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汽车发动机冷却系统作用、组成及工作原理

汽车发动机冷却系统是发动机六大系统之一,其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。

汽车发动机冷却系统的作用

在汽车上建立冷却系统的目的是要使发动机保持在适当的温度下工作。

发动机燃烧室内混合气燃烧后会产生高温高压的燃气(约为800—2000℃)。所以必须对气缸加以冷却,否则其中的运动件受热膨胀而破坏了正常间隙、机械强度降低而损坏、润滑失效而卡死。

如果冷却过度也会造成气缸充气量减少、燃烧不正常、功率下降、油耗增加及润滑不良等影响。

发动机工作时,气缸内的气体温度可高达1727~2527C,若不及时冷却,将造成发动机零部件温度过高,尤其是直接与高温气体接触的零件,会因受热膨胀影响正常的配合间隙,导致运动件受阻甚至卡死。此外,高温还会造成发动机零部件的机械强度下降,使润滑油失去作用等。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。

汽车发动机冷却系统的组成

在整个汽车发动机冷却系统中,冷却介质是冷却液,主要零部件有节温器、水泵、水泵皮带、散热器、散热风扇、水温感应器、蓄液罐、采暖装置(类似散热器)。

1)冷却液

冷却液又称防冻液,是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。它需要具有防冻性,防蚀性,热传导性和不变质的性能。现在经常使用乙二醇为主要成分,加有防腐蚀添加及水的防冻液。冷却液用水最好是软水,可防止发动机水套产生水垢,造成传热受阻,发动机过热。在水中加入防冻剂同时提高了冷却液的沸点,可起到防止冷却液过早沸腾的附加作用。另外,冷却液中还含有泡沫抑制剂,可以抑制空气在水泵叶轮搅动下产生泡沫,妨碍水套壁散热。

2)节温器

从介绍冷却循环时,可以看出节温器是决定走“冷车循环”,还是“正常循环”的。节温器在80℃后开启,95℃时开度最大。节温器不能关闭,会使循环从开始就进入“正常循环”,这样就造成发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。节温器不能开启或开启不灵活,会使冷却液无法经过散热器循环,造成温度过高,或时高时正常。如果因节温器不能开启而引起过热时,散热器上下两水管的温度和压力会有所不同。

3)水泵

水泵的作用是对冷却液加压,保证其在冷却系中循环流动。水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液,轴承毛病使转动不正常或出声。在出现发动机过热现象时,最先应该注意的是水泵皮带,检查皮带是否断裂或松动。

4)散热器

发动机工作时,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。散热器上还有一个重要的小零件,就是散热器盖,这小零件很容易被忽略。随着温度变化,冷却液会“热胀冷缩”,散热器器因冷却液的膨胀而内压增大,内压到一定时,散热器盖开启,冷却液流到蓄液罐;当温度降低,冷却液回流入散热器。如果蓄液罐中的冷却液不见减少,散热器液面却有降低,那么,散热器盖就没有工作!

5)散热风扇

正常行驶中,高速气流已足以散热,风扇一般不会在这时候工作;但在慢速和原地运行时,风扇就可能转动来助散热器散热。风扇的起动由水温感应器控制。

6)水温感应器

水温感应器其实是一个温度开关,当发动机进水温度超出90℃以上,水温感应器将接通风扇电路。如果循环正常,而温度升高时,风扇不转,水温感应器和风扇本身就需要检查。

7)蓄液罐

蓄液罐的作用是补充冷却液和缓冲“热胀冷缩”的变化,所以不要加液过满。如果蓄液罐完全用空,就不能仅仅在罐中加液,需要开启散热器盖检查液面并添加冷却液,不然蓄液罐就失去功用。

8)采暖装置

采暖装置在车内,一般不太出问题。从循环介绍可以看出,此循环不受节温器控制,所以冷车时打开暖气,这个循环是会对发动机的升温有稍延后的影响,但影响实在不大,不用为了让发动机升温而使人冻着。也正因为这循环的特点,在发动机出现过热的紧急情况下,打开车窗,暖气开到最大,对发动机的降温会有一定的帮助。

汽车发动机冷却系统工作原理

汽车发动机是怎么进行冷却的呢?

汽车启动后,由皮带驱动的水泵是对冷却液进行加压,保证冷却液可以在发动机的水套中快速循环流动。在汽车行驶中通过撞风原理将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。冷却后的冷却液再次引入到水套中。周而复始,实现对发动机的冷却。

在水冷引擎的冷却循环中,可分为“小循环”与“大循环”。小循环是指冷却水仅在引擎内循环,而大循环则是冷却水在引擎与热交换器 (水箱) 间循环。引擎在冷车时温度低,此时少量的冷却水在引擎内作小循环,使引擎能迅速达到工作温度;一旦引擎达到工作温度,控制大、小循环转换的温度控制阀 (俗称水龟) 则会开启,让冷却水能流至水箱内让空气将热带走,引擎温度越高,水龟开启的程度就越大,冷却水的流量也越大,好带走更多的热量。冷却水的循环是靠水泵浦带动的,水泵浦则是由引擎的运转所驱动,所以当引擎转速越高,水泵浦的运转效率也越高。

当发动机运转时,水泵随之旋转,提高了冷却液的压力,促使冷却液强制循环。循环的冷却液带走了发动机缸体、缸套、缸盖等零件的热量;当冷却液温度未达到节温器的打开温度时,冷却液将通过水循环管,直接从水泵重新进入缸体,由于冷却液避免了不必要的冷却,温度将迅速上升。当冷却液温度达到节温器打开温度,节温器阀门关闭了小循环管的旁通水路,冷却液将穿过节温器流入散热器上水室,热水经风扇吸过的空气流的强制冷却,散失一部分热量。温度已经下降的冷却液,留到散热器下水室,经水泵在泵入缸体重新参加冷却循环。 当打开车上暖风装置时,在冷却系统压力的作用下,部分热水从缸盖上的出水铜管引出,进入暖风散热器,在暖风机风扇的作用下,流经暖风机散热器水芯的冷却液所带的热量,被暖风机风扇吹出的风带走,热风经过送风管吹到风窗进行除霜或从风门吹出供驾驶室取暖。由暖风机散热器冷却过的冷却液,经出水管返回水泵进水管,重新参加循环。 如果这些管道当中液体的流动很平稳,则只会直接冷却与管道接触的液体。从管道中流动的液体传导至管道热量的多少取决于管道和接触管道的液体之间的温度不同。因此,如果与管道接触的液体得到快速冷却,那么传输的热量会比较少。通过在管道内制造湍流,混合所有液体,将与管道接触的液体保持高温以吸收更多热量,从而使管道内的全部液体得到有效地利用。

结语

现代汽车发动机冷却系统设计(汽车发动机保养)要综合考虑下面的因素:发动机内部的摩擦损失;冷却系统水泵的功率;燃烧边界条件,如燃烧室温度、充量密度、充量温度等。了解汽车发动机冷却系统工作原理,统筹考虑每项影响因素,有助于设计性能更加优良的汽车发动机冷却系统。