2.7发动机冷却系.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车构造与使用,-,发动机,冷却系,第二章 第七节 冷却系,汽车构造与使用,发动机,一、功用,使发动机得到适度的冷却，并保持其在最适宜地温度范围内工作。,7.1,概 述,二、冷却系的分类,水冷,风冷,Pe,:,输出功率,Be:,燃油经济性,T :,发动机温度,正确的发动机工作温度不仅对发动机的动力输出、燃油经济性影响较大；同时，也有利于降低有害物质排放。,冷却系统基本工作过程,气缸被冷却水套包裹。,气缸,产生的,热量,通过气缸壁,传导至,流经冷却水套的,冷却液,。,受热的冷却液,流入散热器，,被,通过散热叶片的,空气冷却,。,然后,冷却液重新在发动机内循环,。,一些受热的冷却液在流向散热器的过程中，流进空调系统，使乘客室保持温暖。,水套,缸体,气缸壁中低部保持适当的温度，以降低发动机机油粘度,水套隔板减小了,冷却液的流动,过冷,有水套隔板,无水套隔板,低机油粘度,低摩擦力,高机油粘度,高摩擦力,点火系统,加长水套,长型火花塞,普通火花塞,3,GR-FE,冷却程度,后 果,过冷,热量散失过多，增加燃油消耗，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。,不足,发动机过热，充气量减少燃烧不正常，发动机功率下降润滑不良，加剧磨损。,三、不正常冷却对发动机的影响,四、正常冷却时的发动机温度,系 统,温 度 范 围,水冷系,气缸盖内冷却水温度在,353,363K,气缸壁的温度不超过,470,550K,。,风冷系,气缸盖和气缸壁的允许温度分别为,423,453K,和,433,473K.,五、水冷系与风冷系的优缺点及适用范围,系 统,水冷系,风冷系,适用范围,优缺点比较,冷却强度大，易调节，便于冬季启动,广泛用于汽车发动机,冷却效果差，噪音大，功耗大,仅用于小排量及军车发动机,(1),水冷式特点,1),以水为冷却介质，热量先由机件传给水，靠水的流动把热量带走而散入大气。散热后的水再重新流回到受热机件处。,2),水路和冷却强度可适当调节，能较好保持发动机的正常工作温度。,3),可用热水预热发动机，便于冬季起动。,(2),风冷式特点,利用风扇将高温零件的热量直接散入大气,.,无须加水，无漏水故障。,7.2,水 冷 系,一、水冷系的组成,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。,水冷系由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。,7.2,水冷系的组成,3.,发动机冷却系统的发展,最初的冷却系统,：,无水泵，依靠冷却水自身受热变形而形成循环。循环效率低，无法实现温度控制。,增加了水泵，提高了冷却水循环的效率。但由于无温度控制装置，造成发动机暖机时间长，发动机温度过低。,来自发动机,接水泵,接散热器,随着发动机技术的发展，冷却液控制、节温装置应运而生。并于,1922,年左右，应用于发动机。使发动机的热机周期缩短，迅速提高发动机温度，保持发动机具有恒定的工作温度，防止过度冷却。,节温器控制主要是在发动机没有达到正常工作温度时，使冷却水不经过散热器，而是通过旁通水道直接流回发动机。此控制方法一直沿用至今。,当今的冷却系统为高压闭环水冷系统，提高了冷却液的沸点。采用水与冷却液添加剂的混合液，具有防冻、防锈、防腐蚀、防止结垢等作用。,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（大于,80,）,时，水经过散热器而进行的循环流动；,而,小循环,就是水温低（低于,70,）,时，水不经过散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。,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。,通常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。,冷却系的大小循环实质,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；,小循环,二、水冷系的主要部件,1,、散热器,散热器又称为水箱，由上水室、散热器芯和下水室等组成。安装在发动机前的车架横梁上。其作用是将冷却水在水套中所吸收的热量散发至外界大气，使水温下降。,上水箱,散热器盖,下水箱,散热器芯,出水管口,进水管安装处,常用散热器芯的结构型式,（,1,）管片式 由若干扁形或圆形冷却管组成。,空气吹过,扁形冷却管,和散热片，使管内流动的水得到冷却。管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用。,（,2,）管带式 由若干扁平冷却管组成,水管,与散热器相间排列，在散热器带上常开有形似百叶窗的孔，以破坏气流在散热器表面上的附面层，提高散热能力。,散热器盖,汽车上广泛采用闭式水冷系，该水冷系的,散热器盖,具有空气,蒸汽阀，可自动调节冷却系内部压力，提高冷却效果。,发动机热态正常时，两阀门关闭，将冷却系与大气隔开。,因水蒸气的产生使冷却系内的压力稍高于大气压力，提高了冷却水的沸点，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。,2,、水泵,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。,离心式水泵工作原理,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。,1,水泵壳体,2,叶轮,3,进水管,4,出水管,封闭自动补偿冷却系：,1,）膨胀水箱（蒸气排出管与膨胀水箱相连）,1-,散热器；,2-,水泵进水管；,3-,水泵；,4-,节温器；,5-,水套出气管；,6-,水套出水管；,7-,膨胀水箱；,8-,散热器出气管；,9-,补充水管；,10-,旁通管,A.,结构,上部用一个较细的软管与水箱的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水侧相连接，通常位置略高于散热器。,B.,作用,(1),把冷却系变成永久性封闭系统，减少了冷却液的损失；,(2),避免空气不断进入，避免了机件的氧化腐蚀；,(3),减少了穴蚀；,(4),使冷却系中水、汽分离，保持系统内压力稳定，提高了水泵的泵水量。,1-,散热器；,2-,水泵进水管；,3-,水泵；,4-,节温器；,5-,水套出气管；,6-,水套出水管；,7-,膨胀水箱；,8-,散热器出气管；,9-,补充水管；,10-,旁通管,C.,膨胀水箱的作用原理,一般冷却系冷却液的流动是靠水泵的压力来实现的。水泵吸水的一侧压力低，易产生蒸汽泡，使水泵的出水量显著下降，并引起水泵叶轮和水套的穴蚀，在其表面产生麻点或凹坑，缩短了叶轮和水套的使用寿命。加装膨胀水箱后，由于膨胀水箱和水泵进水口之间存在补充水管，使水泵了汽泡的产生。散热器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通过导管和进入膨胀水箱，从而使气水彻底分离。由于膨胀水箱温度较低，进入的气体得到冷凝，一部分变成液体，重新进入水泵。而积存在膨胀水箱液面上的气体起缓冲作用，使冷却系内压力保持稳定状态。,2,）贮液罐（蒸气排出管与贮液罐相连，又称为一管式膨胀水箱）,有的冷却系不用膨胀水箱而使用储液罐。即用一根管子把散热器和储液罐的底部或上部,(,管口插入液面以下,),连通。但这种装置只能解决气水分离及冷却液消耗问题，而对穴蚀没有明显的改善。当冷却液温度升高时，散热器中液体膨胀、汽化，使散热器盖蒸汽阀开启，散热器中的蒸汽或液体沿导管流入储液罐。当冷却水温度降低时，散热器内压力下降，液体沿原路径流向散热器。,3,、风扇,功用：,风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。,风扇常和发动机一起由曲轴带轮通过,V,带驱动。为调节,V,带的张紧程度，通常将发电机的支架做成可调节的。,风扇的驱动,V,带张紧装置,可,调节支架,过紧轴承磨损加剧，过松打滑,施加压力，,40N,，,挠度，,1215mm,；,扭转，不超过,90,度。,3,、风扇,分类：风扇轴流式和离心式,。,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,。,可,调节支架,车用发动机采用轴流式风扇的三种型式,结构特点：,叶片多用薄钢板压制而成，为,4,6,片，叶片间夹角一般不相等。叶片与其旋转平面成,30,45,的安装斜角。,整体风扇,在轿车和轻型载货汽车上应用较多。近年来轿车上还采用了电动风扇。,4,、节温器,功用：,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，从而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，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。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。,芯轴,橡胶,蜡,阀,壳体,低温关闭,高温打开,蜡式节温器的工作原理,(1),当水温低于,349K(76),时，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵，故称小循环。由于水只是在水泵和水套之间流动，不经过散热器，且流量小，所以冷却强度弱。,(2),当水温升高到,359K(86),，主阀门完全开启，旁通阀完全关闭，冷却水全部流经散热器，称为大循环。由于此时冷却水流动路线长，流量大，冷却强度强。,(3),当冷却水温度在,349K359K,之间时，大小循环同时进行。当发动机水温达,349K(76),左右时，主阀门、旁通阀均开。开度较小。,节温器的检验,把节温器放入盛热水的器皿中，再逐渐加热，检验节温器的活门开始开启和完全开启时的温度是否符合规定。,85,开启，,95,全开,节温器实物图,5,、风扇离合器和温控开关,功用：,减小风扇噪声，改善低温起动性能，节约燃料和降低排放，自动调节发动机的冷却强度。,（,1,）风扇离合器,主要有硅油式和电磁式等。冷却水温度不高时，风扇随离合器壳体一起空转打滑；,当发动机气流温度超过,338K,时，离合器处于接合状态，风扇转速提高。,当发动机气流温度低于,308K,时，风扇离合器又回到分离状态。,风扇离合器,（,2,）风扇温控开关,功用：,在冷却水温度升高时，其内部的温控介质膨胀而使风扇以高速运转，加速了发动机的冷却；相反，若在冷却水温度降低的时，介质收缩而使风扇低速运转或停下来，实现了对散热器电动机风扇的控制。,水温开关和电动风扇,硅油风扇离合器,硅油风扇离合器,冷却风扇的控制,发动机全负荷时，为了使发动机温度控制在,85,-95,，要求冷却系统具有足够的冷却能力。为了提高冷却能力，控制单元为风扇电机设置了两个转速。依靠发动机出水口与散热器出水口温度的差异来控制风扇的转速。发动机控制单元中储存有风扇介入或切断的两张特性图，它们的主要影响因素是发动机转速和空气流量（发动机负荷）。,电动风扇,原理：,风扇转速由温控热敏电阻开关控制。风扇转速为两档,。,当冷却液流出散热器的温度为,92,一,97,时，热敏开关接通,1,挡，转速为,2300r/min;,冷却液温度升高到,99,105,时，接通风扇电动机的,2,档，这时风扇转速为,2800r/min;,冷却液温度降到,84,91,时，风扇停转,特点：,结构简单，布置方便，不消耗发动机功率，使燃油经济性得到改善。,电动风扇,发动机控制系统,冷却风扇控制,冷却风扇,ECU,通过占空比信号驱动冷却风扇马达,(,无级控制,),无级控制,冷却风扇,ECU,水温信号,车速信号,发动机转速信号,空调开关状态,发动机,ECU,冷却风扇马达,风扇转速信号,丰田3,GR-FE,发动机,（,3,）百叶窗,功用：,通过调节流经散热器的空气量来调节冷却系的冷却强度，使发动机在适宜的温度下工作。,三、冷却水和防冻液,1,、冷却水,汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水，如雨水，自来水等，而井水、河水等硬水中含有矿物质，在高温下易生成水垢，不能作为发动机冷却水。,2,、防冻液,(1).,作用：为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、气缸盖变形或胀裂的现象，在冷却水中加入一定量的防冻液以达到降低冰点、提高沸点的目的。,(2).,配成防冻液的材料：,乙二醇或酒精,(3).,使用乙二醇配制的注意点：,1,）切勿用口吸,2,）乙二醇对橡胶有腐蚀作用；,3,）乙二醇吸水 性强，表面张 力小；,4,）切勿混入石油产品。,7.3,风 冷 系,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。,一、工作机理：,二、结构,发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，具有结构简单、重量轻、故障少，无需特殊保养等优点，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作噪音大等缺点，目前在汽车上很少使用。,冷却废气涡轮增压,通冷却水,接冷却水,加热节气门体,发动机机油冷却器,变速器机油冷却器,在自动变速器中，机油因工作频繁而过热，则会降低变速器的性能，甚至造成变速器损坏。所以，在装有自动变速器的汽车中必须装备变速器机油冷却器。,实际上就是一根冷却管。,置于散热器的出水室内，由冷却液对流过冷却管的变速器机油进行冷却。,暖风装置,水暖软管,散热器,散热器盖,储液罐,散热器风扇,水泵,节温器,捷达轿车发动机冷却液温度调节,有二种途径,：,l),安装在冷却液泵中的,节温器,根据冷却液温度的变化收缩或伸展，改变通过散热器的冷却液循环量；,2),通过,改变散热器电风扇的转速,改变通过散热器的空气量。其具体调节过程如下：,当节温器处冷却液温度低于,87,时，节温器关闭，冷却液循环路径见,当节温器处冷却液温度大于,87,时，节温器开启，并随冷却液温度的升高，开度逐渐加大。同时，经节温器流至散热器的冷却液量也逐渐增大，并同进气预热管流出的冷却液一起吸入冷却液泵。此时，散热器电风扇以,I,档工作。,当节温器处冷却液温度超过,102,时，节温器全部开启。冷却液循环全部经过散热器，循环路径见,一、电子控制发动机冷却系统在大众奥迪,APF(1,6L,直列,4,缸,),发动机上已应用，该系统中的冷却液温度调节、冷却液的循环,(,节温控制,),、冷却风扇的工作均由发动机负荷决定并由发动机控制单元控制，使之相对于装备传统冷却系统的发动机在部分负荷时具有更好的燃油经济性及较低的,CO,HO,排放。,电子节温器,二、冷却系统布局图与冷却液分配单元电子控制冷却系统以最小的更改改变了传统的冷却循环，完成了冷却循环的重新布置：冷却液分配法兰与节温器合成一个信号单元，发动机缸休上不需要任何温度调节装置。,三、温度调节单元,(,温度调节执行机构，功能相当于传统的节温器,),四，温度调节单元在各工况时的状态,1.,发动机冷起动。小负荷时当发动机冷车起动、暖机期间，与传统的冷却系统一样，为了使发动机尽快达到正常工作温度，系统为小循环。在冷起动、暖机及小负荷时，冷却液经过发动机缸盖、分配器上平面流入，此时，小循环阀门打开，冷却液通过小阀门直接流回水泵处。形成小循环。在暖机后的小负荷时，冷却液温度为：,95110,。,2.,发动机全负荷时当发动机全负荷运转时，要求较高的冷却能力。控制单元根据传感器信号得出的计算值对温度调节单元加载电压，溶解石蜡体，使大循环阀门打开，接通大循环。同时关闭小循环通道，切断小循环。在全负荷时冷却液温度为,8595,。,3.2,FSI,冷却系,缸盖,散热器,热交换器,冷却液罐,再循环泵,节温器,水泵,曲轴,发电机,V7,J293,V177,J271,散热器风扇,燃油冷却器,Term.30,WSch,09.2005,73,