1、 定义

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。

发动机工作时,气缸内的气体温度可高达1727~2527℃,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。

2、 工作原理

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,温度控制阀开启的程度就越大,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带动的,水泵则是由引擎的运转所驱动,所以当引擎转速越高,水泵的运转效率也越高。

图 18 冷却系统小循环

图 19 冷却系统大循环

3、 系统构成

在整个冷却系统中,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)。

图 20 冷却系统构成

4、 零部件介绍

(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

节温器是根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量,改变水的循环范围,以调节冷却系的散热能力,保证发动机在合适的温度范围内工作。节温器必须保持良好的技术状态,否则会严重影响发动机的正常工作。如节温器主阀门开启过迟,就会引起发动机过热;主阀门开启过早,则使发动机预热时间延长,使发动机温度过低。

图 21 节温器

目前节温器的结构主要是蜡式节温器,当冷却温度低于规定值时,节温器感温体内的精致石蜡呈固态,节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器之间的通道,冷却液经水泵返回发动机,进行发动机内小循环。当冷却液温度达到规定值后,石蜡开始融化逐渐变为液体,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,推杆对阀门有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。节温器大多数布置在汽缸盖出水管路中,这样的优点是结构简单,容易排出冷却系统中的气泡;缺点是节温器在工作时经常开闭,产生振荡现象。

(3)水泵

水泵是冷却系统的重要零部件,通过对冷却液进行加压,使冷却液循环流动加速热量的散发。燃油车上主冷却泵主要使用机械水泵,很多车型的涡轮增压冷却使用电子水泵;混合动力汽车和新能源车上以电子水泵为主。

图 22 机械水泵

图 23 电子水泵

(4)散热器

散热器利用循环水在内部的冷却起散热作用。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。

图 24 散热器

(5)散热风扇

散热风扇安装在散热器后方,作用是将高温的冷却液所散发出的热量吹走。新能源车和混合动力汽车主要使用电子散热风扇,燃油车上也大量普及。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。

图 25 散热风扇

(6)水温感应器

汽车水温感应器安装在发动机缸体或缸盖的水套上,与冷却液直接接触,用于测量发动机的冷却液温度。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。

(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,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。