汽车发动机冷却系统结构及工作原理详解：水冷式冷却系统的作用与维护

汽车发动机冷却系统结构及工作原理详解：水冷式冷却系统的作用与维护

1、冷却系统概述

冷却系统的作用是使发动机保持在适当的温度下运行。混合气体在发动机燃烧室燃烧会产生高温高压气体（约800～2000℃），因此必须对气缸进行冷却，否则其中的运动部件会因受热而膨胀，导致正常间隙减小和机械强度降低。过度冷却还会造成气缸充气减少、燃烧不正常、功率降低、油耗增加、润滑不良等影响。

2、冷却系统结构及工作原理

目前汽车发动机冷却普遍采用水冷，如图3-14所示。发动机高温部件的热量通过缸套和缸盖传导到周围水套中的冷却水，然后冷却水吸收的热量散发到外界大气中。发动机正常运转时，水套内的水温应保持在80～90℃。

图3-14 冷却系统示意图

目前，大多数汽车发动机采用强制循环水冷却系统。发动机缸盖和缸体内有水套。水泵从机外吸取冷却水并加压，使冷水在水套中流动，带走邻近部件的热量。冷却水吸热后温度升高，进入汽车前部的散热器（水箱）。由于汽车的前行和风扇的吸力，外界的冷空气经过散热器，带走了散热器内冷却水的热量，并送入大气中。当散热器内的冷却水冷却后，在水泵的作用下再次进入水套。这个循环不断地冷却发动机的高温部件。

散热器位于汽车的前端（有时位于后部），汽车前进时迎风。上下两端各有一个蓄水室，由许多细冷却管连接。大多数冷却管采用扁圆形截面。为了增强冷却效果，在冷却管套上布置了许多金属散热片，以增加散热面积和散热器本身的刚性和强度。由冷却管和翅片组成的部件称为散热器芯。这种结构称为散热器芯。

另一种广泛使用的散热器芯是管带式散热器芯，它是由波纹散热带和交替排列的冷却管焊接而成。散热带上有小翅片，扰乱气流，提高散热能力。由于这种形式散热效果好、易于制造、质量小，因而得到广泛应用。缺点是结构强度不如管片式。

对散热器芯体的要求是所用材料具有良好的导热性能，一般采用黄铜片制成。为了节省铜材，铝制散热器芯有很大的发展前景。目前多用于豪华轿车和赛车。

冷却水入口位于散热器上的储水室内。应用盖盖紧，防止冷却水溢出。如果冷却水中含有过多的水蒸气，压力过高，可能会导致散热器破裂，因此必须安装排气口减压阀。由于冷却水与大气相通，因此称为开放式冷却系统。这种形式的缺点是冷却水会不断蒸发，需要经常检查和补充。还有一种封闭形式。当发动机处于常热状态时，整个系统关闭并与大气隔离，排气口关闭。如果系统中的压力太高，高于大气压力，排气口将打开与大气连通。目前，空气-蒸汽阀广泛应用于排气口的闭式冷却系统中。

近年来，大多数汽车的冷却系统中都加注了防冻液来代替冷却水。与一般冷却水系统的不同之处在于，散热器盖的排气口需要连接一根橡胶或塑料管与储液箱连通。当防冻剂因受热而膨胀时，防冻剂就会进入储液器。当温度下降时，水箱中的防冻液被吸回到散热器中。这样可以避免防冻剂的损失，也无需频繁补充。

散热器后面有一两个冷却风扇。当风扇叶片旋转时，吸入车前部的空气，穿过散热器芯，带走芯内热水的热量。风扇类似于飞机螺旋桨。其叶片由薄钢板制成或由高强度工程塑料或铝合金铸造而成。它们有 4 到 6 个刀片。为了减少噪音和振动，叶片之间的角度不同。为了提高风扇的散热效果，有的风扇还配有防风环。

冷却水泵用于带动冷却系统中的冷却水更快流动，以保证充分带走发动机热量。应用最广泛的是离心水泵。由于其结构简单、体积小、排量大，即使发生故障，也不会影响冷却水的流量。水从散热器下储水室出来，进入水泵的旋转中心，被旋转的叶轮抛向水泵壳体的四壁，最后从出口沿切线方向喷出。并进入气缸水套。车辆使用过程中，应经常检查水泵是否漏水。

特定车型的冷却系统是根据汽车的常见使用条件而设计的。然而，汽车的使用条件是不断变化的。例如，在夏季高温、发动机高负荷、低转速的工况下，需要加强冷却，防止发动机过热；在寒冷的冬季，发动机低负荷、高速运转时，需要降低冷却效果。现代汽车一般采用改变风扇转速来控制冷却效果。

改变冷却水流量的常见方法是在水回路中添加恒温器。一般位于气缸盖的出水口处。当冷却水温度过低时，节温器阻止冷却水流入散热器，并让冷却水直接返回气缸体的水套。当冷却水温度较高时，节温器关闭水套的回流路径，让冷却水流过散热器，加强水冷。温控器本身起二通阀的作用，常用的有折叠式和蜡式。前者对压力非常敏感，而后者结构简单、坚固耐用、价格便宜。