第七章冷卻系統第一節概述第二節水冷系的組成及循環水路第三節冷卻系的主要機件第四節冷卻系統的調節第五節風冷系統第七章冷卻系統學習目標知識目標⒈能正確描述發動機冷卻系統的功用；⒉能正確描述冷卻系統的組成和類型、冷卻系統的主要設備和作用；⒊能正確描述對冷卻液的要求和使用。技能目標1．能對冷卻系統進行正確的維護管理和冷卻液的處理操作。第一節概述一、冷卻系統的功用

1、發動機過熱對發動機工作的的影響

(1)零件的機械性能下降，容易損壞.(2)零件膨脹變形將破壞零件之間的正常配合關系(3)機油粘度降低，加速氧化變質，潤滑性能變差，加劇機件磨損。(4)燃燒室零件溫度過高，使柴油機進氣密度降低，充氣量減少；汽油機則容易產生早燃和爆燃等不正常的現象。第一節概述2、發動機過度冷卻的影響

(1)柴油機冷卻過度，將會使滯燃期延長，產生爆燃和燃燒不完全，增加散熱損失；

(2)機件溫差過大，產生過大的熱應力而導致裂紋；

(3)機油粘度增大而使磨擦耗功增加；

(4)汽油霧化、蒸發條件變差，大量未霧化及已霧化的汽油凝結在氣缸壁上，沖刷氣缸壁上的潤滑油膜，并流入油底殼稀釋潤滑油，使潤滑性能變差。

(5)過度的冷卻將導致氣缸的腐蝕性磨損加劇。第一節概述3、冷卻系的功用：使工作中的發動機得到適度的冷卻，從而保持在最適宜的溫度（70℃～90℃）范圍內工作。二、冷卻系的類型：

按冷卻介質分:

風冷卻系統

水(冷卻液)冷卻系統第一節概述二、冷卻系的類型：1.水(冷卻液)系統以冷卻液為冷卻介質的為冷卻系統。車用發動機大多采用冷卻液系統進行冷卻。(1)基本原理水冷系統是利用水作為冷卻介質，將發動機中高溫零件的熱量傳遞給冷卻水，通過冷卻水的不斷循環，散發到大氣中，使發動機的溫度降低。

(2)主要特點是冷卻均勻，冷卻效果好，結構緊湊，而且發動機運轉噪聲小。第一節概述1.水(冷卻液)系統按照冷卻水的循環方法不同，可分成兩種:（1）自然循環冷卻原理:利用水的密度隨溫度而變化的特性，使冷卻水在系統中進行自然循環。特點:其優點是結構簡單，在一定程度上可以自動調節冷卻強度。缺點是冷卻不均勻，下部水溫低，上部水溫高，局部地方由于冷卻水循環強度不夠而可能過熱。此外，這種冷卻系統的水箱容積較大，故只在小型內燃機上采用。（2）強制循環冷卻原理:利用外來動力（水泵）,使冷卻水在系統中循環。特點:冷卻均勻,效果好;結構復雜.廣泛應用與車用內燃機上.自然循環冷卻三、冷卻液和防凍液1.冷卻液冷卻液組成:一般是水與防凍液的混合液。水。冷卻液用水最好是清潔軟水，否則容易在冷卻系中形成水垢，降低散熱效能；水垢嚴重時還會堵塞水道，使水流不暢。2.防凍液。純凈水在0℃時會結冰，水在結冰時體積會膨脹，可能凍裂機體、氣缸蓋和散熱器等。為此在水中加入適量的可以降低冰點、提高沸點的乙二醇、甘油或酒精制成防凍液。三、冷卻液和防凍液三、冷卻液和防凍液3.使用防凍液注意事項：防凍液的體積隨溫度的變化比較大，因此，防凍液的加注量要比冷卻系的總容量少5～6%。乙二醇水溶液有毒，使用中不能進入口中。防凍液中通常含有防銹劑和泡沫抑制劑。防銹劑可以延緩或阻止發動機水套及散熱器的銹蝕或腐蝕。泡沫抑制劑冷卻液中的空氣在水泵葉輪的攪動下會產生很多泡沫，這些泡沫會影響散熱效果。泡沫抑制劑可抑制泡沫的產生。在使用中，防銹劑和泡沫抑制劑會逐漸消耗，因此必須定期更換冷卻液。第二節水冷系的組成及循環水路一、冷卻系統的組成和循環水路一般車用內燃機的水冷系統如圖7-1所示。主要由散熱器、水泵、風扇、水套和節溫器等組成。水套8是由氣缸體和氣缸套形式的冷卻水腔，并與氣缸蓋內冷卻水腔相互連通，氣缸蓋上冷卻水的出水管與固定在發動機前端的散熱器一端相連，散熱器的另一端通過水管與水泵吸口相通，水泵出水口連通分水管，分水管再連通各個氣缸周圍的冷卻水套，形成封閉的冷卻水循環空間，水泵安裝在水套與散熱器之間。第二節水冷系的組成及循環水路工作原理是：在水冷系統中，高溫機件的熱量首先傳給冷卻水，水受熱后進入散熱器，通過散熱器把水的熱量傳給周圍的空氣，使水得到冷卻，冷卻后的水又經水泵輸送到發動機的水套中，所以在冷卻系統內冷卻水不斷地進行循環。循環水路

一般根據冷卻水在冷卻系內循環流動路徑的不同，將水路循環路徑分為大循環、小循環和混合循環。冷卻水在冷卻系內的循環流動路線1、水冷卻系的小循環

冷卻水經水泵—水套—節溫器后不經散熱器，而直接由水泵壓入水套的循環，其水流路線短，散熱強度小，稱水冷卻系的小循環。水冷卻系的大小循環小循環水冷卻系的小循環是冷卻水經水泵、水套、節溫器后不經散熱器，而直接由水泵壓入水套的循環，其水流路線短，散熱強度小，如圖所示。由于冷卻水不經散熱器散熱，可使發動機溫度迅速提高。大循環水冷卻系的大循環：冷卻水經水泵—水套—節溫器—散熱器，又經水泵壓入水套的循環，其水流路線長，散熱強度大。混合循環混合循環是大、小循環都存在，只有部分冷卻水經散熱器進行散熱，如圖所示。冷卻水循環流動路徑由節溫器來控制。第二節水冷系的組成及循環水路二、冷卻系統的水路循環實例1.EQ6100-I型汽油機強制循環冷卻示意圖。組成:強制循環冷卻系統由水泵、水管，水套，散熱器、節溫器和風扇百葉窗等組成。EQ6100-I型汽油機循環冷卻系統組成:主要由水泵、散熱器、節溫器和風扇等組成。水泵的功用:提高冷卻水壓力，使之在冷卻系統中循環流動。散熱器又稱水箱，其功用:將冷卻水攜帶的熱量散發到大氣中，以降低冷卻水的溫度。EQ6100-I型汽油機循環冷卻系統節溫器的功用:根據冷卻水的溫度自動調節冷卻水的循環路線，控制流經散熱器的冷卻水流量，以達到自動調節冷卻強度的目的。風扇功用:提高流過散熱器的空氣流速，加快水的冷卻。EQ6100-I型汽油機循環冷卻系統冷卻原理汽油機工作時，水泵6把散熱器2下部溫度較低的冷卻水吸出，提高壓力后送入氣缸冷卻水套9中，冷卻水吸收缸壁的熱量后溫度升高，繼續向上流到氣缸蓋內的冷卻水腔，再次吸熱升溫，然后沿氣缸蓋出水管8經節溫器7流回散熱器2內。EQ6100-I型汽油機循環冷卻系統冷卻原理與此同時，由于風扇4的抽吸作用，空氣從散熱器心吹過，使流經散熱器心的熱水降低溫度，將熱量不斷散發到大氣中去。冷卻后的水流到散熱器底部后，又被水泵吸上來壓入缸體水套，如此不斷循環，發動機就不斷得到冷卻。水溫表10用來顯示冷卻水出口溫度，通常為70～90℃。2.6120型柴油機的冷卻系示意圖

圖7-2是6120型柴油機的冷卻系統示意圖。主要組成:由水泵、散熱器、節溫器和風扇、機油冷卻器等組成。2.6120型柴油機的冷卻系示意圖

該冷卻系在氣缸體的左側鑄有分水道，從水泵3泵出的冷卻水首先進入分水道，分水道上的分水孔自前向后逐個增大，從而控制進入各氣缸水套的冷卻水分布，使各缸的冷卻強度趨于均勻。6120型柴油機的冷卻系示意圖

該柴油機的潤滑系中裝有水冷式機油散熱器7，從散熱器1中流出的冷卻水流經機油散熱器后進入水泵。第三節冷卻系統的主要機件

水冷卻系統的組成：水套，水泵，散熱器，水管，水溫表，感溫器，節溫器，百葉窗等。其中最主要的三大部件是：散熱器，水泵，風扇。溫度調節裝置

發動機冷卻水路散熱器水泵機體水套缸蓋水套分水管節溫器散熱后吸熱吸熱大循環小循環第三節冷卻系統的主要機件一、散熱器（又稱水箱）功用:是將冷卻水攜帶的熱量散發到大氣中，以降低冷卻水的溫度。散熱器結構見圖7-3一般由上、下貯水室和散熱器芯（包括冷卻管和散熱帶）等組成。第三節冷卻系統的主要機件按照散熱器中冷卻液流動的方向可將散熱器分為縱流式和橫流式兩種縱流式散熱器芯豎直布置，上接進水箱，下連出水箱，冷卻液由進水箱自上而下地流過散熱器芯進入出水箱，如圖7-6所示。橫流式散熱器芯橫向布置，左右兩端分別為進、出水箱，冷卻液自進水箱經散熱器芯到出水箱橫向流過散熱器，如圖7-7所示。一、散熱器一、散熱器1、散熱器散熱器結構上水箱散熱器蓋下水箱散熱器芯出水管口進水管安裝處1.散熱器芯類型:管片式和管帶式兩種1.散熱器芯（1）管片式散熱器芯管片式的芯部結構如圖7-４所示。主要組成:散熱管、散熱片扁形的水管兩端與上下水箱焊牢，中間焊在多層散熱片上.散熱管的外表面焊有散熱片以增加散熱面積，增強散熱能力，同時還增大了散熱器的剛度和強度。特點:這種結構的散熱器心散熱面積大，對氣流的阻力小，剛度大，缺點是制造工藝較復雜.1.散熱器芯(2).管帶式散熱器芯組成：散熱管和散熱管帶.結構:如圖7-5是管帶式散熱器的芯部結構，扁形的水管之間焊有波紋形的散熱帶，散熱帶與冷卻水管(散熱管)相間排列。特點：這種散熱器心制造工藝簡單，但結構強度、剛度較管片式略差。1.散熱器芯材料:黃銅：散熱器芯子多用黃銅制造，黃銅具有較好的導熱和耐腐蝕性能，易于成形，有足夠的強度且便于焊修。銅制散熱器芯子因其成本高、質量大。鋁合金：近幾年來，鋁合金散熱器逐漸增多。2、散熱器-水箱蓋散熱器蓋的作用是密封水冷系并調節系統的工作壓力。水箱蓋常用的為蒸汽－空氣閥式.結構原理圖7-6散熱器蓋散熱器蓋

閉式水冷系，該水冷系的散熱氣蓋具有蒸汽——空氣閥，可自動調節冷卻系內部壓力，提高冷卻效果。

壓力閥真空閥壓力閥彈簧真空閥彈簧蓋2、散熱器-水箱蓋2、散熱器-水箱蓋工作原理一般情況下都處于關閉狀態，當冷卻水溫較高，冷卻水大量蒸發，使冷卻系內蒸汽壓力超過一定值（約為0.026～0.037Mpa）時，蒸汽壓縮蒸汽閥彈簧，蒸汽閥開啟，水蒸汽通過蒸汽引出管排入大氣，以免壓力過高脹壞散熱器。2、散熱器-水箱蓋工作原理當水溫下降，水蒸汽凝結而使冷卻系中真空度達到一定值（約為0．01～0．02Mpa）時，外界空氣從蒸汽引出管進入散熱器蓋體內并壓縮空氣彈簧，使空氣閥開啟，空氣進入散熱器，達到散熱器內外壓力平衡，以免散熱器被大氣壓力壓壞。2、散熱器-水箱蓋操作注意事項冷卻水溫度很高時，如須打開閉式冷卻系的散熱器蓋，應慢慢旋開，使冷卻系內的壓力逐漸降低，以免蒸汽和熱水噴出傷人。要從放水開關放出冷卻水時，也須先打開散熱器蓋，才能將水放盡。二、水泵水泵的功用:提高冷卻水壓力，使之在冷卻系中循環流動。水泵的類型:離心式水泵特點:結構簡單，尺寸小而排量大，工作可靠，并且當水泵由于故障而停止工作時，并不妨礙水在冷卻系統中自然循環。二、水泵圖5-5

離心式水泵示意圖1-水泵殼體；2-葉輪；3-進水管；4-出水管二、水泵二、水泵離心式水泵的結構組成:主要由水泵體、葉輪、水泵軸和水封等組成，如圖7-7所示二、水泵離心泵工作原理。當葉輪旋轉時，水泵中的水被葉輪帶動一起旋轉，在離心力的作用下由葉輪中心被甩向葉輪的邊緣，經出水管而壓送到水套內。與此同時，葉輪中心處壓力降低，將散熱器中的水經進水管吸入葉輪的中心部位。葉輪不斷的旋轉，水就不斷由進水管4吸入，由出水管5排出。二、水泵6100Q－I型汽油機離心水泵結構圖

二、水泵6100Q-I型汽油機離心水泵結構圖

二、水泵

離心泵的主要結構1、葉輪葉輪功能-將原動機的機械能傳遞給排送流體。葉輪的型式：開式葉輪只有葉瓣和部分后蓋板半開式只有后蓋板的葉輪稱為半開式葉輪多用于輸送含固體顆粒或粘性較高的液體。閉式具有前、后蓋板的葉輪稱為閉式葉輪，如圖中a)所示。它工作時液體漏泄損失少，效率較高，使用最普遍。二、水泵離心泵的主要結構2、泵軸泵軸的功用

泵軸一端（或一段）用于安裝葉輪，另一端通過聯軸器與原動機相連，是接受功率和傳遞轉矩的部件。泵軸由軸承支承二、水泵離心泵的主要結構3、離心泵的密封裝置自緊式水封為防止冷卻水沿水泵軸泄漏，在葉輪的前端裝有自緊式水封。水封由夾布膠木密封墊圈、水封皮碗及彈簧等組成。甩水圈

水泵軸上裝有甩水圈，以防水封滲漏時浸濕軸承，滲出的水被拋水圈從檢視孔C甩出，可避免破壞軸承潤滑。三、風扇1.風扇功用提高流過散熱器的空氣流速，加快水的冷卻。同時對發動機其他附件也有一定的冷卻作用。三、風扇2.安裝位置：裝在發動機與散熱器之間，與水泵同軸。風扇用螺釘安裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤上。風扇的位置應盡可能對準散熱器芯子的中心，它與散熱器間的距離也要適當（一般為8～10㎜），以提高散熱效果。為使氣流集中吹過散熱器芯，有的發動機在散熱器靠近風扇一側裝有護風罩。圖7-13風扇與導風罩1-散熱器；2--散熱器蓋；3-導風罩；4-風扇三、風扇3.風扇的扇風量-主要與它的直徑、轉速、葉片形狀、葉片數目及葉片安裝角度有關。4.風扇葉片材料-一般用薄鋼板沖壓制成，鋁合金或塑料橫斷面多為弧形，5.葉片數-通常為4～6片。葉片應安裝得與風扇平面成30～45°傾斜角。為了降低風扇的噪音，葉片常安裝成不等距的或使葉片為奇數。三、風扇6.風扇的驅動它與水泵通常裝在一根軸上，由曲軸通過皮帶驅動。7.風扇皮帶張力的調節風扇皮帶的張力要適當，皮帶過松，皮帶與皮帶輪之間會打滑，使散熱器散熱能力下降，加劇皮帶磨損；如皮帶過緊，不僅加劇軸承和皮帶磨損，而且多消耗功率。一般用30～40N的力按壓皮帶，其撓度在10～20㎜之間，可以認為皮帶張力合適。風扇皮帶的張力，一般通過移動充電發電機支架來調整（見圖4-10）。可調節支架

四、膨脹水箱

膨脹水箱的功用密封冷卻系統，減少了冷卻液的散失，使冷卻系統內水、氣分離，保持壓力穩定。避免空氣不斷進入，給冷卻系統內部造成氧化、穴蝕。補償水桶補償水桶內的液面應位于兩條標記線之間。補償水桶還可消除水冷系中的所有氣泡。第四節冷卻系統的調節冷卻強度可以通過改變流經散熱器的冷卻水量和空氣流量的方法來調節。一、改變流經散熱器芯的冷卻水流量節溫器是控制冷卻液流動路徑的閥門。節溫器的功用:根據冷卻水的溫度自動調節冷卻水的循環路線，控制流經散熱器的冷卻水流量，以達到自動調節冷卻強度的目的.內燃機上常用類型:皺紋筒式節溫器蠟式節溫器⒈皺紋筒式節溫器結構:皺紋筒式節溫器由波紋筒、殼體、主閥和副閥組成，如圖7-11所示。⒈皺紋筒式節溫器結構:主閥位于通往散熱器的管道上.副閥則位于通往水泵的管道上。密閉的彈性皺紋筒1用銅皮制成，筒中裝有易揮發的液體（一般為乙醚溶液），節溫器依靠筒內液體的蒸汽壓力隨冷卻水溫度的變化來控制主、副閥門的開閉。

水溫變化→皺紋筒伸縮→控制主、副閥門的開閉。

⒈皺紋筒式節溫器工作原理:當冷卻水溫度在（70℃）以下時，皺紋筒收縮到最小高度。主閥門5關閉，副閥門2開啟（圖7—11a），切斷了冷卻水流向散熱器的通路，從氣缸蓋出來的冷卻水全部經節溫器旁通孔7流出，經旁通管進入水泵，又由水泵壓入缸體水套。這時冷卻水只在水泵與發動機水套之間循環（小循環），促使發動機迅速而均勻地升溫。結論:<70℃主閥門關副閥門開小循環⒈皺紋筒式節溫器工作原理:冷卻水溫升高到（70～85℃）時，皺紋筒內的液體蒸發，皺紋筒伸長，主閥門5漸開，副閥門2漸關，部分冷卻水流向散熱器，部分冷卻水流向水泵。冷卻水循環-混合循環70～85℃主閥門漸開副閥門漸關大小循環⒈皺紋筒式節溫器工作原理:當冷卻水溫升高到（85℃）以上時，皺紋筒伸長到最大限度，主閥門5全開，副閥門2關閉（圖7—11b），全部冷卻水都流向散熱器。冷卻水循環-大循環>85℃主閥門開副閥門關大循環特點:皺紋筒式節溫器工作可靠性差，使用壽命短，制造工藝復雜，近年來正在被蠟式節溫器所取代。⒉蠟式節溫器圖7-12為6100Q型汽油機上的雙閥蠟式節溫器。結構:上支架2、閥座4和下支架5鉚為一體。中心桿8固定在上支架上，桿的下端為錐形結構并插在橡膠管3中，橡膠管與感應體6之間的空腔內充滿石蠟。節溫器的主閥門1固定在感應體的上端，主閥門與節溫器下支架之間裝有彈簧。旁通閥7套裝在感應體下端的閥桿上，并正對著旁通管口。蠟式節溫器的結構1-主閥門；2-蓋和密封墊；3-上支架；4-膠管；5-閥座；6-通氣孔；7-下支架；8-石蠟，9-感應體；10-旁通閥；11-中心桿；12-彈簧

上支架下支架主閥門旁通閥感應體彈簧中心桿⒉蠟式節溫器⒉蠟式節溫器⒉蠟式節溫器工作原理:常溫下石蠟呈固態，水溫低于（76℃）時，彈簧將主閥門緊壓在閥座上，主閥門完全關閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來的水經旁通管直接進入水泵，故稱為小循環。⒉蠟式節溫器工作原理:隨著水溫的升高，石蠟逐漸變成液體，體積增大，迫使橡膠管收縮，并對中心桿的錐形端部產生一向上的推力。由于中心桿的上端是固定的，因此中心桿便對橡膠管和感應體產生一向下的反推力。當冷卻水升溫到（76℃）時，此反推力便可克服彈簧的彈力而將主閥門逐漸打開,旁通閥關小,進行混合循環.⒉蠟式節溫器工作原理:當水溫達到（86℃）時，旁通閥關閉，主閥門全開，冷卻水全部經主閥門流入散熱器，進行冷卻水的大循環。⒉蠟式節溫器工作原理:水溫低于76℃時,主閥門完全關閉，旁通閥完全開啟,小循環。冷卻水升溫到76℃～86℃時,主閥門開,旁通閥開，混合循環。冷卻水升溫86℃時關閉，主閥門全開,大循環。⒉蠟式節溫器蠟式節溫器的特點具有工作性能穩定，對冷卻水的流動阻力小，使用壽命長等優點.因此，目前應用得越來越多。二、改變流經散熱器的空氣流量流經散熱器的空氣量多，則空氣從散熱器帶走的熱量多，冷卻水的溫度下降得也多，反之冷卻水的溫度下降得少，所以，改變空氣量可以調節冷卻強度。改變流經散熱器的空氣流量方法1．利用百葉窗調節空氣流量2．改變風扇的轉速來調節空氣流量二、改變流經散熱器的空氣流量⒈在散熱器前裝設百葉窗利用操縱機構可使百葉窗部分或全部關閉，以控制流經散熱器的空氣量。百葉窗可由駕駛員通過駕駛室內的手柄來操縱。在國外的某些車輛上，采用溫控裝置來自動調節空氣的流量。

二、改變流經散熱器的空氣流量

圖7-19

百葉窗自動調節裝置示意圖

1-控制桿；2-石蠟；3-回位彈簧；4-殼體；5-百葉窗；6-傳動機構二、改變流經散熱器的空氣流量⒉改變風扇的轉速。曲軸通過皮帶驅動風扇，所以風扇的轉速和曲軸的轉速成一定比例關系，為了確保冷卻風扇的送風能力，設計時通常按低速考慮，保證低速時風扇有足夠的送風量，這樣一來，發動機高速時風扇的送風能力就偏大，加之風扇在高速時的噪音問題較嚴重，為此，在風扇驅動裝置中裝設自動離合器，這種離合器能根據溫度的變化自動改變風扇轉速，從而自動調節冷卻強度。二、改變流經散熱器的空氣流量⒉改變風扇的轉速。采用風扇離合器的目的

風扇是發動機功率的消耗者，最大時約為發動機功率的１０％。為了降低風扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發動機過冷，降低污染，節約燃料，多采用風扇離合器。

硅油式風扇離合器基本原理硅油風扇離合器是用硅油作為介質，利用硅油高粘度的特性傳遞扭矩，根據散熱器后面空氣的溫度變化，通過感溫器自動控制風扇離合器的分離、接合。離合器分離

離合器接合雙金屬片感溫器主動軸主動板工作腔從動板儲油腔雙金屬片感溫器a）硅油風扇離合器的結構；b）硅油風扇離合器的結構簡圖1-螺釘；2-前蓋板；3-密封毛氈圈；4-雙金屬片感溫器；5-閥片軸；6-控制閥片；7-主動板；8-從動板；9-離合器殼體；10-軸承；11-主動軸；12-鎖止板；13-螺栓；14-內六角螺釘；15-風扇；16-鋼球彈簧閥；17-貯油腔；18-工