汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)原理全解析
炎熱的夏天即將來臨,當你坐在車里開著空調享受著愜意的時候,你有沒有想過你坐的這個鐵殼子是怎么降溫的呢?要知道混合器進入發(fā)動機汽缸的時候溫度可能高達2000℃以上,此時發(fā)動機的活塞、缸體、氣門等部件都會承受極強的壓力和高溫,那么車輛是如何在這樣的高溫下保持正常工作的呢?這就要說說車輛的冷卻系統(tǒng)的作用了。
正如人體需要靠毛孔、汗腺來維持正常體溫一樣,發(fā)動機也需要冷卻系統(tǒng)來維持正常的工作溫度。冷卻系統(tǒng)的主要功能就是將發(fā)動機受熱部件的熱量即使散發(fā)出去,對發(fā)動機進行冷卻,保證其在正常的工作溫度下工作。
就像剛才說到的,發(fā)動機在工作時的最高溫度可以達到2000℃以上,如果得不到有效冷卻,會使其機械強度變差。同時高溫也會導致空氣膨脹,引起汽缸充氣系數下降,進一步造成空燃比失調從而引起燃燒異常。過高的溫度還會引起機油變質,破壞油膜對發(fā)動機的保護,造成潤滑能力下降,嚴重時還會引起拉缸等故障。發(fā)動機過熱就好比人發(fā)燒,如果不得到及時治療的話,也會引發(fā)一系列的并發(fā)癥。
冷卻系統(tǒng),按照其冷卻介質來分可以分為風冷與水冷系統(tǒng)。風冷系統(tǒng)用于大部分入門級的排量不大的摩托車當中。但大排量摩托車或者汽車發(fā)動機功率大,對散熱要求遠比單缸小排量摩托車高的多,風冷系統(tǒng)則很難達到散熱均勻的效果,容易使一些部件造成過熱。所以現在的汽車幾乎全部使用了水冷式冷卻系統(tǒng)。
風冷系統(tǒng)就是通過車輛行駛帶來的空氣流動對發(fā)動機進行冷卻。風冷發(fā)動機的缸筒會設計出很大的散熱片,缸頭部分也會設計出散熱片及風道。風冷設計的好處是,因為采用自然冷卻,撒熱系統(tǒng)不會出現故障,成本低,占用空間少。但其缺點也很明顯,就是散熱慢,而且受發(fā)動機形式的限制。風冷散熱系統(tǒng)最多只適合2缸的發(fā)動機(直列四缸中間兩缸不能有效散熱)。
而水冷的散熱性就比風冷好很多,水冷的原理是通過流動的冷卻液包裹缸套和缸頭對發(fā)動機降溫。冷卻系統(tǒng)有水泵,利用水泵提高冷卻液的壓力,強制冷卻液在發(fā)動機的水道中循環(huán)流動,使發(fā)動機保證最佳的工作溫度。冷卻液經過發(fā)動機帶走熱量再經過散熱片散熱的工作循環(huán)被稱為正常循環(huán),也就是老司機們口中的“大循環(huán)”。
此外,還有冷車循環(huán),即老司機們口中的“小循環(huán)”。舉個例子,在冬季冷車啟動時,冷卻液溫度較低而不會打開節(jié)溫器,此時冷卻液只經過水泵在發(fā)動機的水道內循環(huán),可以盡快使發(fā)動機達到正常的工作溫度。等發(fā)動機溫度上升,冷卻液溫度達到節(jié)溫器的設定值時,節(jié)溫器閥門打開,冷卻液才開始進行正常循環(huán),流到散熱器內進行散熱。
此外,針對車內取暖,系統(tǒng)還會設置一個單獨的供暖循環(huán):冷卻液在循環(huán)的過車中,會經過車內的取暖裝置,將熱量送入車內,而取暖循環(huán)不受節(jié)溫器的控制,只要打開車內暖風,不用打開空調開關也能使系統(tǒng)工作。
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而對于渦輪增壓車而言,高速旋轉的葉片可能達到800℃,空氣進入增壓器之后,溫度也會大幅提高而導致密度變小,這樣就會使增壓器的效率變低,增壓發(fā)動機的優(yōu)勢則喪失殆盡。為了提高充氣效率,中冷器就應運而生。中冷器的工作原理和發(fā)動機冷卻系統(tǒng)類似,當空氣經過增壓器溫度變高后,進入中冷器進行冷卻,空氣溫度降低后,最后再經進氣歧管進入發(fā)動機。
機油冷卻器的原理和發(fā)動機散熱的原理相同,而安裝機油冷卻器的好處除了會使機油工作工況提高之外,水溫也會有所下降,保證了發(fā)動機在重負荷工作時的工作狀態(tài)。
總結:冷卻系統(tǒng)作為車輛六大系統(tǒng)之一,能夠讓發(fā)動機在所有工況之下,都保證在最適宜的溫度下工作,冷卻系統(tǒng)的工作情況也會直接影響到發(fā)動機的動力輸出、使用壽命以及燃油經濟性。除了發(fā)動機需要冷卻之外,在賽車領域機油、渦輪增壓器、甚至轉向助力油都需要專門的冷卻器進行冷卻,所以千萬別小瞧他們的作用,稍有不慎就能把你連人帶車撂在路上。
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