汽車發動機基礎知識
汽車發動機冷卻系統的功用就是使發動機在任何工況下都得到適度的冷卻,從而保持在適宜的溫度下工作。目前,汽車發動機冷卻系統不僅能夠保護發動機,而且還具有改善燃料經濟性和降低排放的作用。為了大家更好地了解汽車發動機冷卻系統,咱們就一塊聊聊汽車發動機冷卻系統的工作原理。
汽車發動機冷卻系統的主要工作是將熱量散發到空氣中以防止發動機過熱,但冷卻系統還有其他重要作用。汽車中的發動機在適當的高溫狀態下運行狀況最好。如果發動機變冷,就會加快組件的磨損,從而使發動機效率降低并且排放出更多污染物。因此,冷卻系統的另一重要作用是使發動機盡快升溫,并使其保持恒溫。
汽車發動機冷卻系統工作原理
汽車冷卻系統分為兩種類型:液冷和風冷。液冷液冷汽車的冷卻系統通過發動機中的管道和通路進行液體的循環。當液體流經高溫發動機時會吸收熱量,從而降低發動機的溫度。液體流過發動機后,轉而流向熱交換器(或散熱器),液體中的熱量通過熱交換器散發到空氣中。風冷某些早期的汽車采用風冷技術,但現代的汽車幾乎不使用這種方法了。這種冷卻方法不是在發動機中進行液體循環,而是通過發動機缸體表面附著的鋁片對氣缸進行散熱。一個功率強大的風扇向這些鋁片吹風,使其向空氣中散熱,從而達到冷卻發動機的目的。因為大多數汽車采用的是液冷,管道系統汽車中的冷卻系統中有大量管道。
發動機冷卻系統的組成
引擎的水冷卻系統也是一個散熱循環的過程,不過需要組合的零件就比冷暖氣系統復雜多了,包括水箱(散熱器)、風扇、水泵、節溫器(水龜)、副水箱、水管、汽缸水套。首先,由引擎的正時皮帶來帶動水泵運轉,將冷卻水送往引擎缸體后,就開始在汽缸周圍的水套(即鑄造而成的流水通道)里流動。接著,吸收引擎熱能后的冷卻水上升到汽缸蓋的水套,透過節溫器的開啟返回水箱進行降溫,最后回流到水泵,整個散熱循環過程就算完成。
▲冷卻系統的循環過程:水泵→引擎缸體→節溫器→水箱(風扇定時散熱)→副水箱→水泵。其中部分的熱水會被送到暖風箱當暖氣使用。
在散熱循環過程里的「節溫器」,就是調節水溫的零件,引擎能不能維持正常的工作溫度都要靠它。那什么是「工作溫度」?簡單來說就是引擎發揮最佳燃燒效率時需要的溫度,就好像電腦過熱就會當機,需要被控制在最佳溫度的一樣道理,但這個工作溫度會因不同車廠的設計而有所不同,比如說日系車控制在90℃左右,而歐美車則控制在100℃上下。
▲水冷式引擎的缸體在鑄造時會鑄有水套(在氣缸周圍的洞口),而氣缸蓋則在燃燒室周圍,利用冷卻液的循環帶走熱能。
因此引擎剛開啟時,節溫器就像一個閥門,阻擋冷卻水回流到水箱,讓冷卻水在引擎缸體作內循環以快速達到工作溫度,目的是縮短熱車的時間和防止引擎過冷而耗掉更多的燃料。當冷卻水升溫到80℃后,節溫器內的彈簧彈力逐漸放松,閥門就被打開,讓水套里的熱水流向水箱,這時水箱風扇自動開啟將熱水快速散熱(行駛中的氣流也能幫助散熱),待水回流到下水箱后再被水泵送回引擎。這樣的水冷卻循環效率很穩定,適合大壓縮比且輸出動力大的多缸引擎,不過多少會消耗掉一些引擎的動力。
汽車發動機冷卻系統作用
▲節溫器就像閥門,在熱車時阻擋引擎水套里的水回流到水箱以進行內循環來快速升溫,防止引擎過冷,達到工作溫度后閥門開始往下壓,熱水往上流到水箱。
控制引擎的水溫不能只靠節溫器
雖然節溫器能放掉高溫壓的冷卻水來防止引擎過熱,但經過一段時間的循環,引擎缸體內的水會跟水箱水的溫度近乎相同,加上工作中的引擎溫度一直上升,冷卻水就不能有效的降溫,因此需要「水箱風扇」來幫助水箱散熱。
▲水箱不是儲水裝置,它只是將被引擎加熱過的冷卻水引到這里散熱,水溫超過90°C時風扇會強制降溫10°C左右,當然還得外加機油的冷卻才能維持引擎的最佳燃燒效率。
事實上,水箱不是一個儲水的裝置,它只是類似蜂巢造型的散熱零件,里面布滿多層的隔板薄片(散熱芯片),當熱水在通道里往下流時,空氣經過這些薄片能帶走水的熱能,理論上薄片面積愈大,散熱效率愈好,但引擎室空間有限,水箱的設計尺寸不能太大的情況下,水箱中裝置的兩個風扇能在極短時間內讓冷卻水降溫7-10℃,這樣水泵送回引擎水套的冷卻水能夠繼續吸收熱能。
發動機冷卻系統的特性
▲水箱上面的壓力蓋除了可以提高冷卻水的沸點以外,也透過壓力差把膨脹過度的熱水引到副水箱貯存,防止水箱和水管破裂,知道為什么引擎發動時水箱蓋不能打開了吧?
至于風扇會根據水溫而開啟,像感應器測得水溫超過90℃時就會啟動風扇,待降溫10℃左右后就不讓風扇的馬達通電(作動時機精準到1℃的范圍),能減少消耗引擎動力,而且剛熄火的引擎仍處于高溫,電子風扇能持續運轉降溫直到冷卻水低于設定的低溫度為止。
▲副水箱的冷卻水只是用來供應水量不足的主水箱,尤其回到25°C的室溫狀態,水的體積已經縮小。
232/5000其實冷卻系統是密閉的回路,當高溫的冷卻水流過水箱時壓力很大,如果沒有適當的泄掉高壓,水管很可能會變形甚至爆裂,這時候就要額外設置的空間來容納熱脹冷縮的冷卻水,也就是副水箱。當水溫過高,副水箱就接收體積膨脹而多出來的水,待水溫較低時,還可以供應體積縮小后水箱需要的水量。這樣的調節功能是透過水箱蓋里的雙向閥門設計,管路的高水壓會推開向外的閥門并流向副水箱,當水壓變低時,水箱管路內的低壓會吸開向內的閥門,讓冷卻水流回水箱,管路的壓力就能控制在設定的磅數范圍內。
發動機過熱的危害
(1)降低充氣效率,使發動機功率下降;
(2)爆燃的傾向加大,使零件因承受額外沖擊性負荷而造成早期損壞;
(3)運動件的正常間隙被破壞,運動阻滯,磨損加劇,甚至損壞;
(4)潤滑情況惡化,加劇了零件的摩擦磨損;
(5)零件的機械性能降低,導致變形或損壞。
發動機過冷的危害
(1)進入氣缸的混合氣(或空氣)溫度太低,可燃混合氣品質差,使點火困難或燃燒遲緩,導致發動機功率下降,燃料消耗量增加;
(2)燃燒生成物中的水蒸汽易凝結成水而與酸性氣體形成酸類,加重了對機體和零件的侵蝕作用;
(3)未汽化的燃料沖刷和稀釋零件表面(氣缸壁、活塞、活塞環等)上的油膜,使零件磨損加劇。
汽車發動機冷卻系統
現代汽車發動機冷卻系統設計(汽車發動機保養)要綜合考慮下面的因素:發動機內部的摩擦損失;冷卻系統水泵的功率;燃燒邊界條件,如燃燒室溫度、充量密度、充量溫度等。了解汽車發動機冷卻系統工作原理,統籌考慮每項影響因素,有助于設計性能更加優良的汽車發動機冷卻系統。