水冷系统主要部件的构造:详解汽车构造

水冷系统的主要部件主要有散热器、膨胀水箱、风扇、水泵、水管、水套、节温器和冷却液温度监测、控制装置等组成。

2.8.3.1 散热器

1.膨胀水箱

膨胀水箱上部是一个较细的软管与散热器的加水管相连，底部通过水管与水泵的进水管相连接，通常位置至少高于散热器。膨胀水箱多半用透明材料（如塑料）制成，如图2-190所示，透过箱体可以直接方便地观察到液面的高度，无需打开散热器盖。

图2-190 形状各异的膨胀水箱外形结构

膨胀水箱的作用是把冷却系统变成永久封闭系统，减少了冷却液的损失，避免空气不断地进入该系统内造成氧化、穴蚀，使冷却系中水、气分离，保持系统内压力稳定，提高水泵的泵水量。

2.散热器

散热器用导热性好的材料制成，散热器主要是由上储水室、下储水室和散热器芯（包括冷却管和散热带）组成。上储水室、下储水室由散热器芯连接一起，并装在框架内（框架固定在车架上）。框架上还设有护风圈，如图2-191a所示，其目的是起到风向导流作用。下储水室的出水管接水泵的进水口，上储水室的进水管接缸盖的出水口，如图2-191b所示。上储水室上设有加水口，并用加水口盖封闭。在下储水室中一般还装有放水阀。

图2-191 发动机散热器组件图

散热器芯的结构形式有管片式、管带式等，但其最终目的就是尽可能提高散热能力。

管片式散热器由许多冷却管和散热片组成，如图2-192a所示。冷却管是焊接在上、下储水室之间的直管，是冷却液的通道。当空气吹过冷却管的外表面时，从而使管内流动的冷却液得到冷却。冷却管大多采用扁圆形断面，因为扁管与圆管相比，在容积相同的情况下具有较大的散热面积；当管内的冷却液冻结膨胀时，扁管可以借其横断面变形而免于破裂。为了进一步提高散热效果，在冷却管外面横向套装了很多金属薄片（散热片）来增加散热面积，同时增加了整个散热器的刚度和强度。

图2-192 散热器芯、散热器盖工作原理示意图

汽车发动机多采用闭式水冷系，这种冷却系的散热器盖具有自动阀门，发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开。为防止水蒸气逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却液的沸点，如图2-192b所示。

加注防冻冷却液的汽车发动机，为了减少冷却液的损失，保证冷却系的正常工作，采用散热器+膨胀水箱结构。膨胀水箱的上方用一根软管通大气，另一根软管与散热器的溢流管相连。当散热器内蒸汽压力升高到某一值时，其盖上的压力阀打开，冷却液通过压力阀和溢流管进入膨胀水箱；当温度下降时，冷却液又从膨胀水箱通过真空阀流回到散热器内部。这样可以防止冷却水损失。膨胀水箱内部印有两条液面高度标记线，膨胀水箱内的液面高度应位于这两条刻线之间。

2.8.3.2 风扇

功用：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速冷却液的冷却。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，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却液加速冷却。

车用发动机的风扇有两种形式：轴流式和离心式。轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所产生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布置方便。因而在车用发动机上得到了广泛的应用。发动机冷却风扇及控制硅油离合器简图如图2-193所示。

硅油风扇离合器安装在风扇与水泵之间，如图2-193所示，主动轴11与水泵轴之间通过螺栓连成一体，主动板7连接在主动轴11的前端，从动板8与前盖、壳体连成一体，风扇15固定在壳体上。从动板8与前盖之间形成储油室，其内部充满了黏度很大的硅油。主动板7与壳体之间形成工作室。从动板上有进油孔A，在常温下，进油孔A被阀片6盖住，硅油不能从储油室进入工作室，这时离合器处于分离状态。主动板7、主动轴11与水泵轴一起转动，使风扇随壳体在主动轴上空转打滑，这时，风扇的转动，主要来自轴承微小的摩擦力，因此转速很低，流过散热器的空气量相对较小，冷却系的冷却强度相对较低。

图2-193 发动机冷却风扇及控制硅油离合器简图(www.xing528.com)

1—螺钉 2—前盖 3—毛毡密封圈 4—双金属感温器 5—阀片传动销 6—阀片 7—主动板 8—从动板 9—壳体 10—轴承 11—主动轴 12—锁止板 13—螺栓 14—内六角螺钉 15—风扇 A—进油孔 B—回油孔 C—泄油孔

当流经散热器的空气温度升高时，即冷却液温度升高时，双金属感温器4受热变形，迫使阀片轴相对于从动板8转动，从而带动阀片6转动，打开进油孔A，于是硅油进入工作室，由于主动板7与从动板8之间工作面处的缝隙中进入了黏度很大的硅油，主动板7利用硅油的黏性即可带动从动板和风扇转动，这时风扇离合器处于接合状态，风扇转速升高。

硅油可以在其离心力的作用下，经回油孔B从工作室中返回到储油室中，因为主动板转速高、离心力大，从动板转速低、离心力小，两离心力之差可以驱动硅油从工作室流向储油室。从而使硅油在工作室与储油室之间循环流动，这样就可以防止工作室中硅油温度过高。流过散热器的空气温度越高，双金属感温器4的变形越大，进油孔A的开度越大，进入工作室中的硅油量就越多，风扇的转速也就越高；若流过散热器的空气温度下降，双金属感温器4恢复原状，阀片6关闭进油孔A，在其离心力的作用下，硅油经回油孔B从工作室返回到储油室，离合器又回到分离状态，风扇转速又变得很低。

硅油风扇离合器的优点：功率损失小，燃油消耗率低，噪声小，还可以延长发动机的使用寿命。硅油风扇离合器灵敏度较高，结构简单，工作可靠，易于维修。

2.8.3.3 水泵

功用：对冷却液加压，加速冷却液的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机上多采用离心式水泵。离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，离心式水泵总成结构如图2-194所示。

叶轮一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6～9片。当叶轮旋转时，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，冷却液被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的冷却液便经进水管被吸进叶轮中心部分。如此连续的作用，使冷却液在水路中不断地循环。如果水泵因故停止工作时，冷却液仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不至于很快产生过热。

图2-194 离心式水泵总成结构图

2.8.3.4 冷却强度调节装置

冷却强度调节装置是根据发动机不同工况和不同使用条件，改变冷却系的散热能力，即改变冷却强度，从而保证发动机经常在最有利的温度状态下工作。改变冷却强度通常有两种调节方式：一种是改变通过散热器的空气流量；另一种是改变冷却液的循环流量和循环范围。

1.改变通过散热器的空气流量

通常利用百叶窗和各种自动风扇离合器来改变通过散热器的空气流量。百叶窗可以调节空气流量并防止冬季冻坏散热器。多用人工调节，也有采用自动调节装置的。自动风扇离合器根据发动机的温度自动控制风扇的转速，调节风扇风量以改变通过散热器的空气流量。它不仅能减少发动机的功率损失，节省燃油，而且还能提高发动机的使用寿命，降低发动机的噪声。

2.改变通过散热器冷却液的流量

通常利用节温器来控制通过散热器冷却液的流量。节温器装在冷却液循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和冷却液温度的高低自动改变冷却液的循环流动路线，以调节冷却系的冷却强度。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。

节温器的功用是控制冷却液流动路径。冷起动时，冷却液温度低，关闭流向散热器的通道；温度高时再打开。蜡式节温器工作原理：温度高时，石蜡熔化变为液体，体积增大。蜡式节温器在橡胶管和感应体之间装有石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。这时阀门关闭了通往散热器的水路，来自发动机气缸盖出水口的冷却液，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环。当发动机冷却液温度升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向上的推力。由于反推杆上端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机冷却液温度达到80℃以上时，阀门全开，来自气缸盖出液口的冷却液流向散热器，而进行大循环。

膨胀筒式节温器是具有弹性的、折叠式的密闭圆筒（用黄铜制成），内装有易于挥发的乙醚。主阀门和侧阀门随膨胀筒上端一起上下移动。膨胀筒内液体的蒸气压力随着周围温度的变化而变化，故圆筒高度也随温度而变化，如图2-195所示。

图2-195 节温器结构及工况示意图

当发动机在正常热状态下工作时，即冷却液温度高于80℃，冷却液应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭；当冷却液温度低于70℃时，膨胀筒内的蒸气压力很小，使圆筒收缩到最小高度。主阀门压在阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了发动机水套通向散热器的水路，水套内的冷却液只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却液并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷，并使发动机迅速而均匀地热起来；当发动机的冷却液温度在70～80℃范围内，主阀门和侧阀门处于半开闭状态，此时一部分冷却液进行大循环，而另一部分冷却液进行小循环。

节温器是冷却系中用来调节冷却强度的重要机件，它的工作是否正常，对发动机工作温度影响很大，间接地影响了发动机的动力性能和耗油量，因此，节温器不可随便拆除。