汽车水冷却系统主要部件

1.散热器

散热器主要由上、下水箱,散热器芯和散热器盖等组成,如图9-2所示。

散热器上水室顶部有加水口,平时用散热器盖盖住。在上下水箱上分别装有进水软管和出水软管,它们分别用橡胶软管和发动机气缸盖的出水管和水泵的进水管相连。这样既便于安装,而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器下面一般装有减振垫,防止散热器受振动损坏。在散热器下水室或出水管上还有放水开关,必要时可将散热器内的冷却水放掉,如图9-2所示。

散热器芯由许多冷却管和散热片组成,采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。

散热器芯多采用导热性好、焊接性好和耐腐蚀的黄铜制造。为减小质量、节约铜材,铝制散热器芯目前广泛用于许多使用条件较好的轿车上。也有些汽车发动机的散热器芯其冷却管仍用黄铜,而散热片则改用铝锰合金材料制成。

散热器一般为竖流式,即冷却水从顶部流向底部。为降低汽车发动机罩轮廓的高度,有些轿车采用了横流式散热器,即冷却水从一侧的进水口进入水箱,然后水平横向流到另一侧的出水口,如图9-3所示。

图9-2　散热器结构

图9-3　散热器结构

(a)竖流式;(b)横流式
1—进水口;2—进水室;3—散热器盖;4—出水口;5—变速器油冷却器进、出口;6—出水室;7—放水阀;8—散热器芯

2.散热器盖

汽车上广泛采用的是封闭式水冷系统,该水冷系统的散热器盖具有空气-蒸汽阀门,如图9-4所示,可自动调节冷却系统内部压力,提高冷却效果。

图9-4　空气-蒸汽阀门

(a)蒸汽阀开启;(b)空气阀开启图

发动机热态工作正常时,两阀门在弹簧弹力的作用下均关闭,将冷却系统与大气隔开,而水蒸气的产生使冷却系统内的压力稍高于大气压力,从而可提高冷却水的沸点,改善了冷却效果。当散热器内蒸汽压力达到126～137k Pa时,蒸汽阀打开,部分蒸汽从蒸汽排出管外泄,以防止冷却系统中压力过高而损坏散热器和水管。当水的温度下降,蒸汽压力降到99～87k Pa时,冷却系统内部产生一定的真空度,空气阀被大气压力压开,部分空气从空气阀口被吸入冷却系统,以防散热器及芯管被大气压瘪。

3.风扇

风扇的功用是增大流经散热器芯部的流速,以增强散热器的散热能力,加速冷却液的冷却。冷却风扇通常安排在散热器后面,并与水泵同轴。当风扇旋转时,对空气产生吸力,使气流由前向后通过散热器芯,从而使流经散热器芯的冷却液加速冷却。风扇的扇风量主要与风扇的直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数目有关。目前风扇的形式很多,但汽车用的水冷发动机上大多数采用螺旋桨式风扇,其叶片多用薄钢板冲压制成,横断面多为弧形,也可以用塑料或铝合金铸成翼型断面。翼型风扇虽然制造工艺较复杂,但效率较高,功率消耗较少,故在轿车和轻型汽车上得到了广泛的应用。叶片应与风扇旋转平面安装成一定的倾斜角度(一般为30°～45°)。叶片数目通常为4片或6片。叶片之间的夹角一般不相等,以减小旋转时产生的振动和噪声。

风扇和水泵通常装在同一轴上,由曲轴皮带轮通过三角皮带驱动,利用发电机皮带轮作为张紧轮。在使用时,为了保证风扇、水泵的转速,皮带应有一定的张紧力。如果皮带太松将在皮带轮上滑动,而使风扇的风量减少,引起发动机过热和冷却液水沸腾;如果皮带太紧,轴承磨损将增加。

4.风扇离合器

为减少发动机功率的损失、减小风扇的噪声、改善发动机低温启动性能、节约材料及降低排放,在有些汽车发动机采用风扇离合器来控制风扇的转速,自动调节冷却强度来达到上述的目的。风扇离合器主要有硅油式、电磁式等多种。这里主要介绍机械式的硅油式风扇离合器。

图9-5　硅油式风扇离合器

硅油式风扇离合器结构如图9-5所示,主动轴固定在风扇带轮上由曲轴驱动,主动板随主动轴一起旋转,从动板、前盖、壳体、风扇连成一体。前盖与从动板间空腔为储油腔,储有高黏度硅油;壳体与从动板间空腔为工作腔。从动板上有进油孔、回油孔、泄油孔。进油孔由双金属感温器根据水温高低控制封闭或打开。

当发动机温度低时,冷却水温度不高,双金属感温器带动阀片偏转,使进油孔关闭,工作腔内无油,风扇离合器处于分离状态。这时仅由于密封毛毡圈和轴承的摩擦,使风扇随同离合器壳体一起在主动轴上空转打滑,转速很低。当发动机的负荷增加而使吹向双金属感温器的气流温度超过338K(65℃)时,阀片转到将进油孔打开的位置,于是硅油从储油腔进入工作腔,主动板利用硅油的黏性带动离合器壳体和风扇转动。此时离合器处于结合状态,风扇转速得到提高以适应发动机增强冷却的需要。若发动机的负荷减小,流经双金属感温器的气流温度低于308K(35℃)时,双金属感温器复原,阀片将进油孔关闭。工作腔内油液继续从回油孔流向储油腔,直到甩空为止。这时风扇离合器又回到分离状态。漏油孔的作用是防止风扇离合器在静态时从阀片轴周围泄漏硅油。(www.xing528.com)

5.水泵

水泵的功用是对冷却液加压,使之在冷却系统中加速循环流动。水泵的结构形式有多种,但由于机械离心式水泵具有结构简单、尺寸小、出水量大,同时当水泵因故障而停止工作时,不妨碍冷却液在冷却系内热对流而自然循环等优点,因此机械离心式水泵在汽车上得到了广泛的应用。其工作原理如图9-6所示。

图9-6　离心式水泵工作原理

1—进水管;2—水泵壳体;3—出水管;4—水泵轴;5—叶轮

图9-7　叶轮的叶片

(a)翼形叶片;(b)圆弧形叶片

离心式水泵主要由泵体、叶轮和泵轴组成。叶轮的叶片一般是径向或向后弯曲的,其数目一般为6～9片,如图9-7所示。当叶轮旋转时,水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转,在本身离心力作用下向叶轮边缘甩出,在蜗形壳体内将动能变为压能,经与叶轮成切线方向的出水口送入发动机水套。与此同时,叶轮中心处压力降低而将冷却液从进水口吸入。如此连续作用,使冷却液在冷却系中不断地循环。

图9-8　离心式水泵的结构示意

1—泵壳;2—叶轮;3—胶木密封垫;4—垫;5—螺钉;6—水封皮碗;7—弹簧;8—衬垫;9—泵盖;10—水封座圈;11—轴承;12—泵轴;13—键;14—凸缘盘;15—卡环;16—隔套;17—注油嘴;18—挡水圈;19—垫圈;20—旁通管接头

图9-8为常见发动机用离心式水泵的结构示意图。水泵与风扇同轴,通过三角带传动。它主要由水泵壳体、泵盖、轴承、水封、叶轮、密封垫等组成。水封和轴承是水泵中的关键部件,其质量好坏直接关系水泵的可靠性和寿命。水泵轴支承在水泵壳内的两个轴承上,叶轮紧固在水泵轴上。泵壳多制成蜗壳形状。进水孔用橡胶管与散热器出水管相连,旁通孔与气缸盖上的出水管连接,小循环时,冷却水由此直接进入水泵。叶轮旋转时,水由泵盖上的出水孔压送到发动机水套内。在叶轮前端有水封装置,防止水沿水泵轴向前渗漏。图9-8中水封由夹布胶木密封垫、水封皮碗和弹簧等组成,它利用胶木密封垫与密封端面之间的滑动起密封作用,耐磨性差。新式水封采用陶瓷、石墨组成摩擦副的水封结构,见图9-9。其密封性好,耐磨,使用寿命长。

水泵轴上装有挡水圈,渗出的水被挡水圈从检视孔甩出,可避免破坏轴承润滑。为了润滑水泵轴承,在水泵壳上装有注油嘴,定期向其中注入润滑脂。

图9-9　石墨水封

1—水封座圈;2—水封皮碗;3—水封弹簧;4—石墨、静环;5—陶瓷动环;6—橡胶衬圈;7—水泵轴

6.节温器

图9-10　蜡式双阀节温器

1—主阀门;2—弹簧;3—中心杆;4—旁通阀;5—感应体;6—石蜡;7—下支架;8—通气孔;9—阀座;10—橡胶管;11—上支架;12—上盖和密封垫

图9-11　冷却液大小循环

(a)小循环;(b)大循环
1—水泵;2—散热器;3—旁通阀;4—双阀节温器;5—水套

节温器用来控制流过散热器的冷却水流量和循环路线。目前多数发动机采用蜡式节温器,它分为单阀和双阀两种。双阀蜡式节温器,如图9-10所示,上支架与阀座以及下支架铆接为一体,中心杆的下端插入橡胶管10的中心孔中,其上端固定于上支架的中心。感应体5与橡胶管之间的空腔里装满了石蜡6,石蜡中掺有旨在提高导热性的铜粉和铝。为了不使石蜡向外流出,感应体上端向内卷边,并通过与密封垫12将橡胶管压紧在感应体外壳的台肩上。常温时石蜡呈固态,当冷却液温度低于349K(76℃)时,弹簧将主阀门压在阀座上,主阀门关闭,同时将旁通阀向上移动,使旁通阀打开,由气缸盖流出的冷却液经旁通管直接进入水泵进行小循环[图9-11(a)]。当冷却液温度升高到349K(76℃)时,石蜡逐渐变为液态,其体积膨胀,使得橡胶管收缩,从而对中心杆球状端头产生向上的推力。由于中心杆的上端是固定的,所以中心杆对橡胶管、节温器外壳产生向下的推力,当冷却液温度超过359K(86℃)时,主阀门全开,旁通阀完全关闭了小循环路线,由气缸盖出水口流出的冷却液全部流向散热器进行大循环[图9-11(b)]。当冷却液温度在349～359K(76～86℃)时,大小循环同时进行。节温器在冷却系统内有两种布置方式:第一种是在车辆上广泛采用的一种布置方式,节温器布置在气缸盖的出水管路上;另一种布置在气缸体的进水管路上。