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详解发动机冷却系统

    [汽车之家 百科]    发动机冷却系统在汽车动力系统中扮演着重要的角色,冷却系统可以在发动机工作时对温度进行合理地调节与控制,使发动机各部件保持在正常的工作温度,从而获得理想的动力输出与良好的燃油经济性,如果没有冷却系统的帮助,发动机将无法正常工作。

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    进入汽缸的混合气燃烧时的温度最高可达2000摄氏度以上,此时发动机的活塞、缸体、汽缸盖、气门等部件与高温可燃混合气接触而强烈受热。

温度对于发动机的影响及冷却系统的作用

    提到冷却系统,我们首先要了解温度对发动机的影响。汽车发动机的工作循环是在高温下进行的,进入汽缸的混合气燃烧时的温度最高可达2000摄氏度以上。此时发动机的活塞、缸体、汽缸盖、气门等部件与高温可燃混合气接触而强烈受热,此时发动机如果得不到有效降温会使其机械强度变差,同时引起汽缸充气系数下降,造成空燃比失调使发动机异常燃烧。而汽缸内温度过高还会使混合气早燃(提前燃烧),导致出现严重损害发动机的爆震现象。过高的温度还会使润滑油烧损及变质,高温情况下会使汽缸内间隙变小,破坏油膜的保护,造成润滑能力下降,严重时还会引起粘着磨损、卡死(拉缸)故障。

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    为了避免这些不良后果,使发动机正常运转从而发挥应有的动力输出,在经济性、动力性与耐用性上得到较好的表现,冷却系统的积极工作是必不可少的。但对于低温情况下发动机工况来说,过度冷却同样会对发动机造成不良影响。

    首先,汽车发动机在设计时为了考虑到热胀冷缩现象,会将进排气门、活塞与缸套等部件间留有一定的间隙,以配合达到正常温度后各部件之间良好的吻合。拿活塞与缸套来说,长时间低温导致较大的间隙会造成密封不良出现漏气窜油现象,异常燃烧会使动力下降油耗升高。另外在低温状态下,可燃混合气蒸发性能较低,导致雾化效果变差,使发动机燃烧不充分,增大燃油消耗量的同时还易造成发动机内部形成积碳。发动机润滑油在低温状态下粘度上升,流动性变差,造成润滑不均匀,加剧了内部的磨损。

    总的来说,工作温度过高过低不但使燃料消耗量增加动力下降,还会导致发动机磨损增加,影响使用寿命。发动机的温度在40摄氏度时的磨损量是90度时的5倍,如果温度太高,发动机零部件的机械强度下降,也会造成发动机过早损坏。

发动机冷却系统的工作原理

    顾名思义,冷去系统的功能是将发动机受热部件吸收的部分热量及时散发出去,对发动机进行冷却,使其保持在正常的温度下工作。一般以冷却介质分为风冷系统与水冷系统,随着汽车发动机功率越来越大,对散热的要求也越来越高,风冷系统由于很难达成均匀的散热效果,容易使一些部件造成过热损伤发动机,并且散热效率不如水冷系统好,所以现在汽车几乎全部使用了水冷式散热系统。本次只为大家详细介绍水冷式冷却系统。

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    汽车发动机的冷却系统利用水泵提高冷却液的压力,强制冷却液在发动机的冷却水道中循环流动,将发动机多余的热量带走,使其保持在最佳工作温度。这种为发动机降温的循环模式被称为主循环,而主循环模式还必须设置成两种不同的冷却循环模式来保证发动机在不同工况下更好的工作,即冷车循环和正常循环,也就是老司机口中常说的小循环与大循环。

    冷车循环(小循环)是指在发动机冷启动后,温度较低的冷却液不会将节温器打开,此时冷却液只经过水泵在发动机的水道中进行循环,目的是使发动机尽快达到正常的工作温度,等发动机温度上升,冷却液温度达到节温器设定值(一般为80度)时,节温器阀门打开,冷却液进行正常循环(大循环),这时冷却液从发动机水道中流出,经过车头位置的散热器,进行散热,水泵再将散热冷却后的冷却液送人发动机进行冷却循环,节温器负责控制循环模式的切换,使发动机尽量保持在最佳工作温度。

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    另外,针对车内空调取暖,系统还会设置一个单独的取暖循环,冷却液经过车内的取暖装置,将热量送入车内,再回到发动机进行冷却,取暖循环不受节温器的控制,只要车内打开暖风,这套循环系统便开始工作。

冷却系统的构造

    冷却系统中,冷却液充当冷却介质流经发动机水道,主要零部件有节温器、水泵、散热器、散热风扇、水温感应器及蓄液罐。

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    首先,冷却液作为发动机冷却介质又被称为防冻液。冷却液由水、防冻剂、添加剂三部分组成,按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型的冷却液。其中乙二醇型冷却液是用乙二醇作防冻剂,并添加少量抗泡沫、防腐蚀等综合添加剂配制而成。由于乙二醇易溶于水,可以任意配成各种冰点的冷却液,其最低冰点可达-68℃,这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、粘温性能好、防腐和防垢等特点,是一种较为理想的冷却液,目前国内外发动机所使用的和市场上所出售的冷却液几乎都是这种乙二醇型冷却液。

    节温器是控制冷车循环与正常循环的重要部件,通常节温器会设计在80摄氏度左右时开启,温度较低时则会自动关闭,节温器的正常工作保证了当前的循环模式可以为发动机提供最为合理的冷却效果。

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    由皮带驱动的水泵是对冷却液进行加压,保证冷却液可以在冷却系统中循环流动。而散热器(又称为水箱)与散热风扇被设置在车头位置,一般会在车头前杠上设计帮助散热器散热的开口。发动机工作时,冷却液在散热器芯内流动,在汽车行驶中通过撞风原理将空气在散热器芯外通过,热的冷却液由于向空气散热而变冷。

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    散热器上还有一个很容易被忽略的小零件,就是散热器盖。它的工作原理和家用压力锅相似,目的是增加容器内的压力来达到高效率和高温的冷却效果。当汽车在运行时,冷却液温度升高,水箱内压力增加,当压力到达一定程度的时候,压力阀门被压力顶开,那么冲出来的冷却液就会流入旁边的储液罐,当汽车停止工作后,真空的冷却系统又会把储液罐里的水吸回水箱。

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    中冷器是涡轮增压发动机的必备部件,涡轮增压发动机的进气效率比一般自然进气发动机更高。当空气进入涡轮增压后其温度也会大幅升高,密度也相应变小,而中冷器正是起到冷却空气的作用,高温空气经过中冷器的冷却,再经进气歧管进入发动机。

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    发动机排出的废气温度非常高,通过增压器的热传导会提高进气的温度。并且空气在被压缩的过程中密度会升高,这样也导致了进气温度的升高,从而影响发动机的充气效率,使增压原本的优势消失殆尽。如果想要进一步提高充气效率,就要降低进气温度。在相同的空燃比条件下,增压空气的温度每下降10摄氏度,发动机功率就能提高3%-5%。

    另外,如果未经冷却的增压空气进入燃烧室,除了会影响发动机的充气效率,还很容易导致发动机燃烧温度过高,造成爆震等故障,因此为了解决增压后的空气升温造成的不利影响,必须加入中冷器来配合增压系统工作。

发动机的润滑良药:机油冷却器

    润滑油(机油)在发动机运行时也发挥着重要的作用,它为发动机提供了必要的润滑、密封、清洁、防腐、以及冷却作用。而对于机油来说,温度是影响其工作状态最重要的因素,对于一些大功率高热量发动机来说,过高的温度会使机油粘度下降,造成油膜破坏,润滑性能下降、使发动机运转阻力加大,影响动力输出并且对发动机造成磨损。为了解决上述问题,便出现了机油冷却器。

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     与水冷式散热器原理相同,发动机内的润滑油流经位于车头前杠内的的散热器进行散热降温,然后循环流入发动机内进行润滑,虽然原理简单,但散热器的尺寸及管路的口径决定了对机油压力的影响,匹配不当会造成机油压力不足,使发动机无法得到正常的润滑效果。

    即使原装车,安装上机油冷却器也是一种对发动机加以有效保护的手段。对于改装过动力系统的车辆更加有必要添加,安装机油冷却器之后,连带冷却水温也会有所下降,保证了引擎在较大负荷下也可以保持最佳的工作状态。

总结

    冷却系统的作用是在所有工况下,保证发动机在最适宜的温度工作,冷却系统匹配与设定的是否合适将直接影响到发动机的动力表现、使用寿命和燃油经济性。所以说冷却系统在发动机中扮演着重要的角色。(文/图 汽车之家)

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