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【干貨】帶你了解發(fā)動機冷卻水循環(huán)
閱讀：5663 發(fā)布時間：2021-1-21
散熱器
1.散熱器及散熱器芯的結構形式
發(fā)動機水冷系統(tǒng)中的散熱器由進水室、出水室及散熱器芯等三部分構成。冷卻液在散熱器芯內流動，空氣在散熱器芯外通過。熱的冷卻液由于向空氣散熱而變冷，冷空氣則因為吸收冷卻液散出的熱量而升溫，所以散熱器是一個熱交換器。
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?？v流式散熱器芯豎直布置，上接進水室，下連出水室，冷卻液由進水室自上而下地流過散熱器芯進入出水室。
橫流式散熱器芯橫向布置，左右兩端分別為進、出水室，冷卻液自進水室經(jīng)散熱器芯到出水室橫向流過散熱器。大多數(shù)新型轎車均采用橫流式散熱器，這可以使發(fā)動機罩的外廓較低，有利于改善車身前端的空氣動力性。
散熱器芯有多種結構形式。
管片式散熱器芯由散熱管和散熱片組成。散熱管是焊在進、出水室之間的直管，作為冷卻液的通道。散熱管有扁管也有圓管。扁管與圓管相比，在容積相同的情況下有較大的散熱表面。鋁散熱器芯多為圓管。在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。管片式散熱器的優(yōu)點是散熱面積大、氣流阻力小、結構剛度好及承壓能力強等。
管帶式散熱器芯由散熱管及波形散熱帶組成。散熱管為扁管并與波形散熱帶相間地焊在一起。為增強散熱能力，在波形散熱帶上加工有鰭片。與管片式散熱器芯相比，管帶式的散熱能力強，制造簡單，質量輕，成本低，但結構剛度差。
板式散熱器芯的冷卻液通道由成對的金屬薄板焊合而成。這種散熱器芯散熱效果好，制造簡單，但焊縫多不堅固，容易沉積水垢且不易維修。
2.散熱器蓋
現(xiàn)代的汽車發(fā)動機強制循環(huán)水冷系都用散熱器蓋嚴密地蓋在散熱器加冷卻液口上，使水冷系成為封閉系統(tǒng)，通常稱這種水冷系為閉式水冷系。其優(yōu)點有二：①閉式水冷系可使系統(tǒng)內的壓力提高98～196kPa，冷卻液的沸點相應地提高到120℃左右，從而擴大了散熱器與周圍空氣的溫差，提高了散熱器的換熱效率。由于散熱器散熱能力的增強，可以相應地減小散熱器尺寸。②閉式水冷系可減少冷卻液外溢及蒸發(fā)損失。
散熱器蓋的作用是密封水冷系并調節(jié)系統(tǒng)的工作壓力。當發(fā)動機工作時，冷卻液的溫度逐漸升高。由于冷卻液容積膨脹使冷卻系統(tǒng)內的壓力增高。當壓力超過預定值時，壓力閥開啟，一部分冷卻液經(jīng)溢流管流入補償水桶，以防止冷卻液脹裂散熱器。當發(fā)動機停機后，冷卻液的溫度下降，冷卻系內的壓力也隨之降低。當壓力降到大氣壓力以下出現(xiàn)真空時，真空閥開啟，補償水桶內的冷卻液部分地流回散熱器，可以避免散熱器被大氣壓力壓壞。
圖片
3.補償水桶
補償水桶由塑料制造并用軟管與散熱器加冷卻液口上的溢流管連接。其作用已如上述，即當冷卻液受熱膨脹時，部分冷卻液流入補償水桶;而當冷卻液降溫時，部分冷卻液又被吸回散熱器，所以冷卻液不會溢失。補償水桶內的液面有時升高，有時降低，而散熱器卻總是為冷卻液所充滿。在補償水桶的外表面上刻有兩條標記線："低"線和"高"線，補償水桶內的液面應位于兩條標記線之間。若液面低于"低"線時，應向桶內補充冷卻液。在向桶內添加冷卻液時，液面不應超過"高"線。補償水桶還可消除水冷系中的所有氣泡。
4.散熱器百葉窗
有些貨車和大客車發(fā)動機在散熱器前面裝有百葉窗，其作用是通過改變吹過散熱器的空氣流量來調節(jié)發(fā)動機的冷卻強度，以保證發(fā)動機經(jīng)常在適當?shù)臏囟确秶鷥裙ぷ?。在發(fā)動機冷起動或暖車期間，冷卻液的溫度較低，這時將百葉窗部分或*關閉，以減少吹過散熱器的空氣流量，使冷卻液的溫度迅速升高。百葉窗可由駕駛人通過駕駛室內的手柄來操縱其開閉，也可用感溫器自動控制。
冷卻風扇
1.風扇的功用及結構
冷卻風扇置于散熱器后面。當發(fā)動機在車架上縱向布置時，風扇一般安裝在水泵軸上，并由驅動水泵和發(fā)電機的同一根V帶傳動。風扇的功用是當風扇旋轉時吸進空氣使其通過散熱器，以增強散熱器的散熱能力，加快冷卻液的冷卻速度。汽車發(fā)動機水冷系多采用低壓頭、大風量、高效率的軸流式風扇，即風扇旋轉時，空氣沿著風扇旋轉軸的軸線方向流動。
風扇的扇風量主要與風扇直徑、轉速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)有關。葉片的斷面形狀有圓弧形和翼形兩種，前者由薄鋼板沖壓而成，后者用塑料或鋁合金鑄制。翼形風扇效率高、消耗功率少，在轎車和輕型汽車上得到了廣泛的應用。一般葉片與風扇旋轉平面成30°～45°角(葉片安裝角)。葉片數(shù)為4、5、6或7片。葉片之間的間隔角或相等，或不相等。間隔角不等的葉片可以減小葉片旋轉時的振動和噪聲。
2.硅油風扇離合器
汽車在行駛過程中，由于環(huán)境條件和運行工況的變化，發(fā)動機的熱狀況也在改變。因此，必須隨時調節(jié)發(fā)動機的冷卻強度。例如，在炎熱的夏季發(fā)動機在低速大負荷下工作冷卻液的溫度很高時，風扇應該高速旋轉以增加冷卻風量，增強散熱器的散熱能力。而在寒冷的冬天冷卻液的溫度較低時，或在汽車高速行駛有強勁的迎面風吹過散熱器時，風扇繼續(xù)工作就變得毫無意義了，不僅白白消耗發(fā)動機功率而且還產(chǎn)生很大的噪聲。試驗證明，水冷系只有25%的時間需要風扇工作，而在冬季需要風扇工作的時間就更短了。因此，根據(jù)發(fā)動機的熱狀況隨時對其冷卻強度加以調節(jié)就顯得十分有必要了。在風扇帶輪與冷卻風扇之間裝置硅油風扇離合器是實現(xiàn)這種調節(jié)的方法之一。
很多轎車發(fā)動機的水冷系采用電動風扇，尤其橫置發(fā)動機前輪驅動的汽車更是如此。電動風扇由風扇電動機驅動并由蓄電池供電，所以風扇轉速與發(fā)動機轉速無關。在有些電控系統(tǒng)中，電動風扇由電腦控制。冷卻液溫度傳感器向電腦傳輸與冷卻液溫度相關的信號。當冷卻液溫度達到規(guī)定值時，電腦使風扇繼電器搭鐵，繼電器觸點閉合并向風扇電動機供電，風扇進入工作。電動風扇的優(yōu)點是結構簡單，布置方便，不消耗發(fā)動機功率使燃油經(jīng)濟性得到改善。此外，采用電動風扇不需要檢查、調整或更換風扇傳動帶，因而減少了維修的工作量。
節(jié)溫器
1.節(jié)溫器的功用
節(jié)溫器是控制冷卻液流動路徑的閥門。當發(fā)動機冷起動時，冷卻液的溫度較低，這時節(jié)溫器將冷卻液流向散熱器的通道關閉，使冷卻液經(jīng)水泵入口直接流入機體或氣缸蓋水套，以便使冷卻液能夠迅速升溫。如果不裝節(jié)溫器，讓溫度較低的冷卻液經(jīng)過散熱器冷卻后返回發(fā)動機，則冷卻液的溫度將長時間不能升高，發(fā)動機也將長時間在低溫下運轉。同時，車廂內的暖風系統(tǒng)以及用冷卻液加熱的進氣管、化油器預熱系統(tǒng)都在長時間內不能發(fā)揮作用。
2.節(jié)溫器結構及工作原理
當冷卻液溫度低于規(guī)定值時，節(jié)溫器感溫體內的石蠟呈固態(tài)，節(jié)溫器閥在彈簧的作用下關閉發(fā)動機與散熱器間的通道，冷卻液經(jīng)水泵返回發(fā)動機，進行小循環(huán)。當冷卻液溫度達到規(guī)定值后，石蠟開始熔化逐漸變成液體，體積隨之增大并壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠管收縮的同時對推桿作用以向上的推力。由于推桿上端固定，因此，推桿對膠管和感溫體產(chǎn)生向下的反推力使閥門開啟。這時冷卻液經(jīng)由散熱器和節(jié)溫器閥，再經(jīng)水泵流回發(fā)動機，進行大循環(huán)。
3.節(jié)溫器的布置
一般水冷系統(tǒng)的冷卻液都是由發(fā)動機的機體流進，從氣缸蓋流出。因此大多數(shù)節(jié)溫器布置在氣缸蓋出水管路中。這種布置方式的優(yōu)點是結構簡單，容易排除冷卻系統(tǒng)中的氣泡。其缺點是節(jié)溫器在工作時會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。例如，在冬季起動冷發(fā)動機時，由于冷卻液溫度低，節(jié)溫器閥關閉。冷卻液在進行小循環(huán)時，溫度很快升高，節(jié)溫器開啟。與此同時，散熱器內的低溫冷卻液流入機體，使冷卻液又冷了下來，節(jié)溫器閥重新關閉。等到冷卻液溫度再度升高，節(jié)溫器閥又再次打開。直到全部冷卻液的溫度穩(wěn)定之后，節(jié)溫器閥才趨于穩(wěn)定不再反復開閉。節(jié)溫器在短時間內反復開閉的現(xiàn)象稱作節(jié)溫器振蕩。當出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，將增加汽車的燃油消耗量。節(jié)溫器也可以布置在散熱器的出水管路中。這種布置方式可以減輕或消除節(jié)溫器振蕩現(xiàn)象，并能地控制冷卻液溫度，但其結構復雜，成本較高。多用于高性能的汽車及在冬季經(jīng)常高速行駛的汽車上。奧迪100型轎車發(fā)動機的節(jié)溫器即布置在散熱器出口的管路中。
水泵
1.水泵的功用
水泵的功用是對冷卻液加壓，保證其在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動。
2.水泵的基本結構及工作原理
汽車發(fā)動機廣泛采用離心式水泵。當水泵葉輪旋轉時，水泵中的冷卻液被葉輪帶動一起旋轉，并在離心力的作用下被甩向水泵殼體的邊緣，同時產(chǎn)生一定的壓力，然后從出水管流出。在葉輪的中心處由于冷卻液被甩出而壓力下降，散熱器中的冷卻液在水泵進口與葉輪中心的壓差作用下經(jīng)進水管流入葉輪中心。葉輪由鑄鐵或塑料制造，葉輪上通常有6～8個徑向直葉片或后彎葉片。水泵殼體由鑄鐵或鋁鑄制，進、出水管與水泵殼體鑄成一體。
3.水泵的典型構造
4.水泵的驅動
水泵一般由曲軸通過V帶驅動。傳動帶環(huán)繞在曲軸帶輪和水泵帶輪之間，因此水泵轉速與發(fā)動機轉速成比例。奧迪100型轎車發(fā)動機的水泵即由曲軸通過V帶驅動，水泵轉速為曲軸轉速的1.6倍。有些發(fā)動機的水泵由凸輪軸直接驅動。