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| B系列柴油机冷却系统的功用及组成
（一）冷却系统的功用
柴油机运转时，气缸内燃烧的温度达到 1800℃-2000℃，瞬时温度高达3000℃，与高温燃气相接触的零件（如缸盖、活塞、气缸、气阀、喷油器等）受到强烈的加热，如不加以适当的冷却，发动机会过热，充气系数下降，燃烧不正常，发生早燃和爆燃现象；与高温接触零件过热，导致材料机械性能降低和产生严重的热应力，导致变形和裂纹；另外，温度过高，会使机油变质，烧损和结焦失去润滑性能，破坏润滑油膜，零件的摩擦和磨损加剧，从而引起发动机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。如果系统的冷却能力过强，机油被燃油稀释 （即因缸壁过冷，可燃混合气体在缸壁冷凝并聚集，冲刷缸筒壁上的润滑油膜，未蒸发的燃油经缸壁流到油底壳，稀释机油），同时恶化混合气体形成和燃烧，增加机油粘度和摩擦功率，造成零件间的磨损加剧，摩擦损失增加，柴油机工作粗暴。另外，通过冷却系统带走的热量是燃油燃烧的热量，一般约占燃烧热量的20%-30%，这是一种损失，如果冷却过强，散热损失增加，会降低发动机的经济性。因此，发动机过“冷”或过“热” （即发动机冷却系统冷却能力过强或过弱）都会对发动机的经济性、动力性、工作可靠性带来不利的影响。设计优良的 B系列发动机的冷却系统能对发动机进行强制冷却，保证发动机能始终处于最适宜的温度状态下工作，以获得较高的发动机经济性能、动力性能、工作可靠性指标。 （二）冷却系统的组成1. 冷却系统的组成（见图2-114）2. 冷却系统参数；型式 强制循环封闭式冷却系 冷却系容量 （不包括暖风装置）（L） 23发动机水套容量 （L） 10.5散热器容量 （L） 4.75膨胀水箱储备容量 （L） 3.33组成元件 水泵、风扇节温器、风扇法兰及减振块散热器、膨胀水箱、护风罩水管、机油冷却器 冷却系“开锅”温度（°C） 110 冷却液要求 50%水+50%乙二醇防冻防锈剂 环境温度高于-40℃ 40%水+60%乙二醇防冻防锈剂 环境温度在-40℃以下节温器开启温度 开始开启温度 83℃全开温度 95℃3. 冷却系统的特点EQ1141G 平头驾驶室汽车冷却系统的特点如下： （1）散热器低置。为了增大驾驶室内的有效空间而又不会使驾驶室高度过高。需要将散热器低置，由曲轴直接驱动风扇进行冷却。 （2）风扇与曲轴的联接采用软式联接，即在风扇与法兰之间增加一减振块，防止风扇叶片受曲轴扭振的影响而断裂。 （3）膨胀水箱高置。膨胀水箱安装在驾驶后悬置梁上，箱体的高度超出发动机缸盖。 （4）采用强制除气循环装置。以上这些特点，构成了性能优良、使用可靠的 EQ1141G汽车发动机冷却系。当发动机运转时，水泵随之旋转，提高了冷却液的压力，促使冷却液强制循环。循环的冷却液带走了发动机缸体、缸套、缸盖等零件的热量，当冷却液温度未达到节温器的开启温度时，冷却液将通过水循环管，直接从水泵重新进入缸体，由于冷却液避免了不必要的冷却，温度将迅速上升。当冷却液温度达到节温器开启温度，节温器阀门关闭了小循环管的旁通水路，冷却液将穿过节温器流入散热器上水室，热水经散热器芯子往下流动时，受到经风扇吸过的空气流的强制冷却，散失一部分热量。温度已经下降的冷却液，流到散热器下水室，经水泵再泵入缸体，重新参加冷却循环。当打开车上的暖风装置时，在冷却系统压力的作用下，部分热水从缸盖上的出水之通管引出，进入暖风散热器，在暖风机风扇的作用下，流经暖风散热器水芯的冷却液所带的热量，被暖风机风扇吹出的风带走，热风经送风管吹到风窗玻璃除霜或从风门吹出供驾驶室取暖。由暖风机散热器冷却过的冷却液，经出水管返回水泵进水管，重新参加循环。缸盖上出水之通管的另一端接除气管。这一位置是缸盖水套的最高点，在冷却系统压力的作用下，气 （汽）水混合物将从这里引出，经过除气管到达膨胀水箱；另外，由于散热器上水室结构的限制，它的顶部空间内也可能会积滞部分气（汽）体，因此，在上水室顶部也引出一根除气管，冷却液大循环开始后，气（汽）水混合物流经另一根除气管进入膨胀水箱。气（汽）水混合物进入膨胀水箱后发生分离，不含气（汽）体的冷却液从箱底流经回水管回到水泵进水口，重新参加循环。 |
| 二、冷却系统主要部件 （一）散热器 （1）结构概述散热器作为发动机冷却系中的重要部件，它的散热能力在很大程度上决定了冷却系的工作温度。 B系列发动机散热器是封闭、直流强制循环式、铜质、管带式散热器。散热器芯部结构为管带式，芯管 （即冷却水管）呈扁平形，以减少空气阻力，增加散热面积。散热带为波浪形，其上开出了按规则排列的许多小窗口，从而增加了空气紊流，提高了散热效率。 （2）产品名称及型号产品名称： B系列发动机管带式散热器型号： 1301W-010 （3）结构参数散热器总体尺寸 659mm×684mm×165mm散热器芯部尺寸 635mm×520mm×52mm散热器芯管排列 直排 排数 3管截面尺寸 14mm×2.5mm管壁厚度 （mm） 0.15管数 （根） 150散热带数 （根） 51带厚 （mm） 0.06带子波高 （mm） 10带子波距 （mm） 4波数 （个） 128有效液流截面积 （m2） 0.0043有效通风截面积 （m2） 0.33总散热面积 （m2） 16.5散热器总容量 （L） 14 （4）性能参数风阻 （Pa） 485.08水阻 （Pa） 18.337散热量 （kW） 917.89 （5）散热器技术条件散热器作为影响发动机能否正常运行的重要部件应当引起使用和维修部门的注意，在检查维修中，应按以下技术要求进行。 ①在整车每行驶 20000km，应对散热器正面用水冲洗，清除积尘等堵塞物，以防止散热性能的降低。②对大修车的散热器总成应进行泄漏检查和修补。泄漏检查应用将压缩空气引入浸入水中的散热器中进行泄漏检查，通入的压缩空气压力为 120kPa，持续1分钟不得有渗漏。经修补的焊缝应牢固、美观，并去除毛刺。③对大修车的散热器进行修补，允许将冷却水管卡断，但不得多于 2根。卡断的管头应焊补牢靠，无渗漏，散热器焊补时在每0.1m2面积内不得多于1处。 （6）散热器的安装固定散热器依靠固定在两侧的支架悬挂在汽车的大梁上，支架与大梁之间各有两个橡胶减振垫，并用螺栓紧固，拧紧力矩为 10N·m，太松达不到紧固散热器的目的，太紧会破坏橡胶的减振性能。另外，在散热器的下部两侧，各有一辅助减振块联接于大梁下平面与散热器侧板之间。采用减振垫及减振块的目的是为了隔离、吸收来自大梁的部分振动及冲击，使散热器在汽车运行中不至于发生振裂、严重扭曲及翻转，以延长散热器的使用寿命。 （二）膨胀水箱及强制除气循环管路 （1）结构参数膨胀水箱结构参数： 膨胀水箱总容积（L） 3.9 膨胀水箱储备冷却液容积 （L） 3.33膨胀水箱膨胀空间 （L） 0.57压力盖结构参数： 蒸气阀开启压力（kPa） 44.1-53.9 进气阀进气真空度 （kPa） 0.98-11.8管路结构参数： 除气管外径（mm） Φ8 回水管外径 （mm） Φ25 |
| （2）强制除气循环的工作
由于散热器低置，水泵进水侧的水阻增加，有增加水泵穴蚀的趋势：另外，散热器上水室的最高点低于发动机冷却液的最高点，所以必须增设辅助高位的加水装置：同时为了更有效地利用散热器的散热能力，提高冷却效率，必须及时去除冷却系中原积滞的空气以及在高温情况下产生的水蒸气，因此，必须采用高位后置式强制型除气装置——膨胀水箱来满足这些要求。 膨胀水箱的主要功能是给冷却液提供了一个膨胀空间。 在冷却系统中，当冷却液热膨胀后的体积超过冷却系统容积时，就会压缩原积滞在系统内的空气，这部分空气随着热负荷的增加会进一步地膨胀，使系统压力升高，另外，系统内还将产生一定量的水蒸气，这些蒸气的压力也会增加系统的压力。整个系统的压力越高，系统的密封就越困难。膨胀水箱内提供的膨胀空间，在系统压力的作用下，气水混和物将不断地输进膨胀水箱，在箱内膨胀、释压，稳定了整个系统内的压力。 1 ）冷却系中气（汽）体的来源①由于结构设计的限制，发动机水套中和某些零件内部有“死区”存在，积滞了一部分空气，这部分空气在静止或加注过程中不能自行从系统中排出去。 ②在加注过程中，总有部分空气吸附在冷却液上加注进系统中。 ③在缸体密封垫处，高压燃气可能窜入系统内。 ④在水泵密封垫损坏或者进水管管接头密封不严的情况下，系统内会吸入部分空气。 ⑤冷却液流经缸体和缸盖的水套时，有部分吸热汽化，形成水蒸气，或者汽泡，甚至汽囊。 2 ）气（汽）体对冷却系性能的影响在冷却系内部，绝对清除气体是不可能的，但是所积滞的气体量若超出一定的限度，危害性是很大的，它会造成水泵流量下降，散热器的冷却效率随之下降；还会造成发动机水套内局部沸腾，致使局部的热应力猛增，影响发动机性能；另外，在热机停机工况，还会造成冷却液过多的损失，所以必须采用强制型除气装置——膨胀水箱，将系统内部的气体含量控制在最小范围内。 3 ）除气原理在系统压力的作用下，气 （或蒸气）水混合物从膨胀水箱上部的两个除气口输入。在正常情况下，除气口与箱中储备冷却液的液面总是保持一定的距离，气（或蒸气）水混合物在降落过程中，大的气（或蒸气）泡膨胀破裂；另外，小的气（或蒸气）泡随冷却液落入储备冷却液中，由于气（或蒸气）泡比水轻，会自行向上运动，最终越出液面，进入膨胀空间中，实现气（或蒸气）水分离，并产生使系统释压的作用。膨胀空间中的蒸气在适当的温度下冷凝，重新回到冷却液中参加循环。从而保证从箱内底部流回水泵的冷却液中没有气体和蒸气泡，达到除气目的。在强制除气循环中，除气管口径与回水管口径的匹配很重要，除气管口径过大，则除气循环流量增加，回水流量加大，气 （或蒸气）水混合物在膨胀水箱中的除气时间减短，部分气泡未来得及排入膨胀空间又被带回发动机水套中，产生除气不净；除气管口径过小，则除气循环流量减小，有部分气体或蒸气无法进入除气循环中，而被大循环或小循环带去，同样产生除气不净。 B系列发动机的除气管与回水管是经过多次试验选定的，不能随意用其他口径的管子代替。4 ）增加水泵吸水侧的静压力膨胀水箱由于设置的位置比发动机水路中任何一点都高，利用它的水位压力就可以部分甚至全部平衡水泵吸水侧可能产生的真空度，这有利于减少水泵叶轮和壳体上的穴蚀，延长水泵的使用寿命。 5 ）便于加注冷却液由于散热器低置，从散热器上直接加满冷却液是不可能的，只有通过高位的膨胀水箱给发动机加注冷却液。 6 ）提供一定量的冷却液储备在实际使用的过程中，冷却液的自然消耗是不可避免的，由于膨胀水箱提供了一定量的冷却液储备，只要系统密封良好，可保证长期不需加水。 7 ）使系统压力维持在一定的范围当气（汽）水混合物在膨胀水箱中实现气水分离后，如果系统压力超出了膨胀水箱压力盖蒸气阀开启压力，蒸气阀便会打开，气体就会从蒸气阀排入大气中；当发动机停止工作，冷却系温度逐渐下降，冷却液容积将会缩小，系统压力降低，形成真空度，当真空度大于进气阀开启压力，进气阀开启，大气中的空气进入膨胀水箱中。膨胀水箱压力盖的蒸气阀、进气阀对冷却系统各承压零件（软管、水管、散热器芯管及各部分密封垫）具有保护作用。 （三）风扇、风扇减振块及风扇联接法兰 （1）结构概述B 系列发动机冷却风扇为直叶吸风式轴流风扇，风扇托板是钢板冲压的，风扇安装于曲轴前端。为减轻风扇重量，减小风扇和法兰对曲轴的弯矩，风扇叶片采用铝板冲压成形。两层托板通过铆钉将风扇叶片牢固地夹持着铆成一体。在风扇与联接法兰之间装有橡胶减振块，用于吸收曲轴的扭振，以达到保护风扇叶片，使它不至因扭振的影响而发生断裂。风扇由曲轴直接驱动，无皮带传动损失，加上风扇静压效率较高，最高效率为32%，因此风扇功率消能较低，仅为发动机额定功率的3.1%，达到了世界先进水平。风扇旋转时，带动空气向里侧流动，形成气流，气流通过散热器芯部时，吸收掉部分散热器水管的热循环冷却液的热量，并散发出去，使发动机维持在适当的工作温度范围内。同时由风扇旋转所形成的气流还有利于发动机附件的冷却。 （2）结构参数风扇外径 （mm） Φ520风扇内径 （mm） Φ200风扇叶片 叶片数 （片） 6叶片弦宽 （mm） 120叶片成型半径 （mm） R200叶片安装角 30°风扇旋转方向 顺时针 风扇传动比 1 （四）护风罩安装在散热器上的护风罩，使通过散热器芯部的气流分布更均匀，同时集中穿过风扇，减少空气回流现象，提高冷却效率。由于散热器是安装在车架纵梁上，风扇安装在发动机上，各自部位所承受的振动不同，有相对运动，因此风扇叶端与护风罩之间应保持 15mm-20mm的间隙（护风罩风圈直径为Φ560mm）- （五）冷却液B 系列发动机冷却系统要求使用长效防冻防锈液，它含乙二醇50%（容积比），在标准大气条件下，沸点为109℃-110℃、冰点为-40℃，经试验证明，对各种金属和橡胶都无腐蚀作用。使用防冻防锈液主要优点是： （1）保证发动机冷却系统水道内腔不会结垢，以免影响散热性能； （2）防冻防锈液的沸点比水高，提高了冷却系统性能，防止发动机冷却系产生“开锅”现象； （3）可调节乙二醇配比，满足极寒地区不同的使用要求，保证发动机在所有地区均能安全过冬； （4）在密封良好的除气循环冷却系统内，只要整个系统无泄漏现象，无需经常添加冷却液，并可长时间使用，大大减少了维修保养工作量。 |
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