愛華網(wǎng)一、冷卻裝置
(一)散熱器
1.作用：將水套出來的熱水自上而下或橫向的分成許多小股并將其熱量散給周圍的空氣。
2.結(jié)構(gòu)：
散熱器由上水室、下水室、散熱器芯等組成。如圖所示。
圖5-2橫流式散熱器
1-上水室；2-進(jìn)水管；3-散熱器芯；4-散熱器蓋；5-下水室；6-出水管
散熱器上水室(左)裝有散熱器的入水管，通過橡膠管與氣缸蓋出水管連接；上水室上部有加水管，加水管口一般裝泄汽管。當(dāng)冷卻水沸騰時，水蒸汽可以從此管排出。加裝防凍液的冷卻系，此管接膨脹水箱。下(右)水室有出水管，用軟管與水泵進(jìn)水口連接，兩水室之間焊接散熱器芯管。
芯管的結(jié)構(gòu)型式很多，常用的為管片式，其芯管多為扁圓形直管(防凍裂性好)，周圍制有散熱片。芯管可豎置或橫置。
圖5-3管片式散熱器芯
散熱器蓋安裝在加水口上。對于閉式冷卻系來說，系統(tǒng)與外界大氣不直接相通，所以散熱器蓋上帶有蒸汽-空氣閥，如圖所示。使冷卻系的壓力高于大氣壓力，冷卻水的沸點有所提高。
圖5-4具有空氣-蒸汽閥的散熱器蓋
a)空氣閥開啟；b)蒸汽閥開啟
1-泄氣管；2-蒸汽閥；3-空氣閥；4-散熱器蓋
3.蒸汽-空氣閥的工作情況
蒸汽閥2一般在散熱器內(nèi)壓力達(dá)到126kPa~137kPa時，閥門開啟，部分水蒸汽經(jīng)泄氣管排入大氣，避免損壞散熱器。
空氣閥3在散熱器內(nèi)氣壓降到99kPa~87kPa時，空氣閥打開，散熱器與大氣相通，防止散熱器芯管被大氣壓壞。散熱器材料多采用耐腐蝕，導(dǎo)熱性好的銅或鋁片制成。
(二)水泵
1.作用：對冷卻水加壓，使之在冷卻系中循環(huán)流動。
由于離心式水泵具有尺寸小，出水量大，結(jié)構(gòu)簡單，損壞后不妨礙水在冷卻系中自然循環(huán)的特點，故為強(qiáng)制循環(huán)式冷卻系普遍采用。常見的水泵在機(jī)體外安裝與風(fēng)扇同軸驅(qū)動，也有裝在機(jī)體內(nèi)(內(nèi)藏式)單獨驅(qū)動的。
2.離心式水泵的工作原理
(1)壓水：如圖所示。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，水泵中的水被葉輪帶動一起旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，水被甩向葉輪邊緣，在蝸形殼體內(nèi)將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?，?jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管被壓送到發(fā)動機(jī)水套內(nèi)。
(2)吸水：與壓水同時，葉輪中心處壓力降低，散熱器中的水便經(jīng)進(jìn)水管3被吸進(jìn)葉輪中心部分。
圖5-5離心式水泵示意圖
1-水泵殼體；2-葉輪；3-進(jìn)水管；4-出水管
3.結(jié)構(gòu)
(1)組成：水泵由殼體、葉輪、泵蓋板、水泵軸、支承軸承、水封等組成。如圖所示。
(2)水泵與風(fēng)扇同軸，通過三角皮帶傳動。
(3)泵蓋上有出水孔。泵殼上有進(jìn)水孔A，用橡膠管與散熱器出水管相連。泵殼上面有旁通孔A，與氣缸蓋上的出水管相連，當(dāng)冷卻水溫度低于349K(76℃)時，部分冷卻水由此直接進(jìn)入水泵。
(4)葉輪工作室的進(jìn)水室B與進(jìn)水孔、旁通孔相通；出水室由出水孔與水套相連。
(5)水泵軸通過兩個軸承支承在殼體上，軸承間有隔套定位
(6)水泵軸上裝有拋水圈，以防水封滲漏時浸濕軸承，滲出的水被拋水圈從檢視孔甩出，可避免破壞軸承潤滑。
(7)水封裝在葉輪的前面，水封通常由密封墊圈、水封皮碗和彈簧等組成。
圖5-6離心式水泵結(jié)構(gòu)
1-水泵外殼；2-葉輪；3-夾布膠木密封墊圈；4-密封墊圈；5-螺釘；6-水封皮碗；7-彈簧；
8-墊圈；9-泵蓋板；10-水封座圈；11-球軸承；12-水泵軸；13-半圓鍵；14-凸緣盤；
15-軸承卡環(huán)；16-隔離套筒；17-滑脂嘴；18-水封環(huán)；19-管接頭
(8)水泵葉輪常用鑄鐵或塑料制成。采用向后彎曲的半圓弧、雙圓弧或多圓弧形葉片的葉輪，其葉型與水流方向一致，效率較高。
(三)風(fēng)扇
1.作用：提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，以增強(qiáng)散熱器的散熱能力并冷卻發(fā)動機(jī)附件。
2.安裝位置：風(fēng)扇多為軸流式，裝在發(fā)動機(jī)與散熱器之間，與水泵同軸驅(qū)動。
3.風(fēng)扇扇風(fēng)量的相關(guān)因素：風(fēng)扇的扇風(fēng)量主要與風(fēng)扇的直徑、轉(zhuǎn)速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數(shù)目有關(guān)。
4.結(jié)構(gòu)型式：
風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)型式如圖所示。
(1)目前汽車水冷發(fā)動機(jī)上常用螺旋槳式風(fēng)扇。
(2)風(fēng)扇葉片材料有鋼板、塑料和鋁合金。為了減輕振動噪聲，葉片間夾角不等。
(3)葉片數(shù)：4～6片。
(4)葉片與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間有一偏扭角，偏扭角可為定值，也可制成變偏扭角。因風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時葉和葉尖的氣流速度外大內(nèi)小，為了提高風(fēng)扇的效率，葉片從葉根到葉尖偏扭角逐漸減小。
圖5-8風(fēng)扇型式
a)葉尖前彎的風(fēng)扇；b)尖窄根寬的風(fēng)扇；c)尼龍壓鑄整體風(fēng)扇
1-葉片；2-連接板
5.風(fēng)扇的安裝與風(fēng)扇皮帶的調(diào)整裝置
(1)安裝風(fēng)扇用螺釘安裝在水泵軸前端的皮帶輪或凸緣盤上。風(fēng)扇常和發(fā)電機(jī)一起由曲軸通過三角皮帶帶動(圖5-9)。
(2)調(diào)整目的：若皮帶過松，皮帶將在皮帶輪上打滑，風(fēng)扇和水泵等的轉(zhuǎn)速下降，扇風(fēng)量和泵水量減小，使發(fā)動機(jī)過熱；皮帶過緊，將增加軸承和皮帶的磨損。
(3)措施：常將發(fā)電機(jī)支架做成可移動式的，以便調(diào)節(jié)皮帶的緊度。
圖5-9風(fēng)扇的驅(qū)動和皮帶張緊力的調(diào)整
1-風(fēng)扇及皮帶輪；2-曲軸皮帶輪；3-發(fā)電機(jī)；4-移動支架
6. 電動風(fēng)扇
一些轎車由于發(fā)動機(jī)橫置或后置，多采用電動風(fēng)扇。電動機(jī)的開關(guān)由散熱器的水溫開關(guān)控制，并且有高低速兩個檔位，低速檔在沸點內(nèi)使用，高速檔在沸點外使用，需要冷卻時自動起作用。這樣，在一般行駛條件下，電動風(fēng)扇幾乎不轉(zhuǎn)，功率消耗減少，油耗率降低。而在低速大負(fù)荷時又能得到充分的冷卻。
圖5-10電動風(fēng)扇
1-水泵；2-節(jié)溫器，3-散熱器；4-電動機(jī)和風(fēng)扇；5-蒸汽排出和回吸管；6-膨脹水箱，7-溫控開關(guān)；8-發(fā)動機(jī)
(四)膨脹水箱
1.結(jié)構(gòu)
膨脹水箱多用半透明材料(如塑料)制成。透過箱體可直接方便地觀察到液面高度，無需打開散熱器蓋。如圖所示，膨脹水箱的上部用一個較細(xì)的軟管與水箱的加水管相連，底部通過水管與水泵的進(jìn)水側(cè)相連接，通常位置略高于散熱器。
2.作用
(1)把冷卻系變成永久性封閉系統(tǒng)，減少了冷卻液的損失；
(2)避免空氣不斷進(jìn)入，避免了機(jī)件的氧化腐蝕；
(3)減少了穴蝕；
(4)使冷卻系中水、汽分離，保持系統(tǒng)內(nèi)壓力穩(wěn)定，提高了水泵的泵水量。
3.膨脹水箱的作用原理
一般冷卻系冷卻液的流動是靠水泵的壓力來實現(xiàn)的。水泵吸水的一側(cè)壓力低，易產(chǎn)生蒸汽泡，使水泵的出水量顯著下降，并引起水泵葉輪和水套的穴蝕，在其表面產(chǎn)生麻點或凹坑，縮短了葉輪和水套的使用壽命。加裝膨脹水箱后，由于膨脹水箱和水泵進(jìn)水口之間存在補(bǔ)充水管，使水泵了汽泡的產(chǎn)生。散熱器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通過導(dǎo)管和進(jìn)入膨脹水箱，從而使氣水徹底分離。由于膨脹水箱溫度較低，進(jìn)入的氣體得到冷凝，一部分變成液體，重新進(jìn)入水泵。而積存在膨脹水箱液面上的氣體起緩沖作用，使冷卻系內(nèi)壓力保持穩(wěn)定狀態(tài)。
圖5-11膨脹水箱示意圖
1-散熱器；2-水泵進(jìn)水管；3-水泵；4-節(jié)溫器；5-水套出氣管；6-水套出水管；7-進(jìn)水口處保持較高的水壓，減少膨脹水箱；8-散熱器出氣管；9-補(bǔ)充水管；10-旁通管
4.一管式膨脹水箱
有的冷卻系不用膨脹水箱而使用儲液罐。即用一根管子把散熱器和儲液罐的底部或上部(管口插入液面以下)連通。但這種裝置只能解決氣水分離及冷卻液消耗問題，而對穴蝕沒有明顯的改善。當(dāng)冷卻液溫度升高時，散熱器中液體膨脹、汽化，使散熱器蓋蒸汽閥開啟，散熱器中的蒸汽或液體沿導(dǎo)管流入儲液罐。當(dāng)冷卻水溫度降低時，散熱器內(nèi)壓力下降，液體沿原路徑流向散熱器。
5.補(bǔ)充冷卻液
儲液罐上有兩條刻線，冷卻液應(yīng)加到上刻線(FULL)，當(dāng)液面降到下刻線(LOW)時，應(yīng)及時補(bǔ)充。
二、冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置
(一)概述
1.冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)目的
強(qiáng)制式水冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度，一般受汽車的行駛速度，曲軸、水泵和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速及外界氣溫的影響。當(dāng)使用條件變化時，如外界氣溫高，發(fā)動機(jī)在低速大負(fù)荷情況下工作，要求冷卻強(qiáng)度要強(qiáng)，否則發(fā)動機(jī)易于過熱。而當(dāng)外界氣溫低，發(fā)動機(jī)負(fù)荷又不大時，其冷卻強(qiáng)度應(yīng)弱些，不然就會使發(fā)動機(jī)過冷。因此，要保證發(fā)動機(jī)在最佳的溫度下工作，不出現(xiàn)過熱過冷現(xiàn)象，就必須能根據(jù)使用條件的變化自動調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)冷卻強(qiáng)度。
2.冷卻強(qiáng)度的調(diào)整方法：一是改變流經(jīng)散熱器的空氣流量和流速；二是改變冷卻液的流量和循環(huán)路線。
(二)節(jié)溫器
1.作用
隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷和水溫的大小而自動改變冷卻液的流量和循環(huán)路線，保證發(fā)動機(jī)在適宜的溫度下工作，減少燃料消耗和機(jī)件的磨損。
2. 蠟式節(jié)溫器的結(jié)構(gòu)
蠟式節(jié)溫器由上支架、下支架、主閥門、旁通閥、感應(yīng)體、中心桿、橡膠管和彈簧等組成。
蠟式節(jié)溫器如圖所示。節(jié)溫器的上支架和下支架與閥座鉚成一體。中心桿上端固定在上支架的中心，其下部插入橡膠管的中心孔內(nèi)，中心桿下端呈錐形。橡膠管與感應(yīng)體外殼之間的空腔里裝有石蠟。為了提高導(dǎo)熱性，石蠟中常摻有銅粉和鋁粉。感應(yīng)體外殼上下部有聯(lián)動的主閥門和旁通閥門。主閥門上有通氣孔，它的作用是在加水時使水套內(nèi)的空氣經(jīng)小孔排出，保證能加滿水。為了防止通氣孔阻塞，有的加裝一個擺錘。
圖5-12蠟式節(jié)溫器
1-主閥門；2-蓋和密封墊；3-上支架；4-膠管；5-閥座；6-通氣孔；7-下支架；8-石蠟，9-感應(yīng)體；10-旁通閥；11-中心桿；12-彈簧
3.蠟式節(jié)溫器的工作原理
(1)當(dāng)水溫低于349K(76℃)時，主閥門完全關(guān)閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來的水經(jīng)旁通管直接進(jìn)入水泵，故稱小循環(huán)。由于水只是在水泵和水套之間流動，不經(jīng)過散熱器，且流量小，所以冷卻強(qiáng)度弱。
(2)當(dāng)冷卻水溫度在349K~359K(76℃~86℃)之間時，大小循環(huán)同時進(jìn)行(如圖所示)。當(dāng)發(fā)動機(jī)水溫達(dá)349K(76℃)左右時，石蠟逐漸變成液態(tài)，體積隨之增大，迫使橡膠管收縮，從而對中心桿下部錐面產(chǎn)生向上的推力。由于桿的上端固定，故中心桿對橡膠管及感應(yīng)體產(chǎn)生向下的反推力，克服彈簧張力使主閥門逐漸打開，旁通閥開度逐漸減小。
(3)當(dāng)發(fā)動機(jī)內(nèi)水溫升高到359K(86℃)，主閥門完全開啟，旁通閥完全關(guān)閉，冷卻水全部流經(jīng)散熱器，稱為大循環(huán)。由于此時冷卻水流動路線長，流量大，冷卻強(qiáng)度強(qiáng)。
圖5-13冷卻水的大小循環(huán)
1-雙閥節(jié)濕器，2-水套，3-水泵；4-散熱器；5-旁通管
(三)百葉窗
1.作用：在冷卻水溫度較低時改變吹過散熱器的空氣流量，從而控制冷卻強(qiáng)度。
在嚴(yán)寒的冬季，水溫過低時，由于節(jié)溫器的作用使水只進(jìn)行小循環(huán)，散熱器中的水有凍結(jié)的危險。此時關(guān)閉百葉窗可使冷卻水溫度回升。
2.安裝位置
百葉窗安裝在散熱器前面，它是由許多片活動擋板組成的。擋板垂直或水平安裝，由駕駛員通過裝在駕駛室內(nèi)的手柄操縱調(diào)節(jié)擋板的開度。
(四)風(fēng)扇離合器
1.采用風(fēng)扇離合器的目的
風(fēng)扇是發(fā)動機(jī)功率的消耗者，最大時約為發(fā)動機(jī)功率的10%。為了降低風(fēng)扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發(fā)動機(jī)過冷，降低污染，節(jié)約燃料，多采用風(fēng)扇離合器。
2. 硅油風(fēng)扇離合器的結(jié)構(gòu)
硅油風(fēng)扇離合器由前蓋、殼體、主動板、從動板、閥片、主動軸、雙金屬感溫器、閥片軸、軸承、風(fēng)扇等組成。如圖所示。
前蓋、殼體和從動板用螺釘組成一體，通過軸承裝在主動軸上。風(fēng)扇裝在殼體上。從動板與前蓋之間的空腔為貯油腔，其內(nèi)裝有硅油(油面低于軸中心線)，從動板與殼體之間的空腔為工作腔。主動板與主動軸固定連接，主動軸與水泵軸連接。從動板上有進(jìn)油孔A，平時由閥片關(guān)閉，若偏轉(zhuǎn)閥片，則進(jìn)油孔即可打開。閥片的偏轉(zhuǎn)螺旋雙金屬感溫器控制，從動板上有凸臺限制閥片最大偏轉(zhuǎn)角。雙金屬感溫器的外端固定在前蓋上，內(nèi)端卡在閥片軸的槽內(nèi)。從動板外緣有回油孔B，中心有漏油孔C，以防靜態(tài)時從閥片軸周圍泄漏硅油。
圖5-14硅油風(fēng)扇離合器
1-螺釘；2-前蓋；3-密封毛氈圈；4-雙金屬感溫器；5-閥片軸；6-閥片；7-主動板；8-從動板；9-殼體；10-軸承；11-主動軸；12-銷止板；13-螺栓；14-內(nèi)六角螺釘；15-風(fēng)扇；A-進(jìn)油孔；B-回油孔；C-漏油孔
3.硅油風(fēng)扇離合器的工作原理
(1)當(dāng)發(fā)動機(jī)冷起動或小負(fù)荷下工作時，冷卻水及通過散熱器的氣流溫度不高，進(jìn)油孔被閥片關(guān)閉，工作腔內(nèi)無硅油，離合器處于分離狀態(tài)。主動軸轉(zhuǎn)動時，僅僅由于密封毛氈圈和軸承的摩擦，使風(fēng)扇隨同殼體在主動軸上空轉(zhuǎn)打滑，轉(zhuǎn)速極低。
(2)當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷增加時，冷卻液和通過散熱器的氣流溫度隨之升高，感溫器受熱變形而帶動閥片軸及閥片轉(zhuǎn)動。當(dāng)流經(jīng)感溫器的氣流溫度超過338K(65℃)時，進(jìn)油孔被完全打開，于是硅油從貯油腔進(jìn)入工作腔。硅油十分粘稠，主動板即可利用硅油的粘性帶動殼體和風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。此時風(fēng)扇離合器處于接合狀態(tài)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速迅速提高。
為不使工作腔中的硅油溫度過高，粘度下降，使硅油在殼體內(nèi)不斷循環(huán)。由于主動板轉(zhuǎn)速高于從動板，因此受離心力作用從主動板甩向工作腔外緣的油液壓力比貯油腔外緣的油壓力高，油液從工作腔經(jīng)回油孔B流向貯油腔，而貯油腔又經(jīng)進(jìn)油孔A及時向工作腔補(bǔ)充油液。為使硅油從工作腔流回貯油腔的速度加快，縮短風(fēng)扇脫開時間，在從動板8的回油孔B旁，有一個刮油突起部伸入工作腔縫隙內(nèi)，使回油孔一側(cè)壓力增高，回油加快。
(3)當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷減小，流經(jīng)感溫器的氣體溫度低于308K(35℃)時，感溫器恢復(fù)原狀，閥片將進(jìn)油孔關(guān)閉，工作腔中油液繼續(xù)從回油孔流回貯油腔，直至甩空為止。風(fēng)扇離合器又回到分離狀態(tài)。
4.故障應(yīng)急措施：行駛途中，若硅油風(fēng)扇離合器因故障(如漏油等)時，可松開內(nèi)六角螺釘，把鎖止板的銷插入主動板孔中，再擰螺釘，使殼體與主動軸連成一體，但此時只靠銷傳動，不能長期使用。
