汽车发动机之——第7章 发动机冷却系统
冷却系的工作原理
冷却系的工作原理冷却系统是车辆引擎中不可或缺的一部分，它的主要作用是保持引擎的温度在一个合适的范围内，以确保引擎能够高效运转。
冷却系统通常由水泵、散热器、风扇、水箱、冷却液和管道等部件组成。
下面我们来详细了解一下冷却系统的工作原理。
首先，冷却系统的工作原理是基于热传导和自然对流的物理原理。
当引擎运转时，会产生大量的热量，如果没有冷却系统来散发这些热量，引擎很快就会过热而损坏。
因此，冷却系统的主要任务就是将引擎产生的热量带走，保持引擎的温度在一个安全范围内。
其次，冷却系统的工作原理是通过循环冷却液来实现的。
冷却液首先通过水泵被抽送到引擎周围，吸收引擎产生的热量，然后流入散热器。
在散热器中，冷却液与外界空气进行热交换，将热量散发出去，然后再被泵送回到引擎周围，循环往复。
同时，风扇的作用是在慢速行驶或怠速状态下增加空气流动，增强散热效果。
另外，冷却系统的工作原理还涉及到了冷却液的特性。
冷却液通常是一种抗腐蚀、抗冻和抗沸腾的混合液体，它能够在不同温度下保持稳定的物理性质，以确保引擎在各种工况下都能得到有效的冷却。
最后，冷却系统的工作原理也需要注意保持系统的密封性。
冷却系统中的管道、连接件和密封圈都需要保持完好，以防止冷却液泄漏，影响冷却效果。
同时，冷却系统的冷却液需要定期更换，以保持其良好的冷却性能。
总的来说，冷却系统的工作原理是通过循环冷却液、热交换和保持密封性来实现的。
只有当这些方面都得到有效的保障，冷却系统才能够正常工作，确保引擎的正常运转。
因此，对于车辆的冷却系统，我们需要定期检查和维护，以确保其能够始终保持良好的工作状态。
发动机冷却系统的功能及类型
发动机冷却系统的功能及类型
发动机冷却系统的主要功能是保持发动机运转过程中的温度稳定。
冷却系统通过将热量从发动机中转移出去，防止发动机过热，从而保护发动机组件的正常工作。
发动机冷却系统主要有以下几种类型：
1. 水冷系统：水冷系统通过循环流动的冷却液（通常为水）来吸收发动机产生的热量，并通过散热器将其释放到外界。
这种系统具有较高的冷却效率和稳定性，广泛应用于现代汽车。
2. 气冷系统：气冷系统通过直接将冷却空气引入发动机附近，利用空气的流动来散热。
这种系统结构简单，不需要冷却液，但在高负载工况下冷却效果较差，因此常用于较小的发动机或特殊用途的发动机。
3. 涡轮增压冷却系统：涡轮增压系统中的涡轮增压器会产生较高的温度，需要通过冷却系统来降低其温度，以保持其正常运转。
这种系统通常通过在压气机进气端或中冷器位置引入冷却液进行冷却。
4. 机械风扇冷却系统：机械风扇冷却系统主要用于低速或停车状态下的冷却。
通过发动机带动的风扇产生强制对流，帮助散热器更好地散热。
以上是常见的发动机冷却系统类型，不同类型的冷却系统在不同的工况下可以提供适宜的冷却效果，确保发动机的正常工作。
《汽车构造》全书教案——第七讲：发动机冷却系
汽车构造教案本田轿车发动机的冷却系统布置，如图7- 3 所示。
2.水冷系主要零部件1.膨胀水箱膨胀水箱，其上部是一个较细的软管与水箱的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水管相连接，通常为至少高于散热器。
膨胀水箱多半透明材料〔如塑料〕制成。
透过箱体可以直接方便的观察到液面的高度，无需翻开散热器盖。
膨胀水箱的作用是把冷却系统变成永久封闭系统，减少了冷却液的损失，防止空气不断地进入，该系统内造成氧化、穴蚀、使冷却系中水、气别离，保持系统内压力稳定，提高水泵的泵水量。
2.散热器散热器用导热性好的材料制成，散热器主要是由上贮水室1、下贮水室5和散热器芯(包括冷却管和散热带)组成。
上贮水室、下贮水室由散热器芯连接一起，并装在框架内(框架固定在车架上)。
框架上还设有护风圈，其目的是起到风向导流作用的。
下水箱的出水管1接水泵的进水口，上水箱的进水管2接缸盖的出水口。
上水箱上设有加水口6，并用加水口盖封闭。
在下贮水室中一般还装有放水阀。
散热器芯的构造型式有管片式、管带式等,但其最终目的就是尽可能提高散热能力。
管片式散热器由许多冷却管和散热片组成。
冷却管是焊接在上、下贮水室之间的直管，是冷却液的通道。
当空气吹过冷却管的外外表时，从而使管内流动的冷却液得到冷却。
冷却管大多采用扁圆形断面，因为扁管与圆管相比，在容积相同的情况下具有较大的散热面积；当管内的水冻结膨胀时，扁管可以借其横断面变形而免于破裂。
为了进一步提高散热效果，在冷却管外面横向套装了很多金属薄片(散热片)来增加散热面积，同时增加了整个散热器的刚度和强度。
如图7-6所示。
管带式散热器，其中散热带与冷却管相间排列。
散热带呈波纹状，为了提高散热能力，在散热带上一般开有形似百叶窗的缝孔，用来破坏空气流在散热带外表上附面层，从而提高散热能力。
这种散热器芯与管片式相比，具有散热能力较强，制造工艺简单，质量小，本钱低等优点，但结构刚度不如管片式好，一般在使用条件较好的轿车上得到广泛采用。
发动机冷却系统工作原理
发动机冷却系统工作原理
发动机冷却系统是保持发动机工作温度在适宜范围内的关键装置。
它通过循环冷却液来吸热和散热，以防止发动机过热并保护发动机的寿命。
发动机冷却系统的工作原理如下：
1. 冷却液循环：冷却液通过发动机内部的冷却水道循环。
发动机内部有一系列通道和管道，冷却液从发动机底部进入，通过散热器和水泵的帮助，再次流回发动机上部，形成闭合循环。
2. 吸热：当发动机运转时，燃烧室内产生大量热量。
发动机冷却液经过散热器，与冷却风或外界空气进行热交换。
冷却液吸收发动机排放出的热量，使发动机温度降低。
3. 散热：冷却液流经散热器后，传递给外界空气或通过风扇进行风冷。
散热器内部有许多狭长的管道，增加散热面积以增强散热效果。
热量被散热器带走后，冷却液重新循环以吸热。
4. 压力控制：发动机冷却系统中的冷却液被保持在一定的压力下。
这有助于提高沸点，提供更高的沸腾点，以维持冷却系统的稳定性。
冷却液会通过通风孔或冷却液蒸汽压力阀释放多余热量，保持系统的稳定工作状态。
发动机冷却系统的设计和工作原理可以根据不同类型的发动机和使用条件有所不同，但目标始终是确保发动机的温度处于安全且可控制的范围内。
冷却系统
3.补偿水桶
作用：当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流入补偿容器；而 当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，可使冷却液 不会溢失。当水冷系中有空气泡或蒸气泡时，都会使冷却液 降低传热效果，尤其当水冷系中有空气时，还会增加金属的 腐蚀，所以补偿水桶的另一个作用是可以消除水冷系中的所 有气泡。
Байду номын сангаас
4.冷却风扇
2）大循环
冷却液大循环路线图
1—旁通软管； 2—汽缸盖水套； 3—水泵； 4—节温器； 5—冷却风扇；6—散热器
3）取暖循环
7.2.2 水冷系的主要部件
1.散热器
作用：将高温冷却液的热量传递给空气，使冷却液温度降低。
1）类型与组成
按散热器中冷却液流动方向的不同，可将其分为纵流式 和横流式。
2）散热器芯
2.风冷系
风冷系以空气为冷却介质，利用汽车行驶时的高速空气流，将高 温零件表面的热量吹散到大气当中去。 风冷系的汽车发动机一般采用由传热性能较好的铝合金铸成的汽 缸和汽缸盖，为了增大散热面积，各汽缸一般都分开制造，并且在 汽缸和汽缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积。 为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀，有的发动机上装有导 流罩及分流板等部件。
支架
推杆 弹簧 节温器壳体
主阀门 石蜡 胶管 副阀门
膨胀筒式节温器
膨胀筒式节温器是由具有弹性的、折叠式的密闭圆筒（用黄铜制 成），内装有易于挥发的乙醚。主阀门和侧阀门随膨胀筒上端一起 上下移动。膨胀筒内液体的蒸气压力随着周围温度的变化而变化， 故圆筒高度也随温度而变化。
膨胀筒式节温器
当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80℃，冷却水应全部流经散热器 ，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭；当 冷却水温低于70℃时，膨胀筒内的蒸汽压力很小，使圆筒收缩到最小高度。主阀 门压在阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了由发动机水套通向 散热器的水路，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入 发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从 而防止发动机过冷，并使发动机迅速而均匀地热起来；当发动机的冷却水温在70 ～80℃范围内，主阀门和侧阀门处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而 另一部分水进行小循环。
汽车发动机冷却系统课件
冷却系统的制造工艺
01
02
03
传统制造工艺
详细介绍了汽车发动机冷 却系统的传统制造工艺如 铸造、锻造、焊接等。
先进制造技术应用
探讨了先进制造技术在汽 车发动机冷却系统中的应 用，如3D打印、激光焊接 等。
质量控制与检验
阐述了在制造过程中如何 进行质量控制和检验，以 确保产品的质量和性能。
集成化冷却系统的发 展趋势
目前，集成化冷却系统已经得到了广 泛应用，如奥迪、宝马、奔驰等豪华 品牌的部分车型已经采用了集成化冷 却系统。未来，随着技术的不断进步 和应用范围的扩大，集成化冷却系统 的发展前景将更加广阔。
06
附录与参考文献
相关数据表格与图表
表格1
汽车发动机冷却系统主要部件参数表
表格2
循环泵控制系统
根据发动机温度和负载控制水泵的转速
03
冷却系统的设计与优化
冷却系统的结构设计
冷却系统零部件的选型与设计
01
详细描述了汽车发动机冷却系统中各零部件如散热器、水泵、
风扇等的设计原则和选型依据。
冷却循环路径与流体动力学分析
02
对冷却系统中冷却液的循环路径和流体动力学性能进行了详细
的分析和设计。
随着技术的发展，现代汽车冷却系统逐渐采用更加高效的空 气冷却方式，即通过风扇和散热器等部件将发动机的热量传 导到外部空气中。这种冷却方式散热效率高，但结构复杂、 成本较高。
冷却系统的分类与组成
冷却系统的分类
汽车冷却系统按照散热介质的不同可以分为水冷系统和风冷系统两大类。水冷 系统采用冷却液作为散热介质，风冷系统采用空气作为散热介质。
汽车发动机-冷却系统(二) 高清图解
你可能会担心储液罐会 不会被撑爆，要知道， 扣在储液罐头顶上的那 个盖也不简单，在它的 中心位置有个泄压阀， 如果压力超出标准值， 泄压阀会率先被撑开， 以保证各个部件的安全。
节温器
节温器是控制冷却液流 动路径的阀门。是一种自动 调温装置，通常含有感温组 件，借着热胀或冷缩来开启、 关闭气体或液体的流动，还 有直接电控的节温器。
值得一提的是，当冷却液因渗漏等原因出现亏损时，
有些车主为了图省事或者应急，直接向储液罐里兑水， 这是不提倡的行为，因为被稀释后的冷却液的沸 点和冰点都会大大降低，所以，在条件允许的情况下，
尽量填加原装冷却液，当然，漏水还是要尽快检修才妥当。
首先，储液罐本身具有一定的韧性，在现有配件目录上， 这个配件被称为膨胀罐，也就是说，当系统内积聚了一定的 压力时，储液罐通过自身的膨胀可起到减缓压力的作用。
当发动机达到最佳工作 状态时（水温在90℃ 左右），石蜡会溶化成 液体，在由固态向液态 转变的过程中，石蜡的 体积也会发生变化，正 是利用此物理特性，得 以实现节温器对整个冷 却系统的把控。
传统的节温器依靠石蜡在不同温度下的状态变化来控制阀门 的开闭。在水温不高时，石蜡处于固态，阀门在弹簧的作用 下使散热器被暂时剥离发动机冷却系统。
电控节温器
相比于石蜡型节温器，电控节温器从结构上来看，它 会更稳定些，而且在控制上也会更加的灵活。
其实无论节温器的类型是什么样，它们都是为了
实现冷却系统在循环方式间的相互切换， 实现温度控制，以使发动机在最适宜的温度 下运行。
水温传感器
水温传感器是发动机电脑重要的信号来源，它也随 着发动机技术的发展进化着。
顾名思义，水温传感器的作用是检测发动机水 温的变化，当然，它还要把这一重要信息传递给发 动机电脑（ECU） ，随着发动机控制技术的发展也
简述发动机冷却系统设计及散热量的计算
作者简介:张 杰(1972-),男,黑龙江五常人,助理工程师,主要从事发动机设计工作。
收稿日期:2003-12-28简述发动机冷却系统设计及散热量的计算张 杰(柳州五菱汽车有限责任公司柳州机械厂,广西柳州 545005)摘要:通过介绍内燃机冷却系统,分析不同系统的优缺点,以便于设计人员选择。
了解散热量的计算,掌握设计、选用水泵、散热器和风扇等冷却系统的主要部件。
关键词:内燃机;冷却系统;散热量中图分类号:T K 4 文献标识码:B 文章编号:1672-545X (2004)02-0021-04前言 作为汽车动力的核心,汽车发动机性能的好坏,将直接影响汽车的性能。
内燃机运转时,与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热,如不加以适当的冷却,会使内燃机过热,充气系数下降,燃烧不正常(爆燃、早燃等),机油变质和烧损,零件的摩擦和磨损加剧,引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。
但是,如果冷却过强,汽油机混合气形成不良,机油被燃油稀释,柴油机工作粗暴,散热损失和摩擦损失增加,零件的磨损加剧,也会使内燃机工作变坏。
因此,选择适当的冷却型式和冷却介质也成为设计发动机的关键。
1 冷却介质 内燃机的发明人奥托(O tto )就是采用水作为冷却气缸的介质。
水具有良好的热容量(比热大),与壁面之间的换热系数较高,而且一般说来,也是比较便宜和随手可得的,这也就是水冷方式目前得到广泛应用的原因。
但水冷方式也存在一些缺点,因为不是任何一种水都适用于作冷却剂,而且至少在运输车辆上常常无法带有足够的水量来实现完全的水冷,为此,冷却本身还要通过空气—水热变换器(冷却水箱)再进行冷却。
这样,就自然联想到可以直接使用空气来作为冷却介质。
但由于空气与壁面的热交换系数较小,必须加大内燃机上的冷却面积才能保证有效的冷却,这当然要在结构设计上付出一定的代价。
利用高温介质如乙二醇(沸腾温度180℃)来代替水作为冷却介质,但由于乙二醇与水相比有比热小、导热系数低和粘度高等一系列缺点,因而其散热效果也不及水冷却系,所以这种冷却形式在目前一般用途的内燃机中已不再使用。
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系统
优缺点比较
适用范围
水冷系
冷却强度大，易调节， 广泛用于汽车
便于冬季启动
发动机
风冷系
冷却效果差，噪音大， 仅用于小排量及
功耗大
军车发动机
一、水冷系的组成
§7.2 水冷系统
水冷系由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。
冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环(水温 高于80℃ )，另一条为小循环(水温低于70℃) 。
进行。
当水温高于378K时，主阀全开，副阀关— 大循环。
3.节温器的布置
四、水泵 作用：对冷却水
加压，使之在冷却系 中循环流动。
汽车上广泛使用 离心式水泵。它具有结 构紧凑、泵水量大及因 故障而停止工作时，不 妨碍水在冷却系内部自 然循环等优点。
离心式水泵工作原理
当叶轮旋转时，水泵中的水 被叶轮带动一起旋转，在离心力作 用下，水被甩向叶轮边缘，然后经 外壳上与叶轮成切线方向的出水管 压送到发动机水套内。与此同时， 叶轮中心处的压力降低，散热器中 的水便经进水管被吸进叶轮中心部 分。
可调节支架
风扇的驱动V带张紧装置
2.硅油风扇离合器 （1）硅油风扇离合器结构
（2）硅油风扇离合器的工作原理
3.电动风扇
电动机的 开关由散热器的水 温开关控制，并且 有高低速两个档位， 低速档在沸点内使 用，高速档在沸点 外使用，需要冷却 时自动起作用。
三、节温器
1. 功用：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，从
而控制通过散热器冷却水的流量。 安装位置：节温器装在冷却水循环的通路中，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，以达到调节冷却系的冷却强度。 节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。
2.蜡式节温器的结构和工作原理
大 循 环
小 循 环
当水温低于358K时，主阀关，副阀开— 小循环。 当水温高于358K时低于378K时，主阀渐开，副阀渐关— 大小循环同时
发动机过热，充气量减少燃烧不正常， 发动功率下降润滑不良，加剧磨损。
四、正常冷却时的发动机温度
系统
温度范围
水冷系 气缸盖内冷却水温度在353K～363K,
气缸壁的温度不超过470K～550K。
风冷系
气缸盖和气缸壁的允许温度分别为 423K～453K和433K～473K.
五、水冷系与风冷系的优缺点及适用范围
常用散热器芯的结构型式
由若干扁形 或圆形冷却
管组成。
由若干扁平 冷却管组成
2.散热器盖
汽车上广泛采用闭式水冷系，该水冷系的散热器盖具有真空阀、压力阀，
可自动调节冷却系内部压力，提高冷却效果。
散热器盖 真空阀弹簧
真空阀
压力阀弹簧 压力阀
当散热器内 部压力达到 126～137Kpa 时，压力阀
开启
三、冷却水和防冻液
1、冷却水
汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水，如雨水，自来水等；而 井水、河水等硬水中含有矿物质，在高温下易生成水垢，不能作为发动机冷却 水。
2、防冻液
功用：为防止在冬季寒冷地区，因冷却水结冰而发生散热器、气缸体、
气缸盖变形或胀裂的现象，在冷却水中加入一定量的防冻液以达到降低冰点、 提高沸点的目的。
感温器 制动空气压缩机
百叶窗
空气滤清器 杠杆
空气缸
调整杆 调整螺母
二、冷却风扇
1.功用：风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴。用来提高流经散热器
的空气流速和风量，增强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定 的冷却作用。
特点：车用发动机的风扇轴流式 和离心式。轴流式风扇所产生的风，其 流向与风扇轴平行；离心式风扇所产生 的风，其流向为径向。轴流式风扇效率 高，风量大，结构简单，布置方便。因 而在车用发动机上得到了广泛的应用。
冷却系内部 的真空度低 于10～20Kpa 时，真空阀
打开
• 3.补偿水桶
• 作用：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。
4.散热器百叶窗
作用：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。
ห้องสมุดไป่ตู้
散热器
一、工作机理：
§7.3
利用高速空气流直接
吹过气缸盖和气缸体的外表面，
把从气缸内部传出的热量散发
到大气中去，以保证发动机在
最有利的温度范围内工作。
结构
发动机气缸和气缸盖 采用传热较好的铝合金铸成， 结构简单、重量轻、故障少， 无需特殊保养，但是由于材料 质量要求高，冷却不够均匀， 工作噪音大等缺点，目前在汽 车上很少使用。
汽车构造
第7章 发动机冷却系统
§7.1 冷却系统的功用及组成
一、冷却系功用 使发动机得到适度的冷却，并保持其在最适宜地温度范围 内工作。
二、冷却系的分类
水冷 风冷
三、不正常冷却对发动机的影响
冷却程度
后果
过冷
热量散失过多，增加燃油消耗，冷凝 在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释 润滑油，磨损加剧。
不足
车用发动机采用轴流式风扇的三种型式
结构特点：叶片多用薄钢板压制而成，为4～6片，叶片间夹角一般不相 等。叶片与其旋转平面成30°～45 °的安装斜角。整体风扇在轿车和轻型载货 汽车上应用较多。近年来轿车上还采用了电动风扇。
圆弧
形叶
片
翼
型
叶
片
叶片断面形状
风扇常和发 动机一起由曲 轴带轮通过V带 驱动。为调节V 带的张紧程度， 通常将发电机 的支架做成可 调节的。
风冷系
二、冷却系统的布置及冷却风扇
冷却系
作用
大、小循环
小
水冷系
主要部件
散热器 水泵
风冷系
节温器 与水冷系的区别
结
变速器机油冷却器
采用的原因
感谢下 载
二、水冷系统主要部件的构造
（一）、散热器
1.散热器及散热器
上水室
组成：上水室、散热器芯和下 水室等。
安装在发动机前的车 架横梁上。
作用：将冷却水在水套中所吸 收的热量散发至外界大气，使 水温下降。
下水室
散热器盖
进水管安装 处
出水口 散热器芯
•
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。