汽车拖拉机学（第2版）课件：发动机冷却系统

汽车拖拉机学(第2版)发动机冷却系统《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统发动机冷却系统第一节冷却方式与冷却液

第二节水冷却方式第三节风冷却方式《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

1重点、难点■

水冷却系统组成■

水冷却系统原理《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统教学要求■

掌握发动机冷却循环■

掌握冷却强度控制《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统课程思政融入点1.发动机冷却循环与实践2.冷却强度控制与实践《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统课程思政的育人目标■

环保意识■

工匠精神■

创新思维■

科技发展《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统课程耕读教育要点耕读教育映射与融入点教育方法与载体途径耕读育人预期成效发动机冷却循环与实践1.为何冷却液取代了冷却水?2.冷却小循环是如何实现的?3.冷却大循环是如何实现的?信息化载体、参观体验、课堂讨论；

制作讲义或教材、

制作PPT环保意识工匠精神创新思维冷却强度控制与实践1.冷却风扇硅油离合器是如何实

现冷却强度控制的?2.冷却风扇电控系统是如何实现

冷却强度控制的?信息化载体、参观体验、课堂讨论；

制作讲义或教材、

制作PPT工匠精神科学精神科技发展创新

思维“耕读教育”思政点映射表《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

7第一节冷却方式与冷却液第一节冷却方式与冷却液一、冷却系统的功用1.作

用发动机在工作时，由于燃料的燃烧以及运动零件之间摩擦产生大

量的热，气缸内气体温度可达2000℃左右的高温。直接与高温气体接触的气缸体、气缸盖、活塞、气门等机件若不及时加以冷却，则其中的运动机件将可能因受热膨胀而破坏正常间隙，或因润滑在高温下失效而卡死；各机件也可能因为高温而导致其机械强度降低甚至损坏。

因此，为保证发动机正常工作，必须对这些在高温条件下工作的机件

加以冷却。冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在最适宜的温度范围内工作。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

8按冷却介质的不同发动机冷却系统可分为水冷系统、风冷系统两类。1.水冷系统把发动机受热零件吸收的热量，通过冷却液散入大气中，而进行

冷却的一系列装置，称为水冷系统。

水冷系统因冷却强度大，易调

节，便于冬季启动而广泛用于汽车发动机上。2.风冷系统以空气为冷却介质的冷却系统称为风冷系统。风冷系统因冷却效果差，噪声大，功耗大，仅用于部分越野汽车发动机。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

9一节冷却方式与冷却液三、冷却液目前发动机冷却液多是乙二醇与水的混合物，乙二醇是一种无色黏稠液体，能与水以一定比例混合。其沸点为197

.4℃,相对密度为1.113,冰点为-11.5℃。与水混合后，其冰点可显著降低，最低可

达

-

68℃。冷却液中的水与乙二醇的比例不同，其冰点也不同(见

表

)

。发动机冷却液通常由乙二醇、防腐蚀添加剂、抗泡沫添加剂和适

量的水组成。

防腐蚀添加剂(硼酸盐、磷酸盐、硅酸盐等)可延缓或

阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀和腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫

将妨碍水套壁的散热，影响发动机的冷却效果，加入抗泡沫添加剂(硅油等)能有效地抑制泡沫的产生。在使用过程中，防腐蚀添加剂

和抗泡沫添加剂会逐渐消耗殆尽，因此，应定期更换冷却液。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

10冷却液冰点/℃乙二醇的质量分数(%)水的质量分数(%)冷却液密度/(t/m³)-1026.473.61.0340-2036.263.81.0506-3045.654.41.0627-4052.347.71.0713-5058.042.01.0780-6063.136.91.0833乙二醇有毒，且有较强的吸水性。在发动机冷却液中，

一般还要加入着色剂，使其呈蓝绿色或黄色，以便识别和发现冷却液的泄漏。表8-1

冷却液的冰点与乙二醇质量分数的关系《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

11《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

12第二节水冷却系统第二节水冷却系统一、水冷却系统的类型水冷却系统冷却均匀可靠，运转时噪声小，寒冷季节可以采用灌热水的方法来预热，以利于启动，因此，目前在内燃机中应用较广泛。水冷却系统按冷却液在内燃机中循环方法的不同，可分为自然循环冷却和强制循环冷却。1.自然循环冷却系统自然循环冷却是利用水的密度随温度变化的特性，实现水的自然

对流循环。因需水量较大，要求冷却系统的容量较大，故只在小型内燃机上采用。自然循环冷却分为蒸发式、冷凝器式和热流式3种。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

13(1)蒸发式水冷却系统图为蒸发式水冷却系统示意图。

缸盖水套和缸体水套与蒸发水箱相

通，内燃机工作时，水套中的水流

经冷却缸体、

缸盖后升温，密度减

小而上升到蒸发水箱，水箱中温度

较低的水下沉进入水套，形成自然

热流循环。当水箱中的水温上升到

沸点后，液态的水在吸收大量热后

成为蒸汽从加水口散到大气中去，

保持了整个冷却系统的温度在水的

沸点附近。图8

-

1

蒸发式水冷却系统示意图1—缸盖水套

2—缸体水套3—蒸发水箱4—水面指示器5—加水口

6—燃油箱《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

14蒸发式水冷却系统结构简单，常为单缸小型柴油机采用。由于散热是通过水的汽化蒸发实现的，因此工作时冷却水消耗量大，给使用带来不便。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

15(2)冷凝器式水冷却系统冷凝器式水冷却系统克服了蒸发

式水冷却系统耗水量大的缺点，其构造如图所示。冷凝器式水冷却系统增加了挡板、冷

凝器和风扇等。在这个系统中，冷却水吸收热量而形成的水蒸汽充满冷凝器，在风扇气流作用下散热后又冷凝成液态水，去冷却受热零件。开有大

小不等圆孔的挡板用于稳定水面。与蒸发式冷却相比可以大大减少水的消耗，但零件增多，成本提高，同时风扇也消耗一部分功率。图8-2

冷凝器式水冷却系统1—小水箱

2—通大气孔

3—风扇4—冷凝器

5—挡板《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

16(3)热流式水冷却系统热流式水冷却系统由上水箱、下水箱、散热器芯、上水管、下水管和飞轮

风扇等组成，如图所示。冷却液在冷却

高温零件后温度上升、密度减小而向上流动，经上水管进入散热器，将热量散

于空气后密度增加，流至下水箱，然后

再冷却高温零件。水循环是靠温差引起的热对流来实现的。这种冷却系统的冷却强度较小，冷却不均匀，当水量减少

到上水管以下时即不构成循环，就失去

了冷却作用。目前它只在小功率柴油发

动机上采用。冷却液

冷空气图8-3

热流式水冷却系统1—气缸体水套2—气缸盖水套3—上水管4

—

水箱盖

5

—

上水箱6

—

散热器芯7—下水箱

8—下水管

9—飞轮风扇《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

172.强制循环水冷却系统强制循环水冷却系统如图

所示。它是利用水泵来提高冷

却液的压力，强迫冷却液在机

内高温零件与散热器之间循环，

热量由散热器散入大气中。这

种冷却方式工作可靠，气缸上、下冷却较均匀(温差小),散

热效果好，能保证适宜的工作

温度，启动时热车较快，因此

在发动机上获得广泛应用。图8-4

强制循环水冷却系统1—百叶窗2—散热器3—散热器盖

4—风扇5—水泵

6—节温器

7—冷却液温度表8—水套

9—水管10—放水开关《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

18该冷却系统主要由水泵、风扇、散热器、水管以及各种冷却强度调节装置如节温器、百叶窗、硅油离合器等组成。工作时，同轴的风扇和水泵在曲轴的驱动下旋转，水泵将冷却

液吸入加压后送入分水管，并由分水孔进入各气缸间的水套中，使

各缸冷却均匀，然后向上流经气缸盖水套及节温器，流入散热器内。

由于风扇的强力抽吸，空气由前向后高速从散热器中通过，热水自

上而下流经散热器，因而其中的热量不断地散到大气中去，使水得

到冷却。流到散热器底下的冷却液又被水泵吸入，开始再次循环，因而内燃机的高温零件就不断地得到冷却。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

19水冷却系统的主要部件有：散热器、水泵、冷却风

扇、节温器等。1.

散热器(

1

)

功

用散热器俗称水箱，主要

功用是将冷却液在水套中吸收的热量传给外界大气，使

冷却液温度下降。a)

b)图8

-

5

散热器a)横流式散热器b)纵流式散热器立体图1—出水口

2—散热器盖

3—进水口

4—放水阀5—进水室6—散热器芯7—出水室二、水冷却系统的主要部件《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

204(

2

)

组

成散热器主要由散热器芯、散热器盖、进水室和出水室等组成。进、

出水室分别用软管与发动机气缸盖上的出水管口及水泵的进水管口连接。出水室下部设有放水阀，必要时可将散热器内的冷却液放掉《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

21冷却液冷却液2-2-1-空气

空气(3)散热器芯散热器芯的常见结构形式有管片式、管带式、板式3种。①管片式。散热器芯由若干扁形冷却管和散热片构成)。冷却管焊在进、

出水室之间是冷却液的通道。管片式散热器散热面积大，结构钢度好，但制造工艺较复杂，成本较高。a)b)c)图8-6

散热器芯a)

管片式

b)管带式

c)板式1—散热片

2—冷却管

3—散热带《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

22冷却液3②管带式。散热器芯由扁平冷却管及波形散热带组成。冷

却管为扁管并与波形散热带相间地焊接在一起。与管片式散热

器相比，管带式散热器制造简单，质量轻，成本低，散热能力

较强，但刚度差。③板式。其冷却液通道由成对的金属薄板焊接而成。该种

散热器芯散热效果好，结构简单，刚度较差，不易维修。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

23(4

)散热器盖汽车上广泛采用闭式水冷系统，即在散热器盖上装有蒸汽阀及真空阀，可

自动调节冷却系统内的压力，提高了冷却效果。当把散热器盖拧在散热器冷却液加注口上时，上密封衬垫在蒸汽阀弹簧的作用下与冷却液加注口上密封面贴紧，散热器下密封衬垫与冷却液加注口下

密封面贴紧，此时，冷却系统被封闭。发动机运转后，冷却液的温度逐渐升高，容积膨胀，使散热器内压力升高。当压力升高到超过预定值时，蒸汽阀开启，使一部分冷却液蒸汽从溢流管溢出，流入补偿水箱，冷却系统压力下降，防止散热器胀裂；发动机停机后，冷却液温度下降，当冷却系统内的压力降到大气压力以下出现真空时；真空阀开启，补偿水箱的冷却液部分地流回散热器，以防止散热器被大气压力压瘪。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

24a)

b)

c)图

8

-

7

散

热

器

盖a)散热器的结构b)

蒸汽阀开启

c)

真空阀开启1—真空阀2

—

蒸汽阀3

—

散热器盖4—上密封衬垫5

—

蒸汽阀弹簧6

—

下密封衬垫7—冷却液加注口上密封面8—冷却液加注口下密封面9

—

溢流管《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

25342.水泵(

1

)

功

用冷却水泵的功用是对冷却液加压，使冷却液在冷却系统内循环流动。(2)结构原理汽车发动机广泛采用离心式水泵，主要由叶轮和水泵壳体等组成。叶轮由铸铁或塑料制成，通常有6～8个径向直叶片或后弯叶片；水泵壳

体用铸铁或铸铝制造；进、出水管均与水泵壳体铸成一体。近年来有的发动机冷却系统装用电动水泵。电动水泵由发动机电控单元控制，根据实际需要调整水泵转速，借以调节冷却液流量。电动水泵由电动机驱动，不受发动机转速影响。因此装用电动水泵，

既改善了发动机的冷却效果，有效地改善了发动机的燃油经济性。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

262.水泵(2)结构原理当叶轮旋转时，水泵内的冷却液被叶片带动一起旋转，并在离心力的

作用下甩向水泵壳体边缘，在轮廓线

为对数螺旋线的水泵壳体内，将动能转变为水的压力能，经与叶轮成切线

方向的出水口及出水管压入发动机的冷却水套。与此同时，叶轮中心处因

具有负压而使散热器中的水经进水管

被吸入水泵叶轮中心。图8-8

离心式水泵的工作原理图1—水泵壳体

2—叶轮

3—进水管

4—出水管《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

273.冷却风扇(

1

)

功

用冷却风扇安装在水泵轴上，并由驱动

水泵和发电机的同一根传动带传动。当风

扇旋转时吸进空气，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，达到散热的目的。(2)构造汽车发动机水冷系统多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇，即风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流

动。在风扇外围设有导风罩，使风扇吸进的空气全部通过散热器，以提高风扇效率。图8-9

冷却风扇与导风罩1—导风罩

2—散热器盖

3—散热器

4—冷却风扇《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

283.冷却风扇风扇和发电机一般同时由曲轴带轮通过V

带驱动，汽车风扇传动带张紧装置、发动机的支架做成可移动式，以调解传动

带的张紧度。传动带过松，将引起传动带相对于带轮打滑，使风扇的扇风量减少，导致发动机过热和发电机发电量下降；传动带过紧，将增加发电机轴承的磨损，因此要求传动带必须保持合适的松紧度，

一般用大拇指以30～50N

的力，按下传动带

产生10～15mm

的挠度为宜。(3)风扇转速控制控制冷却风扇转速的方法主要有硅油离合器、电动风扇、液力驱动风扇等。电动风扇无动力损失，结构简单，布置方便，因此电动风扇在轿车上的应用越来越多。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

294.节温器(

1

)

功

用它是控制冷却液流动路径的阀门，能根据发动机冷却液温度的高低，打开或关闭冷却液通向散热器的通道，使冷却液在散热器和水套之间进行大循环或小循环，

调节冷却强度，保证发动机在最适宜的温度下工作。(2)节温器的结构汽车发动机装的节温器均采用蜡式节

温器，推杆的一端固定在支架上，另一端

插入胶管的中心孔内。石蜡装在胶管与节

温器壳体之间的腔体内。图8-10

蜡式节温器的构造1—节温器壳体

2—弹簧

3—支架

4—主阀门5—推杆

6—石蜡

7—胶管8—副阀门《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

304.节温器(3)节温器的工作原理如图所示，温度较低时，石蜡呈固态，主阀门被弹簧推向上方与阀座压紧，处于关闭状态，此时，副阀门开启，冷却液进行小循环，来自发动机水套的冷却液经副阀门、小循环水直接进入水泵，被泵回到发动机水套内。温度升高时，石蜡逐渐熔化成液态，

体积膨胀，迫使胶管收缩，对推杆端部产

生向上的推力，由于推杆固定在支架上，

推杆对胶管、节温器壳体产生向下的反推

力。a)

b)图8-

11蜡式节温器的工作原理图a)小循环

b)大循环《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

31循环管4.节温器(3)节温器的工作原理当冷却液温度升高到一定值时，反推力克服弹簧的弹力使胶管、节温器壳体向下运动，主阀门开始开启，同时副阀门开始关闭。当冷却液温度进一步升高到一定值时，主阀门完全开启，而副阀门也正好关闭

小循环水路(图8-

11b)

,

此时来自发动机水套的冷却液全部经过散热

器进行大循环。当冷却液温度在主阀门开始开启温度与完全开启温度

之间时，主阀门和副阀门均部分开启，在整个冷却系统内，

一部分冷却液进行大循环，另一部分冷却液进行小循环。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

324.节温器(4)电控节温器传统的节温器控制冷却液大小循环的路线，节流损失大，

工作不可靠，工作效率低，不能根据发动机的散热要求准确地

调节冷却系统的散热能力，而电控节温器利用电加热引起双金

属片变形，由双金属片变形带动节温阀旋转运动，来改变大小

循环，可用于对发动机冷却能力的智能控制。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

33《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

34第三节

风冷却系统一、风冷却系统的特点风冷却系统与水冷却系统比较具有以下特点：①零件少，结构简单，整机质量较小。③不用冷却水，因而无漏水、冰冻、结垢等故障，使用维修比较方便。③对地区环境变化的适应性好，适于缺水地区使用。对于涡轮增压、中冷风冷柴油机，更适于高温、严寒、沙漠、森林、高原等地区使

用。④启动时，暖机快，气缸套磨损小。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

35⑤由于没有水套吸音，再加上散热片和导风罩的振动及风扇的圆周速度高，风冷内燃机运转时噪声较大。⑥由于金属与空气的传热系数大大低于金属与水的传热系数，所以风冷内燃机的热负荷较高，内燃机工作的可靠性差。⑦风扇消耗功率较大，充气系数较低，因此在其他条件相同时，风

冷内燃机输出的有效功率要比水冷内燃机低。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

36风冷却是采用空气作为冷却介质。高速流动的空气直接将高温零件的热量带走，使内燃机在最适宜的温度下工作。风冷却系统

主要由散热片、风扇、导风罩和分流板等组成，如图8-12所示。风冷却系统常采用风量较大、风压较低

的轴流式风扇，它通过三角皮带由曲轴驱动，

高速旋转产生强烈气流，经风机导流罩将气

流集中导向内燃机，分流板使气流均匀地分

流到各缸，经气缸导风罩排出。气缸体和气缸盖的表面均布满散热片，加大了散热面积，增强了冷却效果。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

37二、风冷却系统的组成图8-12

内燃机风冷却系统示意图1—散热片2—风机导风罩

3—风扇

4—气缸导风罩5—分流板6—V带V形风冷内燃机上，轴流式风扇一般布置在内燃机前端两排气缸夹角中间，如图所示。在单缸或双缸小型风冷内燃机上，为简化结构，降低制造成本，常采用离心式风扇，安装在飞轮上或与飞轮铸成一体，称为飞轮风扇。如图8-14所示，空气由进风口轴向吸入，从风扇蜗壳流出的气流，由导风罩引向气缸和气缸盖图8

-

14

采

用

离

心

式

风

扇

的

单

缸风冷内燃机冷却系统示意图1—进风口2

—

离心式风扇3

—

飞轮4

—

导风罩5

—

气缸6

—

气缸盖7

—

风扇蜗壳图8

-

13采

用

轴

流

式

风

扇

的

V

型风冷内燃机冷却系统示意图1—V

带

2

—

挡风板3

—

轴流式风扇4

—

导风罩《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

38进行冷却。第三节风冷却系统三、风冷却系统的布置风冷却系统按引风方式的不同，有吹风冷却和吸风冷却两种形式。风扇安装在气缸进风侧(即吹进冷却空气的一侧)为吹风冷却。风扇安装在气缸出风侧为吸风冷却。前者气缸的温度较低，所需风

扇压力也较低(低12%～20%),且驱动风扇的功率较小(低1.12

%～20%),因此除少数特殊要求(少数坦克用风冷式内燃机因总

体布置关系)采用吸风冷却外，通常采用吹风冷却。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

39第三节

风冷却系统四、风冷却系统的风量调节1.改变风扇转速法风扇转速提高，风量增加，冷却加强。反之冷却减弱。在热负荷较

低时，降低风扇转速，既节省了风扇消耗的功率，又降低了风扇运转时的噪声，因而是一种较好的调节冷却强度的方法。改变风扇转速的方法主要有两种：①对于机械式传动的风扇，可通过变换风扇皮带轮直径或传动齿轮齿数

来改变风扇传动比。该方法简单，但不易实现自动无级变速。主要用于

地区性或季节性调节。②对于液力式传动的风扇，

一般采用液力偶合器传动来实现风扇的无级调速。它是利用装在排气管或排风口处的感温元件(温度阀),控制进入液力偶合器中的充油量，控制风扇转速调节。《汽车拖拉机学(第2版)》发动机冷却系统

402.冷却风扇的风量节流控制法在风扇进风处，或向气缸供风途中，冷却风出风侧设置节流器。当风扇转速保持一定而节流器的开度