第06章 冷却系统教案
1.授课时间 2.授课方式 多媒体 3.授课题目 冷却系统
4.教学内容 要求掌握冷却系统基本构造与工作原理 5.教学重点 节温器 风扇离合器 6.思考题
水冷却系统中为什么要装节温器？
发动机为什么要冷却？最佳水温范围一般是多少？ 冷却系统中水温过高或水温过低有哪些原因？ 7.参考资料
《汽车构造》 陈家瑞 主编 机械工业出版社 《汽车构造》 关文达 主编 清华大学出版社 《内燃机学》 周龙保 主编 机械工业出版社 8.课后小节
- 1上水贮室顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系统并用散热器盖盖住。在上贮水室和下贮水室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。
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两种。
管片式散热器芯冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下贮水室，是冷却水的通道。和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，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。采用散热片不但可以增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。
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。
对散热器的要求是，必须有足够的散热面积，而且所有材料导热性能要好，因此，散热器一般用铜或铝制成。
目前汽车发动机多采用闭式水冷系，这种冷却系统的散热器盖具有自动阀门，发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系统与大气隔开。防止水蒸汽逸出，使冷却系统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统与大气相通。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，
- 3另一种是改变冷却液的循环流量和循环范围。 (1)改变通过散热器的空气流量
通常利用百叶窗(fan blind)和各种自动风扇离合器(fan clutch)来实现改变通过散热器的空气流量。
百叶窗是调节空气流量并防止冬季冻坏水箱，多用人工调节，也有采用自动调节装置的。
风扇离合器是置于风扇传动机构中的离合机构,可根据发动机的温度自动控制风扇的转速，调节扇风量以达到改变通过散热器的空气流量，它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。常见的风扇离合器形式有硅油风扇离合器、机械式风扇离合器、电磁风扇离合器及液力偶合器等。硅油风扇离合器应用的比较广泛。 硅油风扇离合器
硅油风扇离合器由主动板、从动板、双金属感温器及壳体等构成。风扇装于壳体上。从动板与壳体之间的空间为工作腔，从动板与前盖之间为贮油腔，硅油存于其中。从动板上有进油孔，由感温阀片和双金属感温器控制。从动板外缘有一个由球阀控制的回油孔。冷却水温较低时，通过散热器的空气温度不高，进油孔关闭，贮油腔的硅油不能进入工作腔，离合器分离。冷却水温较高时，双金属感温器受热变形，从而带动阀片轴和阀片转过一定角度，将进油孔打开，硅油进入工作腔，由于硅油粘度大，主动板通过硅油带动壳体和风扇一起转动，使风扇转速迅速升高。 (2)改变通过散热器的冷却水的流量
通常利用节温器(thermostat)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，以达到调节冷却系统的冷却强度。节温器有蜡式和乙醚膨胀筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。 蜡式节温器
蜡式节温器在橡胶管和感应体之间的空间里装有石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。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，进行小循环。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
- 5汽车发动机是将热能转变为机械能的机器。在可燃混合气的燃烧过程中，气缸内气体温度高达2073-2375K，为保证发动机正常工作，必须对这些在高温条件下工作的机件加以适度地冷却。
发动机冷却系统包括了水泵、冷却风扇散热器及相关组件。其中冷却风扇将消耗发动机功率的5％-8％左右，最大时约占发动机功率的10％。为了降低风扇功率消耗，减少噪声和磨损，防止发动机过冷，降低污染，节约燃料，目前的先进发动机上多采用风扇离合器来驱动风扇。
自博格华纳于上世纪发明世界上第一台硅油风扇离合器以来，冷却风扇的节能技术逐渐被提上议程并被各大OEM厂商所关注。汽车发动机冷却风扇的发展主要经历了固定风扇－硅油离合器驱动风扇－电子控制型硅油离合器驱动风扇的历程。
电子控制型离合器不同于传统的双金属感温控制模式直接读取发动机控制模块ECU信号，由离合器内部电磁阀根据发动机各部位温度传感器所提供的信息控制冷却风扇的转速。从而达到更为精确、迅速的反应。在降低系统噪音节约能耗方面比同类感温产品有着显著的提高。电子硅油离合器主要应用在欧3排放及以上的高档大型客车、卡车及部分工程机械车辆。
图1左侧为双金属感温式离合器的热信号传递过程。冷却液经过散热器，并与流经散热器的冷气流进行热交换。感温式离合器前端的双金属片在感受到气流温度后开始产生形变，并驱动离合器内部的阀片打开或关闭离合器，从而达到控制风扇转速的目的。图1右侧则为电子控制型硅油离合器的控制信号线路。安装在散热器内的温度传感器直接感受冷却液的温度，并传送至发动机控制单元ECU，ECU经逻辑模块判断后，发出相应的PWM信号，PWM控制电子硅油离合器内的螺线管开关，驱动离合器内部的阀片打开或关闭离合器。
据博格华纳热能系统欧洲技术中心测试，采用电子控制硅油风扇离合器技术的冷却系统，与固定风扇冷却系统相比，可减少消耗发动机功率4.2％，与采用传统双金属感温硅油离合器技术的冷却系统相比，可减少消耗发动机功率1.2％。更快的反映速度，更精确的控制风扇转速，更低的功率，更高效的燃
- 7主动板甩向工作腔外缘的油液压力比贮油腔外缘的油压力高，油液从工作腔经回油孔B流向贮油腔，而贮油腔又经进油孔A及时向工作腔补充油液。为使硅油从工作腔流回贮油腔的速度加快，缩短风扇脱开时间，在从动板８的回油孔B旁，有一个刮油突起部伸入工作腔缝隙内，使回油孔一侧压力增高，回油加快。③当发动机负荷减小，流经感温器的气体温度低于308K(35℃)时，感温器恢复原状，阀片将进油孔关闭，工作腔中油液继续从回油孔流回贮油腔，直至甩空为止。风扇离合器又回到分离状态。
4.故障应急措施：行驶途中，若硅油风扇离合器因故障(如漏油等)时，可松开内六角螺钉，把锁止板的销插入主动板孔中，再拧紧螺钉，使壳体与主动轴连成一体，但此时只靠销传动，不能长期使用。
