汽车基础及其构造 1

429第八章冷却系统430目录第一节概述第二节水冷却系统的主要部件431第一节概述4321.掌握冷却系统的作用和组成。2.掌握冷却系统的分类和工作原理。3.了解冷却液的特性。学习目标433一、冷却系统的作用发动机工作时，可燃混合气的燃烧和运动零件间的摩擦产生大量的热量，导致相关零件特别是直接与高温燃烧气体接触的气缸体、气缸盖、活塞和气门等零件的温度急剧升高。若不及时进行有效冷却，零件过热将影响发动机的正常工作状态。冷却系统的作用是将发动机中受热零件吸收的热量散发到大气中去，以保证发动机在最适宜的温度范围内工作。434二、冷却系统的分类和工作原理按照所用冷却介质的不同，发动机冷却系统分为水冷却系统和风冷却系统，如图所示。冷却系统的类型a）水冷却系统b）风冷却系统435水冷却系统水冷却系统以冷却液为冷却介质。通过冷却水泵使环绕在气缸周围冷却水套中的冷却液加速流动，并将冷却水套中的冷却液引入散热器中，利用行驶中吹进的自然风和冷却风扇吹风降温，使冷却液在散热器中冷却，然后将它们引回冷却水套中，进行周而复始地循环冷却。目前大多数汽车发动机都采用水冷却系统。风冷却系统风冷却系统以空气为冷却介质。利用冷却风扇在气缸体和气缸盖周围的散热片中形成空气流，使高温零件的热量直接散发到大气中，达到降低发动机温度的目的。风冷发动机的气缸体内部不需要设计冷却水套，因此其结构紧凑。但是由于冷却效果相对较差，因此，风冷却系统仅适用于摩托车和小排量发动机。436三、水冷却系统的组成目前汽车发动机广泛采用强制循环式水冷却系统。强制循环式水冷却系统主要由冷却水泵、散热器、冷却风扇、冷却水套、节温器、膨胀水箱、水管和冷却液温度传感器等组成，如图所示。强制循环式水冷却系统的组成1—膨胀水箱2—上水管3—节温器4—冷却水泵5—冷却水套

6—下水管7—冷却液温度传感器8—散热器9—冷却风扇437强制循环式水冷却系统利用冷却水泵将系统内的冷却液加压，使之在冷却水套中流动，冷却液从气缸壁吸收热量，温度升高，热的冷却液向上流入气缸盖，再从气缸盖流出并进入散热器。由于冷却风扇的强力抽吸，空气从前向后高速流过散热器，不断地将流经散热器的冷却液的热量带走。冷却后的冷却液通过冷却水泵从散热器底部重新泵入冷却水套，如此不断循环，从而保证发动机在适宜的温度范围内工作。438四、冷却液冷却液俗称防冻液，具有防冻和防沸能力。不同的冷却液具有不同的凝固点和沸点，应根据发动机的使用条件进行选用。冷却液通常以乙二醇或酒精作为基料。冷却液中通常还含有防锈剂和泡沫抑制剂。439在冷却液中，一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或深红色，以便于识别，如图所示。冷却液具有一定的毒性，使用时应当注意。当冷却液发生泄漏时，应及时检查、补充。冷却液1—冷却液2—膨胀水箱440第二节水冷却系统的主要部件4411.掌握水冷却系统主要部件的作用和结构。2.掌握水冷却系统主要部件的工作原理。学习目标442一、冷却水泵冷却水泵简称水泵，其作用是对冷却液加压，使冷却液在冷却系统中循环流动。目前汽车发动机一般采用离心式冷却水泵。离心式冷却水泵主要由壳体、叶轮、冷却水泵轴和带轮等组成，如图所示。离心式冷却水泵1—壳体2—叶轮3—冷却水泵轴4—冷却水泵带轮443冷却水泵壳体固定在发动机机体上，由曲轴通过传动带驱动。传动带环绕在曲轴带轮和冷却水泵带轮之间，因此冷却水泵转速与发动机转速成比例。离心式冷却水泵的工作原理如图所示。叶轮旋转时，带动冷却水泵中的冷却液一同旋转，冷却液在离心力作用下被甩向叶轮边缘，经壳体上与之相切的出水管压送至发动机冷却水套。与此同时，叶轮中心区域产生低压，将散热器中的冷却液经进水管吸入冷却水泵。这一过程连续进行，从而强制冷却液在冷却系统内不断循环。若冷却水泵因故障停止工作，冷却液仍能通过叶轮、叶片之间的空隙流动，依靠热对流进行有限的循环，从而为发动机提供一定的保护，以免其迅速过热。444离心式冷却水泵的工作原理1—进水口2—冷却水泵壳体3—冷却水泵轴4—叶轮5—出水口445二、散热器散热器俗称水箱，安装在发动机前的车架横梁上，其作用是将冷却液所携带的热量散发到大气中，以降低冷却液温度。散热器主要由上水室、下水室、散热器芯等组成，如图所示。散热器1—上水室2—上水室进水口3—溢流管4—散热器盖（加水口）5—散热器芯（散热片）6—下水室出水口7—下水室446上水室装有散热器的进水管，其进水口通过橡胶软管与气缸盖冷却水套的出水口连接。上水室顶部设有加水口，加水口一般装有溢流管。当冷却液沸腾时，在开式冷却系统中，水蒸气直接从溢流管排出；而在闭式冷却系统中，溢流管连接膨胀水箱，水蒸气经溢流管排入膨胀水箱冷凝。下水室装有散热器的出水管，其出水口通过橡胶软管与冷却水泵进水口连接。上、下水室之间焊接散热器芯，形成冷却液的流通通道。447散热器芯的结构形式多样，常用的分为管片式和管带式，如图所示。管带式比管片式散热效率更高，但结构更复杂。散热器芯管多采用扁圆形直管（防冻裂性好），周围装有散热片。散热器芯管可竖置或横置。散热器芯a）管片式b）管带式448散热器盖安装在加水口上。对于闭式冷却系统，系统与大气不直接相通，因此散热器盖上装有蒸汽阀和真空阀等，如图所示，使冷却系统的压力大于大气压力，冷却液的沸点有所提高。散热器盖1—散热器盖2—弹簧3—散热器4—真空阀5—蒸汽阀6—溢流管449三、冷却风扇1.冷却风扇的作用和结构冷却风扇的主要作用是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。冷却风扇通常安装在发动机与散热器之间。轿车发动机广泛采用轴流式冷却风扇，其叶片断面多为弧形，叶片通常为4～6片，如图所示。为了减轻振动和减小噪声，叶片间的夹角通常设计为不等距，有助于打乱气流脉冲频率，防止共振。轴流式冷却风扇4502.冷却风扇的控制装置冷却风扇控制装置的主要功能是根据发动机的热负荷自动控制冷却风扇的运转及转速，从而调节流经散热器芯的空气流量，确保冷却系统的冷却强度适宜，使发动机始终在正常的温度范围内运行。常见的冷却风扇控制装置主要分为硅油风扇离合器、电磁风扇离合器和电动风扇三种。451（1）硅油风扇离合器硅油风扇离合器是一种利用硅油的高黏度特性传递转矩的装置，通过双金属片感温器自动控制冷却风扇离合器的分离与接合，从而调节冷却风扇的转速。硅油风扇离合器主要由前盖、壳体、驱动盘、中间盘、阀片、驱动轴、双金属片感温器等组成，如图所示。452硅油风扇离合器的结构1—壳体2—驱动盘3—双金属片感温器4—销5—前盖

6—阀片7—中间盘8—驱动轴9—风扇453（2）电磁风扇离合器电磁风扇离合器是一种根据冷却液温度，通过冷却液温度感应开关和电路控制冷却风扇运转的装置，如图所示。电磁风扇离合器454电磁风扇离合器主要由主动部分和从动部分组成。主动部分包括具有V形槽的电磁壳体、线圈、滑环和摩擦片等。线圈利用环氧树脂固定在电磁壳体内，摩擦片和滑环分别固定在电磁壳体上。从动部分包括风扇鼓、风扇、导销和衔铁环等。风扇通过螺栓固定在风扇鼓上，风扇鼓通过球面轴承装配在电磁壳体上。衔铁环通过导销、弹簧及开口销装配在风扇鼓上，并可随导销做轴向移动。引线壳体安装在防护罩上，其中心孔内的电刷通过弹簧压在滑环上，接线柱通过导线与冷却液温度感应开关相连接。455电磁风扇离合器的工作过程如下：1）当冷却液温度低于92℃时，冷却液温度感应开关的电路未接通，线圈不通电，离合器处于分离状态。2）当冷却液温度超过92℃时，冷却液温度感应开关的电路自动接通，线圈通电，电磁壳体吸引衔铁环，将摩擦片压紧，离合器处于接合状态，风扇鼓随电磁壳体一起转动。456（3）电动风扇在现代汽车尤其是横置发动机、前轮驱动汽车的发动机水冷却系统中，电动风扇（如图所示）已成为主流。电动风扇由电动机驱动，并通过汽车电源系统供电，因此其转速与发动机转速无关，能够根据实际需求独立运行。电动风扇457在某些电子控制系统中，电动风扇的运行由发动机电子控制单元控制。冷却液温度传感器实时监测冷却液的温度，并将温度信号发送给发动机电子控制单元。当冷却液温度达到设定的阈值时，发动机电子控制单元向电动风扇继电器发送控制指令，使继电器触点闭合，从而为电动机供电，电动风扇开始工作。当冷却液温度下降到设定的阈值以下时，发动机电子控制单元切断继电器电路，电动风扇停止运行。458电动风扇具有以下优点：1）结构简单，布置灵活。电动风扇无须复杂的机械传动装置，安装和布置更加方便。2）燃油经济性好。电动风扇的运转不直接消耗发动机的曲轴功率，对发动机的负载很小，有助于减少燃油消耗量。3）维护工作量少。与传统的机械风扇相比，电动风扇不需要检查、调整或更换传动带，降低了维护成本，减少了维护工作量。4）便于智能化控制。电子控制系统能够根据冷却液温度自动调节电动风扇的运行状态，确保冷却系统始终处于最佳工作条件。459四、节温器节温器的主要作用是根据发动机的负荷和冷却液温度的变化，自动调节冷却液的流量和循环路径，确保发动机在适宜的温度下运行，以减少燃料消耗和机件磨损，提高发动机的效率和可靠性。蜡式节温器因工作可靠、结构紧凑、对压力不敏感等优点，目前已成为汽车发动机的主流选择。4601.节温器的结构蜡式节温器主要由上支架、下支架、主阀门、副阀门、排气阀、阀座、推杆、橡胶管、蜡管和弹簧等组成，如图所示。蜡式节温器1—副阀门2—石蜡3—蜡管4—排气阀5—主阀门6—上支架

7—推杆8—阀座9—橡胶管10—弹簧11—下支架4612.节温器的工作原理（1）小循环（冷却液温度较低时）当发动机起动或冷却液温度低于84℃时，节温器蜡管内的石蜡呈固态，体积较小。主阀门在弹簧的作用下压紧在阀座上，关闭通往散热器的通道，副阀门打开，冷却液在冷却水泵和冷却水套之间进行短距离循环，如图所示。这种循环路径较短，流量较小，因此称为小循环。小循环有助于冷却液温度迅速升高，确保发动机各部位均匀且快速地预热。462冷却液小循环1—节温器2—冷却水泵3—散热器4—冷却风扇5—冷却水套463（2）混合循环（冷却液温度适中时）当冷却液温度升高到84～94℃时，节温器的主阀门部分打开，冷却液开始进行混合循环，一部分冷却液通过主阀门进入散热器进行冷却，另一部分冷却液仍通过副阀门进行小循环，如图所示。混合循环实现了冷却强度的自动、连续调节，确保发动机运行在适宜的温度范围内。冷却液混合循环464（3）大循环（冷却液温度过高时）当冷却液温度达到94℃以上时，节温器蜡管内的石蜡受热熔化并逐渐变成液体，体积显著增大，强力压迫橡胶管收缩。橡胶管的收缩通过推杆传递并克服弹簧的弹力，使主阀门完全打开，副阀门关闭，从气缸盖流出的冷却液全部通过主阀门进入散热器进行冷却，如图所示。这种循环路径较长，流量较大，因此称为大循环。大循环能够有效降低冷却液温度，防止发动机过热。冷却液大循环465五、膨胀水箱为了减少冷却液的损失并保证冷却系统的正常工作，现代汽车发动机通常采用带有膨胀水箱的闭式冷却系统。膨胀水箱通常通过软管与散热器的溢流管相连。当发动机工作，冷却液温度升高、体积膨胀时，散热器内部的压力随之升高。当压力超过额定值时，散热器盖上的蒸汽阀开启，部分冷却液和产生的水蒸气便会通过溢流管进入膨胀水箱。当发动机熄火，冷却液温度下降、体积收缩时，散热器内部形成负压。此时，散热器盖上的真空阀开启，膨胀水箱内的冷却液在压差作用下被吸回散热器主循环系统。这一过程有效避免了冷却液的永久性流失，并维持了冷却系统内部压力的动态平衡。466如图所示，膨胀水箱侧壁上标有两条液面高度标记线，即上限标记线和下限标记线，冷却液的液面高度应始终位于这两条标记线之间。液面过高可能导致热膨胀时无法有效容纳多余冷却液，而液面过低则可能使空气进入主循环系统，影响冷却效率，因此需定期检查并及时补