者，最大时约为发动机功率的10%。为了降低风扇功率消耗，减少噪声和磨损，防止发动机过冷，降低污染，节约燃料，多采用风扇离合器。 2. 硅油风扇离合器的结构硅油风扇离合器由前盖、壳体、主动板、从动板、阀片、主动轴、双金属感温器、阀片轴、轴承、风扇等组成。如图所示。 前盖、壳体和从动板用螺钉组成一体，通过轴承装在主动轴上。风扇装在壳体上。从动板与前盖之间的空腔为贮油腔，其内装有硅油(油面低于轴中心线)， 从动板与壳体之间的空腔为工作腔。主动板与主动轴固定连接，主动轴与水泵轴连接。从动板上有进油孔A，平时由阀片关闭，若偏转阀片，则进