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liubomufeng
2010-10-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《07pdf》,可适用于工程科技领域

第七章发动机冷却系统教学提要目的与要求:.掌握冷却系统的功用与组成.掌握水冷却系统主要部件的结构特点了解风冷系统主要部件的结构特点内容:.冷却系统的功用及组成.水冷系统主要部件的构造.风冷系统方法:以课堂讲授为主结合参观、拆装实习和作业练习掌握所学知识。应采用理论与实践(拆装)相结合的教学方法在学习中要结合基本原理学习构造通过拆装、观察分析结构特点加深理解基本原理和工作过程。时间:学时地点:多媒体专业教室器材保障:水冷却系统主要部件实物或教具风冷系统主要部件实物或教具教学进程教学环节设计冷却系的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。冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀效果好而且发动机运转噪音小目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。第一节冷却系统的功用及组成一、冷却系统的功用冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机过热也要防止冬季发动机过冷。在发动机冷起动之后冷却系统还要保证发动机迅速升温尽快达到正常的工作温度。二、水冷系统的组成发动机的冷却系统有风冷与水冷之分以空气为冷却介质的冷却系统称风冷系统以冷却液注意:引导式教学分析三菱跑车冷却系统的设计理念配套课件:kcnrhtmkcnrhtm为冷却介质的为水冷系统。汽车发动机尤其是轿车发动机大都采用水冷系统只有少数汽车发动机采用风冷系统。汽车发动机的水冷系统均为强制循环水冷系统即利用水泵提高冷却液的压力强制冷却液在发动机中循环流动。这种系统包括水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附加装置等。冷却液在冷却系统中的循环路径。冷却液在水泵中增压后经分水管进入发动机的机体水套。冷却液从水套壁周围流过并从水套壁吸热而升温。然后向上流入气缸盖水套从气缸盖水套壁吸热之后经节温器及散热器进水软管流入散热器。在散热器中冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温最后冷却液经散热器出水软管返回水泵如此循环不止。在汽车行驶或冷却风扇工作时空气从散热器周围高速流过以增强对冷却液的冷却。铜制或不锈钢制的分水管或直接铸在机体上的分水道沿其纵向开有出水孔并与机体水套相通离水泵越远出水孔越大其数目通常与气缸数相同。分水管或分水道的作用是使多缸发动机各气缸的冷却强度均匀一致。有些发动机的水冷系其冷却液的循环流动方向与上述相反可称其为逆流式水冷系。在这种水冷系中温度较低的冷却液首先被引入气缸盖水套然后才流过机体水套。由于它改善了燃烧室的冷却而允许发动机有较高的压缩比从而可以提高发动机的热效率和功率。大多数汽车装有暖风系统。暖风机是一个热交换器也可称作第二散热器。在装有暖风机的水冷系中热的冷却液从气缸盖或机体水套经暖风机进水软管流入暖风机芯然后经暖风机出水软管流回水泵。吹过暖风机芯的空气被冷却液加热之后一部分送到挡风玻璃除霜器一部分送入驾驶室或车厢。三、冷却液 冷却液是水与防冻剂的混合物。冷却液用水最好是软水否则将在发动机水套中产生水垢使传热受阻易造成发动机过热。纯净水在℃时结冰。如果发动机冷却系统中的水结冰将使冷却水终止循环引起发动机过热。尤其严重的是水结冰时体积膨胀可能将机体、气缸盖和散热器胀裂。为了适应冬季行车的需要在水中加入防冻剂制成冷却液以防止循环冷却水的冻结。最常用的防冻剂是乙二醇。冷却液中水与乙二醇的比例不同其冰点也不同。%的水与%的乙二醇混合而成的冷却液其冰点约为-℃。在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。例如含%乙二醇的冷却液在大气压力下的沸点是℃。因此防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫这些泡沫将妨碍水套壁的散热。泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。在使用过程中防锈剂和泡沫剂会逐渐消耗殆尽因此定期更换冷却液是十分必要的。在防冻剂中一般还要加入着色剂使冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别。第二节水冷系统主要部件的构造一、散热器 散热器及散热器芯的结构形式 发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温所以散热器是一个热交换器。按照散热器中冷却液流动的方向可将散热器分为纵流式和横流式两种。纵流式散热器芯竖直布置上接进水室下连出水室冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。横流式散热器芯横向布置左右两端分别为进、出水室冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。大多数新型轿车均采用横流式散热器这可以使发动机罩的外廓较低有利于改善车身前端的空气动力性。配套课件:kcnrhtmkcnrhtm散热器芯有多种结构形式。 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。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。管带式散热器芯由散热管及波形散热带组成。散热管为扁管并与波形散热带相间地焊在一起。为增强散热能力在波形散热带上加工有鳍片。与管片式散热器芯相比管带式的散热能力强制造简单质量轻成本低但结构刚度差。板式散热器芯的冷却液通道由成对的金属薄板焊合而成。这种散热器芯散热效果好制造简单但焊缝多不坚固容易沉积水垢且不易维修。散热器盖 现代的汽车发动机强制循环水冷系都用散热器盖严密地盖在散热器加冷却液口上使水冷系成为封闭系统通常称这种水冷系为闭式水冷系。其优点有二:①闭式水冷系可使系统内的压力提高~kPa冷却液的沸点相应地提高到℃左右从而扩大了散热器与周围空气的温差提高了散热器的换热效率。由于散热器散热能力的增强可以相应地减小散热器尺寸。②闭式水冷系可减少冷却液外溢及蒸发损失。散热器盖的作用是密封水冷系并调节系统的工作压力。当发动机工作时冷却液的温度逐渐升高。由于冷却液容积膨胀使冷却系统内的压力增高。当压力超过预定值时压力阀开启一部分冷却液经溢流管流入补偿水桶以防止冷却液胀裂散热器。当发动机停机后冷却液的温度下降冷却系内的压力也随之降低。当压力降到大气压力以下出现真空时真空阀开启补偿水桶内的冷却液部分地流回散热器可以避免散热器被大气压力压坏。补偿水桶 补偿水桶由塑料制造并用软管与散热器加冷却液口上的溢流管连接。其作用已如上述即当冷却液受热膨胀时部分冷却液流入补偿水桶而当冷却液降温时部分冷却液又被吸回散热器所以冷却液不会溢失。补偿水桶内的液面有时升高有时降低而散热器却总是为冷却液所充满。在补偿水桶的外表面上刻有两条标记线:"低"线和"高"线补偿水桶内的液面应位于两条标记线之间。若液面低于"低"线时应向桶内补充冷却液。在向桶内添加冷却液时液面不应超过"高"线。补偿水桶还可消除水冷系中的所有气泡。散热器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温器自动控制。二、冷却风扇风扇的功用及结构 冷却风扇置于散热器后面。当发动机在车架上纵向布置时风扇一般安装在水泵轴上并由驱动水泵和发电机的同一根V带传动。风扇的功用是当风扇旋转时吸进空气使其通过散热器以增强散热器的散热能力加快冷却液的冷却速度。汽车发动机水冷系多采用低压头、大风量、高效率的轴流式风扇即风扇旋转时空气沿着风扇旋转轴的轴线方向流动。风扇的扇风量主要与风扇直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数有关。叶片的断面形状有圆弧形和翼形两种前者由薄钢板冲压而成后者用塑料或铝合金铸制。翼形风扇效率高、消耗功率少在轿车和轻型汽车上得到了广泛的应用。一般叶片与风扇旋转平面成°~°角(叶片安装角)。叶片数为、、或片。叶片之间的间隔角或相等或不相等。间隔角不等的叶片可以减小叶片旋转时的振动和噪声。硅油风扇离合器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%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。在风扇带轮与冷却风扇之间装置硅油风扇离合器是实现这种调节的方法之一。很多轿车发动机的水冷系采用电动风扇尤其横置发动机前轮驱动的汽车更是如此。电动风扇由风扇电动机驱动并由蓄电池供电所以风扇转速与发动机转速无关。在有些电控系统中电动风扇由电脑控制。冷却液温度传感器向电脑传输与冷却液温度相关的信号。当冷却液温度达到规定值时电脑使风扇继电器搭铁继电器触点闭合并向风扇电动机供电风扇进入工作。电动风扇的优点是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。此外采用电动风扇不需要检查、调整或更换风扇传动带因而减少了维修的工作量。三、节温器节温器的功用节温器是控制冷却液流动路径的阀门。当发动机冷起动时冷却液的温度较低这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭使冷却液经水泵入口直接流入机体或气缸盖水套以便使冷却液能够迅速升温。如果不装节温器让温度较低的冷却液经过散热器冷却后返回发动机则冷却液的温度将长时间不能升高发动机也将长时间在低温下运转。同时车厢内的暖风系统以及用冷却液加热的进气管、化油器预热系统都在长时间内不能发挥作用。节温器结构及工作原理结合实物教学当冷却液温度低于规定值时节温器感温体内的石蜡呈固态节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器间的通道冷却液经水泵返回发动机进行小循环。当冷却液温度达到规定值后石蜡开始熔化逐渐变成液体体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。在橡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。这时冷却液经由散热器和节温器阀再经水泵流回发动机进行大循环。节温器的布置一般水冷系统的冷却液都是由发动机的机体流进从气缸盖流出。因此大多数节温器布置在气缸盖出水管路中。这种布置方式的优点是结构简单容易排除冷却系统中的气泡。其缺点是节温器在工作时会产生振荡现象。例如在冬季起动冷发动机时由于冷却液温度低节温器阀关闭。冷却液在进行小循环时温度很快升高节温器开启。与此同时散热器内的低温冷却液流入机体使冷却液又冷了下来节温器阀重新关闭。等到冷却液温度再度升高节温器阀又再次打开。直到全部冷却液的温度稳定之后节温器阀才趋于稳定不再反复开闭。节温器在短时间内反复开闭的现象称作节温器振荡。当出现这种现象时将增加汽车的燃油消耗量。节温器也可以布置在散热器的出水管路中。这种布置方式可以减轻或消除节温器振荡现象并能精确地控制冷却液温度但其结构复杂成本较高。多用于高性能的汽车及在冬季经常高速行驶的汽车上。奥迪型轿车发动机的节温器即布置在散热器出口的管路中。四、水泵水泵的功用水泵的功用是对冷却液加压保证其在冷却系统中循环流动。水泵的基本结构及工作原理汽车发动机广泛采用离心式水泵。当水泵叶轮旋转时水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转并在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘同时产生一定的压力然后从出水管流出。在叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力下降结合实物教学散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经进水管流入叶轮中心。叶轮由铸铁或塑料制造叶轮上通常有~个径向直叶片或后弯叶片。水泵壳体由铸铁或铝铸制进、出水管与水泵壳体铸成一体。水泵的典型构造水泵的驱动水泵一般由曲轴通过V带驱动。传动带环绕在曲轴带轮和水泵带轮之间因此水泵转速与发动机转速成比例。奥迪型轿车发动机的水泵即由曲轴通过V带驱动水泵转速为曲轴转速的倍。有些发动机的水泵由凸轮轴直接驱动。五、变速器机油冷却器装有自动变速器的汽车必须装备变速器机油冷却器因为自动变速器中的机油可能过热。机油过热会降低变速器性能甚至造成变速器损坏。变速器机油冷却器通常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。在变速器和冷却器之间用金属管或橡胶软管连接。 当汽车牵引挂车时结合典型车型进行案例式分析讲解需要对变速器机油进行附加冷却。在这种情况下可在变速器机油冷却器的管路中串接一个外部变速器机油附加冷却器并置于散热器前面。第三节风冷系统一、风冷发动机的特点风冷发动机利用大流量风扇使高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面。为了有效地降低受热零件的温度和改善其温度的分布在气缸盖和气缸体的外表面精心布置了一定形状的散热片确保发动机在最适当的温度范围内可靠地工作。风冷发动机的主要特点是:)对地理环境和气候环境的适应性强风冷发动机特别适于在沙漠或高原等缺水的地区工作。另外在酷热的气候条件下工作不会过热在严寒季节也不易过冷。因为散热片的温度很高散热片与环境空气间的温差远比水冷系统中冷却液与环境空气间的温差为大所以气温的变化对散热片与环境空气间温差的影响相对较小配套课件:kcnrhtmkcnrhtm即风冷发动机对气温的变化不敏感。)热负荷高风冷发动机的气缸盖、气缸体等受热零件的温度高。这是因为空气的传热系数只有水的传热系数的~空气的比热容只有水的。这表明风冷发动机要得到足够的冷却不仅要合理的布置散热片而且需要较大的空气流量。)冷起动后暖机时间短由于风冷发动机在冷起动后气缸温度上升快在短时间内即可进入大负荷工作状态。)维护简便风冷发动机由于省去了散热器和许多管道而减少了维护点而且由于通用化、系列化的程度高主要零件均可互换因此拆装容易维修简便。二、冷却系统的布置及冷却风扇BFLF风冷柴油机冷却系统。冷却风扇位于两排气缸中间由气缸盖、气缸体、机油冷却器、前后挡板和顶盖板等构成风压室。在气缸盖和气缸体的背风面设有挡风板用来调节风量的分配。冷空气经冷却风扇增压后进入风压室再由风压室流过各个需要冷却的零部件表面。由于各零部件的通道阻力不同因此流过的风量有多有少以保证其适度而又可靠的冷却。冷却风扇有轴流式和径流式两种。多缸风冷发动机采用轴流式。冷却风扇主要由静叶轮和动叶轮两部分组成。静叶轮为铝合金精密压铸件静叶轮毂内装液力耦合器。动叶轮与风扇外壳之间的间隙很小以提高风扇效率。动叶片与静叶片的断面均为翼形。三、冷却强度的调节为了保持风冷发动机在不同工况下都能在最适当的温度范围内正常工作需对其冷却强度随时进行调节。当负荷增加时排气温度升高温控阀开度增大进入液力耦合器的油量增多风扇转速增高风量增加冷却强度增强反之当负荷减小时冷却强度随之减弱。自动调节系统能够根据发动机负荷的变化自动调节冷却风量使柴油机始终保持在最佳的热状态。案例:重型车发动机前脸冬季覆盖的挡风帘课后小结:思考题冷却系统的功用是什么发动机的冷却强度为什么要调节如何调节 若发动机正常工作一段时间后停机冷却系统中的冷却液会发生什么现象为什么在汽车空调系统运行时电动风扇需连续不停地工作 如果蜡式节温器中的石蜡漏失节温器将处于怎样的工作状态发动机会出现什么故障风冷发动机的冷却系统有何特点其冷却强度如何调节配套课件:kcnrhtm

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