第9章发动机冷却系统
本章重点：
1、冷却系的功用、分类、组成
2、冷却系主要机件的结构和工作原理
本章难点：
1、强制循环式水冷系统中冷却液的循环路径
2、通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量来调节冷却系统冷却强度的方法
本章基本要求：
1、掌握冷却系的功用、分类、组成
2、掌握冷却系主要机件的结构和工作原理
3、了解通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量来调节冷却系统冷却强度的方法。
9.1 概述
一、冷却系统的功用与分类
发动机冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。对水冷式发动机，气缸体水套中适宜的温度为80～90℃；对风冷式发动机，气缸壁适宜的温度为150～180℃。
发动机所采用的冷却方式分为水冷式和风冷式两种。以冷却液为冷却介质冷却发动机的高温零件，然后再将热量传给空气的冷却系统称为水冷系统；以空气为冷却介质的冷却系统称风冷系统。
二、强制循环式水冷却系统的组成及水循环路径
目前在汽车发动机上应用最普遍的强制循环式水冷却系统是利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在冷却系统中循环流动。强制循环式水冷却系统的组成及水循环路径如图9.1所示。
通常，冷却液在冷却系统内的循环流动路线有两条，一条为小循环，另一条为大循环。所谓大循环是水温高时，冷却液全部经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，冷却液不经过散
热器而进行的循环流动，从而使水温很快升高。冷却液是进行大循环还是小循环，由节温器来控制。
在水冷系统中，不设水泵，仅利用冷却液的密度随温度而变化的性质，产生自然对流来实现冷却液循环的水冷却系统，称为自然循环式水冷系统。这种水冷却系统的循环强度小，不易保证发动机有足够的冷却强度，因而目前只有少数小排量的汽车发动机在使用。
9.2水冷却系统主要部件的构造
一、散热器
1. 散热器
散热器的功用是将冷却液所携带的热量散入
大气以降低冷却液温度。散热器的构造如图9.2
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降温，
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。
散热器芯有多种结构形式。如图9.3所示为
管片式散热器芯，它由散热管和散热片组成。散
热管是焊在上、下贮水室之间的直管。作为冷却
液的通道，散热管有扁管和圆管之分。扁管与圆管
相比，在容积相同的情况下有较大的散热表面。扁
管都焊在多层的散热片上，这种型式的散热器芯部
散热面积大、气流阻力小、结构刚度好及承压能力
强等。它的缺点是制造工艺比较复杂。
如图9.4所示为管带式散热器芯示意图，它由散热管及波形散热带组成。散热管为扁管并与波形散热带相间地焊在一起。与管片散热器芯相比，管带式散热器的散热能力强，制造简单，质量轻，成本低，但结构刚度差。其应用日益增多。 传统的散热器芯多由黄铜制造，但近年来更多的是用铝制造，而且有些散热器的上、下贮水室由复合塑料制造，使散热器质量大为减轻。
图9.2 散热器结构
1－散热管；2－散热器盖；3－上贮水室；4－进水管；5－散热片；6－出水管；7－下贮水室 图9.3 管片式散热器芯示意图 图9.4 管带式散热器芯示意图
1－缝孔；2－散热管；3－散热带
2. 散热器盖
现代汽车发动机强制循环水冷系统多采用闭式水冷系统。即用散热器盖严密地盖在散热器加冷却液口上，使水冷系统成为封闭系统。散热器盖的结构如图9.5所示，散热器盖安装有空气阀和蒸汽阀。当发动机热状态正常时两阀在弹簧力作用下都处于关闭状态。当冷却系统内蒸汽压力超过大气压力0.026～0.037Mpa时，蒸汽阀便开启，如图9.5a所示。此时将从蒸汽排出管中放出一部分冷却液到补偿水桶，使冷却液内的压力下降。提高冷却系统的蒸汽压力，可以提高冷却液的沸点，从而扩大散热器与大气的温差以增强散热能力。当冷却系统内蒸汽压力低于大气压力0.01～0.012Mpa时，空气阀便开启，如图9.5b所示。空气从蒸汽排出管进入散热器，以防止散热器被大气压瘪。
图9.5 带空气－蒸气阀的散热器盖
a)蒸汽阀开启 b)空气阀开启
1－蒸汽排出管；2－散热器盖；3－散热器口上密封面；4－加冷却液口；
5－散热器口下密封面；6－蒸汽阀；7－空气阀
3. 补偿水桶
补偿水桶的作用是减少冷却系统冷却液的溢失。在补偿水桶的外表面上刻有两条显示液面高度的标记线：“DI”（低）和“GAO”（高）。补偿水捅内的液面应位于两条标记线之间。若液面低于“DI”线时，应向桶内补充冷却液。在向桶内添加冷却液时，液面不应超过“GAO”线。
二、风扇
风扇的功用是增大流经散热器芯部的空气流速，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。
冷却风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。叶片应与风扇旋转平面安装成一定的倾斜角度(一般为30°～45°)。叶片数目通常为4片或6片。叶片之间的
夹角一般不相等，以减小旋转时产生的振动和噪声。
风扇和水泵通常装在同一轴上，由曲轴皮带轮通过三角皮带驱动，利用发电机皮带轮作为张紧轮。在使用时，为了保证风扇、水泵的转速，皮带应有一定的张紧力。如果皮带太松，就会在皮带轮上滑动，使风扇的风量减少，导致发动机过热和冷却液沸腾；如果皮带太紧，轴承磨损将增加。风扇皮带松紧度常用的检查方法是，以29～49N(3～5kgf)的力按下皮带，其挠度为10～15mm 为合适。
三、水泵
水泵的功用是对冷却液加压，使其在冷却系统中加速循环流动。由于离心式水泵具有结构简单、尺寸小、工作可靠、制造容易等优点，因而得到广泛应用。离心式水泵示意图如图9.6所示。离心式水泵主要由泵
体、叶轮和水泵轴等组成。叶轮的叶片一般是径向或
向后弯曲的，数目一般为6～9片。当曲轴通过皮带
驱动叶轮2逆时针转动时，水泵中的冷却液被叶轮带
动—起旋转，在离心力的作用下，冷却液被甩向水泵
壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水口5
流出。在叶轮的中心处，由于冷却液被甩向外缘而
压力降低，散热器中的冷却液便经进水口3被吸入
水泵中心，再被叶轮甩出。
如图9.7所示为EQ6100-1型发动机所采用的
离心式水泵典型结构。水泵轴12支承在两个轴承11支承上，其伸出壳体以外的一端用半圆键13与安装风扇带轮的凸缘盘14连接。另一端装有水泵叶轮2。水泵外壳用螺栓固定在发动机缸体的前端面上。当叶轮旋转时，冷却液由散热器经进水口A 进入水泵内腔B ，再经出水腔直接进入缸体水套内。
在叶轮2与轴承11之间装有水封，用来防止冷却液向前渗漏浸泡轴承。水封中的弹簧7通过水封环18将水封皮碗6的一端压在水封座圈10上，而将皮碗的另—端压在夹布胶木密封垫圈3上。夹布胶木密封垫圈在弹簧的压力下与水泵叶轮毂的端面贴以防止冷却液进入轴承而破坏轴承的润滑。密封垫圈上有两个凸耳卡在水泵壳体上的槽孔内。 图9.6 离心式水泵示意图 1－水泵壳体；2－水泵叶轮；3－进水口；4－水泵轴；5－出水口
图9.7 EQ6100－1型发动机离心式水泵
1－水泵外壳；2－水泵叶轮；3－夹布胶木密封垫圈；4－垫；5－螺钉；6－水封皮碗；7－弹簧；8－衬垫；9－泵盖；10－水封座圈；11－球轴承；12－水泵轴；13－半圆键；14－凸缘盘（供
安装皮带轮和风扇用）；15－轴承卡环；16－隔离套管；17－滑脂嘴；18－水封环；19－管接头
四、冷却强度调节装置
汽车发动机冷却系统的散热能力一般是根据发动机在常用工况和气温较高情况
下能保证可靠的冷却而设计的。但使用条件(如转速、负荷和气温等)变化时，就必须能改变散热器的散热能力，以保证发动机经常在最有利的温度状况下工作。冷却强度可以通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量的方法来加以调节。
1. 改变流经散热器的冷却液流量
节温器是用来控制进入散热器冷却液的流量，即改变冷却液自身的散热强度，保证发动机在适宜的温度下工作。节温器安装在冷却液循环水路中(一般装在气缸盖出水口处)。
常见的节温器有两种：折叠式节温器和蜡式节温器。
图9.8 折叠式双阀节温器
1－折叠式圆筒；2－侧阀门；3－杆；4－阀座；5－上阀门；6－通气孔；
7－导向支架；8－外壳；9－支架；10－旁通孔；11－节温器
1）折叠式节温器
如图9.8所示为折叠式双阀节温器。上阀门5与发动机出水口连接，侧阀门2通过节温器外壳8上的窗孔与冷却系统旁通水路连接。折叠式圆筒1的下端焊在固
定于外壳8的支架9上，上端连接着两个阀门，侧阀门焊在圆筒上端面上，而上阀门焊于圆筒上端杆的顶部。
折叠式圆筒由黄铜片制成，具有弹性并密封，内装少许易于挥发的乙醚。当水温升高时，筒内液体逐步蒸发，蒸汽压力增高，圆筒的高度便提高，使上阀门逐渐开启而侧阀门逐步关小，迫使冷却液流入散热器以加强发动机的冷却。水温下降时则情况相反。
当发动机在正常热状态情况下(温度高于80℃)，冷却液应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的上阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔10完全关闭，如图
9.8a 所示。
当冷却液温度大约低于70℃时，折叠式圆筒1内的蒸汽压力很低，使圆筒收缩到最小高度,如图9.8b 所示。
上阀门压在阀座4上，即上阀
门关闭，侧阀门打开。此时切
断了由发动机水套通向散热器
的水路，水套内的冷却液只能
由旁通孔10流出经旁通管进
入水泵，又被水泵压入发动机
水套，此时冷却液并不流经散
热器，只是在水套与水泵间进
行小循环，从而防止发动机过
冷，使发动机温度迅速而均匀
地升高。当水温在70～80℃范
围内时，上阀门与侧阀门便处
于与温度相适应的中间位置。此时
冷却液同时进行大、小循环。
上阀门上的小气孔6是用来保
证加注冷却液时，发动机水套内的
空气可以通过孔6排出，以保证冷
却液能充满水套。
2）蜡式节温器
单阀蜡式节温器的结构如图9.9所示。推杆3的一端固定在支架1上，而另一端插入胶管5内。胶管与节温器外壳间装有精制石蜡4，当冷却液温度低于规定值图9.9 蜡式节温器
1－支架；2－主阀门；3－推杆；4－石蜡；5－胶管；6－副阀门；7－节温器外壳；8－弹簧
时，石蜡呈固态，在弹簧8的作用下关闭冷却液流向散热器的通道(即关闭主阀门2)，冷却液经副阀门6、水泵返回发动机，进行小循环。当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始熔化而逐渐变成液体，体积随之增大并压迫胶管使其收缩。在胶管收缩的同时，对推杆作用以向上的推力。由于推杆上端固定，因此，推杆对胶管和感温体产生向下的反推力使主阀门2开启。这时冷却液经主阀门进入散热器，并由散热器经水泵流回发动机，进行大循环。
国产轿车捷达、桑塔纳及奥迪100型等，均采用蜡式节温器。
2. 改变流经散热器芯部的空气流量
改变通过散热器的空气流量，通常是通过散热器前端的百叶窗和利用自动风扇离合器控制风扇的转速来实现的。近年来在汽车发动机上采用硅油式、机械式或电磁式等自动风扇离合器来控制风扇的扇风量的方法日益增多，结构日臻完善。大量试验表明，水冷系统只有25％的时间是需要风扇工作的，而在冬季只需5％的工作时间，其它时间纯属浪费。所以采用自动风扇离合器来控制风扇的转速，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。
1）百叶窗
百叶窗一般装在散热器前面。当冷却液温度较低时，可将百叶窗部分地或完全关闭，以减少吹过散热器的空气流量，使冷却液温度回升。百叶窗可由驾驶员通过装在驾驶室内的手柄来操纵，有的发动机则通过感温器自动控制。
2）硅油风扇离合器
硅油风扇离合器是一种以硅油为扭矩传递介质，利用散热器后面的气流温度来
控制的液力传动离合器。硅油风扇离合
器的结构如图9.10所示。主动轴10由
发动机带动，在轴的左端装有主动板8，
它随主动轴一起旋转。从动板7固定在
离合器壳体6上，从动板与离合器壳体
之间的空间为工作腔9。前盖与从动板
之间的空间为贮油腔，在贮油腔内装有
高粘度的硅油。从动板上的进油孔4在
常温时被铍青铜的控制阀片5所遮闭，
贮油腔的硅油此时不能流入工作腔内。
工作腔内没有硅油，主动板上的转矩不
能传到从动板上，离合器处于分离状
态。主动轴旋转时，装有风扇叶片的离
合器壳体在主动轴的轴承上打滑，在密
封毛毡圈和轴承摩擦力作用下，以很低
的转速旋转。在前盖上，装有螺旋形的双金属片感温器3。当发动机负荷增大，冷却液温度升高时，通过散热器芯部气流的温度也随之升高。当气流温度超过65℃时，高温气流吹在双金属片感温器上，使双金属片受热变形，带动控制阀片5转过一定角度。从动板上的进油孔4被打开，贮油腔中的硅油通过此孔进入工作腔中。主动板利用硅油的粘性带动从动板，使离合器壳体和风扇转动，离合器此时处于接合状态。进入工作腔的硅油在离心力的作用下甩向外缘，顶开钢球弹簧阀2并通过从动板上的回油孔1流回贮油腔，然后再进入工作腔，形成循环。硅油在循环时将热量传给铸有散热片的前盖和离合器外壳而得到冷却，使硅油在工作内的温度不致过高。
图9.10 硅油风扇离合器
1－回油孔；2－钢球弹簧阀；3－双金属感温器；
4－进油孔；5－阀片；6－离合器壳体；7－从动
当发动机因负荷下降等原因，吹向
双金属片感温器的气流温度低于35℃时，控制阀片将进油孔4关闭，硅油不再进入工作腔，而原来在工作腔中的硅油仍不断地在离心力作用下返回贮油腔，自至排空为止。离合器此时又处于分离状态。
钢球弹簧阀2可防止硅油在发动机不工作时从贮油腔流入工作腔中。
3）电动风扇
随着汽车技术的不断进步,目前大多数电控轿车的水冷系统引用电动风扇。电动风扇是由发动机电源系统供电并由风扇电机驱动，而不是由曲轴通过皮带驱动，风扇转速与发动机转速无关。这种风扇只有在冷却液温度达到一定值时才会转动，其组成主要包括风扇电机、风扇继电器和冷却液温度开关。低温时，继电器触点断开，风扇电机不转；高温时，继电器触点闭合，电机带动风扇转动。
桑塔纳2000GSi 、奥迪100、捷达等轿车均采用电动风扇。分为两挡，风扇转速由温控热敏电阻开关控制。当冷却液流出散热器的温度为92～97℃时，热敏开关接通风扇电机的1挡，这时风扇转速为2300r ／min ；当冷却液温度升高到99～105℃时，热敏开关接通风扇电机的2挡，这时风扇转速升为2800r ／min ；当冷却液温度降到84～91℃时，热敏开关切断电源，风扇停转。
五、冷却液
冷却液是冷却水与防冻剂的混合物。冷却水最好使用软水，如雨水、雪水、自来水等，否则在发动机水套中容易产生水垢，使传热效率下降，造成发动机过热。
冷却液可降低冰点，从而有效地解决在冬季经常发生因冷却水结冰，使冷却水循环终止而引起发动机过热，甚至将机体、气缸盖和散热器胀裂的现象。冷却液中最常用的防冻剂是乙二醇。冷却液中冷却水与乙二醇的比例不同，其冰点也不同。随着乙二醇含量的增加，冷却液的冰点下降。在冷却水中加入防冻剂又可提高冷却液的沸点。
9.3 风冷却系统
板；8－主动板；9－工作腔；10－主动轴；11－贮油腔；12－风扇
1－风扇；2－气缸盖导流罩；3－散热片；4－气缸导流罩；5－分流板
风冷系统是利用空气流过气缸盖和气缸体的外表面，将热量直接散到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。
风冷系统主要由散热片、风扇、导风罩和导流板等组成。如图9.11所示是一台四缸发动机风冷系统示意图。为保证有足够的散热面积，在气缸体和气缸盖表面上均布满了散热片3。它与气缸体或气缸盖铸成一体。为便于铸造，风冷发动机的气缸和气缸盖都是单个铸出，然后装到整体的曲轴箱上。
发动机最热部分是气缸盖，为了加强冷却，现代风冷发动机气缸盖都用导热性良好的铝合金铸造，而且气缸盖和气缸体上部的散热片也比气缸体下部的长一些。但是，在某些多缸发动机中，为了缩短发动机的总长度，将气缸上下部分的散热片都做成一样长，但需用加大流经气缸上部的空气流量的方法加强冷却。
为了更有效地利用空气流，加强冷却，一般都装有导流罩2、4和风扇1，并设有分流板5，以保证各缸冷却均匀。
由于风冷发动机表面空气通道阻力较水冷系统为大，因此风冷系统中的风扇要求有较高的压力。目前风冷发动机上广泛采用的轴流式风扇。与水冷系统比较，风冷系统具有零件少、结构简单，使用和维修方便，对地区环境变化的适应性好等优点；但风冷系统还存在着冷却不够可靠，消耗功率大和噪声大等缺点，目前在汽车
上应用不如水冷系统普遍。
本章小结
发动机冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。发动机的冷却可分为水冷式和风冷式两种冷却方式。目前汽车发动机普遍采用强制循环式水冷系统。只有少数汽油发动机采用风冷系统。
强制循环式水冷系统主要由散热器、风扇、水泵、水套、节温器等零部件组成。冷却系统的冷却强度可以通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量的方法来加以调节。散热器的冷却液流量由节温器自动控制。节温器主要有蜡式节温器、折叠式节温器等。通常利用百叶窗和各种自动风扇离合器来实现改变通过散热器的空气流量。近年来在汽车发动机上采用硅油式、机械式和电磁式等自动风扇离合器控制风扇的扇风量以改变冷却强度的方法日益增多。
冷却液是冷却水与防冻剂的混合物。加入防冻剂可防止循环冷却水冻结及提高冷却液的沸点。防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。在防冻剂中，一般要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，以便识别。
风冷系统是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。
捷达轿车发动机冷却系统的检修 目录 1绪论················错误！未定义书签。 2 冷却系统系统的结构和工作原理 (3) 2.1发动机冷却系统的功用和组成 (5) 2.2发动机冷却系统的类型 (6) 2.3捷达轿车冷却系统的组成 (4) 2.3.1散热器 (8) 2.3.2冷却风扇 (8) 2.3.3冷却水泵 (9) 2.3.4节温器 (9) 2.3.5冷却液介质 (10) 2.3.6冷却液温度传感器 (10) 2.4捷达轿车冷却系统工作原理11 3发动机冷却系统的故障分析及检修 (10) 3.1发动机过热. (10) 3.2发动机升温缓慢或工作温度过低 (13) 3.3冷却系主要部件故障检修 (11) 4捷达冷却系统的案例分析与维修 (14) 4.1实际案例分析与维修 (14)
4.2冷却系统的特点 (18) 5冷却系统的维护与保养 (16) 5.1使用防冻液注意事项 (17) 5.2冷却系统水垢形成原因与清除 (17) 结论 (19) 参考文献 (22) 致谢·················错误！未定义书签。 捷达轿车冷却系统常见故障检修 摘要：汽车冷却系统是发动机的重要组成部分，随着发动机采用更加紧凑的设计和具有更大的比功率，发动机产生的废热密度也随之明显增大。一些关键区域，如排气门周围散热问题需优先考虑，冷却系统即便出现小的故障也可能在这样的区域造成灾难性的后果。保证冷却系统的正常工作，能避免因冷却系的故障造成的车辆问题。为了人们能了解冷却系常见故障及检修知识，本文列举冷却系统一些常见故障及检修方法。 关键词：捷达轿车，冷却系统，工作过程，常见故障 1.绪论 发动机的冷却系统可以分为两大类，一类是水冷系统，另一类是风冷系统。车用发动机大多采用水冷系统进行冷却。水冷系大都是强制循环式水冷系，利用
发动机冷却系统设计规范..
号： 冷却系统设计规范 编制：万涛 校对： 审核： 批准： 第1页
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水泵、节温器、副水箱、发动机进水管、发动机出水管、散热器除气管、发动机除气管等。 四、主要部件的设计选型 1、散热器 散热器的散热量（Q）和散热器散热系数（K）、散热器散热面积（A）及气液温差（⊿T）有关： Q=K·A·⊿T 其中：Q---散热器的散热量（kcal/h） K---散热器散热系数（kcal/m2?h?oC） A---散热器散热面积（m2） ⊿T---气液温差：散热器进水温度和散热器进风温度之差（oC）散热器的散热系数是代表散热效率的重要指标，主要影响因素如下： ①冷却管内冷却液的流速---据试验结果，冷却液流速由0.2m/s提高到0.8m/s，散热效 率有较大提高，但超过0.8m/s后，效果不大； ②通过散热器芯部的空气流量---空气的导热系数很小，因此散热器的散热能力主要取决 于空气的流动，通过散热器芯部的风量起了决定性作用； ③散热器的材料和管带的厚度---国内散热器的材料目前基本上已标准化； ④制造质量---主要是冷却管和散热带之间的贴合性和焊接质量； 第1页
1.1 散热器是冷却系统中的重要部件，其主要作用是对发动机进行强制冷却，以保证发动机能始终处于最适宜的温度状态下工作，以获得最高的动力性、经济性和可靠性。 1.2 发动机最适宜的冷却液温度为85 ℃~95 ℃，测量位置在散热器的上水室。 1.3 散热器和风扇组合匹配效率是当散热器芯子未被气流扫过的面积最小时为最高，因此，最好采用接近正方形的散热器芯子。 1.4 散热器的总散热面积、芯子的迎风面积、结构形状和结构尺寸要通过发动机冷却系统所需最大散热量来计算确定，并应通过试验评价来最终确定。但一般可按散热器芯子的迎风面积来估算：0.31~0.38m2/100kW，载货车和前置客车通风良好时，可取下限值；后置客车通风欠佳时可取上限值；城市公交车长期低速运转可偏下限值；自卸车、牵引车、山区长途客运车等经常大负荷运行的车辆可偏上限值。 1.5 散热器进风口的实际面积不得小于散热器芯子迎风面积的80 %，以防止散热能力下降。后置客车散热器的进风通道要与发动机舱密封隔离，散热器周围要安装密封橡胶，以防止发动机舱的热风回流到进风通道，影响散热性能；进风通道的面积应不小于散热器芯子的迎风面积。 1.6 在灰尘多的脏环境下使用时，应选用直排或斜排冷却管，且管子间隔要大，以避免散热器芯子堵塞，影响散热效果。 1.7 散热器安装时，紧固必须牢靠，与车架的连接必须采用减振垫，采用减振垫的目的是为了隔离和吸收来自车架的部份振动和冲击，使散热器在车辆运行中，不致发生振裂、扭曲等非正常损坏，延长散热器寿命。 1.8 因为散热器与车架之间安装有隔振橡胶，因而形成了绝缘状态，通过冷却液介质，在散热器与车架之间产生了电位差，在冷却液中产生了微弱电流，使冷却系统的零部件发生电腐蚀。因此，一定要采取散热器负极接地等措施，消除电位差，防止电腐蚀。 2 冷却风扇 风扇选型主要考虑风扇的风量、噪声和功率消耗。 风扇风量（G）与风扇直径（D）、风扇转速（n）之间存在如下比例关系： G=K1?n?D3------其中K1为比例系数 而风扇噪声的声压级（SPL）和风扇直径（D）、风扇转速（n）之间存在如下比例关系： SPL= K2?n3?D2------其中K2为比例系数 根据上述比例关系可得：SPL= K3?Q?n2/D------其中K3为比例系数 第2页
水冷发动机冷却系统介绍 为了保证发动机的工作可靠性，降低其热负荷，必须加强它的冷却散热。发动机 主要依靠其冷却系统来保证自身在工作过程中得到适度的冷却。发动机冷却系统的功 用就是把发动机传出来的热，及时散发到周围环境中去，使发动机具有可靠而有效的 热状态。现代完善的冷却系统，可以使发动机在各种不同环境温度和运转工况下具有 最佳的热状态，既不过热，也不过冷。发动机的冷却系统按照传热介质来分类可以分 为以水为传热介质的水冷型冷却系，以空气为传热介质的风冷型冷却系，以油(如机 油等)为传热介质的油冷型冷却系[z][23][32]。现代汽车发动机，尤其是轿车发动机普遍 采用的是水冷型的冷却系。在水冷型冷却系中，如果按照传热方式来分类，有单相传 热和两相传热两种方式，前者为人们通常所说的水冷型冷却系，后者称为蒸发式冷却 系。 汽车发动机的水冷系统均为强制水冷系统，即利用水泵提高冷却液的压力，强制 冷却液在发动机中循环流动。这种系统的组成主要包括:水泵、散热器、冷却风扇、 节温器、补偿水箱、发动机冷却水套以及附加装置等。 发动机冷却系统冷却液在冷却系统中的循环路径:冷却液经水泵增压后，进入发 动机缸体水套，冷却液从水套壁周围流过并吸热而升温。然后向上流入缸盖水套，从 缸盖水套壁吸热后经节温器(对于该型号发动机，当出水温度低于82℃时，进行小 循环，这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经水泵入口直接流入缸 体或气缸盖水套，以便使冷却液能够迅速升温。当高于82’C时，水经过散热器而进 行的循环流动，从而使水温降低。)然后回到水泵，如此循环不止(如图2.1.1所示)。 冷却液随发动机的不同而不一样。冷却液用水最好是软水，否则将在发动机水套 中产生水垢，使传热受阻，易造成发动机过热。纯净水在O℃时结冰。如果发动机冷却系统中的水结冰，将使冷却水终止循环引起发动机过热。尤其严重的是水结冰时体 积膨胀，可能将缸体、气缸盖和散热器胀裂。为了适应冬季行车的需要，在水中加入 防冻剂制成冷却液以防止循环冷却水的冻结。最常用的防冻剂是乙二醇。冷却液中水 与乙二醇的比例不同，其冰点也不同。50%的水与50%的乙二醇混合而成的冷却液， 其冰点约为一35.5OC。本文中发动机所用的是复合型三防长效冷却液，沸点不低于107 ℃，冰点不高于一35℃。 因此，发动机冷却系统的设计要求是要保证对冷却液温度的要求，现代发动机的 冷却系统设计趋向于在实现高的冷却能力的同时，使整个冷却系统的结构更紧凑、消 耗功率小、减小系统阻力。
发动机冷却系统计算 发动机冷却系统是汽车的重要组成部分之一，冷却系统的作用是使发动机在各种转速和各种行驶状态下都能有效的控制温度，其中水套是整个冷却系统的关键部分。本文为发动机冷却系设计计算分析，水套计算分析由AVL 公司的FIRE 软件完成。通过CFD 计算，可以得到水套整个流场(速度、压力、温度以及HTC 等)分布。通过速度场可以识别出滞止区、速度梯度大的区域，通过温度分布可以分析可能产生气泡的位置，通过换热系数的分布可以评估水套的冷却性能，通过压力分布可以显示出压力损失大的区域。本文针对功率点进行了计算。 1.散热量的计算 在设计或选用冷却系统的部件时，就是以散入冷却系统的热量Q W 为原始数据，计算冷却系统的循环水量、冷却空气量，以便设计或选用水泵和散热器。 1.1 冷却系统散走的热量 冷却系统散走的热量Q W ,受许多复杂因素的影响,很难精确计算, 因此在计算时，通常采用经验公式或参照类似发动机的实测数据进行估算。在采用经验公式估算时，Q W 估算公式为：)/(3600s kJ A h N g Q n e e W = （1） 式中:A —传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比; g e —内燃机燃料消耗率( kg/kW ·h); N e —内燃机功率(kW); h n —燃料低热值(kJ/kg)。 根据表1CK14发动机总功率实验数据：6000rpm 时，N e =70.2kW, g e =340.8 g/kW ·h, 汽油机热量理论计算一般A=0.23～0.30，但随着发动机燃烧技术的提高，热效率也不断提高，根据同类型机型热平衡试验数据反运算，A 值一般在0.15左右。 汽油低热值h n =43100 kJ/kg, A 选取0.15，故对于CK14发动机标定功率下散热量： KW Q W 433600 431002.703408.015.0≈???=
河南职业技术学院 毕业设计（论文） 题目浅谈汽车发动机冷却系统系（分院）汽车工程系 学生姓名***** 学号***** 专业名称汽车电子 指导教师**** 年月日
浅谈汽车发动机冷却系统 摘要冷却系统是发动机的重要组成部分，对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大影响。随着发动机转速和功率的不断提高，对冷却系统的要求越来越高，因而对发动机冷却系统的设计与研究也愈来愈深入。汽车发动机的冷却系统是保持发动机正常工作的重要部件，如果发动机冷却系统的维修率很高，就会引起发动机其他部件的损坏，使发动机的整体工作能力受到影响，因此，汽车发动机冷却系统的维护与保养就显得尤为重要。 关键词：冷却系统冷却系统维护故障诊断案例分析 1 冷却系统的组成 水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇等组成。散热器负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。散热器又分为横流式和垂直流动两种，空调冷凝器通常与其装在一起。 水泵和节温器 发动机是由冷却液的循环来实现的，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动，推动冷却液在整个系统内循环。目前最先进的水泵是宝马新一代直六发动机上采用的电动水泵，它能精确的控制水泵的转速，并有效的减少了对输出功率的损耗。这些冷却液对发动机的冷却，要根据发动机的工作情况而随时调节。当发动机温度低的时候，冷却液就在发动机本身内部做小循环，当发动机温度高的时候，冷却液就在发动机—散热器之间做大循环。实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。可以将节温器看作一个阀门，其原理是利用可随温度伸缩的材料（石蜡或乙醚之类的材料）做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液小循环。 空气的流动 为了提高散热器的冷却能力，在散热器后面安装风扇强制通风。以前的轿车散热器风扇是由曲轴皮带直接带动的，发动机启动它就要转，不能视发动机温度变化而变化，为了调节散热器的冷却力，要在散热器上装上活动百页窗以控制风力进入。现在已经普遍使用风扇电磁离合器或者电子风扇，当水温比较低时离合器与转轴分离，
题目：论述汽车发动机冷却系统有几种形式，各有什么特点 汽车冷却系统 冷却系统的功用是带走引擎因燃烧所产生的热量，使引擎维持在正常的运转温度范围内。引擎依照冷却的方式可分为风冷系及水冷系，风冷系是靠引擎带动风扇及车辆行驶时的气流来冷却引擎；水冷系则是靠冷却水在引擎中循环来冷却引擎。不论采何种方式冷却，正常的冷却系统必须确保引擎在各样行驶环境都不致过热。 水冷系 水冷系是以冷却液为冷却介质，通过冷却液将高温零件的热量带走，再以一定的方式散发到大气中去，使发动机的温度降低而进行冷却的一系列装置。通常，冷却液在水冷系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条是小循环，两者由冷却液是否流经散热器而进行区别，冷却强度也不同。小循环是指冷却水仅在引擎内循环，而大循环则是冷却水在引擎与热交换器 (水箱) 间循环。 冷却系统的循环汽车发动机的冷却系为强制循环水冷系，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。冷却系主要由水泵、散热器、冷却风扇、补偿水箱、节温器、发动机机体和气缸盖中的水套以及附属装置等组成。其工作过程为：水泵将冷却液由机外吸人并加压，使之经分水管流入发动机缸体水套。这样，冷却水从气缸壁吸收热量，温度升高；流到气缸盖水套，再次受热升温后，沿水管进入散热器内。经风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。最终使受热后的冷却水在流经散热器的过程中，其热量不断地通过散热器，散发到大气中去。同时，使水本身得到冷却。冷却了的冷却液流到散热器的底部后，又在水泵的加压下，经水管再压入水套，如此不断地循环。从而使得发动机在高温条件下工作的零件不断地得到冷却，从而确保发动机的正常工作。因此水冷却形式具有冷却可靠、布置紧凑、噪声小、使用方便等优点。 风冷系 这种冷却方法不是在发动机中进行液体循环，而是通过发动机缸体表面附着的铝片对气缸进行散热。一个功率强大的风扇向这些铝片吹风，使其向空气中散热，从而达到冷却发动机的目的。 风冷系以空气为冷却介质，利用汽车行驶时的高速空气流，将高温零件表面的热量吹散到大气中去。风冷系的汽车发动机一般采用由传热性能较好的铝合金铸成的汽缸和汽缸盖，为了增大散热面积，各汽缸一般都分开制造，并且在汽缸和汽缸盖表面分布许多均匀的散热片，以增大散热面积。为了有效地利用空气流和保证各汽缸冷却均匀，有的发动机上装有导流罩及分流板等部件。风冷系具有结构简单、重量轻、故障少、无需特殊保养、维护简便、对地理环境和气候环境
冷却系统计算 一、 闭式强制冷却系统原始参数 都以散入冷却系统的热量 Q W 为原始数据，计算冷却系统的循环水量、冷却 空气量，以便设计或选用水泵、散热器、风扇 1．冷却系统散走的热量Q W 冷却系统散走的热量Q W ，受很多复杂因素的影响，很难精确计算，初估Q W ，可以用下列经验公式估算： 3600 h N g Q u e e W A （千焦/秒） （1-1） A ---传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，对汽油机A=0.23~0.30， 对柴油机A=0.18~0.25 g e ---内燃机燃料消耗率（千克/千瓦.小时） N e ---内燃机功率（千瓦） h u ---燃料低热值（千焦/千克） 如果内燃机还有机油散热器，而且是水油散热器，则传入冷却系统中的热量，也应将传入机油中的热量计算在冷却系统中，则按上式计算的热量Q W 值应增大5~10% 一般把最大功率（额定工况）作为冷却系统的计算工况，但应该对最大扭矩工况进行验算，因为当转速降低时可能形成蒸汽泡（由于气缸体水套中压力降低）和内燃机过热的现象。 具有一般指标的内燃机，在额定工况时，柴油机g e 可取0.21~0.27千克/千瓦.小时，汽油机g e 可取0.30~0.34千克/千瓦.小时，柴油和汽油的低热值可分别取41870千焦/千克和43100千焦/千克，将此值带入公式即得 汽油机Q W =（0.85~1.10）N e 柴油机Q W =（0.50~0.78）N e
车用柴油机可取Q W=（0.60~0.75）N e，直接喷射柴油机可取较小值，增压的直接喷射式柴油机由于扫气的冷却作用，加之单位功率的冷却面积小，可取Q =（0.50~0.60）N e，精确的Q W应通过样机的热平衡试验确定。 W 取Q W=0.60N e 考虑到机油散热器散走的热量，所以Q W在上式计算的基础上增大10% 额定功率： ∴对于420马力发动机Q W=0.6*309=185.4千焦/秒 增大10%后的Q W=203.94千焦/秒 ∴对于360马力发动机Q W=0.6*266=159.6千焦/秒 增大10%后的Q W=175.56千焦/秒 ∴对于310马力发动机Q W=0.6*225=135千焦/秒 增大10%后的Q W=148.5千焦/秒 最大扭矩： ∴对于420马力发动机Q W=0.6*250=150千焦/秒 增大10%后的Q W=165千焦/秒 ∴对于360马力发动机Q W=0.6*245=147千焦/秒 增大10%后的Q W=161.7千焦/秒 ∴对于310马力发动机Q W=0.6*180=108千焦/秒 增大10%后的Q W=118.8千焦/秒 2．冷却水的循环量 根据散入冷却系统中的热量，可以算出冷却水的循环量V W
汽车发动机冷却系
汽车发动机冷却系系统维护摘要：汽车的发动机是动力的来源，它的出现给汽车带来了强劲的动 力，它就像人的心脏一样那样重要，但是人不只是有心脏，还有别的器官，心脏在这些器官的辅助下，才能发挥它原本的能力。这器官就是冷却系。它让工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持发动机在最适宜的温度范围内工作。本文论述了冷却系的作用、组成、主要结构、工作原理、日常维护、故障检测步骤和排除方法。 关键词：冷却系统；过热、过冷的危害；冷却系统维护； 如果一台发动机,冷却系统的维修率一直居高不下,往往会引起发动机其他构件损坏,特别是随着车辆行驶里程的增加,冷却系统的工作效率逐渐下降,对发动机的整体工作能力产生较大影响,冷却系统的重要性在于维护发动机常温下工作,尤如人体的皮肤汗腺,如果有一天,人体的汗腺不能正常工作,那么身体内的热量将无法散去,轻则产生中暑,重则休克。 一、冷却系的组成与作用 （一）作用 冷却系统的功用是带走引擎因燃烧所产生的热量，使引擎维持在正常的运转温度范围内。引擎依照冷却的方式可分为气冷式引擎及水冷式引擎，气冷式引擎是靠引擎带动风扇及车辆行驶时的气流来冷却引擎；水冷式引擎则是靠冷却水在引擎中循环来冷却引擎。不论采何种方式冷却，正常的冷却系统必须确保引擎在各样行驶环境都不致过热。 （二）组成 水冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、水道、风扇等组成。散热器负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。散热器又分为横流式和垂直流动两种，空调冷凝器通常与其装在一起。 1.水泵和节温器 发动机是由冷却液的循环来实现的，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动，推动冷却液在整个系统内循环。目前最先进的水泵是宝马新一代直六发动机上采用的电动水泵，它能精确的控制水泵的转速，并有效的减少了对输出功率的损耗。这些冷却液对发动机的冷却，要根据发动机的工作情况而随时调节。当发动机温度低的时候，冷却液就在发动机本身内部做小循环，当发动机温度高的时候，冷却液就在发动机—散热器之间做大循环。实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。可以将节温器看作一个阀门，其原理是利用可随温度伸缩的材料（石蜡或乙醚之类的材料）做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液
第9章发动机冷却系统 本章重点： 1、冷却系的功用、分类、组成 2、冷却系主要机件的结构和工作原理 本章难点： 1、强制循环式水冷系统中冷却液的循环路径 2、通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量来调节冷却系统冷却强度的方法 本章基本要求： 1、掌握冷却系的功用、分类、组成 2、掌握冷却系主要机件的结构和工作原理 3、了解通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量来调节冷却系统冷却强度的方法。 9.1 概述 一、冷却系统的功用与分类 发动机冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。对水冷式发动机，气缸体水套中适宜的温度为80～90℃；对风冷式发动机，气缸壁适宜的温度为150～180℃。 发动机所采用的冷却方式分为水冷式和风冷式两种。以冷却液为冷却介质冷却发动机的高温零件，然后再将热量传给空气的冷却系统称为水冷系统；以空气为冷却介质的冷却系统称风冷系统。 二、强制循环式水冷却系统的组成及水循环路径 目前在汽车发动机上应用最普遍的强制循环式水冷却系统是利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在冷却系统中循环流动。强制循环式水冷却系统的组成及水循环路径如图9.1所示。 通常，冷却液在冷却系统内的循环流动路线有两条，一条为小循环，另一条为大循环。所谓大循环是水温高时，冷却液全部经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，冷却液不经过散 热器而进行的循环流动，从而使水温很快升高。冷却液是进行大循环还是小循环，由节温器来控制。
在水冷系统中，不设水泵，仅利用冷却液的密度随温度而变化的性质，产生自然对流来实现冷却液循环的水冷却系统，称为自然循环式水冷系统。这种水冷却系统的循环强度小，不易保证发动机有足够的冷却强度，因而目前只有少数小排量的汽车发动机在使用。
编号：
冷却系统设计规范
编制： 万 涛
校对： 审核： 批准：
厦门金龙联合汽车工业有限公司技术中心 年月日
一、概述 要使发动机正常工作，必须使其得到适度的冷却，冷却不足或冷却过度均会带来严重
的影响。 冷却不足，发动机过热，会破坏各运动机件原来正常的配合间隙，导致摩擦阻力增加，
磨损加剧，特别是活塞环和气缸壁之间的运动，严重时会发生烧蚀、卡滞，使发动机停转 或者发生“拉缸”现象，刮伤活塞或气缸，更严重时还会发生连杆打烂气缸体现象。也会 使润滑油变稀，运动机件间的油膜破坏，造成干摩擦或半干摩擦，加速磨损。同时会降低 发动机充气量，使发动机功率下降。
发动机过度冷却时，由于冷却水带走太多热量，使发动机功率下降、动力性能变差。 发动机过冷，气缸磨损加剧。同时，由于过冷，混合气形成的液体，容易进入曲轴箱使润 滑油变稀，影响润滑作用。
由此可见，使发动机工作温度保持在最适宜范围内的冷却系，是何其重要。一般地， 发动机最适宜的工作温度是其气缸盖处冷却水温度保持在 80℃~90℃，此时发动机的动力 性、经济性最好。 二、冷却系统设计的总体要求
a)具有足够的冷却能力，保证在所有工况下发动机出水温度低于所要求的许用值（一 般为 55°）； b) 冷却系统的设计应保证散热器上水室的温度不超过 99 ℃。 c) 采用 105 kPa 压力盖，在不连续工况运行下，最高水温允许到 110 ℃，但一年中
水温达到和超过 99 ℃的时间不应超过 50 h。 d) 冷却液的膨胀容积应等于整个系统冷却液容量的 6 %。 e) 冷却系统必须用不低于 19 L/min 的速度加注冷却液，直至达到应有的冷却液平面，
以保证所有工作条件下气缸体水套内冷却液能保持正常的压力。 三、冷却系统的构成
液体冷却系主要由以下部件组成：散热器、风扇、风扇护风罩、皮带轮、风扇离合器、 水泵、节温器、副水箱、发动机进水管、发动机出水管、散热器除气管、发动机除气管等。
汽车发动机冷却系统介绍 冷却系统的作用是及时散发发动机受热零件吸收的部分热量，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。 发动机的冷却系有风冷和水冷之分。冷却液为冷却介质的称水冷系统，新上市轿车几乎都用水冷系统。 冷却系统的循环 在冷却系统中，有两个散热循环：一个是冷却发动机的主循环，另一个是车内暖风循环。 1、发动机冷却主循环： 主循环中包括了两种工作循环，即冷车循环和正常循环。发动机起动后，逐渐升温，冷却液的温度还无法打开节温器，此时冷却液只经过水泵在发动机内进行冷车循环，使发动机尽快地达到正常工作温度。随着发动机冷却液温度升到了节温器的开启温度，冷却循环开始正常循环。此时，冷却液从发动机流出，经过散热器散热后，再经水泵流回发动机。 2、暖风循环： 暖风循环同样是发动机的一个冷却循环。冷却液经过暖风加热芯，将冷却液的热量传入车内，然后流回发动机。暖风循环不受节温器的控制，只要打开暖气，该循环就开始工作。冷却系统零部件 在冷却系统中，冷却介质是冷却液，主要零部件有节温器、水泵、水泵皮带、散热器、散热风扇、水温感应塞、水温传感器、储液罐、暖风加热芯等。 1、冷却液 冷却液又称防冻液，是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。它需要具有防冻性，防蚀性，热传导性和不变质的性能。现在经常使用乙二醇为主要成分，加有防腐蚀添加及水的防冻液。 2、水泵 水泵给冷却液加压，保证冷却液在冷却系中循环流动。水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液，轴承毛病使转动不正常或出声。 3、散热器 发动机工作时，冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外流过，热冷却液由于向空气散热而变冷。散热器上还有一个重要的小零件，就是散热器盖，随着温度变化，冷却液会热胀冷缩，散热器器因冷却液的膨胀而内压增大，内压到一定时，散热器盖开启，冷却液流到储液罐；当温度降低，冷却液回流入散热器。 4、节温器 节温器在80℃后开启，95℃时开度最大。节温器不关闭，会使循环从开始就进入正常循环，这样就造成发动机不能尽快达到正常温度。节温器不能开启或开启不灵活，会使冷却液无法经过散热器循环，造成温度过高，或时高时正常。 5、散热风扇 正常行驶中，高速气流已足以散热，风扇一般不会在这时候工作；但在慢速和原地运行时，风扇就可能转动来助散热器散热。风扇的起动由水温感应器控制。 6、水温感应塞 水温感应器是一个温度开关，当发动机冷却液温度超出90℃以上，水温感应器将接通风扇电路。循环正常时，温度升高，如果风扇不转，就需要检查水温感应塞和风扇。
发动机冷却系统的设计原则 （李勇） 水冷式汽车发动机冷却系统一般由散热器、节温器、水泵、缸体水道、缸盖水道、风扇及连接水管、冷却液等组成。我们主机厂主要根据整车布置及发动机功率的要求来选定散热器及各零部件的形状、大小，并合理布置整个冷却系统，保证发动机的动力性、经济性、可靠性和耐久性，从而提高整车的性能。 一、冷却系统的总体布置原则 冷却系统总布置主要考虑两方面，一是空气流通系统；二是冷却液循环系统。因此在设计中必须做到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力。 1，提高进风系数。要做到提高进风系数就必须要做到：（1）减小空气的流通阻力，（2）降低进风温度，防止热风回流。 （1）减小空气的流通阻力 设计中应尽量减少散热器前面的障碍物，进风口的有效进风面积不要小于60﹪的散热器芯部正面积；在整车布置允许的前提下，尽可能采用迎风正面积较大的散热器；风扇与任何部件的距离不应小于20mm，这样就可以组织气流通畅排出，可以减少风扇后的排风背压。 （2）降低进风温度， 要合理布置散热器的进风口，提高散热器与车身、发动机舱接合处的密封性，防止热风回流。 （3）合理布置风扇与散热器芯部的相对位置 从正面看，尽量使风扇中心与散热器中心重合，并使风扇直径与正
方形一边相等，这样可以使通过散热器的气流分布最为均匀，或者使风扇中心高一下些，使空气流经散热器上部的高温高效区。 另：考虑发动机振动的因素，风扇和护风罩之间的间隙应该在20mm 以上。 从轴向看，尽可能加大风扇前端面与散热器之间的距离，并合理设计护风罩。要使气流均匀通过散热器芯部整个面积，必须要求风扇与散热器之间保持一定的距离，一般对载货汽车，风扇与散热器芯部之间的距离不得小于50mm。 2，提高冷却液循环中的散热能力 要提高冷却液循环中的散热能力，提高冷却液循环中的除气能力是关键。冷却系统的气体会造成水泵流量下降，使散热器的冷却率下降；还会造成发动机水套内局部沸腾，致使局部热应力猛增，影响发动机性能；在热机停工况，气体还会造成冷却液过多的损失。因此要提高冷却液循环中的除气能力，其措施就是设计膨胀水箱和相应的除气管路（当散热器位置比发动机位置高时，可以在散热器上部直接开一个注水口，并在注水口上用一压力式的散热器盖即可，我厂的农用车型的散热器就是采用此方式进行排气及加水）。 二、散热器的选择 （1）现在我厂基本上全部都采用铜制散热器，芯部结构为管带式的。散热器要带走的热量Q w，按照热平衡的试验数据或经验公式计算：Q w=（A·g e·Ne·h n）/3600 kJ/s 式中： A—传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，对柴油机A=0.18～0.25
汽车运用与维修专业教案 2015 /2016 第二学期 课程名称：发动机构造与拆装（一） 班级：交通运输103班组员：甘天祥马怀霞潘园园题目：第十章发动机冷却系 A :冷却系组成与冷却过程 第十一周 本讲教学目标： 知识点 ·冷却系的功用与分类 ·水冷系的组成 ·水冷系的冷却过程 能力点： ·正确理解冷却系的功用与分类·正确掌握水冷系的冷却过程本讲主要内容： ·冷却系的功用 ·冷却系的类型 ·水冷系的组成与水路循环 ·冷却液 本讲教学要求及适合专业： ·启发分析冷却系的功用 ·对比分析冷却系的类型 ·重点讲解水冷系的组成与水路循环 教学重点：·水冷系的组成与水路循环 教学难点：·水冷系的组成与水路循环 教学方法及手段：导入、启发分析、简要分析、对比分析、重点介绍、归纳小结、多媒体 上一讲回主页下一讲 本讲教学内容： 由发动机总体构造导入 发动机冷却系统 启发分析： 一、冷却系的功用与类型
简要分析： ·要求学生理解发动机过热、过冷的危害及发动机冷却系的功用1．冷却系的功用 （1）发动机过热、过冷的危害 1）发动机过热的危害 ·充气效率低，早燃和爆燃易发生，发动机功率下降 ·运动机件易损坏 ·润滑油粘度减小、润滑油膜易破裂加剧零件磨损 2）发动机过冷的危害 ·燃烧困难，功率低及油耗高 ·润滑油粘度增大，零件磨损 ·燃油凝结而流入曲轴箱，增加油耗，且机油变稀，从而导致功率下降，磨损增加 （2）冷却系功用 ·使发动机得到适度冷却，防止发动机过冷、过热 ·以保证发动机在正常的温度范围内工作 对比分析： ·要求学生理解风冷却系统组成、原理及特点 图10-1：风冷却系统2．冷却系的分类 （1）风冷却系统（图10-1） ·冷却介质是空气，利用气流使散热片的热量散到大气中 ·组成：风扇、导流罩、散热片、气缸导流罩、分流板。 ·工作情况：缸体、缸盖均布置了散热片，气缸、缸盖都是单独铸造，然后组装到一起，缸盖最热，采用铝合金铸造，且散热片比较长，为了加强冷却，保证冷却均匀，装有导流罩、分流板 ·分类：采用一个风扇时，装在发动机前方中间位置；采用两个风扇时，分别装在左右两列汽缸前端。 ·特点：结构简单、质量较小、升温较快、经济性好。难以调节，消耗功率大、工作燥声大。
1 第一章发动机冷却系概述 1.1 冷却系的结构及功能 冷却系统主要由散热器，冷却风扇，冷却水泵，节温器，补偿水桶，发动机机体和气缸盖中的水套及其他附加装置等组成。如下图所示： 图1-1 水冷却系统的组成 1—百叶窗；2—散热器；3—散热器盖；4—风扇；5—水泵； 6—节温器；7—水温表；8—水套；9—分水管；10—放水阀冷却系统的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。冷却系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在发动机冷起动之后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。 在发动机工作期间，最高燃烧温度可能达到2500摄氏度，即使在怠速或中等转速下，燃烧室的平均温度也在1000摄氏度以上。因此，与高温燃气接触的发动机零件受到强烈的加热。在这种情况下，若不进行适当的冷却，发动机将会过热，工作过程恶化，零件强度降低，机油变质，零件磨损加剧，最终导致发动机动力性，经济性，可靠性及耐久性的全面下降。但是，冷却过度也是有害的。过度冷却或使发动机时间在低温下工作，均会使散热损失和摩擦损失增加，零件磨损加剧，排放恶化，发动机工作粗暴，发动机功率下降及燃油消耗率增加。冷却系统能够很好地解决以上问题。
1.2 冷却系的类型 根据冷却介质不同，发动机冷却系统可以分为水冷式和风冷式两种类型。如下图所示： 图1-2 冷却系的类型 1.2.1 水冷式冷却系统 水冷却系统以水或防冻液为冷却介质，依靠冷却水的循环流动将高温机件的热量送至散热器，通过散热器将热量散发到大气中。 强制循环水冷：利用水泵强制冷却液在发动机中循环流动。即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。这种系统包括散热器，冷却风扇，冷却水泵，节温器，补偿水桶，发动机机体和气缸盖中的水套及其他附加装置。 蒸发循环水冷：利用水的温度差使冷却液在发动机中循环流动。 1.2.2 风冷式冷却系统 风冷式冷却系统以空气为冷却介质，利用高速流动的空气直接吹过气缸体和气缸盖的表面，使发动机冷却，以保证适宜的工作温度。 为加强冷却效果，在汽缸体和汽缸盖的表面均布了很多散热片，以增大散热面积。有些发动机采用轴流式风扇增加流经发动机的空气流量和流速，采用导流罩和分流板控制空气的流动方向，使发动机各缸冷却均匀。
第六章冷却系统 第一节冷却系统的功用、组成和布置 一、冷却系统的功用 柴油机工作时的燃气温度高达1800℃左右，使与燃气直接接触的气缸盖、气缸套、活塞、气阀、喷油器等部件严重受热。严重的受热会造成： ①材料的机械性能下降，产生较大的热应力与变形，导致上述部件产生疲劳裂纹或塑性变形； ②破坏运动部件之间的正常间隙，引起过度磨损，甚至发生相 互咬死或损坏事故；③燃烧室周围部件温度过高，使进气温度升高，密度降低，从而减少进气量；增压后的空气温度也会升高，并影响进气量； ④润滑油的温度也逐渐升高，粘度下降，不利于摩擦表面油膜 的形成，甚至失去润滑作用。
综上所述，为了保证柴油机可靠工作必须对柴油机受热机件，滑油及增压后的空气 等进行冷却。 然而从能量利用观点来看，柴油机的冷却是一种能量损失，过分冷却将导致燃油滞燃期延长，产生爆燃和燃烧不完全，增加加散热损失；机件内外温度差过大，以致热应力超过材料本身的强度而产生裂纹，润滑油粘度变大而增加摩擦功的消耗；在燃用含硫量较高的重油时，将产生低温腐蚀，使缸套严重腐蚀等。 因此，在管理中应既不使柴油机因缺乏冷却而导致机件过热，也不使柴油机因过分冷却而造成不良后果，应有所兼顾。冷却系统的主要任务应是保证柴油机在最适宜的温度状态下工作，达到既能避免零件的损坏和减小其磨损，又能充分发出它的有效功率。近代，从尽量减少冷却损失以充分利用燃烧能量出发，国内、外正在进行绝热发动机的研究，相应发展了一批耐高温的受热部件材料，如陶瓷材料等。 目前，柴油机的冷却方式分为强制液体冷却和风冷两种，绝大
多数柴油机使用前者。而液体冷却的介质通常有淡水、海水、滑油等三种。 淡水的水质稳定，传热效果好并可采用水处理解决其腐蚀和结垢的缺陷，因而它是 目前使用最广泛的一种理想冷却介质； 海水的水源充裕但水质难以控制且其腐蚀和结垢问题比较突出，为减少腐蚀和结垢应限制海水的出口温度不应超过55℃； 滑油的比热小，传热效果较差，在高温状态易在冷却腔内产生结焦，但它不存在因 漏泄而污染曲轴箱油的危险，因而适于作为活塞的冷却介质。 二、冷却系统的组成和布置 柴油机冷却系统一般是用海水强制冷却淡水和其它载热流体（如滑油、增压空气等）。在系统布置上，海水系统属开式循环，
一、冷却系统说明 二、散热器总成参数设计 三、膨胀箱总成参数设计 四、冷却风扇总成参数设计 五、水泵总成参数设计 六、橡胶水管参数设计 七、节温器选择 八、冷却液选择 一、冷却系统说明 内燃机运转时，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热,如不加以适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等)，机油变质和烧损,零件的摩擦和磨损加剧,引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是,如果冷却过强，汽油机混合气形成不良,机油被燃烧稀释,柴油机工作粗爆,散热损失和摩擦损失增加，零件的磨损加剧，也会使内燃机工作变坏。因此，冷却系统的主要任务是保证内燃机在最适宜的温度状态下工作。 1.1 发动机的工况及对冷却系统的要求 一个良好的冷却系统,应满足下列各项要求: 1）散热能力能满足内燃机在各种工况下运转时的需要。当工况和环境条件变化时,仍能保证内燃机可靠地工作和维持 最佳的冷却水温度;
2）应在短时间内，排除系统的压力； 3）应考虑膨胀空间,一般其容积占总容积的4-6％; 4）具有较高的加水速率。初次加注量能达到系统容积的90％以上。 5）在发动机高速运转,系统压力盖打开时，水泵进口应为正压; 6）有一定的缺水工作能力，缺水量大于第一次未加满冷却液的容积; 7）设置水温报警装置; 8）密封好，不得漏气、漏水； 9）冷却系统消耗功率小。启动后,能在短时间内达到正常工作温度。 10）使用可靠,寿命长，制造成本低。 1.２冷却系统的总体布置 冷却系统总布置主要考虑两方面:一是空气流通系统;二是冷却液循环系统。在设计中必须作到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力。 提高通风系数:总的进风口有效面积和散热器正面积之比≥3０％。对于空气流通不顺的结构，需要加导风装置使风能有效的吹到散热器的正面积上,提高散热器的利用率。 在整车空间布置允许的条件下,尽量增大散热器的迎风面积,减薄芯子厚度。这样可充分利用风扇的风量和车的迎面风，提高散热器的散热效率。一般货车芯厚不超过四排水管,轿车芯厚不超过二排水管。
第9 章发动机冷却系统 本章重点： 1、冷却系的功用、分类、组成 2、冷却系主要机件的结构和工作原理 本章难点： 1、强制循环式水冷系统中冷却液的循环路径 2、通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量来调节冷却系统冷却强度的方法本章基 本要求： 1、掌握冷却系的功用、分类、组成 2、掌握冷却系主要机件的结构和工作原理 3、了解通过改变流经散热器的冷却液流量和改变空气流量来调节冷却系统冷却强度的方法。 9.1 概述 一、冷却系统的功用与分类 发动机冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。 对水冷式发动机，气缸体水套中适宜的温度为80?90 C；对风冷式发动机，气缸壁适宜的温度为150?180 C。 发动机所采用的冷却方式分为水冷式和风冷式两种。以冷却液为冷却介质冷却发动机的高温零件，然后再将热量传给空气的冷却系统称为水冷系统；以空气为冷却介质的冷却系统称风冷系统。 二、强制循环式水冷却系统的组成及水循环路径目前在汽车发动机上应用最普遍的强制循环式水冷却系统是利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在冷却系统中循环流动。强制循环式水冷却系统的组成及水循环路径如图9.1 所示。 通常，冷却液在冷却系统内的循环流动路线有两条，一条为小循环，另一条为大循环。所谓大循环是水温高时，冷却液全部经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，冷却液不经过散 热器而进行的循环流动，从而使水温很快升高。冷却液是进行大循环还是小循环，由节温器来控制。
在水冷系统中，不设水泵，仅利用冷却液的密度随温度而变化的性质，产生自 然对流来实现冷却液循环的水冷却系统，称为自然循环式水冷系统。这种水冷却系 统的循环强度小，不易保证发动机有足够的冷却强度，因而目前只有少数小排量的 汽车发动机在使用。 图9.1 发动机强制循环式水冷系统示意图2 5 6 8 r 10 \j 9 J
汽车发动机冷却系统的发展与现状 发表时间：2017-10-20T14:00:13.917Z 来源：《防护工程》2017年第16期作者：刘洋[导读] 汽车水冷发动机冷却系统主要由发动机冷却水套、冷却水泵、节温器及冷却风扇等部件组成。 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 摘要：早期的发动机冷却系统虽能满足汽车的基本使用要求，但在满载或者恶劣的环境中容易出现问题。在当今日益重视环境保护、提倡节能和舒适性的情况下，发动机的结构、性能和汽车整体性能都有很大的发展，冷却系统正朝着轻型化、紧凑化和智能化的方向发展。为此，重点介绍了国内外汽车发动机冷却系统的研究及发展情况，并做了简要分析。 关键词：冷却系统；冷却介质；冷却机理 １发动机冷却系统向智能化方向发展 发动机冷却系统是汽车的重要构件。汽车水冷发动机冷却系统主要由发动机冷却水套、冷却水泵、节温器及冷却风扇等部件组成。传统冷却系统采用的是冷却风扇或离合器式冷却风扇，两种风扇均由发动机曲轴通过皮带驱动，其冷却调节的灵敏度不高，功率损失也很大。为解决这个问题，就出现了自控电动冷却风扇。２冷却系统的冷却介质 目前，发动机广泛采用液态水作冷却液。水作为内燃机冷却系统的冷却介质具有很多优点：在性能方面，它性能稳定、热容量大、导热性好、沸点较高；在经济性能方面，它资源丰富、容易获取。但另一方面，水作为冷却介质也存在着两个较大的缺点：一是冰点高，在０℃时结冰，造成冬季使用困难；二是水具有一定的腐蚀性，对发动机冷却系统有损害作用。另外，水做冷却液的冷却系统，体积较庞大，不利于汽车内部结构的优化和整体质量的减少，增加了发动机功率的额外消耗。天然水中一般都含有部分矿物盐类（ＭｇＣｌ２、Ｃａ（ＨＣＯ３）２等），当水在发动机冷却系统内受热时，碳酸盐会在冷却系的壁上形成很难除去的水垢。导热性能很差。当水垢聚积过多时，会使发动机冷却性能恶化而导致过热。另外，溶解在水中的某些盐类（如ＭｇＣｌ２）在受热时产生水解作用，生成Ｍｇ（ＯＨ）２和ＨＣｌ。其中ＨＣｌ是一种腐蚀性很强的酸。因此，当水中含矿物盐类过多时，对发动机的冷却系统是很不利的。为了防止水垢的产生和水的腐蚀作用，在冷却水中加入了防腐蚀剂（重铬酸钾Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）；为了解决水在０℃时结冰的问题，一般采用防冻液来作冷却液，常见的有丙稀二醇、甘醇、硅酸盐、有机酸等。３冷却系统向高效低能耗方向发展 发动机冷却系统效率的提高主要从两个方面来实现：其一，新材料的应用及部件结构的新设计；其二，部件的智能驱动方式。传统冷却系统中，风扇和水泵的效率普遍不高，造成大量能源的浪费。为提高冷却风扇的效率，用塑料翼形风扇取代圆弧型直叶片冷却风扇。从气体动力学的角度分析，翼形风扇能够改善风扇流场，提高风扇的效率和静压，使风扇高效区变宽；另外，塑料表面的光洁度较高。传统的冷却风扇由发动机驱动，装风扇的发动机与装有风罩的散热器必须分别用弹性支座固定在车架。为避免在汽车运行中因振动而引起风扇与风罩相碰，风扇叶轮与风罩的径向间隙的设计数值大于２０ｍｍ，这必然大幅度降低风扇的容积效率。风扇的总效率取决于容积效率、机械效率和液力效率的乘积，即 η总 ??η机 ??η容 ??η液。传统风扇叶片采用薄钢板冲压而成，其液力效率 η液较低，又加上皮带传动存在打滑损失，其机械效率 η杨也不高，从而导致传统冷却风扇的总效率只有３０％左右。采用电控风扇，由电机直接驱动风扇，与原来的皮带传动相比，机械效率 η机提高了。电控冷却风扇完全脱离发动机，与风罩、散热器安装为一体，保证了风扇与风罩的同心度，进一步减小了径向间隙，导致风扇容积效率 η容大幅度提高；另外，采用翼形端面塑料和流线型风罩，使风扇气流入口形成良好的流线型气流，可提高风扇的液力效率 η液，综合各项措施最终使电动风扇的效率达到７８％。４冷却系统新的冷却机理 上世纪７０年代，美国、日本和英国等国家提出了“绝热发动机”，其基本思路是对组成发动机燃烧室的零部件表面，喷涂耐高温的陶瓷覆层或使用陶瓷零部件，从而大大减少散热损失。经过２０年的研制，绝热发动机在高温陶瓷零件（镶块或涂层）方面取得了较大的成功［７、８］。绝热发动机（无外部冷却装置）的整机热效率接近４０％，复合式绝热发动机的整机热效率达到了４０％以上［９］。这种以高度隔热层为主要手段的绝热发动机的有效热效率，较同类常规发动机（水冷或风冷）高出５％～１５％。虽然绝热发动机提高了整机热效率和功率，同时降低了成本，但受材料和镶涂工艺的限制，还不能在普通车辆上使用，而且在高温条件下，发动机的润滑机油粘度降低，润滑效果变差，需要安装专门的散热装置；另外，气缸的充气效率会降低５％～１０％。因此，还需要进一步研究新的冷却技术。 上世纪８０年代，德国的Ｅｌｓｂｅｔｔ公司研制了一种新型车用发动机［１０］，它采用新的燃烧系统与新的冷却系统相结合的方式，以传热系数低的普通金属材料和巧妙的结构设计，大幅度减少了散热损失，取消了外部冷却装置。该机新的燃烧系统减少散热的原理是在球型燃烧室中有强烈的空气涡流，在离心力的作用下，沿燃烧室壁形成一层相对较冷的空气区，“旋流式喷油器”喷出一股雾化锥角很大、射程近、射速慢的空心涡流雾锥［１１～１３］。这股油雾随空气涡流旋转，不与燃烧室壁接触，在燃烧室中心混合燃烧，形成了热的燃烧中心—“热区”和周边温度较低的冷却空气层—“冷区” 这种燃烧系统。有“冷区”包围着“热区”，从而使燃烧室壁接受和传出的燃烧热量大为减少。Ｅｌｓｂｅｔｔ发动机在此基础上进行了进一步减少传热损失的设计［１４］，选用铸铁做活塞顶；将活塞环按内腔设置隔热槽，以截断热流通道，减少传向环槽的热量。上述３项措施使燃烧经活塞传到气缸壁的热量下降了一个数量级；加上以机油循环冷却气缸盖内腔和缸体上部的油道，用机油喷射冷却活塞内腔，实现了无水冷强制风冷的新的冷却机理。目前，还出现了发动机常规冷却机理中的强化冷却措施，如活塞的“内油冷”、排气门的“钠冷”以及喷油嘴的“内油冷”等内冷技术［１５］。另外，采用的一些节油技术也具有内部冷却的功能［１５］，如乳化柴油、进气喷水、进气引汽、代用燃料冷却和过量空气冷却等。 ５结论 （１）冷却系统实现智能化，工作协调性增强。