发动机由于使用条件(负荷、转速和环境温度)经常变化,冷却强度也必须不断地改变,否则,会出现发动机过热或过冷现象而影响正常使用。冷却强度的调节方式有两种:一是改变通过散热器的空气量;二是改变通过散热器的冷却水量。第一种方式靠百叶窗和风扇离合器来完成,第二种靠节温器来实现。
(一)百叶窗和风扇
1.百叶窗
百叶窗的作用是调节散热器进风量,控制冷却强度。百叶窗安装在散热器前面,由许多活动挡板组成。驾驶员可以通过驾驶室里的拉杆来操纵百叶窗的开度,也可以由感温器根据水温的高低自动调节。当冬天环境温度较低或冷却水温度过低时,可以减小百叶窗的开度,使发动机迅速达到正常温度;当夏天环境温度较高或冷却水温度过高时,可以增大百叶窗的开度,以利散热。
2.风扇
风扇通常安装在散热器和发动机之间,并与水泵同轴。其作用是旋转时对空气产生吸力,提高流经散热器的空气流速和流量,使流经散热器芯的冷却水加速冷却,吸收并带走发动机表面的热量,增强冷却系统对发动机的冷却作用。
不同汽车发动机冷却风扇的驱动方式不尽相同,一些发动机的风扇和发电机一起由曲轴皮带轮通过三角皮带驱动,现代轿车发动机一般采用电动风扇。
(1)风扇的构造。
风扇的外径略小于散热器的宽度。风扇的扇风量、噪声及其所消耗的功率与风扇的直径、转速及叶片的数目、形状、安装角度等有关,叶片数目通常为4~6片。轿车发动机基本上都采用轴流式冷却风扇,其叶片横断面多为弧形。为减少叶片旋转时产生的震动和噪声,叶片间的夹角一般不相等,如图6-12所示。
图6-12 风扇叶片
(2)风扇的类型。
车用发动机风扇按驱动的动力可分为机械风扇和电动风扇。机械风扇装在水泵轴上,由曲轴前端带轮通过V带驱动,其速度取决于带轮的大小和曲轴的转速,这种风扇不需另外的驱动装置,如图6-13所示。其优点是结构简单,但发动机冷启动性差,机械损失大。电动风扇用蓄电池作电源,采用传感器和电路系统来控制,由直流低压电动机驱动风扇的运转,如图6-14所示。
(3)风扇的检修。
风扇叶片出现破损、弯曲、变形后,应及时更换。由于风扇连接板强度不足或其他原因,使风扇叶片弯曲扭曲变形,破坏风扇叶片原设计的角度,使其丧失平衡性能,不但影响通过散热器的空气流速和流量,降低散热的冷却能力,甚至打坏散热器,加速水泵轴承和水封的损坏,还会大幅度地增加风扇的噪音。有条件时,风扇带轮组件应进行平衡试验,静不平衡值不得大于20g·cm。
图6-13 机械风扇
1—移动支架;2—风扇及皮带轮;3—曲轴皮带轮;4—发电机
图6-14 电动风扇
1—散热器;2—散热器进水口;3—散热器出水口;4—温控热敏开关;5—电动风扇;6—导风罩
(二)风扇离合器
1.风扇离合器的工作原理和作用
目前,有不少汽车发动机采用各种自动风扇离合器控制风扇的运转与转速,改变流经散热器芯部的空气流量,从而调节冷却强度,保证发动机在最有利的温度范围内工作,提高发动机的使用寿命。同时,还可以减少风扇的功率消耗,降低发动机噪声。
2.风扇离合器的结构形式
机械风扇控制的形式很多,目前采用的主要有硅油风扇离合器和电磁风扇离合器两种风扇控制装置。
(1)硅油风扇离合器。
硅油风扇离合器是一种以硅油为介质,利用通过散热器芯、吹向风扇气流的温度高低改变风扇转速的风扇控制装置。硅油风扇离合器安装在风扇与水泵之间。其结构如图6-15所示。
(2)电磁风扇离合器。
电磁风扇离合器是一种根据冷却水温度,通过水温感应开关和电路控制风扇运转的装置。电磁风扇离合器的结构如图6-16所示。电磁风扇离合器由主动和从动两部分组成。(www.xing528.com)
3.电动风扇控制装置
电控风扇与电动风扇都是由电动机驱动,但在电控风扇系统中,由ECU根据冷却液温度和空调开关信号,通过风扇继电器来控制风扇电动机电路的通断,以实现对风扇工作状态的控制。
电动风扇常见故障是风扇电动机或温控开关故障。检查风扇电动机应在冷却液温度低于83℃的状态下进行。将点火开关转置“ON”,风扇电动机应不工作。拆下温控开关线束插头时,风扇电动机应转动;接上温控开关线束插头时,风扇电动机应停止工作。否则,说明风扇电动机或其电路有故障。
图6-15 硅油风扇离合器结构示意图
1—螺钉;2—前盖;3—密封毛毡圈;4—双金属感温器;5—阀片轴;6—阀片;7—主动板;8—从动板;9—壳体;10—轴承;11—主动轴;12—锁止片;13—螺栓;14—内六角螺钉;15—风扇;A—进油孔;B—回油孔;C—漏油孔
图6-16 电磁风扇离合器结构示意图
1—滑环;2—线圈;3—电磁壳体;4—摩擦片;5—弹簧;6—导销;7—风扇毂;8—螺母;9—水泵轴;10—风扇;11—螺钉;12—衔铁环;13—接线柱;14—弹簧;15—引线壳体;16—电刷
检查风扇电动机也可以用其他方法。如图6-17所示,在电路中串联多用表检查风扇电动机的工作电流,如果风扇能够平稳运转且工作电流在5~8A范围内,说明风扇电动机良好。
图6-17 风扇电动机的检查
1—接线盒;2—多用表
(三)节温器
1.节温器的结构与原理
节温器根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线,从而控制通过散热器冷却水的流量。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种,目前大多数发动机采用蜡式节温器,安装于缸盖出水口处,控制冷却液通往节温器的流量。
蜡式节温器在橡胶管和感温元件之间的空间里装有石蜡,为提高导热性,石蜡中常掺有铜粉或铝粉。节温器外壳上端套装有主阀门,下端套装有副阀门,弹簧位于主阀门与支架下底之间。其结构如图6-18所示。
当冷却水温度低于349K(76℃)时,石蜡为固体,在弹簧的作用下,节温器外壳处于最上端位置,此时主阀门关闭,副阀门打开。来自发动机缸盖出水口的冷却水从副阀门进入小循环软管,经水泵又流回水套中,如图6-18(c)所示。
当发动机冷却水温度达到349K(76℃)时,石蜡逐渐变成液态,体积膨胀而产生推力。由于节温器外壳为刚性件,石蜡迫使胶管收缩,对推杆锥状端头产生推力。因推杆固定于支架不能移动,其反推力迫使胶管、节温器外壳下移。这时主阀门开始打开,有部分冷却液经主阀门进入散热器散热。
图6-18 蜡式节温器结构及工作原理
1—主阀门;2—盖和密封垫;3—上支架;4—胶管;5—阀座;6—通气孔;7—下支架;8—石蜡;9—感应体;10—旁通阀;11—中心杆;12—弹簧
当水温超过359K(86℃)时,主阀门全开,副阀门刚好关闭,从缸盖出水口流出的冷却水全部经主阀门进入散热器散热。此时冷却水流动路线长,流量大,冷却强度增大,称为大循环,如图6-18(d)所示。
当发动机内冷却水处于上述两种温度之间时,主阀门和副阀门均部分开放,故冷却水的大小循环同时存在。此时冷却水的循环称为混合循环。
2.节温器的检修
节温器的常见故障有:使主阀门开启和全开时的温度过高,甚至不能开启;节温器关闭不严。前者将造成冷却水不能有效地进行大循环,导致发动机过热;后者将造成发动机升温缓慢,导致发动机过冷。此外,随着节温器性能的逐渐衰退,主阀门的开度将逐渐减小,造成进入大循环的冷却水流量减少,冷却系统将逐渐过热。
检查过程如下:在水杯中加热节温器,观察节温器阀门开启温度和升程,如图6-19所示。节温器开始打开温度约为80℃~84℃,结束打开温度约为95℃,节温器最大升程约8mm。如不符合要求,应更换节温器。
图6-19 节温器的检查
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