低压铸铝轮毂冷却系统设计.doc

低压铸铝轮毂冷却系统设计（全面版）资料
职业教育材料成型与控制技术专业
教学资源库

《铝合金铸件铸造技术》课程教案

低压铸铝轮毂冷却系统
设计

制作人：贾娟娟

陕西工业职业技术学院

低压铸铝轮毂冷却系统设计
为了使铝液在型腔中能形成顺序凝固方式，必须对热节进行施冷，以调整好热节与冷节之间的温差，使铝液注入型腔后从最先凝固部位到最后凝固部位有一个比较理想的递增温度梯度。其施冷效果的优劣直接影响铸轮是否会产生缩孔或缩松缺陷及缺陷的严重程度，所以冷却系统是模具设计中很关键的设计内容之一。
1.冷却系统设计要领
（1）根据热节的大小，选择冷却介质和冷却力度；
（2）各施冷面和施冷点准确地对准热节处；
（3）各施冷面和施冷点距受冷处尽量地接近；
（4）严防使不应该受冷处受到施冷的影响
（5）便于装卸和定位牢固等。
图1所示是一套设计比较理想的冷却系统。

图1 设计比较理想的冷却系统
大热节法兰盘上既有水冷却盘，也有风冷管线；下模螺栓孔处也有风冷管线，浇口杯外表面与下模距离较大，不仅便于填加及压实密封料，也能降低对下模的热传导。此冷却系统的优点可供设计一般结构轮毂的冷却系统时参照使用。
其实对所有铸铝轮毂均必须对法兰盘、分流锥、胎圈座等热节处施冷，否则会产生缩孔或缩松缺陷。
2.法兰盘施冷设计
法兰盘是轮毂与车体连接的部位，不仅要承受整车的静压力，而且也要承受行驶中的动压力，故其不准有任何缩孔或缩松等缺陷，尤其是中心孔或螺栓孔更不准有缩孔和缩松等缺陷。所以法兰盘的上面和下面都需要施冷，即在上模装设水冷却盘加风冷管线，在下模装设风冷线。
3.水冷却盘设计
水冷均需通过通道来完成冷却功能。冷却盘中有通水的冷却腔道，其冷却腔道可制成单环形，也可制成双环形。为提高冷却效果，也可让开推料杆位置而制成“十”字形或其他异形腔。
图2所示为比较典型的“十”字状水冷腔的冷却盘。

图2 典型的“十”字状冷腔的冷却盘
1—水冷腔盖板； 2—水冷腔道； 3—推料杆孔； 4—冷却盘体；
5—进水口； 6—排水口； 7—螺塞
双点划线处为法兰盘热节部位，故冷却道特意设在其近处
此冷却盘用耐腐蚀不锈钢车、铣和焊接而成。制成后需经过打水压检验，打压的压力不低于0.4MPa，打压时间不低于5min，在焊缝表面涂抹肥皂水，如果打压过程中涂抹肥皂水的焊面无气泡出现，则判定焊接质量合格，可投产使用。
图3所示为有五个推料杆的冷却盘中冷却腔道。

图3 有5个推料杆的冷却盘中冷却腔道形状
水介质冷却盘与风冷却介质比较，其缺点很多：第一制造成本高；第二通水腔壁结垢严重，使用时间短，水垢已经很厚，尤其是水的出口腔壁结垢厚度相当于进水口腔壁结垢厚度的五倍，严重时水出口腔壁完全被水垢堵死，然而又很难直观发现，只能间接发现，即轮毂经过X光探伤，发现法兰盘有缩孔或缩松时，才能认定其出水口被堵死，在其他工艺参数未改变时，或不能逐件探伤，往往造成批量废品。
由于存在上述缺点，在进行冷却系统设计时应尽量不采用水冷，尤其不采取冷却盘式。
另外，在采用水冷却盘时，随着使用时间的延长，水垢亦跟着逐件加厚，其加厚处的施冷强度也随之逐渐下降，被冷却的热节处的缩松体积随之加大，若不及时调整和延长施冷时间，将产生严重缩孔或缩松缺陷，造成批量废品。所以，对法兰盘厚度一般的轮毂，尽量不采用水冷却盘施冷。
4.风冷却法兰盘施冷设计
在上模对法兰盘施风冷时，必须采取较高风压和大风量时方能获得近于水冷却盘的冷却强度。风压需在0.6MPa以上，主风管不仅要粗，而且需要设置多个吹风嘴，如设置2~3条冷却管线，同时在下模也需设置冷却线，并在冷节处加石棉保温毡和风挡板，以防止回风吹响冷节，降低冷节温度，如下图4所示： 

图4 风冷却法兰盘
为了保持所施风压和风量稳定，与设定值一致，操作者需时刻对风压和风量仪表认真地监视，严防因风压和风量下降，影响施冷效果，使施冷强度下降。
5.风冷却胎圈座施冷设计
无论什么规格和型号的汽车轮毂，其胎圈座皆是热节，不同之处是热节大小程度不同而已。但若不对其施冷，肯定会产生不同程度的缩孔缺陷，轻者轮坯经X光探伤可见，重者轮坯表面裸露出缩孔边缘，或虽然轮坯表面未见有缩孔裸露，但经机加工后缩孔裸现出来，成为废品。 
为减轻缩孔严重程度（即虽有缩孔，但经机加工后无缩孔裸露，不影响轮毂的力学性能）或彻底消除缩孔缺陷，必须对其施冷。
风冷却胎圈座施冷手段有：
1）减薄上模和边模热节处的模具壁厚度；
2）扩大上模和边摸热节处与空间接触的模面面积，以提高自然冷却能力；
3）对热节处施风冷。
图5是将以上三条施冷措施同时共用的典型例子，图中边摸和上模的粗实线是未采取施冷措施时状态；双点划线是采取措施后的形状。边模双点划线凹下应为铸出，上模Φ15mm孔应钻成透孔，然后将壁厚12mm处堵死。边摸凹下处位置应对准辐条，上模Φ15mm孔的位置也应对准辐条根部。

图5 风冷却胎圈座三条施冷措施同时共用
1—边模供风管； 2，4—吹风嘴； 4—上模供风管
如果能按照上述综合措施设计，其施冷效果肯定很好，最差效果也能将缩孔缩小并将其移到热节中心处，基本能够保证力学性能检验合格。如果边摸凹下处和上模Φ15mm孔处的形位准确、施风冷强度和施冷时间得当时，则能取得最佳效果——无缩孔缺陷。

暖通空调课程设计

设计题目：礼堂空调冷却水系统设计

院 系: 工程学院动力系
班 级: 建筑环境与设备工程1071班
学 号: 200711423129
姓 名: 张镇钦
指导老师: 罗毅涌老师

目录
一、冷却水系统一的水力计算………………………………..2
1、冷却水系统（1）说明……………………………………………2
2、沿程损失计算………………………………………….2
3、局部阻力损失计算……………………………………..3
4、水泵扬程计算………………………………………….4
二．冷却水系统二的水力计算…………………………………5
1、冷却水系统（2）的说明……………………………..5
2、局部阻力损失计算……………………………………..5
3、沿程损失计算………………………………………….7
4、不平衡率的计算……………………………………….8
5、水泵扬程计算………………………………………….9

一、冷却水系统一的水力计算
1、冷却水系统（1）说明：
主要负责一楼舞台右边的水冷式空调机组冷凝器冷却水的提供。机组型号L135/S-C,冷凝器形式：高效壳管式；水量：28.8m3/h;水阻力：9806Pa，入水管径：65mm;出水管径：65mm.
系统图如下：
根据冷却水流量Q=28.8m3/h,假定管道水流速度为1.8m/s，根据公式可以计算出管径D=77.4mm，查表，取统一规格D=80mm，此时，实际流速为1.6m/s
管段编号
流量(m3/h)
长度L(m)
流速V(m/s)
管径D(mm)
比摩阻
实际流速
1--2--3--4--5
28.80
22.60
1.80
80.00
460.00
1.59

2、沿程损失计算
公式 =RL
R-沿程单位比摩阻，Pa/m.
L-管段长度，m.
沿程损失（）计算
长度L/m
22.6
沿程单位比摩阻R/(Pa/m)
460
沿程损失Pa
10396

3、局部阻力损失计算
1.3.1每管段的阻力系数
公式 ==,
-局部阻力系数
管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
1--2--3--4--5
水泵入口90°弯头闸阀 过滤器 止回阀
1
1

8
4.08

3
0.45

1
7

1
6.5

Σζ

19.03
流速V(m/s)
管径D(mm)
比摩阻
实际流速
局部阻力系数Σζ
局部阻力P1 (Pa)
1.80
80.00
460.00
1.59
19.030
23988.71

由沿程阻力和摩擦阻力算出总阻力
局部阻力P1 (Pa)
摩擦阻力Rml (Pa/m)
管段阻力Rml+P1 (Pa)
23988.71
10396.00
34384.71

4、水泵扬程计算
水泵扬程计算 公式
式中 冷却塔水泵的扬程，Pa；
冷却塔水泵循环管路总阻力损失之和，Pa
冷却水各计算管段的沿程阻力损失，Pa；
冷却水各计算管段中总设备阻力损失，Pa；
冷却塔喷嘴喷水所需压力，Pa，约等于49KPa
冷却塔中水提升高度（从冷却塔盛水池到喷嘴的高差）所需压力，Pa.
1）局部阻力
=23988.71 Pa

2）摩擦阻力
=10396 Pa

3）冷凝器阻力和水处理器阻力
=9806+2×104=29806 Pa
4）冷却塔喷头喷水所需压力
=20000 Pa
5）冷却水提升压力（假设盛水池到喷头的高差为2.5m）
=2.5×9807=24500 Pa
6）冷却水泵的扬程和流量
P=++++=23988.71 +10396+29806+20000+24500
=108690.71Pa =10.9 mH2O
选用水泵，流量和扬程皆考虑10%的余量，则选用水泵的参数为：
流量 1.1×28.8 m3/h =31.68 m3/h
扬程 1.1×10.9 mH2O =11.99 mH2O

根据《供暖空调通风设计手册》水泵选型部分可查得应该选用XA50/20型的水泵，其参数为：流量为21.5—37.5（m3/h），扬程为11.4—15mH2O。

二．冷却水系统二的水力计算
1．冷却水系统（2）的说明：
负责一楼舞台左边，会议室，二楼水冷式空调机组冷凝器冷却水的提供。机组型号分别为L135/S-C，L135/S-C，L80/S-C。
其中L80/S-C数据如下，冷凝器形式：高效壳管式；水量：16.5m3/h;水阻力：9806Pa，入水管径：65mm;出水管径：65mm.
系统图如下：
根据冷却水流量Q,假定管道水流速度为1.7m/s，根据公式可以计算出管径D，查表，取统一规格D，此时，再求实际流速。如下表所下：
管段编号
流量(m3/h)
长度L(m)
流速V(m/s)
管径D(mm)
比摩阻
实际流速
1--2
74.40
5.80
1.70
125.00
334.00
1.68
2--3
45.60
28.76
1.70
100.00
430.50
1.61
3--4--7
16.80
18.03
1.70
70.00
457.30
1.21
7--8
45.60
28.76
1.70
100.00
430.00
1.61
8--9
74.40
6.32
1.70
125.00
334.00
1.68
3--5--7
28.80
6.23
1.70
80.00
457.30
1.59
2--6--8
28.80
18.30
1.70
80.00
457.30
1.59

根据各管段的流量和长度综合考虑选出系统最不利环路，在管道编号，本系统最不利环路为1-2-3-4-7-8-9-1

2．局部阻力损失计算
每管段的阻力系数
公式 ==

管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
1--2
水泵入口

90弯头

闸阀

过滤器

止回阀
1
1

2
1.02

2
0.3

1
7

1
6.5

Σζ

15.82
管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
2--3
90°弯头
2
1.02

Σζ

1.02
管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
3--4--7
90°弯头
11
5.61

三通
2
3

变径
1
0.569

闸阀
2
0.3

Σζ

9.479
管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
7--8
90°弯头
2
1.02

Σζ

1.02
管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
8--9
90°弯头
2
1.02

Σζ

1.02
管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
3--5--7
90°弯头
2
1.02

三通
2
0.2

变径
1
0.569

闸阀
2
0.3

Σζ

2.089
管段编号
局部阻力
个数
系数Σζ
2--6--8
90°弯头
2
1.02

三通
2
3

变径
1
0.569

闸阀
2
0.3

Σζ

4.889
各管段局部阻力损失为：
管段编号
流量(m3/h)
长度L(m)
流速V(m/s)
管径D(mm)
比摩阻
实际流速
局部阻力系数Σζ
局部阻力P1 (Pa)
1--2
74.40
5.80
1.70
125.0
334.0
1.68
15.8
22328.29
2--3
45.60
28.76
1.70
100.0
430.5
1.61
1.02
1320.30
3--4--7
16.80
18.03
1.70
70.00
457.3
1.21
9.48
6936.37
7--8
45.60
28.76
1.70
100.0
430.0
1.61
1.02
1320.30
8--9
74.40
6.32
1.70
125.0
334.0
1.68
1.02
1439.62
3--5--7
28.80
6.23
1.70
80.00
457.3
1.59
2.09
2633.34
2--6--8
28.80
18.30
1.70
80.00
457.3
1.59
4.89
6162.94

沿程损失（）计算
长度L/m
22.6
沿程单位比摩阻R/(Pa/m)
334
沿程损失Pa
7548.4

3．沿程损失计算
公式 =RL
R-沿程单位比摩阻，Pa/m.
L-管段长度，m.

管段编号
流量(m3/h)
长度L(m)
流速V(m/s)
管径D(mm)
比摩阻
实际流速
局部阻力系数Σζ
局部阻力P1 (Pa)
摩擦阻力Rml (Pa/m)
1--2
74.40
5.80
1.70
125.00
334.00
1.68
15.820
22328.29
1937.20
2--3
45.60
28.76
1.70
100.00
430.50
1.61
1.020
1320.30
12381.18
3--4--7
16.80
18.03
1.70
70.00
457.30
1.21
9.479
6936.37
8245.12
7--8
45.60
28.76
1.70
100.00
430.00
1.61
1.020
1320.30
12366.80
8--9
74.40
6.32
1.70
125.00
334.00
1.68
1.020
1439.62
2109.88
3--5--7
28.80
6.23
1.70
80.00
457.30
1.59
2.089
2633.34
2850.35
2--6--8
28.80
18.30
1.70
80.00
457.30
1.59
4.889
6162.94
8370.42

由沿程阻力和摩擦阻力算出总阻力
局部阻力P1 (Pa)
摩擦阻力Rml (Pa/m)
管段阻力Rml+P1 (Pa)
22328.29
1937.20
24265.49
1320.30
12381.18
13701.48
6936.37
8245.12
15181.49
1320.30
12366.80
13687.10
1439.62
2109.88
3549.50
2633.34
2850.35
5483.69
6162.94
8370.42
14533.36
4.不平衡率的计算：
管段编号
局部阻力P1 (Pa)
摩擦阻力Rml (Pa/m)
管段阻力Rml+P1 (Pa)
3--5--7
2633.34
2850.35
5483.69
不平衡率=（15181.49-5483.69）/15181.49=64% > 15% (用阀门调节)
2--6--8
6162.94
8370.42
14533.36
不平衡率=（15181.49-14533.36）/15181.49=4.25% < 15% (符合要求)

5．水泵扬程计算:
水泵扬程计算 公式
式中 冷却塔水泵的扬程，Pa；
冷却塔水泵循环管路总阻力损失之和，Pa
冷却水各计算管段的沿程阻力损失，Pa；
冷却水各计算管段中总设备阻力损失，Pa；
冷却塔喷嘴喷水所需压力，Pa，约等于49KPa
冷却塔中水提升高度（从冷却塔盛水池到喷嘴的高差）所需压力，Pa.
最不利环路的总阻力 （管路1—2—3—4—7—8—9—冷却塔）
1）局部阻力
=22328.29+1320.30+6936.37+1320.30+1439.62=33349.88 Pa
2）摩擦阻力
=1937.20+12381.18+8245.12+12366.80+2109.88 =37040.18 Pa
3）冷凝器阻力和水处理器阻力
=9806+2×104=29806 Pa
4）冷却塔喷头喷水所需压力
=20000 Pa
5）冷却水提升压力（假设盛水池到喷头的高差为2.5m）
=2.5×9807=24500 Pa
6）冷却水泵的扬程和流量
P=++++=33349.88+37040.18+29806+20000+24500
=14696.06 Pa =14.7 mH2O
选用水泵，流量和扬程皆考虑10%的余量，则选用水泵的参数为：
流量 1.1×74.40 m3/h =81.84 m3/h
扬程 1.1×14.7 mH2O =16.2 mH2O

九江职业技术学院 汽车发动机构造与维修 课程教案
汽车检测与维修 专业 班级 教师 授课时间

知识点
冷却系统的结构及组成
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
15m
2
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
3　
　投影

教学要点
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＇
冷却系(cooling system)
第一节 概述
1．作用：主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
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
散热器内的冷却水经水泵加压后通过分水管压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却。

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。
管片式和管带式两种。
动阀门，发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开。防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点。在冷却水系内压力过高或过低时，自动阀门则开启以使冷却系与大气相通。目前闭式水冷系广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖，如图6-7。一般情况下，两阀借弹簧关闭。当散热器中压力升高到一定值（约为0.026～0.037Mpa）时，蒸汽阀开启；水温下降，当冷却系中产生的真空度达一定值（约为0.01时～0.02Mpa）时，空气阀开启。
对于加注防锈，防冻液的汽车发动机，为了减少冷却液的损失，保证冷却系的正常工作，采用散热器＋副水箱结构。
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。离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，轮叶一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6－9片。
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。
蜡式节温器
小循环：常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。这时阀门关闭通往散热器的水路，来自发动机缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中。
大循环：当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向上的推力。由于反推杆上端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机水温达到80℃以上时，阀门全开，来自气缸盖出水口的冷却水流向散热器。
讨论：摘除节温器有何危害？
膨胀筒式节温器
风冷却系
风冷却系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发到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。
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：2′
1．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。
项目4 汽车发动机冷却系统
第一节 概 述
发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度可高达2 200～2 800K。使发动机的零件温度升高，特别是高温气体接触的零件，如不及时冷却则难以保证发动机正常工作，发动机过热或过冷都会给发动机带来危害。因此，发动机必须设置冷却系统，对发动机进行及时冷却，保证发动机正常工作。
1. 冷却系的功用
冷却系的功用就是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，使发动机得到适度冷却，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
发动机冷却强度是否合适，对发动机的影响很大。冷却不足，发动机过热，充气量减少燃烧不正常，发动功率下降；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；过热还使运动件的正常间隙被破坏，润滑不良，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏。冷却过度，发动机热量散失过多，增加燃油消耗；对柴油机来说，机油粘度较大，摩擦功率损失较大，导致发动机动力性、经济性指标降低；对汽油机，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，磨损加剧。
2. 冷却系分类
按采用的冷却介质不同，汽车发动机冷却系类型有水冷却系和风冷却系。
水冷却以冷却液为介质，热量由机件传给冷却液，靠冷却液的流动把热量带走，再散发到大气中去，使发动机的温度降低，散热后的冷却液再流回受热机件处。适当的调节水路和冷却的强度，就能保证发动机的正常工作温度。水冷系统目前在汽车上得到了广泛的应用。

图1 汽车发动机冷却系统
风冷系利用高速流动的空气直接吹过气缸盖和气缸体表面，把热量散发到大气中去，保证发动机在最有利的温度范围内工作。
对水冷系来说，气缸盖内冷却水温度在353～363K,，气缸壁的温度不超过470～550K。而风冷系气缸盖和气缸壁的允许温度分别为423～453K和433～473K.。
水冷系冷却强度大，易调节，便于冬季启动；风冷系冷却效果差，噪音大，功耗大，多用于仅用于小排量及军车发动机。

第二节 水冷系的组成和循环水路
水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。它由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成（图2）。

图2 水冷系的组成
散热器内的冷却水加压后通过气缸体进水孔压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却（图3）。
通常，冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。所谓大循环是水温高时，水经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，水不经过散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。

图3 水冷系循环水路
冷却系的大小循环，其实质就是利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。
当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80℃，节温器阀门打开了通往散热器的通道，同时关闭了通往水泵的旁通管，冷却水全部流经散热器，形成大循环；当冷却水温低于70℃时，节温器阀门关闭了通往散热器的通道，同时打开了通往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷；当发动机的冷却水温在70～80℃范围内，通往散热器的通道和通往水泵的旁通管均处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。

第三节 水冷系的主要部件
1． 散热器
功用：负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铜材或铝材制成，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。冷却水经过散热器后，其温度可降低10～15℃，为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。
结构：散热器又称为水箱，由上水箱、散热器芯和下水箱等组成（图4）。
散热器上水箱顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。在上水箱和下水箱分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器下面一般装有减震垫，防止散热器受振动损坏。在散热器下贮水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。
图4 散热器
散热器芯由许多冷却水管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器芯的构造形式有多样,常用的有管片式和管带式（图6）两种。
1）管片式散热器芯（图5）
管片式散热器芯由散热管和散热片组成。散热管是焊在进、出水室之间的直管，作为冷却液的通道。散热管有扁管也有圆管。扁管与圆管相比，在容积相同的情况下有较大的散热表面，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管可以借其横断面变形而避免破裂。铝散热器芯多为圆管。在散热管的外表面焊有散热片以增加散热面积，增强散热能力，同时还增大了散热器的刚度和强度。管片式散热器的优点是散热面积大、气流阻力小、结构刚度好及承压能力强等。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。
图5 管片式散热器芯
2）管带式散热器芯（图6）
管带式散热器芯采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式，散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提高。这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一般多为轿车发动机采用，近年来在一些中型车辆上也开始采用。

图6 管带式散热器芯

2． 散热器盖（图7）
汽车发动机多采用闭式水冷系，目前闭式水冷系广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖。发动机热态工作正常时，两阀门关闭，将冷却系与大气隔开。防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点，改善了冷却效能。当散热器内部压力达到126～137Kpa时，蒸汽阀开启而使水蒸汽从通气孔排出；当水温下降，冷却系内部的真空度低于10～20Kpa时，空气阀打开，空气从通气孔进入冷却系，以防散热器及芯管被大气压瘪。
图7 散热器盖

3． 膨胀水箱
对于加注防冻液的汽车发动机，为了减少冷却液的损失，保证冷却系的正常工作，采用散热器＋膨胀水箱结构（图8）。膨胀水箱的上方用一根软管通大气，另一根软管与散热器的溢流管相连。当散热器内蒸汽压力升高到某一值时，其盖上的压力阀打开，冷却液通过压力阀通过溢流管进入膨胀水箱；当温度下降时，冷却液又从膨胀水箱通过真空阀流回到散热器内部。这样可以防止冷却水损失。膨胀水箱内部印有两条液面高度标记线，膨胀水箱内的液面高度应位于这两种刻线之间。

图8 膨胀水箱
4． 风扇
风扇可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。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，　对空气产生抽吸作用，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯（图9），使流经散热器芯的冷却水加速冷却。
图9　风扇的作用
车用发动机的风扇有两种形式，轴流式和离心式。轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所产生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布置方便。因而在车用发动机上得到了广泛的应用。
5． 水泵
水泵的作用：对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。
汽车上广泛使用离心式水泵。它具有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然循环等优点。（图10）

图10 离心式水泵
当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不致于很快产生过热。
图11 离心式水泵工作原理
6． 节温器
节温器是控制冷却水流动路径的阀门。节温器装在冷却水循环的通路中，根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度，保证发动机在合适的温度范围内工作。
节温器必须保持良好的技术状态，否则会严重影响发动机的正常工作。如节温器主阀门开启过迟，就会引起发动机过热, 当发动机的工作温度过高的话，发动机中的冷却水就会达到沸点进而沸腾，这种现象就是我们平常所说的“开锅”，发动机将无法正常运转，会减少发动机的寿命。主阀门开启过早，就会造成发动机汽缸内的燃油混合物雾化不良，在启动，尤其是冷启动的时候会造成延长热车时间，在极端的情况下甚至永远无法达到正常的工作温度，这不不仅对于发动机会造成损害，甚至会危及到行车安全。
节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器（图12）。

图12 蜡式节温器
蜡式节温器推杆的一端固定在外壳支架上，而另一端插入胶管内。胶管与节温器外壳间装有精制石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。当冷却液温度低于规定值时，石蜡呈固态，在弹簧的作用下主阀门关闭了流向散热器的通道，来自发动机缸盖出水口的冷却水不经散热器，直接从水泵返回气缸体水套中。此时冷却水的循环路线称为小循环。当发动机水温升高时，冷却水温度达到规定值后，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阀门开启。这时冷却水经节温器主阀门进入散热器，并由散热器经水泵流回发动机，此时冷却水的循环路线称为大循环。
当水温低于358K时，主阀门关，进行小循环。
当水温高于358K时低于378K时，主阀门渐开， 大小循环同时进行。
当水温高于378K时，主阀门全开，进行大循环。
7． 冷却强度调节装置
汽车在行驶过程中，由于环境条件和运行工况的变化，发动机的热状况也在改变。因此，必须随时调节发动机的冷却强度。例如，在炎热的夏季发动机在低速大负荷下工作冷却液的温度很高时，风扇应该高速旋转以增加冷却风量，增强散热器的散热能力。而在寒冷的冬天冷却液的温度较低时，或在汽车高速行驶有强劲的迎面风吹过散热器时，风扇继续工作就变得毫无意义了，不仅白白消耗发动机功率而且还产生很大的噪声。试验证明，水冷系只有25％的时间需要风扇工作，而在冬季需要风扇工作的时间就更短了。因此，根据发动机的热状况随时对其冷却强度加以调节就显得十分有必要了。
1）百叶窗
有些货车和大客车发动机在散热器前面装有百叶窗，其作用是通过改变吹过散热器的空气流量来调节发动机的冷却强度，以保证发动机经常在适当的温度范围内工作。在发动机冷起动或暖车期间，冷却液的温度较低，这时将百叶窗部分或完全关闭，以减少吹过散热器的空气流量，使冷却液的温度迅速升高。百叶窗可由驾驶人通过驾驶室内的手柄来操纵其开闭，也可用感