發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于燃油的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度可高達(dá)1927~2527℃，使發(fā)動(dòng)機(jī)的零件溫度升高，如不及時(shí)冷卻將影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。發(fā)動(dòng)機(jī)過熱或過冷都會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)危害，冷卻系統(tǒng)的作用就是把受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。
冷卻系統(tǒng)的類型
冷卻系統(tǒng)按照冷卻介質(zhì)不同可以分為風(fēng)冷和水冷。風(fēng)冷卻系統(tǒng)是把發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫零件的熱量直接散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置；水冷卻系統(tǒng)是把這些熱量先傳給冷卻液，然后再散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置。由于水冷卻系統(tǒng)冷卻均勻，效果好，而且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小，目前在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上被廣泛采用。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，水冷卻系統(tǒng)中的冷卻液溫度應(yīng)保持在80~90℃范圍內(nèi)。
風(fēng)冷卻系統(tǒng)
風(fēng)冷卻系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)是空氣，利用氣流使散熱片的熱量散到大氣中。其主要由風(fēng)扇、導(dǎo)流罩、散熱片、氣缸導(dǎo)流罩和分流板組成。
風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、氣缸蓋均布置了散熱片，氣缸體、氣缸蓋都是單獨(dú)鑄造的，然后組裝到一起。氣缸蓋最熱，采用鋁合金鑄造，且散熱片比較長(zhǎng)；為了加強(qiáng)冷卻，保證冷卻均勻，還裝有導(dǎo)流罩、分流板。當(dāng)采用一個(gè)風(fēng)扇時(shí)，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前方中間位置；采用兩個(gè)風(fēng)扇時(shí)，分別裝在左右兩列氣缸前端。
風(fēng)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、重量較輕、升溫較快、經(jīng)濟(jì)性好，特別適用于沙漠等高溫地區(qū)和極地等嚴(yán)寒地區(qū)。缺點(diǎn)是冷卻效果難以調(diào)節(jié)、消耗功率大、工作噪聲大等，僅用于部分小排量及軍用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。
水冷卻系統(tǒng)
水冷卻系統(tǒng)是以冷卻液（或水）為冷卻介質(zhì)，通過冷卻液的不斷循環(huán)，從發(fā)動(dòng)機(jī)水套中吸收多余熱量并散發(fā)到大氣中，根據(jù)冷卻液循環(huán)方式不同，水冷卻系統(tǒng)又可分為蒸發(fā)式（利用水的溫度差使冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)流動(dòng)）、自然循環(huán)（冷卻液在管道中自然流動(dòng)）、強(qiáng)制循環(huán)（水泵強(qiáng)制冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)流動(dòng)）三種方式，目前汽車上普通采用的是強(qiáng)制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。
水冷卻系統(tǒng)一般是由膨脹水箱、散熱器、水泵、風(fēng)扇、水套和溫度調(diào)節(jié)裝置等組成。
水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋和氣缸體中都鑄造有儲(chǔ)存冷卻液的、連通的水套，其作用是讓冷卻液接近受熱的高溫零件，并在其中循環(huán)流動(dòng)。水泵將冷卻液由散熱器吸入，使之經(jīng)分水管流入發(fā)動(dòng)機(jī)水套，冷卻液在水套內(nèi)吸收熱量后，沿水管進(jìn)入散熱器，經(jīng)風(fēng)扇的強(qiáng)力抽吸，空氣流由前向后通過散熱器，將冷卻液熱量帶走。冷卻后的冷卻液又在水泵的加壓下，經(jīng)水管再壓入水套，如此不斷循環(huán)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫條件下工作的零件不斷地得到冷卻，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。
冷卻系統(tǒng)中設(shè)有溫度調(diào)節(jié)裝置，其作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的條件下均在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作，如百葉窗和節(jié)溫器等。
通常冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)流動(dòng)路線有兩條：當(dāng)冷卻液溫度低時(shí)，冷卻液不經(jīng)過散熱器而只在水泵和水套內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過冷，這稱為小循環(huán)；當(dāng)冷卻液溫度高時(shí)，冷卻液經(jīng)過散熱器進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，這稱為大循環(huán)。
01
散熱器
散熱器大多安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)及風(fēng)扇的前方。其功用是增大散熱面積，加速冷卻液的冷卻。為了將散熱器傳出的熱量盡快帶走，在散熱器后面裝有風(fēng)扇，與散熱器配合工作。
散熱器由上儲(chǔ)水室、散熱器芯和下儲(chǔ)水室等組成。散熱器上儲(chǔ)水室頂部有加液口，平時(shí)用散熱器蓋蓋住，冷卻液即由此注入整個(gè)冷卻系統(tǒng)中。在上、下儲(chǔ)水室分別裝有進(jìn)水管和出水管，分別用橡膠軟管與氣缸蓋的出水管和水泵的進(jìn)水管相連。由發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上出水管流出的溫度較高的熱冷卻液經(jīng)過進(jìn)水管進(jìn)入上儲(chǔ)水室，經(jīng)冷卻水管冷卻后流入下儲(chǔ)水室，由出水管流出，被吸入水泵。在散熱器下儲(chǔ)水室的出水管上還裝有一個(gè)放水閥。
散熱器芯由許多冷卻水管和散熱片組成，采用散熱片是為了增加散熱器芯的散熱面積。散熱器芯的結(jié)構(gòu)形式有多種，常用的有管片式和管帶式兩種。
常見水冷卻系統(tǒng)散熱器蓋具有自動(dòng)閥門，發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)正常時(shí)，閥門關(guān)閉，將冷卻系統(tǒng)與大氣隔開，防止水蒸氣溢出，使冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力，從而可增高冷卻液的沸點(diǎn)，防止冷卻系統(tǒng)發(fā)生“開鍋”現(xiàn)象。但如果冷卻系統(tǒng)中水蒸氣過多，將使冷卻系統(tǒng)壓力過大，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器破裂。因此必須在加水口處設(shè)置排出水蒸氣的通道，當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力過高或者過低時(shí)，自動(dòng)閥門即開啟以使冷卻系統(tǒng)與大氣相通。
壓力式散熱器蓋的結(jié)構(gòu)如下圖所示。裝有空氣閥和蒸氣閥的散熱器蓋，緊蓋在加水口上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)正常時(shí)兩閥在彈簧力作用下都處于關(guān)閉狀態(tài)。
當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸氣壓力低于大氣壓力0.01~0.012MPa時(shí)，空氣閥便開啟，如圖中（a）所示。空氣從蒸氣排出管進(jìn)入散熱器，以防止散熱器被大氣壓癟。
當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸氣壓力超過大氣壓力0.026~0.037MPa時(shí)，蒸氣閥便開啟，如圖中（b）所示。此時(shí)將從蒸氣排出管中放出一部分冷卻液到補(bǔ)償水桶，使冷卻液內(nèi)的壓力下降。提高冷卻系統(tǒng)的蒸氣壓力，可以提高冷卻液的沸點(diǎn)，從而擴(kuò)大散熱器與大氣的溫差以增強(qiáng)散熱能力。
轎車的散熱器蓋的蒸氣閥開啟壓力可達(dá)0.1MPa，而水的沸點(diǎn)可升高至120℃。顯然，這種散熱器與環(huán)境空氣溫差大，故散熱能力較強(qiáng)。
02
風(fēng)扇
風(fēng)扇通常安裝在散熱器后面，并與水泵同軸，與水泵一起轉(zhuǎn)動(dòng)。其功用是提高通過散熱器芯的空氣流速，增強(qiáng)散熱效果，加速冷卻液的冷卻。
車用發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇有兩種形式，即軸流式和離心式。軸流式風(fēng)扇所產(chǎn)生的風(fēng)，其流向與風(fēng)扇軸平行；離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的風(fēng)，其流向?yàn)閺较颉］S流式風(fēng)扇效率高，風(fēng)量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，因而在車用發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。
近年來(lái)，有的橋車開始采用以蓄電池為動(dòng)力的電動(dòng)風(fēng)扇，如下圖所示。其轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，電動(dòng)機(jī)的開關(guān)由位于散熱器上的溫度傳感器控制，需要風(fēng)扇工作時(shí)即自行啟動(dòng)。這種風(fēng)扇無(wú)動(dòng)力損失，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，非常適合轎車使用。
03
水泵
水泵用螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)前端面上，通過傳動(dòng)帶與曲軸帶輪相連。其功用是對(duì)冷卻液加壓，使冷卻液循環(huán)流動(dòng)。車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用離心式水泵。
水泵主要由泵殼、泵蓋、葉輪、水泵軸、軸承、油封等組成。水泵的工作過程是，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水泵中的冷卻液被葉輪帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，冷卻液被甩向葉輪邊緣，然后經(jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管壓送到發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)。與此同時(shí)，葉輪中心處的壓力降低，散熱器中的冷卻液便經(jīng)進(jìn)水管被吸進(jìn)葉輪中心部分。如此連續(xù)的作用，使冷卻液在水管中不斷地循環(huán)。
04
補(bǔ)償水桶
現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)都采用了自動(dòng)補(bǔ)償封閉式散熱器，它的特點(diǎn)是在散熱器的右側(cè)增設(shè)了一個(gè)補(bǔ)償水桶，也可以稱作儲(chǔ)液罐或者副水箱，用軟管連接到散熱器的蒸氣導(dǎo)出口。
補(bǔ)償水桶的作用是減少冷卻液的損失，當(dāng)冷卻液溫度升高，體積膨脹時(shí)，散熱器中多余的冷卻液流入補(bǔ)償水桶中；而當(dāng)冷卻液溫度降低時(shí)，體積收縮，散熱器產(chǎn)生一定真空，補(bǔ)償水桶中的冷卻液又被吸回到散熱器中。同時(shí)散熱器上水箱也可以做得小些，這樣冷卻液損失很少，駕駛?cè)艘膊槐亟?jīng)常檢查冷卻液量。
補(bǔ)償水桶上一般印有兩條液面高度標(biāo)記線：
“DI”（低）與“GAO”（高），或者“FULL”（滿）與“ADD”（添加）。
冷卻液溫度在50%以下時(shí)，液面高度應(yīng)不低于“DI”或者“ADD”線，否則應(yīng)該補(bǔ)充冷卻液，同時(shí)注意補(bǔ)充冷卻液時(shí)不應(yīng)該超過“GAO”或“FULL”線，以避免冷卻液溢出現(xiàn)象
05
冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置
冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況和不同使用條件，改變冷卻系統(tǒng)的散熱能力，即改變冷卻強(qiáng)度，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利溫度的狀態(tài)下工作。通常有兩種調(diào)節(jié)方式：一種是改變通過散熱器的空氣流量；另一種是改變通過散熱器的冷卻液循環(huán)流量和循環(huán)范圍。
節(jié)溫器的功用：改變冷卻液的循環(huán)路線及流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度，使冷卻液溫度經(jīng)常保持在80~90℃。節(jié)溫器裝在冷卻液循環(huán)的通路中，一般裝在氣缸蓋的出水口。分為蠟式和折疊式。
蠟式節(jié)溫器 在橡膠管和感應(yīng)體之間的空間里裝有石蠟，為提高導(dǎo)熱性，石蠟中常摻有銅粉或鋁粉。常溫時(shí)，石蠟呈固態(tài)，主閥門壓在閥座上，這時(shí)副閥門關(guān)閉通往散熱器的通路，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋出水口的冷卻液經(jīng)水泵又流回氣缸體水套中，進(jìn)行小循環(huán)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度升高時(shí)，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(duì)推桿下端產(chǎn)生向上的推力。
由于推桿上端固定，故推桿對(duì)橡膠管、感應(yīng)體產(chǎn)生向下反推力，主閥門開啟；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度達(dá)到80℃以上時(shí)，主閥門全開，來(lái)自氣缸蓋出水口的冷卻液流向散熱器，而進(jìn)行大循環(huán)。一汽奧迪100型轎車和CA1091型貨車均采用蠟式節(jié)溫器。
折疊式節(jié)溫器 由具有彈性的、折疊式的密閉圓筒（用黃銅制成），內(nèi)裝有易于揮發(fā)的乙醚制成。主閥門和側(cè)閥門隨膨脹筒上端一起上下移動(dòng)。膨脹筒內(nèi)液體的蒸氣壓力隨著周圍溫度的變化而變化，故圓筒高度也隨溫度而變化。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常熱狀態(tài)下工作時(shí)，即冷卻液溫度高于80℃，冷卻液應(yīng)全部流經(jīng)散熱器，形成大循環(huán)。此時(shí)節(jié)溫器的主閥門完全開啟，而側(cè)閥門將旁通孔完全關(guān)閉；當(dāng)冷卻液溫度低于70℃時(shí)，膨脹筒內(nèi)的蒸氣壓力很小，使圓筒收縮到最小高度，主閥門壓在閥座上，即主閥門關(guān)閉，同時(shí)側(cè)閥門打開，此時(shí)切斷了由發(fā)動(dòng)機(jī)水套通向散熱器的通路，水套內(nèi)的冷卻液只能由旁通孔流出，經(jīng)旁通管進(jìn)入水泵，又被水泵壓入發(fā)動(dòng)機(jī)水套，此時(shí)冷卻液并不流經(jīng)散熱器，只在水套與水泵之間進(jìn)行小循環(huán)，從而防止發(fā)動(dòng)機(jī)過冷，并使發(fā)動(dòng)機(jī)迅速而均勻地?zé)崞饋?lái)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度在70~80℃范圍內(nèi)，主閥門和側(cè)閥門處于半開閉狀態(tài)，此時(shí)一部分冷卻液進(jìn)行大循環(huán)，而另一部分冷卻液進(jìn)行小循環(huán)。
