内燃机构造与原理第七章 冷却系统

02 内燃机车的散热 装置
散热器的种类与特点
01
02
03
铝制散热器
重量轻，耐腐蚀，散热性 能良好，成本较低。
铜制散热器
导热性能好，耐高温，寿 命长，但成本较高。
钢制散热器
结构紧凑，散热面积大， 但重量较大。
散热风扇的种类与特点
离心式风扇
风量大，风压高，适用于 大功率发动机。
轴流式风扇
风量大，噪音小，适用于 高速列车。
高效能散热装置的研究与应用
总结词
高效能散热装置的研究与应用是内燃机 车冷却系统的另一个重要发展趋势。
VS
详细描述
高效能散热装置能够将冷却液中的热量迅 速散发到空气中，提高冷却效率，降低冷 却系统的温度，提高机车的整体性能和可 靠性。
智能化冷却系统的研究与应用
总结词
智能化冷却系统的研究与应用是内燃机车冷 却系统的重要发展方向之一。
压力过高或过低对系统造成损害。
通常，冷却系统会通过调节冷却液的循 环流量来控制系统内的压力，当压力过 高时，会减少冷却液的流量以降低压力 ；而当压力过低时，则会增加冷却液的
流量以提升压力。
此外，一些先进的内燃机车冷却系统还 会采用液压控制或电子控制的方式，对 系统的压力进行更为精确和实时的调节
。
冷却系统的保护装置
01
原因
冷却系统风扇叶片变形、轴承磨损，或者散热器堵塞等问题，导致出现
噪音。
02
影响
冷却系统噪音会影响内燃机车的运行效率，也会对乘务人员和周边环境
产生不良影响。
03
解决方案
定期检查风扇叶片是否变形，轴承是否磨损，及时更换受损部件。同时
要定期清理散热器，避免堵塞问题。在噪音问题严重的情况下，可以考

内燃机车冷却系统
内燃机车冷却系统（diesel locomotive cooling system）内燃机运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，若不加以冷却，将要影响到柴油机及传动装置的功率发挥，工作效率下降，润滑油老化变质，破坏润滑，影响机车零部件的使用寿命，甚至损坏。因此，在内燃机车上采取必要的冷却措施，设置一些装维持在允许的范围内，以改善零部件的热强度和润滑状况，提高内燃机车工作的经济性和可靠性，延长其使用寿命，这就是内燃机车冷却系统的主要任务。
管片式散热器由连接箱、扁铜管、管板、支撑管、侧护板等组成。扁铜管和散热片组成散热器的冷却芯。散热片上冲有许多小凸球或其他的结构形状，以增强空气统湍流特性，提高传热系数。冷却芯两端焊接在补强板和管板的扁孔内，两端的连接箱和管板焊接，连接箱与管板之间构成的空间，为冷却水进、出流动的水腔。散热器通常呈V形布置，安装在机车冷却室钢骨架的集流管上。内燃机车上使用的散热器有管片式、强化型管片式，管带式、板翅式（铝）和新型管带式双流道散热器等。内燃机车散热器采用单节型式,有利于内燃机车配件的标准化，给制造检修部门带来方便。检修时如发现损坏，可更换有关单节。不同功率的机车可采用不同数量或者不同结构而安装尺寸相同的单节，这对制造检修部门非常有利。内燃机车上所用散热器单节数目的多少，要根据机车功率的大小、应散走的热量多少计算而定。
在通用系统中普遍采用网式空气滤清器，也有用旋风式除尘器、玻璃纤维或氯丁橡胶纤维制成的空气滤清器等。空气滤清器安装在车体的侧壁上，安装位置与通风方式和进气系统有关。
水冷却系统 为冷却柴油机的冷却水、润滑油、增压空气和液力传动机车的传动油专门设置的系统。按水冷却系统的结构特征可分为∶①按循环水路分有独立循环水路、单循环水路和双循环水路系统。独立循环水路系统是指柴油机冷却水、润滑油和增压空气的冷却水分别有各自单独的循环水路系统。单循环水路系统是指柴油机、机油热交换器和增压空气的中冷器合用一个循环水路。双循环水路系统中柴油机冷却水为一个循环水路.称为主（高温）循环水路；而机油热交换器和中冷器的冷却水为另一个循环水路，称为次（低温）循环水路。在两个循环水路各有一个水泵，分别称为主水泵和次水泵。②按水温调节分有不可调节式、有限调节式和自动调节式三种。有限调节式为采用离合器驱动冷却风扇，根据冷却水的水温，确定离合器合上或者分离,使冷却风扇转动或者不转动来进行冷却。自动调节式是根据冷却水温度的变化，相应地改变冷却水的流量（冷却水分流），或改变冷空气的流量（改变百叶窗调节片的开度，调节冷却风扇叶片角度，或改变冷却风扇转速），或者采用两种调节方法共同使用的联合调节方式，以使冷却水温度稳定在某一最佳的范围内。③按水系统的封闭性分有开式和闭式两种水循环系统。开式水循环系统是指整个水冷却系统不承受附加压力，水系统中残存的气体由膨胀水箱排往大气。开式水循环系统允许最高水温不得超过360K.中国生的的各型内燃机车大部分采用开式水循环系统。闭式水循环系统是指该系统不与大气相通，并给系统施加一定的压力，这样可提高水的沸点。系统附加压力寸为0.04 MPa时水的沸点为382K；附加压力为0.1MPa时水的沸点为394 K。这种利用提高水的沸点，来强化内燃机车冷却效果的方法称为高温冷却。

为满足更严格的排放法规，内燃机技术需要不断升级 。
多元化动力总成
未来动力总成将呈现多元化趋势，内燃机将与电动机 、燃料电池等共同存在。
提高效率降低排放策略
涡轮增压技术
提高进气压力，增加发动机功 率和扭矩，同时降低油耗和排 放。
轻量化设计
采用高强度材料和先进制造工 艺，减轻发动机重量，提高燃 油经济性。
02
密封材料选择
根据密封部位的工作条件和要求，选择合适的密封材料，如橡胶、塑料
、金属等。
03
密封技术改进
随着技术进步，新型密封材料和结构不断涌现，如高性能橡胶材料、复
合密封结构等，提高了密封效果和耐久性。同时，采用先进的加工工艺
和质量控制手段，确保密封件的精度和质量。
05
性能评价与试验方法
Chapter
应用领域与市场需求
应用领域
内燃机广泛应用于交通运输、工程机械、农业机械、发电机组等领域，为现代社 会提供了强大的动力支持。
市场需求
随着全球经济的不断发展，对于内燃机的需求也在持续增长。特别是在新兴市场 和发展中国家，由于基础设施建设和工业化进程的加速，对于内燃机的需求尤为 旺盛。同时，市场对于更加高效、环保的内燃机的需求也在不断增加。
缸内直喷技术
提高燃油雾化质量，实现更精 确的燃油喷射控制。
可变气门正时技术
根据发动机工况实时调整气门 开度和气门关闭时间，优化燃 烧过程。
余热回收技术
利用发动机余热为车辆提供辅 助热源，提高能源利用效率。
THANKS
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润滑、冷却与密封技术
Chapter
润滑系统组成及作用
润滑系统组成
包括机油泵、机油滤清器、机油 冷却器、油道等。

② 喷油规律的影响： 燃烧过程的放热规律在很大程度上取决于燃油系统的喷油规律 。 可以通过调节喷油规律来获得较理想的放热规律，即 采用最佳的喷油提前角，并且 通过正确地设计燃油系统中喷油泵、喷油器、高压油管及喷油泵凸轮型线等结构参 数，控制各个燃烧时期的喷油量，使喷油的速度与所要求的燃烧速度相适应 。
④ 后燃期：从缓燃期终点 D到燃料基本燃烧完时为止。在柴油机中，由于燃烧 时间短促，燃料与空气的混合又不均匀，总有一些燃料不能及时燃烧完，拖 到膨胀过程中继续燃烧。后燃期终点较难确定，正常燃烧时，相当于上止点 60゜～70゜CA 的位置。 但在高速、高负荷时，过量空气少，并且混合气形 成和燃烧时间短，后燃现象严重 ，使柴油机过热和经济性下降，并增加了活 塞组的热负荷以及排气温度升高。
③ 柴油性质：对油束特性影响较大的是柴油的黏度。柴油的黏度愈大，雾化愈困难，燃烧也愈缓慢。高速柴 油机要求使用黏度较小的轻柴油，而低速柴油机则可使用黏度较大的重柴油。
多孔式喷嘴和轴针式喷嘴
喷孔直径对雾化特性的影响 （喷油压力及喷孔总截面积不变）
第七章 柴油机燃油系统
5. 柴油机的燃烧过程
? 着火条件和特点
? 为了及时形成比较均匀的混合气，除了需要利用喷油设 备来促使柴油雾化外，还必须依靠 喷油油束与燃烧室的 配合以及组织燃烧室内必要的空气运动 ，使柴油在整个 燃烧室空间得到均匀的分布，并与空气充分混合，这是 保证柴油机在 较小的过量空气系数小，过量空气系数越小 ）下进 行完全燃烧的重要条件。
第七章 柴油机燃油系统
7. 影响燃烧过程的运转因素
① 燃料性质的影响： 柴油的十六烷值是影响燃烧的重要指标 。该值愈高，自燃性能好， 滞燃期短，柴油机运转平稳，起动也容易，但该值过高，柴油的热稳定性变差，造 成柴油不均匀燃烧，在高温下柴油裂解成炭烟的现象，经济性下降。若该值过低， 则使柴油机工作粗暴。

（4）、多缸发动机结构特点
4缸发动机曲轴 单缸发动机功率小，转速不均匀，工作振动大，现 代汽车发动机都是多缸发动机，用得最多的是4缸、 6缸、8缸发动机。 多缸发动机是由多个结构相同的气缸组成，它们共 用一个机体，一根曲轴。曲轴的曲柄布置应该使各 缸做功行程均匀分布在720°曲轴转角内。如，4 缸发动机曲轴（图1-5）相邻工作缸的曲柄夹角为 180°，曲轴每转180°便有一个气缸做功；又如， 6缸发动机，曲轴每转120°便有一个气缸在做功。 气缸数越多，发动机工作越平稳，但结构也越复杂。
性 能 着火方式 燃油消耗 热效率 工作平稳性 汽油机 点燃 高 30%左右 柔和 柴油机 压燃 低 40%左右 粗暴
发动机转速
升功率 起动性 制造维修成本
高（4000~6000r/min）
大 易 低
低（2500~3000r/min）
小放
小
短 CO、HC大，NOx 、黑烟 少
关于排放标准
1961年美国开始规定轿车的排气标准， 1970年美国加利福尼亚州决定对载重卡车 用柴油机排放的一氧化碳、碳氢化合物和氮 氧化合物从1973年和1975年起分两个阶段 进行限制，接着在欧洲、日本和我国都相应 制定了汽车排放法规，并且这些法规将越来 越严格。此外，由于从1973年10月开始， 石油输出国大幅度地提高石油价格，从而引 起各国对发动机燃油经济性的重视。
1.1.2

内燃机的分类


1、按工作循环所需行程数，按照完成一个工作循环所需的行程数来分，有四 冲程内燃机和二冲程内燃机，汽车和工程机械用内燃机多为四冲程内燃机。 2、按着火方式分，有压缩着火（压燃式）和强制点火（点燃式）两类。 3、按使用燃料种类分，有汽油机、柴油机、煤气机、气体燃料及多种燃料发 动机等。 4、按进气状态分，有非增压式内燃机和增压式内燃机之分。 5、按冷却方式分，有水冷式和风冷式两种。汽车和工程机械用内燃机多数是 水冷式的。 6、按气缸数及布置分，有单缸内燃机、多缸内燃机、立式内燃机、卧式内燃 机、直列式内燃机、V形内燃机(图1-1a)、对置气缸式内燃机(图1-1b)、斜 置式内燃机。 7、按用途分类，有汽车用、工程机械用、拖拉机用、船用、坦克用、摩托车 用、发电用、农用等内燃机。 8、其他，除以上方式分类外，还可按转速来分，有高速、中速和低速等几种。

四冲程循环.swf
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二冲程柴油工作原理
如果在两个冲程里完成进气、压缩、做功 、排气这些循环动作，就叫二冲程，相应 的内燃机叫二冲程内燃机.
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柴油机工作原理
第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。 当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中 还留有一些废气。 当曲轴旋转时，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时 ，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。 随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大： 造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空 气就不断地充入气缸。 当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很 高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量 ，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。虽然此时活塞上 行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。
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柴油机工作原理
四. 排气冲程 第四冲程——排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排 出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。 当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞 在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废 气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲 程开始时，气缸内的气体压力比大气压力高0.025— 0.035MPa，其温度Tb＝725～925K。为了减少排气时活 塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。排气阀一打 开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速 下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上 行排出去。为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净 ，排气阀在上止点以后才关闭。
影响：喷油提前角的大小对柴油机影响极大，若 其过大，将导致发动机工作粗暴；过小，最高压 力和热效率下降，排气管冒白烟。最佳喷油提前 角：即在转速和供油量一定的条件下，能获得最 大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。供油量 越大，转速越高，则最佳喷油提前角越大；最佳 喷油提前角还与发动机的结构有关

（1）二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环 的称为二冲程发动机。
（2）四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环 的称为四冲程发动机。
9 .压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε 表示。
Va － 气缸总容积； Vh － 气缸工作容积； Vc － 燃烧室容积；
10.发动机排量：多缸发动机各气缸工作容积的总 和称为发动机排量 ，用表示VL 。
高压共轨系统
主滤清器
带水分离器 的预滤器
带过滤器的 油箱 高压
轨压传感器
轨
CP3.3 传感器
执行器 喷油器
EDC7
低压
ECU
冷却系统
一、冷却系统的作用：
保持发动机在最适宜的温度范围内工作。 发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达2200K~2800K，
大约1/3做功转变为机械能，其余大部分随 废气排出，其余则被发动 机零件吸收，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触 的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。
燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。
7.气缸总容积(Ⅴa)：活塞在下止点时，活塞上方的容积称 为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之 和，即 Ⅴa =Ⅴh
8.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的 热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功 和排气)称发动机的工作循环。
对外输出功。
●排气行程
活塞从下止点往上运动， 这时，进气门关闭，排气门打 开，燃烧废气在活塞的推动下 排出燃烧室外，完成一个工作 行程，这时曲轴转动两周。
当柴油机完成排气行程后 ，在曲轴飞轮总成的惯性力作 用下，又重复上述工作循环过 程，使柴油机连续运转对外输 出功率。

小結
本章主要講述了內燃機冷卻系的功用和組成，以及主要 部件的構造和工作原理。重點講述了內燃機冷卻主要 由水泵、散熱器、風扇、和水套等組成。工作時利用 冷卻裝置強制冷卻液在冷卻系中迴圈，將多餘的熱量 散發到大氣中去，以保證內燃機的正常工作溫度。
思考題
1．冷卻系有何功用?冷卻不足或過度有何不良後果?有哪 些冷卻方法?
1.節溫器
節溫器的作用是隨內燃機負荷和水溫的大小而自動改變 冷卻液的流量和迴圈路線，保證內燃機在適宜的溫度 下工作，減少燃料消耗和機件的磨損。
汽車多採用蠟式節溫器（如圖8.12所示）。節溫器的上支 架和下支架與閥座鉚成一體。中心杆上端固定在上支 架的中心，其下部插入橡膠管的中心孔內，中心杆下 端呈錐形。橡膠管與感應體外殼之間的空腔裏裝有石 蠟。為了提高導熱性，石蠟中常摻有銅粉和鋁粉。為 防止石蠟外溢，外殼上端向內卷邊，並通過上蓋和密 封墊將橡膠管壓緊在感應體殼的臺肩上。
2．何謂水冷卻系統中的大循環和小迴圈?簡述其組成和冷 卻水經路?
3．何謂開式和閉式冷卻系統?在閉式水冷卻系中，蒸氣空 氣閥是怎樣工作的?
4．節調溫器的功用是什麼?它一般裝在什麼地方? 5．簡述蠟式節調溫器的構造和工作過程?
常溫下石蠟呈固態，水溫低於349K（86℃）時，主閥門 完全關閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來的水經旁 通管直接進入水泵，故稱小迴圈。由於水只是在水泵 和水套之間流動，不經過散熱器，且流量小，所以冷 卻強度弱。
當內燃機水溫達349K（86℃）左右時，石蠟逐漸變成液 態，體積隨之增大，迫使橡膠管收縮，從而對中心杆 下部錐而產生向上的推力。由於杆的上端固定，故中 心杆對橡膠管及感應體產生向下的反推力，克服彈簧 張力使主閥門逐漸打開，旁通閥開度逐漸減小。
4.膨脹水箱