發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)基本知識

1、1 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)基本知識發(fā)一院動力總成開發(fā)部會議室2 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院什么叫冷卻系？什么叫冷卻系？ 內(nèi)燃機(jī)是將燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，在內(nèi)燃機(jī)不斷地工作過程中，其火焰溫度達(dá)2000 以上，為保證機(jī)械連續(xù)有效地工作，必須對相應(yīng)部件采取冷卻措施，尤其是其氣缸周圍更為重要。對發(fā)動機(jī)進(jìn)行冷卻必須由一系列零、部件協(xié)調(diào)工作來完成，其通常稱為冷卻系。3 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院 發(fā)動機(jī)過熱或過冷的危害發(fā)動機(jī)過熱或過冷的危害1.1.發(fā)動機(jī)過熱的危害發(fā)動機(jī)過熱的危害 1)降低

2、充氣效率，使發(fā)動機(jī)功率下降； 2)早燃和爆燃的傾向加大，使零件因承受額外沖擊性負(fù)荷而造成早期損壞； 3)運動件的正常間隙（熱脹冷縮）被破壞，運動阻滯，磨損加劇，甚至損壞； 4)潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦磨損； 5)零件的機(jī)械性能降低，導(dǎo)致變形或損壞。充氣效率：是指每一個進(jìn)氣行程所吸入的空氣質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（充氣效率：是指每一個進(jìn)氣行程所吸入的空氣質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（1個大個大氣壓、氣壓、20、密度為、密度為1.187kg/m2）占有氣缸活塞行程容積的干燥空）占有氣缸活塞行程容積的干燥空氣質(zhì)量的比值。氣質(zhì)量的比值。4 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院2.2.發(fā)動機(jī)過冷的

3、危害發(fā)動機(jī)過冷的危害 1)進(jìn)入氣缸的混合氣(或空氣)溫度太低，可燃混合氣品質(zhì)差（霧化差），使點火困難或燃燒遲緩，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率下降，燃料消耗量增加（熱量流失過多，燃油凝結(jié)流進(jìn)曲軸箱）。 2)燃燒生成物中的水蒸汽易凝結(jié)成水而與酸性氣體形成酸類，加重了對機(jī)體和零件的侵蝕作用； 3)未汽化的燃料沖刷和稀釋零件表面(氣缸壁、活塞、活塞環(huán)等)上的油膜，使零件磨損加劇。 4)潤滑油黏度增大，流動性差，造成潤滑不良，加劇機(jī)件磨損，增大功率消耗 。5 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院根據(jù)所用冷卻介質(zhì)不同，可分為水冷式和風(fēng)冷式。 1.水冷式以水為冷卻介質(zhì)，熱量先由機(jī)件傳給水，靠水的流動把

4、熱量帶走而后散入大氣中。散熱后的水再重新流回到受熱機(jī)件處。適當(dāng)調(diào)節(jié)水路和冷卻強(qiáng)度，就能保持發(fā)動機(jī)的正常工作溫度。同時，還可用熱水預(yù)熱發(fā)動機(jī)，便于冬季起動。 2.風(fēng)冷式高溫零件的熱量直接散入大氣。 目前轎車大多數(shù)采用的是水冷式。發(fā)動機(jī)的冷卻方式發(fā)動機(jī)的冷卻方式6 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院水冷式冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)水冷式冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)水泵：對冷卻水加壓，加速冷卻水的循環(huán)流動，保證冷卻可靠。散熱器：增大散熱面積，加速水的冷卻。風(fēng)扇：提高通過散熱器芯的空氣流速，增加散熱效果。節(jié)溫器：保證發(fā)動機(jī)工作溫度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)， 防止發(fā)動機(jī)過冷或過熱。膨脹箱：冷卻液補(bǔ)償和壓力調(diào)節(jié)的作

5、用。暖風(fēng)、發(fā)動機(jī)水套、冷卻水管等7 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院水冷式冷卻系統(tǒng)的布置示意圖：水冷式冷卻系統(tǒng)的布置示意圖：8 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院冷卻系統(tǒng)的工作原理冷卻系統(tǒng)的工作原理 發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)是強(qiáng)制循環(huán)水冷系，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在發(fā)動機(jī)中循環(huán)流動。冷卻系統(tǒng)分大循環(huán)和小循環(huán)。節(jié)溫器閥門開啟的溫度一般在87左右，全開溫度在102左右。在節(jié)溫器閥門開啟之前，冷卻系統(tǒng)進(jìn)行的是小循環(huán)，此時的大循環(huán)是關(guān)閉的，隨著溫度上升，節(jié)溫器閥門逐漸開啟，小循環(huán)逐步關(guān)閉，大循環(huán)開始工作。冷卻液經(jīng)過散熱器后，溫度降低6左右。 9 F

6、EERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院冷卻系統(tǒng)的作用冷卻系統(tǒng)的作用n 保持發(fā)動機(jī)在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。 n 發(fā)動機(jī)工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達(dá)2200K2800K(19272527)，大約1/3做功轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，其余大部分隨廢氣排出，其余（部分）則被發(fā)動機(jī)零件吸收，使發(fā)動機(jī)零部件溫度升高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件，若不及時冷卻，則難以保證發(fā)動機(jī)正常工作。n 保證發(fā)動機(jī)在所有工況下在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。既要防止發(fā)動機(jī)夏天過熱，又要防止發(fā)動機(jī)冬季過冷。在冷啟動時還要保證發(fā)動機(jī)能迅速升溫，盡快達(dá)到正常的工作溫度。 10 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一

7、院發(fā)動機(jī)工程研究一院水冷發(fā)動機(jī)的正常工作溫度水冷發(fā)動機(jī)的正常工作溫度 水冷式發(fā)動機(jī)保持正常工作，其冷卻水的溫度應(yīng)在353K363K(8090)之間。此時，氣缸壁溫度不超過473K573K(200300)；氣缸蓋、活塞頂部的溫度不超過573K673K(300400)。11 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院冷卻系統(tǒng)試驗項目：冷卻系統(tǒng)試驗項目：發(fā)動機(jī)加注特性發(fā)動機(jī)節(jié)溫器特性發(fā)動機(jī)缸壁溫度測量熱平衡試驗發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)壓力分布試驗發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)壓力建立/急停沸騰試驗流量試驗發(fā)動機(jī)氣蝕試驗12 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院加注特性試驗加注特性試驗主要看加注

8、冷卻液的速度以及能否順利加滿冷卻液，要保證發(fā)動機(jī)冷卻主要看加注冷卻液的速度以及能否順利加滿冷卻液，要保證發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)中的空氣充分排出。系統(tǒng)中的空氣充分排出。13 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)節(jié)溫器特性試驗發(fā)動機(jī)節(jié)溫器特性試驗當(dāng)節(jié)溫器前水溫達(dá)到節(jié)溫器開啟溫度時，節(jié)溫器開始打開，冷卻液大循環(huán)開當(dāng)節(jié)溫器前水溫達(dá)到節(jié)溫器開啟溫度時，節(jié)溫器開始打開，冷卻液大循環(huán)開始工作，使冷熱液體混合，致使節(jié)溫器前溫度下降到低于節(jié)溫器開啟溫度，始工作，使冷熱液體混合，致使節(jié)溫器前溫度下降到低于節(jié)溫器開啟溫度，節(jié)溫器關(guān)閉，然后反復(fù)多次，最終使得整個冷卻系統(tǒng)的溫度超過節(jié)溫器開啟節(jié)溫器關(guān)閉

9、，然后反復(fù)多次，最終使得整個冷卻系統(tǒng)的溫度超過節(jié)溫器開啟溫度，節(jié)溫器開啟并逐漸達(dá)到最大升程，冷卻系統(tǒng)大循環(huán)趨于穩(wěn)定，冷卻液溫度，節(jié)溫器開啟并逐漸達(dá)到最大升程，冷卻系統(tǒng)大循環(huán)趨于穩(wěn)定，冷卻液流量也趨于穩(wěn)定。流量也趨于穩(wěn)定。14 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)缸壁溫度測量發(fā)動機(jī)缸壁溫度測量1-21-2缸間缸壁溫度缸間缸壁溫度 2-32-3缸間缸壁溫度缸間缸壁溫度 3-43-4缸間缸壁溫度缸間缸壁溫度15 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院熱平衡試驗熱平衡試驗一般有效功率分布應(yīng)在25%40%。16 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程

10、研究一院發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)壓力分布試驗發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)壓力分布試驗泵后壓力節(jié)溫器前壓力散熱器前壓力散熱器后壓力膨脹箱壓力泵后壓力節(jié)溫器前壓力散熱器前壓力散熱器后壓力膨脹箱壓力泵前壓力泵前壓力17 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)壓力建立發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)壓力建立/ /急停沸騰試驗急停沸騰試驗發(fā)動機(jī)急停以后，水泵轉(zhuǎn)速降為零，冷卻液不再循環(huán)，而發(fā)動機(jī)燃燒室發(fā)動機(jī)急停以后，水泵轉(zhuǎn)速降為零，冷卻液不再循環(huán)，而發(fā)動機(jī)燃燒室及缸蓋鼻梁區(qū)的溫度還較高，就會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的水套局部沸騰，水溫和及缸蓋鼻梁區(qū)的溫度還較高，就會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的水套局部沸騰，水溫和系統(tǒng)壓力急劇升高。系統(tǒng)壓力急劇升高。

11、18 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院流量試驗流量試驗轉(zhuǎn)速越高，流量越大。轉(zhuǎn)速越高，流量越大。19 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)氣蝕試驗發(fā)動機(jī)氣蝕試驗在發(fā)動機(jī)冷卻液流量、溫度穩(wěn)定后，逐漸降低系統(tǒng)壓力來確定發(fā)動機(jī)的在發(fā)動機(jī)冷卻液流量、溫度穩(wěn)定后，逐漸降低系統(tǒng)壓力來確定發(fā)動機(jī)的氣蝕極限。氣蝕極限。20 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院轉(zhuǎn)速越高，氣蝕極限越高；溫度越高，氣蝕極限越高。轉(zhuǎn)速越高，氣蝕極限越高；溫度越高，氣蝕極限越高。【氣蝕極限高表【氣蝕極限高表示氣蝕區(qū)域大（有效工作余量區(qū)域?。⑷菀装l(fā)生氣蝕示氣蝕區(qū)域大（

12、有效工作余量區(qū)域小）、容易發(fā)生氣蝕】21 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院氣蝕余量的大小反映了發(fā)動機(jī)的抗氣蝕能力；氣蝕余量越大，抗氣蝕能氣蝕余量的大小反映了發(fā)動機(jī)的抗氣蝕能力；氣蝕余量越大，抗氣蝕能力越強(qiáng)。力越強(qiáng)。22 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院什么是氣蝕、氣蝕產(chǎn)生的原因及危害什么是氣蝕、氣蝕產(chǎn)生的原因及危害 （一）什么是氣蝕？（一）什么是氣蝕？ 液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的氣化壓力時，液體便產(chǎn)生氣泡。把這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為氣蝕。 氣蝕時產(chǎn)生的氣泡，流動到高壓處時，其體積減小以致破滅，這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現(xiàn)象稱為氣蝕潰滅。 氣蝕極限：水泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，其流量下降3%，被認(rèn)為氣蝕產(chǎn)生。 氣蝕余量：發(fā)動機(jī)的水泵入口壓力與氣蝕極限壓力的差值。 23 FEERIFEERI發(fā)動機(jī)工程研究一院發(fā)動機(jī)工程研究一院（二）氣蝕產(chǎn)生的原因？（二）氣蝕產(chǎn)生的原因？ 泵在運轉(zhuǎn)中，若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處）因為某種原因，抽送液體的絕對壓力降低到當(dāng)時溫度下的液體氣化壓力時，液體便在該處開始?xì)饣?，產(chǎn)生大量蒸氣，形成氣泡，當(dāng)含有大量氣泡的液體向前經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結(jié)破裂的同時，液體質(zhì)點以很高的速度填充空穴，在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水