1、汽車工程作業-冷卻系統班級：車輛四乙學號：49715101姓名：吳仲莨指導老師：張超群一、冷卻系統的功能冷卻系統的功用：混合氣在燃燒室燃燒後，其燃燒溫度可高達 2600左右，此燃燒熱能約有2530之熱能用來推動活塞作功，約有 3540熱能隨廢氣排出，而約有3035的熱能油引擎機件吸收，使引擎機件溫度升高而降低其強度，也會因為溫度升高而降低潤滑系統之功能，將易加速機件磨損。所以必須設計冷卻系統，將此 3035的熱能帶走，使引擎能維持在適當的溫度下工作，此適當的工作溫度約 8090，以維持潤滑系統與燃料系統的作用正常，並延長引擎之使用壽命。冷卻系統主要的功能是使引擎保持在適當的工作溫度，以防止引擎
2、過冷或過熱。引擎過熱或過冷對引擎的性能會有明顯的影響。引擎若過熱時產生的影響：1.機件容易軟化加速磨損、尤其汽門最易燒壞。2.進氣的體積膨脹，進氣量變少而降低容積效率，馬力亦隨之降低。3.混合汽在汽缸內，容易產生預燃、自燃的現象而爆震，引擎無力。4.燃料系統易生氣阻現象，而造成供應不良，使引擎效率降低。5.會使機油黏度變小，且易因高溫氧化而劣化，將低潤滑品質而加速機件的磨損。引擎若過冷時產生的影響：1.汽缸內的混合汽汽化不良，易燃燒不完全，且易浪費燃料，也會造成空氣汙染。2.混合汽燃燒不完全及凝結，易沖淡曲軸箱內的機油。3.機油因低溫的影響，使流動性降低，易造成機件潤滑不足而磨損。4.燃燒室容
3、易積碳。5.引擎馬力會降低。二、冷卻系統的分類1.氣冷式：(1)利用汽缸蓋及汽缸體之散熱片，可以增加散熱面積，空氣流通後帶走較多熱量。 (2)許多氣冷式引擎裝有圍板及鼓風機，可以促進引擎四周及汽缸蓋上部之空氣循環。(3)冷卻方法分為自然通風式冷卻式及強迫通風式。自然通風式：利用汽車行駛之空氣對流最用，讓空氣流經散熱片將熱氣帶走達到冷卻效果，此式冷卻效果較差。強迫通風式：利用鼓風機鼓動空氣流向散熱片，達到冷卻的效果，此式冷卻效果較良好。優點：(1)構造簡單，成本低，同排氣量之引擎，重量較輕。(2)保養容易，且機件不易損壞，故障少。(3)溫熱時間短，故燃燒的生成物凝結於汽缸壁上的時間短，故產生的腐
4、蝕較少。(4)熱能受冷卻較小損失，故熱效率較高， 。缺點：(1)冷卻的效果較差。(2)容易造成過熱，故負荷的耐久性差。(3)空氣流動的噪音大，無冷卻水的吸音效果。(4)因冷卻效果差，汽缸內的溫度較高，故活塞與汽缸壁的間隙設計需較大，易造成機油的消耗量大。(5)壓縮比較低，燃料消耗量大。(6)汽缸內的溫度高，容積效率差，故較同排氣量的引擎輸出力小。2.水冷式：水冷式係在汽缸體與汽缸蓋內設置水套，在引擎運轉時，利用水泵將冷卻水壓送至水套內循環，使冷卻水不斷地在水套與水箱間循環，冷卻水吸收汽缸體與汽缸蓋之熱量後，再經由杰文氣流入水箱散熱，將熱量散發於空氣中，而達到冷卻效果，使引擎能保持在適當之工作溫
5、度。優點：(1)冷卻作用穩定有效率。(2)引擎噪音小。(3)可適用多缸引擎。(4)壓縮比可較大，同單位排氣量的動力輸出大。缺點：(1)構造複雜，成本高。(2)機件多且消耗引擎的動力，故障率較高。(3)溫熱時間長，故溫車時燃燒的生成物易凝結，產生的腐蝕較多。(4)熱能受冷卻損失較多，熱效率較低。氣冷式引擎 水冷式引擎三、水冷式引擎各部機件功能與構造水冷式冷卻系統由風扇及皮帶盤，水泵、水套、節溫器、水管、水箱(或稱散熱器)、副水箱、水箱蓋、溫度錶、冷卻水及防凍劑等組成。冷卻水循環流程：水泵汽缸體水套汽缸蓋水套節溫器上水管水箱下水管水泵。風扇：在車輛行駛的過程中，一具引擎要過熱可說是易如反掌，所以在
6、水箱旁裝個電風扇來散熱就變的很重要，因此風扇就變成汽缸與水箱間重要的工具之一。風扇通常裝於水幫浦(水泵)前端，由皮帶帶動，動力來源為曲軸，其功用是將空氣吸經水箱並吹向引擎，當冷卻水的溫度超過設限時，風扇開關將會打開，讓電流流通，使風扇開始運轉，藉以冷卻主水箱中的冷卻水，以降低水箱中的熱水溫度，同時使引擎本體及周圍的零件得到適當冷卻。構造：風扇係由鋼片或塑膠所製而成，風扇葉片有48片，每片之間的間隔不等，曲折角度也不同，以減少噪音、阻力，以提高風扇運轉的轉速。現在引擎在風扇四周都裝設有風扇罩，讓空氣流動能夠集中提高風扇效率，使水箱獲得良好冷卻。鋼片風扇及塑膠風扇依照驅動方式可分成引擎驅動式、電動
7、馬達驅動式兩種類型。引擎驅動式又分為直接驅動式與間接驅動式。直接驅動式：風扇在引擎啟動後即跟著引擎運轉，轉速約為曲軸之0.81.4倍，會消耗36的引擎馬力，且轉速域高消耗馬力愈多。間接驅動式：此式是利用矽油來控制風扇離合器作動，冷車時因為溫度低於65以下，矽油會收縮，使板片彈簧將活塞向左移動，讓壓力板不受板片彈簧作用，而由永久磁鐵將壓力板吸離離合器，使皮帶盤空轉風扇不作用。以縮短溫車時間，減少引擎馬力損失也可減少風扇運轉的噪音。當溫度達65以上時，即開始運轉。矽油控制式風扇離合器(間接驅動式)電動馬達驅動式(電動風扇)：此式是由溫度感知器來控制，其溫度感知器通常為負溫度係數感知器，通常裝在引擎
8、水套內，在冷車時電動風扇不作用，可縮短溫車時間，減少引擎動力的消耗。等到達廠家規定的溫度後，電動風扇才開始作用。電動風扇構造皮帶盤：風扇皮帶可分成三種，V型皮帶、加肋皮帶、帶齒皮帶，現在大多採用V型皮帶，皮帶之緊度須合乎規定，一般以10kg力往下壓時，皮帶應下降約812mm，若太鬆皮帶容易打滑，使發電機和水泵轉速下降，造成發電不足或冷卻系統作用不良，若皮帶太緊，發電機軸承與水泵軸承較易磨損，而且皮帶也易斷。風扇皮帶水泵：水泵一般裝於汽缸體上，水泵軸並與風扇皮帶盤裝在一起，由曲軸皮帶盤經由皮帶來傳動，負責將水箱以散熱的冷卻水送入水套內，促進冷卻水循環已提高冷卻效果。構造：軸以密封式的雙排滾珠軸承
9、(可防水)支撐於泵殼上，而軸另一端連接於輪轂，與皮帶盤及風扇固定為一體，再由引擎的皮帶盤上的皮帶所帶動，現在的水泵種類以離心式水泵居多。離心式水泵之構造：(1)小型車水泵用的水泵軸承是採封閉軸承，故一般無須潤滑，但大型車仍須定期潤滑。(2)泵上葉輪葉片作成彎曲形狀，增加水之離心流速。(3) 排水量與引擎轉速成正比，進水管接於水箱下水管直徑較大，而出水管接於引擎的水套直徑較小，以防止高速時可能供給斷絕產生氣泡。水套與分水管：水套：水冷式引擎需在汽缸體與汽缸蓋內留有水通道，以幫助冷卻，通常在鑄造於汽缸體及汽缸蓋時即留有冷卻通道，不需特別在的加工。分水管：分水管裝於水套內，因各汽缸與排汽門離水泵不等
10、，故在水套中設有分水管，通常出水孔對準較難冷卻的區域，保持各缸溫度避免局部過熱。有些另加有噴水孔，可使汽門座周圍的水流速加快。分水管 水套節溫器(或稱調節器)：節溫器也就是台語所說的水龜 。節溫器的用途是用來控制引擎冷卻系統的大小循環，來縮短引擎溫車時間，它可說是一個溫度開關。當冷卻水流經節溫器，此時冷卻水的溫度高，會讓節溫器內的固態蠟因為到達熔點而變成液態，蠟一變成液態，就失去了對開關的壓力，於是節溫器就由閉路狀態變成通路狀態，在這同時，控制著冷卻水進入大循環的流量。所以有了節溫器，除了可以縮短引擎暖車時間，在寒冷的天候下也可以保持引擎所要求的工作溫度。這樣的結果對於油的損耗上有著相當正面的
11、助益。有部份車主因為車輛老舊、引擎散熱效果差而將調溫器拆下不用，這是錯誤的方法，原因熱車時不僅會造成油耗的增加，並且污染環境，另外，若是水箱的散熱效率很高，反而讓水溫降至太低，此時可能就會對於引擎的熱效能造成負面的影響。若是真的要對節溫器動手腳，最好的方法是更換較低溫開啟的節溫器，如此一來，除了可兼顧熱車的時間，也可以獲得較低且合理的最低引擎工作溫度使引擎的動力輸出較不易流失，否則，還是維持原狀最好。有些節溫器設有鉤閥，若水套內的冷卻水有空氣存在，鉤閥會因重力作用而傾斜將孔打開，讓空氣可順利排出。調溫器可為摺盒式、蠟丸式、熱偶式(或稱雙金屬式)。1.摺盒式：在摺盒內裝有液態乙醚。當冷卻水溫度低
12、時乙醚為液態體積小，摺盒收縮控制閥關閉，此時冷卻水僅在水套內做小循環。由於乙醚在高溫時會開始氣化，使體積膨脹，因為氣體易受壓力影響，所以摺盒式不適用於壓力式冷卻系統。2.蠟丸式：此式在冷卻水溫度低時，臘球中的蠟為固態體積較小，控制閥受彈簧作用而關閉，冷卻水僅能在水套做小循環；當溫度升高時臘球開始溶成液態，克服彈簧力將閥門推開，讓水套的水能流到水箱散熱。一般汽車大多使用此式。3. 熱偶式(或稱雙金屬式)：此式內層採用青銅片其膨脹率較大，外層採用鋼片膨脹率較小。當冷卻水溫度低時，熱偶彈簧捲縮將活門關閉，使冷卻水僅在水套內循環；當溫度升高後熱偶彈簧放鬆活門打開，水套內的水能流至水箱散熱。節溫器水管：
13、水管連接於水箱與引擎間，有上、下水管以供冷卻水循環用，由於水箱是固定在車架上，但引擎在運轉時會震動，所以水管必須要要撓性。因此通常用彈性象皮製成，如果要增加強度有些水管外層會包覆編織之尼龍線。水箱(或稱散熱器)：水箱裝於引擎之前端，負責將冷卻水游水套中吸取的熱量散發於空氣中，以達到冷卻效果。水箱依冷卻水流動的方向可分成直流式(上下流動)、橫流式(左右流動)。水箱構造：包括上水箱、水箱心子下水箱等三部分。上水箱位於水箱上端，上有水箱蓋、溢水管、入水口等。下水相位於水箱下端。上有出水口、放水塞等。水箱心子介於上、下水箱間，由水管與散熱片構成，為冷卻水主要散熱場所。其水管均以黃銅製程，而散熱片一般以
14、導熱性佳的鋁合金薄片製成，以增加散熱面積提高冷卻效果。水箱水箱心子之構造副水箱(或稱膨脹箱)：副水箱、副水箱蓋一般皆使用塑膠製成，蓋子上有個2mm的小孔以保持大氣壓力。當冷卻水溫度升高體積會膨脹，若冷卻水壓力達1kg/cm 2時會推開水箱蓋之壓力閥，冷卻水會經溢水管而流入副水箱貯存以防止冷卻水流失。副水箱水箱蓋：現在大部分汽車都使用壓力式冷卻系統，以提高冷卻水的沸點，增加冷卻效率並可減少冷卻水的流失，而壓力事冷卻系統必須使用壓力式水箱蓋。當冷卻水的溫度升高體積膨脹時，水箱的壓力會超過壓力閥的彈簧彈力而將壓力閥推開，使冷卻水經由溢水管留至副水箱貯存，以防止水箱或水管裂開；當引擎熄火後冷卻水溫度降
15、低時，冷卻水的的體積收縮，水箱的壓力低於大氣壓力而將真空閥吸開，使副水箱之冷卻水流回水箱內，防止水箱或水管凹陷。當冷卻水壓力在正常範圍時冷卻閥和真空閥均關閉。構造：包括壓力閥、壓力閥彈簧、真空閥、真空閥彈簧。壓力式水箱蓋構造冷卻水及防凍劑：冷卻水：汽車水冷式的冷卻水通常使用不含礦物質(鈣、鎂)的軟水為佳(蒸餾水、雨水等)，以防止有積垢而阻礙通道，但水在0以下時會產生結凍，形成固體後體積約膨脹大約百分之九，可能造成汽缸體與汽缸蓋的裂開，故通常需加入防凍劑以降低結冰的溫度。防凍劑：可使用甲醇、酒精，但最常使用是以乙二醇為主，此防陳劑不易蒸發而喪失，故又稱為永久防凍劑，一般以防凍劑50，水50時為混
16、合。乙二醇防凍劑具有下列的功能：(1)可使冷卻水的冰點(凝固點)降至最低約-37。(2)使冷卻水的沸點提高為108，故較不易產生沸騰而蒸發。(3)可避免系統上金屬上累積沉積物及產生腐蝕。防凍劑的添加物：(1)冷卻系保護劑：a.可防止產生水垢及鏽。b.具有密封性，能防止滲漏。c.濾過性良好，可以防止散熱器及加熱器之蕊子堵塞，具有潤滑性，能防止水泵產生噪音。(2)冷卻系密封劑：a.能防止漏水、漏氣。b.防水中之鏽及水垢附著。c.減少水泵水封之磨損。d.防止冷卻系統過熱。(3)腐蝕抑制劑：腐蝕及生銹易造成金屬與冷卻水的熱傳遞，故需防止腐蝕及生銹，且可延長壽命。參考文獻：1.http:/.tw/?p=112. http:/.tw/car_sys.aspx?cid=1043.http:/www.tyai.tyc.edu.tw/am/mtkao/file/car/a/car-a13.pdf4. http:/www.focus-sport.club.tw/viewthread.php?tid=10731&page=15. http:/ 編著，汽車學I，台科大圖書股份有限公司
