汽车结构+第08章_发动机冷却系.ppt

汽车构造电子教案第8章发动机冷却系统，第8章发动机冷却系统，冷却系统功能及组成冷却液散热器冷却风扇恒温器水泵变速器油冷却器，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)第3页，第1节冷却系统功能及组成，冷却系统功能是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统不仅要防止发动机过热，还要防止发动机在冬天过冷。冷发动机起动后，冷却系统还应确保发动机迅速升温，并尽快达到正常工作温度。在发动机运行期间，最高燃烧温度可高达2500，即使在怠速或中速时，燃烧室的平均温度也在1000以上。因此，与高温气体接触的发动机零件会被强烈加热。在这种情况下，如果不进行适当的冷却，发动机将会过热，工作过程将会恶化，零件的强度将会降低，发动机机油将会恶化，零件的磨损将会加剧，最终导致发动机的功率、经济性、可靠性和耐用性的整体下降。然而，过度冷却也是有害的。无论是过冷还是发动机长期低温工作，都会增加散热损失和摩擦损失，增加零件磨损，使发动机工作不平稳，降低发动机功率，增加油耗率。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第4页，发动机冷却系统分为空气冷却和水冷却，少数汽车发动机采用空气冷却系统。因此，本章只介绍水冷系统。汽车发动机的冷却系统是强制循环水冷却系统，即利用水泵来增加冷却液的压力，迫使冷却液在发动机中循环。强制循环水冷却系统由水泵、散热器、冷却风扇、恒温器、补偿桶、发动机缸体和气缸盖中的水套以及其他附件组成(图8-1)。水冷系统中冷却剂的循环路径如图8-2所示。在水泵5中加压后，冷却剂通过配水管10进入发动机缸体水套9。冷却剂在水套壁周围流动，并从水套壁吸收热量以加热。然后向上流入气缸盖水套7，从气缸盖水套壁吸收热量，通过节温器6和散热器进口软管流入散热器2；在散热器中，冷却液向散热器周围流动的空气散热以降低温度；最后，冷却液通过散热器出口软管返回水泵，从而无休止地循环。当汽车运行或冷却风扇工作时，空气在散热器周围高速流动，以增强冷却液的冷却。无论是铜制或不锈钢制的配水管，还是直接浇铸在机体上的配水管，纵向都有出水孔，出水孔与机体的水套相通。离水泵越远，出水孔越大，出水孔的数量通常与气缸的数量相同。配水管或配水槽的作用是使多缸发动机各缸的冷却强度均匀。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第5页，循环路径显示，冷却剂在水泵5中加压后，通过配水管10进入机体水套9。冷却剂在水套壁周围流动，并从水套壁吸收热量以加热。然后向上流入气缸盖水套7，从气缸盖水套壁吸收热量，通过节温器6和散热器进口软管流入散热器2；在散热器中，冷却液向散热器周围流动的空气散热以降低温度；最后，冷却液通过散热器出口软管返回水泵，从而无休止地循环。当汽车运行或冷却风扇工作时，空气在散热器周围高速流动，以增强冷却液的冷却。无论是铜制或不锈钢制的配水管，还是直接浇铸在机体上的配水管，纵向都有出水孔，出水孔与机体的水套相通。离水泵越远，水就越大，如图8-2，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第6页，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第7页，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第8页，暖风机，大部分汽车都装有暖风系统。加热器是一种热交换器，也称为第二散热器。在配有加热器的水冷系统中，热冷却液通过加热器进口软管从气缸盖或机体水套流入加热器芯，然后通过加热器出口软管流回水泵(图8-1)。吹过加热器芯的空气被冷却液加热后，一部分空气被送到挡风玻璃除霜器，一部分空气被送到驾驶室或车厢。第2节冷却液冷却液是水和防冻剂的混合物。冷却水最好是软水，否则会在发动机水套中产生水垢，这将阻碍热传递并容易导致发动机过热。冷却液中应该添加防冻剂。防冻剂通常包含防锈剂和泡沫抑制剂。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第9页，第3节散热器，1。散热器发动机水冷系统中的散热器由三部分组成：进气室、出气室和散热器芯。传统的散热器芯由黄铜制成，但近年来大多由铝制成，一些散热器的进、排气室由复合塑料制成，这大大降低了散热器的质量。二、散热器盖三、补偿桶四、散热器百叶窗、2020/6/4、哈尔滨工业大学(威海)第10页、2020/6/4、哈尔滨工业大学(威海)第11页、2020/6/4、哈尔滨工业大学(威海)第12页、散热器盖、现代汽车发动机强制循环水冷却系统，都使用散热器盖来严密地覆盖散热器和冷却剂端口，使水冷却系统成为一个封闭系统，俗称闭式水冷却系统。散热器盖用于密封水冷系统并调节系统的工作压力。当散热器盖盖在散热器的冷却液添加口上并锁紧时，散热器空气盖的上密封垫在压力阀弹簧的作用下紧贴在冷却液添加口的上密封面上，散热器空气盖的下密封垫紧贴在冷却液添加口的下密封面上，然后水冷系统关闭。散热器盖的结构和工作原理如图8-5所示。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第13页，第二，散热器盖，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第14页，散热器盖的工作原理，当发动机工作时，冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液体积膨胀，冷却系统中的压力增加。当压力超过预定值时，压力阀打开，一部分冷却剂通过溢流管流入补偿桶，以防止冷却剂膨胀并使散热器破裂。当发动机关闭时，冷却液温度下降，冷却系统中的压力也降低。当压力降至大气压以下并出现真空时，真空阀打开，以补偿水桶中的冷却液流回散热器，从而防止散热器被大气压挤压。图8-5，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第15、3页。补偿桶，由塑料制成，通过软管与散热器上的溢流管和冷却液端口相连(图8-1)。其功能如上，即当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流入补偿桶；当冷却液冷却时，部分冷却液被吸回散热器，因此冷却液不会溢出。补偿桶中的液位有时上升，有时下降，而散热器总是充满冷却液。补偿桶的外表面上刻有两条标记线：“低”线和“高”线，补偿桶中的液位应位于两条标记线之间。如果液位低于“低”线，冷却剂应补充到桶中。向桶中添加冷却液时，液位不应超过“高”线。补偿桶还可以消除水冷系统中的所有气泡。无论水冷系统中有无气泡或蒸汽泡，传热效果都会降低。当水冷系统中有空气时，也会增加金属腐蚀在发动机冷起动或暖机期间，冷却液的温度相对较低。此时，百叶窗部分完全关闭，以减少通过散热器的气流，从而快速提高冷却液的温度。司机可以通过驾驶室中的手柄打开和关闭百叶窗，也可以通过温度传感器自动控制百叶窗。图8-6显示了卡车上使用的散热器百叶窗的自动控制系统。控制系统中的温度传感器安装在散热器进口管上，用于检测发动机的冷却液温度。在发动机冷起动和预热期间，百叶窗关闭。当发动机达到正常工作温度时，温度传感器打开气阀，使制动空气压缩机产生的压缩空气进入气缸，推动空气杆中的活塞与调节杆一起向下移动，带动杠杆打开活门。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第17页，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第18页，第4节冷却风扇，风扇功能和结构硅油风扇离合器电风扇，风扇功能和结构，风扇功能是：当风扇旋转时吸入空气，使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。汽车发动机的水冷系统大多采用低压头、大风量、高效轴流风扇，即当风扇转动时，空气沿风扇转轴的轴向流动。导风罩3布置在风扇的外围，使得由风扇4吸入的所有空气穿过散热器1，以提高风扇的效率。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第19页，散热器后面的冷却风扇(图8-7)。当发动机纵向安装在机架上时，风扇通常安装在水泵轴上，并由驱动水泵和发电机的同一三角带驱动。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第20页，(续)，风机的风机风量主要与风机直径、转速、叶片形状、叶片安装角度和叶片数量有关。叶片的横截面形状为弧形和翼形(图8-8)。前者由薄钢板冲压而成，而后者由塑料或铝合金铸造而成。翼扇因其高效率和低功耗而广泛应用于汽车和轻型车辆。通常，叶片与风扇的旋转平面形成30 45的角度(叶片安装角度)。叶子的数量是4、5、6或7。叶片之间的间隔角度要么相等，要么不相等。不同间隔角度的叶片可以减少叶片旋转时的振动和噪音。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，21页，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，22页，硅油风扇离合器，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，23页，1页。硅油风扇离合器的结构。当发动机负荷增加且冷却液温度升高时，高温气流吹到双金属温度传感器上，导致双金属因受热而变形，驱动阀板传动销和控制阀板偏转一个角度。气流温度超过65后，从动板上的进油孔A打开，储油室中的硅油通过该孔进入工作室。粘性硅油流入主动盘和从动盘之间以及主动盘和离合器壳体之间的间隙，将主动盘上的扭矩传递给离合器壳体，驱动风扇高速旋转，此时离合器处于接合状态。进入工作室的硅油在离心力的作用下被甩到外缘，推开单向阀一，通过从动板上的回油孔b流回储油室，然后进入工作室。这是重复形成一个循环。在循环过程中，硅油将热量传递给带散热片的前盖和待冷却的离合器壳体，以避免硅油在运行过程中温度过高。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第24页，电风扇。电风扇用于许多汽车发动机的水冷系统，特别是带有横向发动机的前轮驱动汽车。电风扇由风扇电机驱动，由电池供电，因此风扇转速与发动机转速无关。我国生产的红旗CA7220、奥迪100、捷达和桑塔纳轿车均采用电风扇(图8-10)，风扇转速为两档。风扇速度由温度控制热敏电阻开关控制。当t如果冷却液温度降至9298，风扇电机将恢复到1档速度。但是，当冷却液温度降至8491时，热开关切断电源，风扇停止运转。在一些电子控制系统中，电风扇由计算机控制。冷却液温度传感器向计算机发送与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达到规定值时，计算机将风扇继电器接地，关闭继电器触点并向风扇电机供电，风扇开始工作。该电风扇具有结构简单、布置方便、不消耗发动机功率、提高燃油经济性的优点。此外，无需检查、调整或更换风扇传动带，从而减少了维护工作量。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第25、1页。恒温器2的功能。恒温器3的结构和工作原理。节温器的布置，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第26页，节温器的功能，节温器是一个控制冷却剂流动路径的阀门。它根据冷却液的温度打开或关闭通向散热器的冷却液通道。当起动冷发动机时，节温器关闭通向散热器的冷却液通道。此时，冷却液通过水泵的进口直接流回车身和气缸盖水套，导致冷却液迅速升温。如果不安装节温器，温度较低的冷却液经散热器冷却后将返回发动机，其温度不会长时间上升，发动机也会在低温下长时间运转。同时，车内的暖风系统，以及由冷却液加热的进气管、化油器和预热系统，不能长时间工作。第5节恒温器，2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第27页，恒温器结构和工作原理，蜡制恒温器分为单阀型和双阀型。单阀蜡恒温器的结构如图8-11所示。推杆1的一端固定在带状上支架2上，而另一端插入感温体5的橡胶管6中。温度传感体支撑在带状下支架3和节温器阀8之间。感温体外壳和橡胶管的中间填充有精制石蜡。国产汽车捷达、桑塔纳和奥迪100都使用蜡制恒温器。其特点是当冷却液温度达到85时，温控阀开始打开。当温度达到105时，温控阀应全开，其升程应超过7毫米，哈尔滨工业大学(威海)2020/6/4，第28页，哈尔滨工业大学(威海)2020/6/4，第29页，温控器布置，一般水冷系统的冷却液从机体流入和流出气缸盖。大多数恒温器安装在气缸盖的出口管中。这种布置具有结构简单和容易去除水冷系统中的气泡的优点。它的缺点是恒温器工作时会振荡。例如，在冬季起动冷发动机时，由于冷却液温度低，节气门关闭。当冷却液以小的方式循环时，温度迅速上升，温度被保存并打开。同时，散热器中的低温冷却液流入车身，使冷却液再次冷却，节温器阀再次打开。在所有冷却液的温度稳定之前，节温器阀将趋于稳定，不会反复打开和关闭。恒温器在短时间内反复打开和关闭的现象称为恒温器振荡。当这种现象发生时，它会增加汽车的油耗。恒温器也可以设置在散热器的出水管中。这种布置可以减少或消除恒温器的振荡现象并精确控制冷却剂的温度，但其结构复杂。成本相对较高，主要用于高性能汽车和冬季经常高速行驶的汽车。奥迪100汽车发动机的节温器安装在散热器出口的管道中。2020/6/4，哈尔滨工业大学(威海)，第30页，第6节，水泵，水泵的功能是给冷却剂加压，以确保其在冷却系统中的循环。水泵的工作原理水泵的典型结构水泵的传动装置水泵通常由曲轴通过三角带驱动。这离心水泵的工作原理如图8-13所示。当水泵的叶轮如图所示方向转动时，水泵内的冷却液被叶轮带动一起转动，在离心力的作用