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1、第 七 章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 冷 卻 系 構(gòu) 造 與 維 修 第 一 節(jié) 概 述一 、 冷 卻 系 作 用 ： 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 在 燃 燒 過(guò) 程 中 ， 汽 缸 內(nèi) 氣 體 的 溫 度 可 高 達(dá) 20732273K。 直 接與 燃 燒 的 氣 體 接 觸 的 零 件 強(qiáng) 烈 受 熱 ， 如 不 采 取 適 當(dāng) 的 措 施 使 之 降 低 溫 度 ，則 其 中 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 件 將 可 能 因 受 熱 膨 脹 而 破 壞 正 常 間 隙 ， 或 因 潤(rùn) 滑 油 在 高 溫下 失 效 而 使 機(jī) 件 卡 死 ， 各 機(jī) 件 也 可 能 因 高 溫 而 導(dǎo) 致 其 機(jī) 械 強(qiáng) 度 降 低 甚 至損 壞 。
2、因 此 ， 必 須 在 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 上 設(shè) 置 冷 卻 系 。 冷 卻 系 的 功 用 是 將 受 熱 零 件 吸 收 的 部 分 熱 量 及 時(shí) 散 發(fā) 出 去 ， 保 證 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 在 最 適 宜 的 溫 度 下 工 作 。 二 、 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 過(guò) 冷 或 過(guò) 熱 的 危 害 冷 卻 不 足 ， 會(huì) 造 成 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 過(guò) 熱 ， 導(dǎo) 致 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 充 氣 量 下 降 而 影 響 發(fā)動(dòng) 機(jī) 功 率 輸 出 。 對(duì) 汽 油 機(jī) 來(lái) 說(shuō) ， 還 可 能 造 成 早 燃 、 爆 燃 和 表 面 點(diǎn) 火 等不 正 常 燃 燒 ； 同 時(shí) 過(guò) 高 的 溫 度 會(huì) 使 潤(rùn) 滑 油 的 黏 度 降
3、低 ， 導(dǎo) 致 機(jī) 件 磨 損加 劇 。 冷 卻 過(guò) 度 則 會(huì) 造 成 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 溫 度 過(guò) 低 ， 使 燃 料 燃 燒 后 產(chǎn) 生 的 熱 量 散失 過(guò) 多 ， 轉(zhuǎn) 變 成 有 用 功 的 熱 量 過(guò) 少 ， 并 使 可 燃 混 合 氣 形 成 條 件 變 差 ，使 燃 料 蒸 發(fā) 困 難 ， 從 而 導(dǎo) 致 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 下 降 ， 油 耗 增 加 ； 同 時(shí) 還 會(huì) 因潤(rùn) 滑 油 黏 度 增 大 而 造 成 潤(rùn) 滑 不 良 ， 加 劇 機(jī) 件 的 磨 損 。 三 、 冷 卻 系 種 類(lèi) 風(fēng) 冷 系 統(tǒng) 和 水 冷 系 統(tǒng) 兩 大 類(lèi) ， 現(xiàn) 代 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 采 用 水 冷 系
4、統(tǒng) 。1.風(fēng) 冷 系 統(tǒng) 是 用 空 氣 作 為 冷 卻 介 質(zhì) ， 將 受 熱 零 件 的 熱 量 直 接 散 發(fā) 到 大 氣中 去 。 采 用 風(fēng) 冷 系 統(tǒng) 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 為 了 增 大 散 熱 面 積 ， 一 般 在 汽 缸體 和 汽 缸 蓋 上 制 有 許 多 散 熱 片 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 利 用 車(chē) 輛 前 進(jìn) 中 的 空 氣 流 ，或 特 設(shè) 的 風(fēng) 扇 鼓 動(dòng) 空 氣 ， 吹 過(guò) 散 熱 片 ， 將 熱 量 帶 走 。 風(fēng) 冷 系 圖 2.水 冷 系 統(tǒng) 以 水 或 防 凍 液 （ 統(tǒng) 稱(chēng) 為 冷 卻 液 ） 為 冷 卻 介 質(zhì) ， 靠 冷 卻 液 的循 環(huán) 流 動(dòng) 將 高
5、 溫 機(jī) 件 的 熱 量 帶 走 ， 再 將 熱 量 散 發(fā) 到 大 氣 中 。 水 套 是 直 接 鑄 造 在 汽 缸 體 和 汽 缸 蓋 內(nèi) 相 互 連 通 的 空 腔 ，水 套 通 過(guò) 橡 膠 軟 管 與 固 定 在 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 前 端 的 散 熱 器 相 連 ， 形成 封 閉 的 冷 卻 水 循 環(huán) 通 路 。 水 泵 安 裝 在 水 套 與 散 熱 器 之 間 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 工 作 時(shí) ， 水 套和 散 熱 器 內(nèi) 充 滿(mǎn) 冷 卻 水 ， 曲 軸 通 過(guò) V帶 驅(qū) 動(dòng) 水 泵 工 作 ， 使冷 卻 水 在 水 套 與 散 熱 器 之 間 循 環(huán) 流 動(dòng) ； 冷 卻 水 流 經(jīng) 汽
6、缸 體和 汽 缸 蓋 內(nèi) 的 水 套 時(shí) ， 帶 走 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 熱 量 使 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 冷 卻 ， 而流 經(jīng) 散 熱 器 時(shí) 將 熱 量 散 發(fā) 到 大 氣 中 。 風(fēng) 扇 安 裝 在 水 泵 軸 上 ， 水 泵 工 作 時(shí) ， 風(fēng) 扇 轉(zhuǎn) 動(dòng) 產(chǎn) 生 強(qiáng)大 的 吸 力 ， 以 增 大 流 經(jīng) 散 熱 器 的 空 氣 流 量 和 速 度 ， 加 強(qiáng) 散熱 器 的 散 熱 效 果 。 在 一 些 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 上 ， 采 用 風(fēng) 扇 離 合 器 或 電動(dòng) 風(fēng) 扇 來(lái) 控 制 風(fēng) 扇 的 工 作 狀 態(tài) ， 以 根 據(jù) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 情 況調(diào) 節(jié) 冷 卻 強(qiáng) 度 。 百 葉 窗 安 裝
7、在 散 熱 器 前 面 ， 由 駕 駛 員 控 制 其 開(kāi) 度 ， 以控 制 流 經(jīng) 散 熱 器 的 空 氣 量 ， 調(diào) 節(jié) 冷 卻 強(qiáng) 度 。 四 、 冷 卻 液 冷 卻 液 是 水 與 防 凍 劑 的 混 合 物 。 水 的 沸 點(diǎn) 低 ， 易 蒸 發(fā) ， 需 經(jīng) 常 添 加 ； 不 宜 添 加 河 水 、 井 水 等 含礦 物 質(zhì) 的 水 ， 以 免 產(chǎn) 生 水 垢 ， 使 冷 卻 系 統(tǒng) 散 熱 不 良 。 純 凈 水 在 0 時(shí) 結(jié) 冰 。 水 結(jié) 冰 時(shí) 體 積 膨 脹 ， 可 能 將 機(jī) 體 、 氣 缸蓋 和 散 熱 器 脹 裂 。 所 以 需 放 去 水 過(guò) 夜 。 為 了 適
8、 應(yīng) 冬 季 行 車(chē) 的 需 要 ，在 水 中 加 入 防 凍 劑 制 成 冷 卻 液 以 防 止 循 環(huán) 冷 卻 水 的 凍 結(jié) 。 最 常 用的 防 凍 劑 是 乙 二 醇 。 在 水 中 加 入 防 凍 劑 還 同 時(shí) 提 高 了 冷 卻 液 的 沸點(diǎn) 。 因 此 ， 防 凍 劑 有 防 止 冷 卻 液 過(guò) 早 沸 騰 的 附 加 作 用 。 防 凍 劑 中 通 常 含 有 防 銹 劑 和 泡 沫 抑 制 劑 。 防 銹 劑 可 延緩 或 阻 止 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 水 套 壁 及 散 熱 器 的 銹 蝕 或 腐 蝕 。 冷 卻 液 中的 空 氣 在 水 泵 葉 輪 的 攪 動(dòng) 下 會(huì) 產(chǎn) 生
9、很 多 泡 沫 ， 這 些 泡 沫 將妨 礙 水 套 壁 的 散 熱 。 泡 沫 抑 制 劑 能 有 效 地 抑 制 泡 沫 的 產(chǎn) 生 。在 使 用 過(guò) 程 中 ， 防 銹 劑 和 泡 沫 劑 會(huì) 逐 漸 消 耗 殆 盡 ， 因 此 ，定 期 更 換 冷 卻 液 是 十 分 必 要 的 。 第 二 節(jié) 水 冷 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 汽 車(chē) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 水 冷 系 統(tǒng) 均 為 強(qiáng) 制 循 環(huán) 水 冷 系 統(tǒng) ， 即 利 用 水泵 提 高 冷 卻 液 的 壓 力 ， 強(qiáng) 制 冷 卻 液 在 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 中 循 環(huán) 流 動(dòng) 。 這 種系 統(tǒng) 包 括 水 泵 、 散 熱 器 、 冷 卻 風(fēng)
10、 扇 、 節(jié) 溫 器 、 補(bǔ) 償 水 桶 、 發(fā) 動(dòng)機(jī) 機(jī) 體 和 氣 缸 蓋 中 的 水 套 以 及 其 他 附 加 裝 置 等 。 為 了 控 制 冷 卻 水 溫 度 ， 冷 卻 系 中 設(shè) 有 冷 卻 強(qiáng) 度 調(diào) 節(jié) 裝 置 ， 如百 葉 窗 、 節(jié) 溫 器 和 風(fēng) 扇 離 合 器 等 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 強(qiáng) 制 循 環(huán) 式 水 冷 系 圖 一 、 散 熱 器 1.功 能 利 用 流 進(jìn) 散 熱 器 芯 縫 隙 中 空 氣 流 來(lái) 帶 走 散 熱 器 中 冷 卻 液 熱量 ， 達(dá) 到 降 低 冷 卻 液 溫 度 的 目 的 。2.構(gòu) 造 上 貯 水 室 下 貯 水 室 散 熱 器 芯 組 成
11、 散 熱 器 結(jié) 構(gòu) 圖 二 、 膨 脹 水 箱 1.作 用 冷 卻 液 通 過(guò) 膨 脹 水 箱 使 冷 卻 系 成 為 一 個(gè) 封 閉 系 統(tǒng) ， 從 而避 免 了 冷 卻 液 因 蒸 發(fā) 而 導(dǎo) 致 耗 損 ， 冷 卻 液 面 高 度 可 保 持 不 變 。 將 冷 卻 系 統(tǒng) 中 水 氣 分 離 ， 增 大 水 泵 的 泵 水 量 和 減 小 水 泵和 水 套 內(nèi) 部 穴 蝕 。 2.工 作 特 點(diǎn) 如 圖 所 示 膨 脹 水 箱 示 意 圖 三 、 散 熱 器 蓋 1.結(jié) 構(gòu) 蒸 汽 閥 、 空 氣 閥 2.作 用 提 高 冷 卻 水 沸 點(diǎn) （ 108 120 ） 提 高 冷 卻 效
12、 果 防 止 冷 卻 水 量 減 少 3.工 作 特 點(diǎn) 當(dāng) 散 熱 器 內(nèi) 壓 力 大 于 蒸 汽 閥 彈 簧 壓 力 時(shí) ， 蒸 汽 閥 開(kāi) 啟 ， 水蒸 氣 從 蒸 汽 排 出 管 排 出 。 當(dāng) 散 熱 器 內(nèi) 冷 卻 水 冷 卻 收 縮 而 形 成 真 空 時(shí) ， 空 氣 閥 開(kāi) 啟 ，讓 空 氣 進(jìn) 入 水 箱 內(nèi) ， 防 止 水 箱 內(nèi) 受 真 空 吸 力 作 用 而 造 成 散 熱 器受 損 。 散 熱 器 蓋 圖 五 、 水 泵1.功 能 使 冷 卻 液 能 進(jìn) 入 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 水 套 內(nèi) 進(jìn) 行 循 環(huán) ， 以 提 高 發(fā) 動(dòng) 機(jī)冷 卻 效 果 。 2.構(gòu) 造 水 泵 葉
13、輪 、 水 泵 軸 及 軸 承 、 水 泵 外 殼 、 水 封 等 組 成 。 AUDI水 泵 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 3.工 作 原 理 當(dāng) 葉 輪 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 水 泵 中 的 冷 卻 液 被 輪 葉 帶 動(dòng) 一 起 旋 轉(zhuǎn) ， 在 離 心力 作 用 下 ， 冷 卻 液 向 葉 輪 的 邊 緣 甩 出 ， 并 且 沿 切 線(xiàn) 方 向 從 出 水 管 處被 壓 送 到 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 水 套 內(nèi) 產(chǎn) 生 循 環(huán) 。 同 時(shí) ， 葉 輪 中 心 處 的 壓 力 下 降 ， 散 熱 器 中 的 冷 卻 液 經(jīng) 進(jìn) 水 管 吸入 到 葉 輪 中 心 。 水 泵 工 作 原 理 圖 六 、 風(fēng) 扇 1.功
14、 能 ： 增 加 通 過(guò) 散 熱 器 的 空 氣 量 ， 使 流 過(guò) 散 熱 器 的 冷 卻 液溫 度 迅 速 下 降 ， 提 高 冷 卻 效 果 。 2.構(gòu) 造 ： 目 前 轎 車(chē) 水 冷 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 廣 泛 采 用 螺 旋 漿 式 風(fēng) 扇 ， 其 葉片 多 用 塑 料 或 鋁 合 金 鑄 成 翼 形 斷 面 。 3.風(fēng) 扇 控 制 ： 由 裝 在 散 熱 器 一 側(cè) 的 熱 敏 開(kāi) 關(guān) 和 點(diǎn) 火 開(kāi) 關(guān) 控 制 。 風(fēng) 扇 控 制 原 理 ： （ 1） 當(dāng) 點(diǎn) 火 開(kāi) 關(guān) ON時(shí) ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 已 達(dá) 到 工 作 溫 度 ， 使 溫 度 開(kāi) 關(guān) 也 在ON位 置 時(shí) ， 繼 電 器 線(xiàn)
15、 圈 形 成 回 路 ， 從 而 建 立 磁 場(chǎng) ， 將 觸 點(diǎn) 閉 合 ， 大電 流 從 蓄 電 池 流 進(jìn) 風(fēng) 扇 馬 達(dá) ， 使 風(fēng) 扇 開(kāi) 始 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 加 強(qiáng) 冷 卻 。（ 2） 點(diǎn) 火 開(kāi) 關(guān) ON時(shí) ， 但 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 未 達(dá) 到 工 作 溫 度 ， 溫 度 開(kāi) 關(guān) 處 于 OFF位 置 ， 繼 電 器 線(xiàn) 圈 無(wú) 法 建 立 磁 場(chǎng) ， 故 風(fēng) 扇 馬 達(dá) 無(wú) 電 流 通 過(guò) 不 轉(zhuǎn) 。（ 3） 點(diǎn) 火 開(kāi) 關(guān) OFF時(shí) ， 不 管 溫 度 開(kāi) 關(guān) ON或 OFF， 因 無(wú) 電 源 供 應(yīng) ， 繼電 器 OFF， 風(fēng) 扇 馬 達(dá) 不 轉(zhuǎn) 。 風(fēng) 扇 控 制 圖 七 、 風(fēng) 扇
16、 離 合 器 1.功 能 根 據(jù) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 溫 度 自 動(dòng) 控 制 風(fēng) 扇 的 轉(zhuǎn) 速 ， 改 變 通 過(guò) 散 熱 器 的空 氣 量 ， 實(shí) 現(xiàn) 冷 卻 強(qiáng) 度 的 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 。 減 少 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 消 耗 ， 降 低 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 噪 聲 。 2.種 類(lèi) 硅 油 式 電 磁 式 機(jī) 械 式 3.硅 油 式 風(fēng) 扇 離 合 器 構(gòu) 造 主 動(dòng) 軸 、 水 泵 軸 主 動(dòng) 板 、 從 動(dòng) 板 前 蓋 、 殼 體 、 風(fēng) 扇工 作 室 、 進(jìn) 油 孔 、 閥 片 風(fēng) 扇 離 合 器 圖 4.工 作 過(guò) 程n 當(dāng) 流 進(jìn) 散 熱 器 的 空 氣 溫 度 升 高 時(shí) ， 雙 金 屬
17、熱 敏 彈 簧 受 熱 變形 ， 迫 使 閥 片 軸 相 對(duì) 于 從 動(dòng) 板 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 而 閥 片 與 閥 片 軸 固 定 在 一起 ， 從 而 帶 動(dòng) 閥 片 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 進(jìn) 油 孔 打 開(kāi) ， 硅 油 進(jìn) 入 到 工 作 室 。n 在 主 動(dòng) 板 和 從 動(dòng) 板 之 間 的 縫 隙 中 有 了 硅 油 后 ， 主 動(dòng) 板 利 用硅 油 的 粘 性 帶 動(dòng) 從 動(dòng) 板 和 風(fēng) 扇 一 起 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 風(fēng) 扇 離 合 器 處 于 接 合狀 態(tài) ， 風(fēng) 扇 轉(zhuǎn) 速 逐 漸 升 高 。 八 、 節(jié) 溫 器 1.功 能 節(jié) 溫 器 安 裝 在 水 套 出 水 口 處 ， 根 據(jù) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 工 作
18、 溫 度 ， 它 可 自 動(dòng) 控制 通 向 散 熱 器 和 水 泵 的 兩 個(gè) 冷 卻 水 通 路 ， 以 調(diào) 節(jié) 冷 卻 強(qiáng) 度 。2.結(jié) 構(gòu) 2021-7-28 第 31頁(yè) 節(jié) 溫 器 實(shí) 物 圖 3.節(jié) 溫 器 工 作 原 理 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 工 作 溫 度 低 （ 70 以 下 ） 時(shí) ， 節(jié) 溫 器 自 動(dòng) 關(guān) 閉 通 向 散 熱 器 的通 路 ， 而 開(kāi) 啟 通 向 水 泵 的 通 路 ， 從 水 套 流 出 的 冷 卻 水 直 接 通 過(guò) 軟 管 進(jìn) 入水 泵 ， 并 經(jīng) 水 泵 送 入 水 套 在 進(jìn) 行 循 環(huán) ， 由 于 冷 卻 水 不 經(jīng) 散 熱 器 散 熱 ， 可使 發(fā) 動(dòng)
19、 機(jī) 工 作 溫 度 迅 速 升 高 ， 此 循 環(huán) 路 線(xiàn) 稱(chēng) 為 小 循 環(huán) 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 工 作 溫 度 高 （ 80 以 上 ） 時(shí) ， 節(jié) 溫 器 自 動(dòng) 關(guān) 閉 通 向 水 泵 的 通路 ， 而 開(kāi) 啟 通 向 散 熱 器 的 通 路 ， 從 水 套 流 出 的 冷 卻 水 經(jīng) 散 熱 器 散 熱 后 再由 水 泵 送 入 水 套 ， 提 高 了 冷 卻 強(qiáng) 度 ， 以 防 止 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 過(guò) 熱 ， 此 循 環(huán) 路 線(xiàn) 稱(chēng) 為 大 循 環(huán) 。 2021-7-28 第 33頁(yè) 水 冷 卻 系 的 大 、 小 循 環(huán) (1)水 冷 卻 系 的 大 循 環(huán) ： 冷 卻 水 經(jīng) 水 泵 水 套 節(jié) 溫 器 散熱 器 ， 又 經(jīng) 水 泵 壓 入 水 套 的 循 環(huán) ， 其 水 流 路 線(xiàn) 長(zhǎng) ， 散 熱 強(qiáng) 度 大 ，稱(chēng) 水 冷 卻 系 的 大 循 環(huán) 。 (2)水 冷 卻 系 的 小 循 環(huán) ： 冷 卻 水 經(jīng) 水 泵 水 套 節(jié) 溫 器 后 不經(jīng) 散 熱 器 ， 而 直 接 由 水 泵 壓 入 水 套 的 循 環(huán) ， 其 水 流 路 線(xiàn) 短 ， 散熱 強(qiáng) 度 小 ， 稱(chēng) 水 冷 卻 系 的 小 循 環(huán) 。
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